陇南市牲畜粪便污染评价

李鹏林， 巨天珍*， 唐永生， 牟瑞强， 易雪琴

(1.西北师范大学 地理与环境科学学院， 甘肃 兰州 730070； 2.陇南市环境保护局， 甘肃 陇南 746000)

陇南市牲畜粪便污染评价

李鹏林1， 巨天珍1*， 唐永生2， 牟瑞强1， 易雪琴1

(1.西北师范大学 地理与环境科学学院， 甘肃 兰州 730070； 2.陇南市环境保护局， 甘肃 陇南 746000)

为科学有效治理畜禽粪便污染，促进畜禽养殖产业和环境保护事业的协调可持续发展提供参考，以甘肃省陇南市为例，测算其2001—2010年9个县区的牲畜粪便产生量、粪便中污染物的等标排放量与耕地对粪便污染的负荷值和警报值，评价牲畜粪便对水体和耕地的污染水平。结果表明：陇南市牲畜粪便对耕地的整体污染程度较轻，其中，徽县和两当县的耕地环境已受威胁，应缩减牲畜养殖规模；西和县未受到威胁，牲畜养殖业具有一定的发展空间；其余县区稍受威胁。礼县的水体环境受牲畜粪便污染的程度最大，武都区次之，两当县最小；牛，特别是牛尿中污染物对水体的污染程度最大，猪次之，羊最小；牲畜粪便污染物中，TN对水体的污染最大，TP次之，COD最小。

牲畜粪便； 污染； 等标排放量； 负荷值； 警报值； 陇南

畜禽粪便尿污染是农业面源污染的主要组成部分，其对农业生态环境和自然环境的影响，国外早已有所认识，也开展了很多工作[1-2]。对于我国，畜禽粪便污染逐渐成为社会公害问题，对此，国家环境保护总局自然生态保护司对全国规模化畜禽养殖业污染情况进行调查，并提出了防治对策[3]。同时，许多学者对畜禽粪便污染问题开展了大量研究。李晓光等[4]对我国畜禽粪便环境污染进行分析,同时剖析造成畜禽粪便污染的原因。仇焕广[5]对我国总体和各省2010年畜禽粪便排放和污染情况进行分析,并通过中国农业可持续发展决策支持系统对2020年我国总体和各省畜禽粪便排放和污染的发展趋势进行预测。张绪美等[6]分析我国不同省(区、市)的畜禽养殖结构变化情况以及畜禽粪便污染结构，结合农田耕地面积计算不同地区的畜禽粪便农田负荷量及其分布状况。刘培芳等[7]以地处长江三角洲地区的上海、苏州、无锡、常州、杭嘉湖和宁绍地区为例，结合当地畜禽饲养量 ,采用各类畜禽粪便及其污染物的排泄系数，估算畜禽粪便的污染负荷当量。另外，针对某一省市畜禽粪便污染的研究也较多[8-15]。就甘肃省而言，尤其是酒泉市、张掖市、嘉峪关市，其畜禽养殖业产生的污染物已对水体和耕地造成严重影响[16-18]。

陇南市位于甘肃省东南部，地处秦巴山区，草畜产业是其农业特色产业的重要组成部分，畜禽品种主要有牛、马、驴、骡子以及猪、羊、蚕茧、兔子、鸡等，2010年1—9月猪、牛、羊、家禽肉类总产量达5.17万t。另外，境内有水杉、红豆杉等国家保护植物和大熊猫、金丝猴等20多种珍稀动物；拥有4个国家级、省级自然保护区、3个国家森林公园和2个国家湿地公园，对保护我国西北地区自然生态环境的责任重大。因此，以陇南市为例，对其牲畜粪便污染进行评价，据此提出相关的政策建议，为科学有效地治理畜禽粪便污染，促进畜禽养殖产业和环境保护事业的协调可持续发展提供参考。

1 资料与方法

1.1 数据来源

数据来自2001—2010年《甘肃统计年鉴》和《陇南统计年鉴》。由于其他禽类数量与猪、牛、羊的数量相差较大，且其他家禽未做详细统计，因此，以代表性较好的猪、牛、羊为研究对象。

1.2 牲畜粪便排放量

对于饲养周期大于365 d的牛和羊，采用以下方法计算其粪便排放量：

畜(禽)年粪便量=年末存栏量×日排泄系数(kg/d)×365(d)[6]

(1)

对于饲养周期小于1年(199d)的猪，采用以下方法计算其粪便排放量：

畜(禽)年粪便量=年出栏量×日排泄系数(kg/d)×饲养周期(d)[19]

(2)

上式中，各畜禽的日排泄系数(以湿基为标准)采用国家环境保护总局公布的数据[3]。

1.3 牲畜粪便中污染物的等标排放量

参照李荣钢等[20]的计算方法，结合相应的排污系数及污染物进入水体的流失率，引入等标排放量指标，评价牲畜粪便中污染物对水体的影响，公式：

Pi=Mi/Ci× 10-6

(3)

式中，Mi为污染物流失量(t/a)，Ci为按GB3838-88Ⅲ类标准系列规定的污染物阈浓度，CODCr(重铬酸盐指数)为15 mg/L，TN(总氮)为1 mg/L，TP(总磷)为0.1 mg/L。

1.4 耕地对牲畜粪便污染的负荷值和警报值

为能统一评价牲畜粪便对耕地的影响，将不同牲畜的粪便产生量统一换算为猪粪当量，并由以下公式计算耕地的牲畜粪便污染负荷值：

q=Q/S=ΣX·F/S[15]

(4)

式中，q为以猪粪当量计算的耕地对牲畜粪便的负荷值[t/(hm2·a)]，Q为以猪粪当量计算的粪便总量(t/a)，S为有效耕地面积(hm2)，X为各类牲畜粪便量(t/a)，F为各类牲畜粪便换算为猪粪当量的换算系数，取值参照国家环境保护总局公布的数据[3]。进一步计算耕地的牲畜粪便污染警报值，衡量粪便对耕地环境的威胁程度，公式：

r=q/p[18]

(5)

式中，q为耕地的牲畜粪便污染负荷值，p为农田以猪粪当量计算的有机肥最大适宜施用量[30 t/(hm2·年)]。

2 结果与分析

2.1 牲畜粪便排放量

从表1看出，2001—2010年陇南市牲畜粪便总量整体呈下降趋势。截至2010年，牛的存栏量为34.45万头，因其个体粪便排放量最大，导致粪便中污染物的排放总量最大，约为10.86万t，占牛、羊、猪3种牲畜粪便中染污物排放总量的77.05%；猪的存栏量最大，为91.77万头，其个体排放量较小，粪便中污染物的排放总量次之，约为3.01万t，占比为21.37%；羊的存栏量和个体排放量均较小，粪便中污染物的排放总量最小，约为0.22万t，占比为1.58%(表2)。

根据表2，从地区角度看，牲畜粪便中污染物排放总量最大的是礼县，为25 848.11 t；武都区次之，为24 655.70 t；两当县最小，为6 756.86 t。9个县区中，牛、羊粪便中污染物排放总量最大的均是礼县，分别为20 280 t和668.09 t；武都区次之，分别为17 820.85 t和402.13 t；两当县最小，分别为6 004.16 t和30.66 t；猪粪便中污染物排放总量最大的为武都区，礼县次之，两当县最小，依次分别为6 432.72 t、4 900.02 t和722.04 t。

表1 2001—2010年陇南市牲畜粪便排放指标统计

表2 2010年陇南市各县区不同牲畜粪便中污染物的排放总量

Table 2 Total pollutant discharge amount in livestock manure of different animals in different counties, Longnan City in 2010 t

2.2 牲畜粪便对水体的污染评价

从表3看出，2010年陇南市牲畜粪便中COD、TP、TN 3种污染物进入水体的总量为17 091.14 t。不同县区进入水体的牲畜粪便污染物总量存在差异：最大的是礼县，为3 145.03 t，占总量的18.40%；其次是武都区，为2 931.50 t，占比17.15%；最小的是两当县，为861.15 t，占比5.04%。各县区牲畜粪便污染物的等标排放量不同，最大的是礼县，为2 182.44 t，占总量的18.49%；其次是武都区，为2 010.61 t，占比17.04%；最小的是两当县，为602.39 t，占比5.10%。从污染物类别看，对水体环境污染最大的是TN，等标排放量为6 138.98 t，占总量的52.01%；其次是TP，等标排放量为4 966.50 t，占比42.08%；COD进入水体的量最大，但其等标排放量为697.02 t，占比5.91%，小于TP和TN，因此对水体的污染相对最小。

根据表4，从牲畜种类看，牲畜粪便中污染物进入水体的总量及其等标排放总量由大到小均依次为牛、猪、羊。从便污类别看，污染物进入水体的总量及其等标排放总量最大的均为牛尿，其次为牛粪和猪尿，猪粪中污染物进入水体的量大于羊粪，但其等标排放量小于羊粪。其中，产生的COD量及其等标排放量由大到小均依次为牛粪、牛尿、猪尿、猪粪和羊粪；产生的TP量及其等标排放量由大到小均依次为牛尿、牛粪、猪尿、羊粪和猪粪；产生的TN量及其等标排放量由大到小均依次为牛尿、牛粪、猪尿、羊粪和猪粪。综合看出，牛，特别是牛尿中污染物对水体的污染程度最大；猪次之，羊最小。

表3 2010年陇南市不同县区牲畜粪便中污染物进入水体的量及其等标排放量

Table 3 Pollutant amount of livestock manure in water and its equivalent standard discharge amount in different counties, Longnan City in 2010

地区Regions污染物进入水体的量/tPollutantamountoflivestockmanureinwaterCODTPTN小计占比/%等标排放量/tEquivalentstandarddischargeamountCODTPTN小计占比/%武都区WuduDistrict1812．0085．591033．912931．5017．15120．80855．901033．912010．6117．04成 县ChengCounty827．7138．72456．461322．897．7455．18387．20456．46898．847．62文 县WenCounty918．7343．51527．431489．678．7261．25435．10527．431023．788．67宕昌县DangchangCounty1216．8758．49745．402020．7611．8281．12584．90745．401411．4211．96康 县KangCounty837．9439．98504．861382．788．0955．86399．80504．86960．528．14西和县XiheCounty757．6435．75431．871225．267．1750．51357．50431．87839．887．12礼 县LiCounty1915．1191．651138．273145．0318．40127．67916．501138．272182．4418．49徽 县HuiCounty1654．5778．31979．222712．1015．87110．30783．10979．221872．6215．87两当县LiangdangCounty514．9424．65321．56861．155．0434．33246．50321．56602．395．10合 计Total10455．51496．656138．9817091．14100．00697．024966．506138．9811802．50100．00

表4 2010年陇南市不同种类牲畜粪便污染物进入水体的量及其等标排放量

Table 4 Pollutant amount of different livestock manure in water and its equivalent standard discharge amount in different counties, Longnan City in 2010

牲畜种类Animalspecies便污类别Pollutantcategory污染物进入水体的量/tPollutantamountinwaterCODTPTN小计占比/%等标排放量/tEquivalentstandarddischargeamountCODTPTN小计占比/%牛Cattle粪4739．64160．99616．055516．6832．28315．971609．90616．052541．9221．54尿3723．02248．234964．008935．2552．28248．202482．304964．007694．5065．19小计8462．66409．225580．0514451．9384．56564．174092．205580．0510236．4286．73羊Sheep粪75．637．3037．76120．690．715．0373．0037．76115．790．98猪Pig粪561．342．1223．32586．783．4337．4321．2023．3281．950．69尿1355．9178．00497．881931．7911．3090．41780．00497．881368．2911．59小计1992．8087．42558．962639．2614．73127．84801．20521．201450．2412．28合计Total10455．54496．646139．0117091．19100．00697．044966．406139．0111802．45100．00

表5 2001—2010年陇南市及2010年其各县区牲畜粪便对耕地污染的评价

Table 5 Livestock manure pollution level n Longnan City from 2001 to 2010 and pollution level of farmland polluted with livestock manure in different counties, Longmam City in 2010

猪粪当量总量/万tTotalpigfecalequivalent耕地面积/万hm2Farmlandarea污染负荷值(t/hm2)Pollutionloadingvalue污染警报值Pollutionalarmvalue威胁性Threatening不同年份2001529．6228．8918．330．61稍有2002524．6628．9318．140．60稍有2003524．3328．9218．130．60稍有2004529．2128．9818．260．61稍有2005530．3044．2611．980．40无2006540．4728．9018．700．62稍有2007507．9828．9017．580．59稍有2008445．6828．8515．450．52稍有2009465．1228．8216．140．54稍有2010476．1128．8916．540．55稍有不同地区武都区WuduDistrict81．774．7217．320．58稍有成 县ChengCounty36．292．7513．220．44稍有文 县WenCounty41．962．0520．470．68稍有宕昌县DangchangCounty56．472．8619．740．66稍有康 县KangCounty37．522．0818．020．60稍有西和县XiheCounty33．934．018．450．28无礼 县LiCounty90．386．8813．130．44稍有徽 县HuiCounty70．952．6326．960．90有两当县LiangdangCounty22．120．8027．580．92有

2.3 牲畜粪便对耕地的污染评价

从表5看出，2001—2010年陇南市耕地的牲畜粪便污染负荷值平均为16.93 t/hm2，2005年的负荷值最低，为11.98 t/hm2，其余9年的负荷值都在平均值附近，10年间的耕地牲畜粪便污染负荷值整体趋于平稳(图1)。从地区角度看，2010年陇南市不同区县耕地牲畜粪便污染的警报值平均为0.61，牲畜粪便对耕地环境稍有威胁。两当县的耕地牲畜粪便污染负荷值及警报值最大，分别为27.58 t/hm2和0.92；徽县次之，2项指标值分别为26.96 t/hm2和0.90；两当县和徽县的牲畜粪便污染级别为Ⅲ级，牲畜粪便对耕地环境已经产生威胁，应合理降低其牲畜养殖空间；西和县的耕地牲畜粪便污染负荷值及警报值最小，分别为8.45 t/hm2和0.28，牲畜粪便污染级别为Ⅰ级，牲畜粪便对耕地环境无威胁，其牲畜养殖空间可以适当扩大；其余县区的警报值为0.40～0.70，牲畜粪便污染级别为Ⅱ级，牲畜粪便对环境稍有污染(图2)。

图1 2001—2010年陇南市耕地牲畜粪便污染的 负荷值和警报值

Fig.1 The loading value and alarm value of farmland polluted with livestock manure in Longnan City from 2001 to 2010

图2 2010年陇南市不同区县耕地的牲畜粪便污染级别

Fig.2 Livestock manure pollution level of farmland in different counties, Longnan City in 2010

3 结论与建议

截至2010年，陇南市牲畜粪便对耕地的整体污染程度较轻，其中，徽县和两当县的耕地环境已受到威胁，应缩减牲畜养殖规模；西和县耕地环境未受到威胁，牲畜养殖业具有一定的发展空间；其余县区耕地环境稍受威胁。在牲畜粪便对水体的污染方面，礼县的受污染程度最大，武都区次之，两当县最小。从牲畜种类看，牛，特别是牛尿中污染物对水体的污染程度最大，猪次之，羊最小。从牲畜粪便中的污染物类别看，TN对水体的污染最大，TP次之，COD最小，而产生TN、TP和COD的量由大到小均依次为牛、猪和羊。

为降低牲畜粪便对水体和耕地的污染，同时保障畜禽养殖产业的可持续发展，应合理调整牲畜养殖的规模和结构，并扩大耕地面积，可以在减少牛养殖数量的同时，增加猪和羊的养殖数量。同时，应做好牲畜粪尿的收集和集中化处理，避免其进入河道。此外，可以将排污权的有偿使用和交易制度[21]应用到畜禽养殖业中，通过企业与企业之间、地区与地区之间的排污权交易，减缓部分区域畜禽养殖及其污染治理的压力。从长远看，这一模式具有较好的应用前景。

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(责任编辑： 黄筑斌)

Pollution Evaluation of Livestock Manure in Longnan City

LI Penglin1， JU Tianzhen1*， TANG Yongsheng2， MOU Ruiqiang1， YI Xueqin1

(1.CollegeofGeographyandEnvironmentScience，NorthwestNormalUniversity，Lanzhou,Gansu730070； 2.LongnanEnvironmentalProtectionBureau，Longnan,Gansu746000，China)

The livestock manure amount of nine counties, Longman City, Gansu Province from 2001 to 2010 was calculated. Thenthe water and farmland pollution level was evaluated by the equivalent standard discharge amount of pollutants in livestock manure andfarmland pollution loading and alarm value to scientifically and effectively control pollution of livestock and poultry manure and provide a reference for the harmonious and sustainable development of livestock and poultry breeding industry and environmental protection. Results: The overall pollution degree of livestock manure to farmland is slighter. The livestock breeding scale in Hui and Liangdang Counties should decrease because livestock manure pollution threats the farmland environment. The livestock breeding industry in Xihe County still has a certain development space because livestock manure does not pollute the farmland environment. The livestock manure pollution threats other counties slightly. The pollution level of water environment in Li County and Liangdang County is the maximum and minimum respectively. The water pollution degree of different livestock manure is cattle> pig> sheep. The water pollution degree of pollutants in livestock manure is TN> TP> COD.

livestock manure; pollution; equivalent standard discharge amount; loading value; alarm value; Longnan

2015-07-08； 2015-11-19修回

李鹏林(1994-)，男，在读本科。E-mail：lipenglin0330@163.com

*通讯作者：巨天珍(1965-)，女，教授，硕士，从事城市生态学研究。E-mail：jujutz@163.com

1001-3601(2016)01-0047-0186-05

S-9； X502； S181

A