吉林省畜禽粪便耕地负荷量估算及预警分析_车晓翠.pdf

http:/Email:jlndxb 吉林农业大学学报 2023，45（2）：204-212Journal of Jilin Agricultural University吉林省畜禽粪便耕地负荷量估算及预警分析*车晓翠1，郭聃1，张春燕1，李洪丽1，赵玲2*1.吉林农业大学资源与环境学院，长春 130118；2.吉林农业大学经济管理学院，长春 130118摘 要：采用相关计算方法，估算吉林省20112018年畜禽粪便、有机污染物（COD）、氮、磷总量，计算各市（州）畜禽粪便耕地负荷量及警戒值，分析其时空变化特征。结果显示：（1）2018年吉林省畜禽粪便、COD、氮、磷总量较2011年均呈现减少趋势，粪便来源主要是牛、猪、家禽。20112018年吉林省畜禽粪便平均猪粪当量约为7 790.98万t，平均耕地负荷量12.28 t/hm2，农田对畜禽粪便仍具有强大的消纳潜力。（2）2018年吉林省畜禽粪便COD、氮、磷耕地负荷的平均值分别为0.71 t/hm2，40.15 kg/hm2，5.83 kg/hm2。畜禽粪便产沼气潜力为24.43亿m3，能源化利用潜力巨大。（3）20112018年吉林省畜禽粪便耕地负荷量警戒值呈倒“U”字型的变化特征，20112013年处于平稳阶段，分级级别为级；20142016年处于急剧上升阶段，分级级别级；2017年开始回落，到2018年降为0.34，分级级别为级，表明目前吉林省畜禽粪便对耕地的负荷未对环境构成威胁。（4）空间分布上中部地区为畜禽粪便产生的主要地区，其畜禽粪便、COD、氮、磷耕地负荷、警戒值均高于东部地区与西部地区。（5）畜禽粪便耕地负荷量警戒值在空间变化特征表现为各市（州）均呈下降趋势。其中，白山市、四平市对环境污染的威胁等级降低最为明显。关键词：畜禽粪便；粪便污染；耕地负荷量；警戒值；吉林省中图分类号：X713 文献标志码：A 文章编号：1000-5684（2023）02-0204-09DOI：10.13327/j.jjlau.2020.5942引用格式：车晓翠，郭聃，张春燕，等.吉林省畜禽粪便耕地负荷量估算及预警分析 J.吉林农业大学学报，2023，45（2）：204-212.Estimation and Early Warning of Farmland Load of Livestock Manure in Jilin Province*CHE Xiaocui1，GUO Dan1，ZHANG Chunyan1，LI Hongli1，ZHAO Ling2*1.College of Resources and Environment，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China；2.College of Economics and Management，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，ChinaAbstract：Using relevant calculation method,the total amount of livestock manure,COD,nitrogen and phosphorus in Jilin province from 2011 to 2018 was estimated,the farmland load and warning value of livestock manure in different regions were calculated,and their spatial and temporal change characteristics were analyzed.The results showed that:(1)In 2018,the total amount of livestock manure,COD,nitrogen and phosphorus showed a decreasing trend compared with that in 2011,and the main sources of feces were cattle,pigs and poultry.From 2011 to 2018,the average pig manure equivalent of livestock manure in Jilin province was about 77.9 million tons,and the average farmland load was 12.28 t/hm2.Farmland still has a strong absorption potential for livestock manure.(2)In 2018,the average values of COD,nitrogen and phosphorus load of farmland in Jilin province were*基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFE0202900，2016YFC0501201），国家自然科学基金项目（41801328）作者简介：车晓翠，女，博士，副教授，研究方向：农业资源可持续利用。收稿日期：2020-08-02*通信作者：赵玲，E-mail：车晓翠，等：吉林省畜禽粪便耕地负荷量估算及预警分析吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University0.71 t/hm2,40.15 kg/hm2 and 5.83 kg/hm2,respectively.The potential of biogas production from livestock manure was 2.443 billion m3,which has great potential for energy utilization.（3）From 2011 to 2018,the warning value of livestock manure farmland load in Jilin province showed an inverted“U”shape,and from 2011 to 2013,it was in a stable stage,and the classification level was grade;From 2014 to 2016,it was in the stage of sharp rise,and the grade was;It began to fall back in 2017,and dropped to 0.34 by 2018,with the classification level of grade,indicating that the current load of livestock manure on cultivated land in Jilin province does not pose a threat to the environment.(4)In terms of spatial distribution,the central region is the main area of livestock manure production,and its livestock manure,COD,nitrogen,phosphorus and warning value were higher than those in the eastern and the western regions.(5)The changes of warning value of livestock manure farmland load showed a downward trend in all cities(prefectures).Among them,Baishan City and Siping City had the most obvious reduction in the threat level of environmental pollution.Key words：livestock manure；fecal pollution；farmland load；warning value；Jilin province2018年，我国相继颁发 关于实施乡村振兴战略的意见 和 乡村振兴战略规划（20182022年），对乡村振兴战略的实施提出了指导意见。乡村环境整治是乡村振兴战略的重要内容，因畜禽粪便引发的环境污染问题成为我国乡村振兴战略中迫切需要解决的重大问题。畜禽粪便污染程度的高低直接影响着畜禽养殖业的可持续发展。目前，对畜禽粪便方面的研究主要集中在估算畜禽粪便产生量1-3、资源化利用及畜禽粪便污染的危害与治理4-6、畜禽粪便排放时空分布特征及污染防控等方面7-9。研究省份主要有安徽、江苏、湖南、湖北等，对吉林省的研究较少。吉林省是农业大省，畜牧业生产规模不断扩大。2018年，吉林省畜牧业产值达到1 001.64亿元，占农业总产值的45.85%。畜牧业在吉林省实施乡村振兴战略中具有重要的地位和作用。2018 年，全省主要畜禽粪尿排泄量约为7 747万t，畜禽养殖造成了较大的环境压力。及时准确地估算畜禽粪便的产生量，科学评价畜禽粪便耕地负荷量，准确分析畜禽粪便环境污染的警戒值，掌握畜禽粪便污染空间分布及变化特征，对合理规划吉林省畜禽养殖业，有效防治畜禽粪便排放带来的生态环境问题，实现乡村振兴具有重要意义。目前，对吉林省畜禽粪便估算、畜禽养殖污染治理模式及防控已有相关研究10-12，但对吉林省下辖的9个市（州）的畜禽粪便耕地负荷量及环境污染防控的研究鲜有报道。由于畜禽发展条件、饲养量及饲养种类不同，各地区畜禽粪便排放量及对耕地负荷也不同。因此，本研究在已有成果的基础上，根据吉林省统计数据，利用相关计算方法，估算吉林畜禽粪便产生量，科学评价吉林省畜禽粪便耕地负荷量，分析畜禽粪便的耕地负荷对环境污染影响的时空变化特征，为吉林省科学规划畜禽养殖业发展，有效防治畜禽粪便污染提供科学依据。1材料与方法1.1研究对象以吉林省9个地级市（州）为研究区域，使用20112018年的相关数据，研究各市（州）牛、羊、猪、家禽的粪便排放量，对其耕地负荷量进行估算并作出预警分析。1.2数据来源1.2.1畜禽饲养量与饲养周期畜禽饲养量、耕地面积的数据来源于 吉林统计年鉴（20122019）和各市（州）历年统计年鉴。由于畜禽的生长期具有差异性，为了避免重复计算，在已有研究成果的基础上，本研究以生猪与家禽采用出栏量作为当年饲养量，牛、羊采用年末存栏量作为当年饲养量。各类畜禽的饲养期：生猪 199 d，家禽210 d，牛、羊均为365 d7-8。1.2.2畜禽粪便排泄系数畜禽粪便排泄系数作为畜禽粪便总量估算的重要参数，是指单个畜禽在1 d中的排粪数量13。畜禽粪便排泄系数与品种、生理状态，饲料构成和养殖方式等因素相关，在不同地区不相同，其产值的选取也不同。结合国内近年来的研究成果，依据 第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册 14，收集并整理畜禽粪便排泄物的排泄系数（表1）。205吉林农业大学学报 2023 年 4 月Journal of Jilin Agricultural University 2023，April1.3估算方法1.3.1粪便产生量对畜禽粪便量估算主要采用国家环保总局使用的测算方法，畜禽粪便产生量为畜禽存栏量（出栏量）、日排泄系数和饲养周期三者相乘。畜禽粪便产生量计算公式：Q=i=1kNi Ti Mi，（1）式中：Q为畜禽粪便产生量（万t）；i为饲养畜禽类别数，i=1，2，3，k；Ni为i类禽畜饲养数量万头/（只羽）；Ti为i类畜禽饲养周期（d）；Mi为i