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    林芝市畜禽养殖污染风险评价与防治措施*

    时间：2023-01-26 22:15:02 来源：东东创业网 本文已影响人 东东创业网手机站

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    郝守宁 张立麒 李成林

    (1.西藏农牧学院水利土木工程学院，西藏 林芝 860000;2.华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，湖北 武汉 430074)

    林芝市地处藏东南生态安全屏障区，农牧业是当地农牧民的主要经济来源。随着西部大开发政策的实施，林芝市的畜禽养殖业更是得到了飞速发展。林芝市畜牧业产值由2000年10 917.13万元到2019年已增加至71 494.40万元[1]，增长了5.5倍。然而，畜牧业飞速发展的同时其粪便排放对环境的污染风险日益显现。虽然畜禽粪便可作为耕地有机粪肥，改善耕地土壤肥力，是一种资源，但如果对其处理不当，进入耕地土壤的畜禽粪便超过自然消纳能力[2]就会引起严重的土壤环境污染[3]。因此，开展畜禽养殖污染的耕地畜禽粪便负荷评价对防治耕地土壤环境污染具有重要意义。

    目前国内外学者对畜禽养殖污染的环境风险评价多采用粪便总氮(TN)和总磷(TP)的耕地负荷[4]、畜禽养殖密度(AD)[5]、粪便排放量[6]、粪便污染物排放量[7]、生态环境足迹指数[8]和粪便重金属排放量[9]等指标。郝守宁等[10-11]通过营养物输出系数法对林芝市面源污染的排放特征进行分析发现，林芝市畜禽养殖粪便排放是最主要的面源污染，其中TP与TN是主要污染物，且畜禽养殖粪便TP与TN排放量呈逐年增加趋势。

    本研究采用畜禽单元(AU)和营养物输出系数法，通过AD、粪便TN和TP的耕地负荷综合评估林芝市的畜禽养殖污染风险。时间上选取了西部大开发开始的2000年作为基准年，西藏自治区环境综合整治中提出加强畜禽养殖污染治理的2010年作为中间年，以及能搜集到最新数据的2019年作为最近年，以全面总结西部大开发实施以来林芝市的畜禽养殖污染风险变化情况。

    1.1 数据来源与处理

    本研究所需属性数据主要包括林芝市7县的耕地面积、畜禽养殖数量和畜禽养殖的污染物排放系数;所需空间数据主要是林芝市7县的行政区矢量数据。属性数据通过林芝市统计年鉴查询得到，其中耕地面积以年末实际耕地面积为准;畜禽养殖数量选取了主要的牛、猪、羊、鸡的养殖数量，以年末存栏量为准;畜禽养殖粪便的TP与TN排放系数参照《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001)确定;林芝市7县的行政区矢量数据由中国科学院地理科学与资源研究所提供，并通过现场踏勘进行校正。

    1.2 研究方法

    1.2.1 AU和AD的计算及分级

    为了便于对不同畜禽种类进行统一分析比较，采用AU对不同畜禽种类的养殖数量进行标准化换算，以454 kg畜禽活体质量为1个AU[12]，林芝市的AU换算系数如表1所示。

    表1 林芝市的AU换算系数Table 1 Conversion parameters of AU in Nyingchi 头/AU或只/AU

    AD被用作指示农业TN、TP流失风险的指标，常用单位耕地面积的AU[13]表示。目前，国内对AD评价尚未制定标准，本研究根据欧洲理事会的《农村发展战略指南(2007—2013年)》的规定以2.00 AU/hm2为AD最大标准限值，并以1个单位AD为梯度将风险划为4个等级(见表2)[14]969。

    表2 AD等级划分Table 2 Classification standard of AD

    1.2.2 粪便TN、TP耕地负荷计算及分级

    畜禽粪便排放的TN、TP污染物根据营养物输出系数法[15]进行计算，各种畜禽粪便所排放的污染物TN、TP的排放系数见表3。

    表3 畜禽粪便的污染物排放系数Table 3 Emission coefficients of pollutants from livestock and poultry manure kg/(头·年)或kg/(只·年)

    目前，我国针对粪便TN、TP耕地负荷也尚未制定统一标准。瑞典、挪威和爱尔兰等[16]规定年粪便TP耕地负荷最大限值为40 kg/hm2，而国内研究认为我国的年粪便TN耕地负荷最大限值应为225 kg/hm2[17]，考虑到国内畜牧业发展状况和研究区的实际情况，本研究中的年粪便TN、TP耕地负荷最大限值分别取225、40 kg/hm2。根据我国农业的发展历史可将我国耕地农业发展分为2个阶段：第1阶段为改革开放前的传统农业，耕种以原始的畜禽粪肥为主，工业肥料投入为辅，作物产量较低;第2阶段为改革开放后逐渐发展起来的集约农业，工业肥料投入大增、农业产量提升，因此可将第1阶段的TN、TP的年粪便TN、TP 耕地负荷作为无环境风险的背景值，分别取100、10 kg/hm2。此外，将欧盟农业政策规定的年粪便TN耕地负荷最大限值170 kg/hm2[18]作为Ⅱ级和Ⅲ级的临界值，TP则在10～40 kg/hm2等比划分。最后，畜禽养殖的环境风险划分标准见表4。

    表4 粪便污染物耕地负荷的等级划分Table 4 Classification standard of manure pollutants farmland loads kg/hm2

    1.2.3 畜禽养殖污染风险综合评价

    环境风险区划是降低区域发展过程中可能存在的环境风险的措施之一，也是开展区域环境风险预防的重要措施[19]。本研究在AD、粪便TP和TN耕地负荷分级评价的基础上，通过叠合来综合分析林芝市的畜禽养殖区域环境风险等级。由于林芝市地处藏东南生态安全屏障区，河网非常密集，生态较为脆弱，因此采用较为严格的综合评估区划原则，以AD、粪便TP和TN耕地负荷分级的最高等级作为叠合后综合的区域环境风险等级。

    2.1 林芝市畜禽粪便TN、TP排放特征

    根据林芝市统计年鉴，2000—2019年林芝市畜禽养殖种类及数量在时空上存在较大差异。2000—2019年林芝市各类畜禽养殖总量虽然发生了较大的变化，但每年的AU变化较小，即林芝市各类畜禽间在数量上存在互补的结构状态。林芝市畜禽粪便排放的污染物TP的估算结果见图1。2000—2019年林芝市畜禽粪便TP排放量在时空上存在明显差异：空间上TP排放量最高的县为工布江达县，2019年最高达到1 731 t，排放量最低的县为墨脱县，值得注意的是墨脱县的畜禽粪便TP排放量一直远低于其他县，2019年最高时也只有工布江达县的约11%，仅191 t，主要原因是墨脱县的各类畜禽养殖数量相对较少;时间上从2000年到2019年林芝市畜禽粪便TP排放量呈上升趋势，但朗县和察隅县出现了下降趋势，波密县则出现了趋稳趋势。林芝市各县的畜禽粪便TP排放主要来自大牲畜牛和猪，特别是牛的产污量占到了96%以上[20]。

    图1 林芝市畜禽粪便TP排放量Fig.1 TP emissions of livestock and poultry manure in Nyingchi

    畜禽粪便TN排放量的时空分布特征及各类畜禽的贡献状况与TP有着相似的规律，在此不再赘述。

    2.2 林芝市AD时空特征及风险评价

    林芝市的AD总体上呈增长趋势，2000、2010、2019年林芝市全市的AD都远高于Ⅳ级水平，分别达到了31、34、35 AU/hm2，也远高于东北三省[14]967，原因是林芝市的畜牧业是当地的主导产业之一，特别是大牲畜养殖量远远超过东北地区，而东北以耕种农业为主。

    林芝市的AD时空分布状况见图2，不仅在空间上分布极不均匀且在时间上变化也有较大差异。

    图2 林芝市AD的时空分布Fig.2 Spatial and temporal distribution of AD in Nyingchi

    AD最大的县始终是朗县，最高达到了82 AU/hm2。需要注意的是，即便是AD最小的墨脱县，其最低值也达到了8 AU/hm2，高于3 AU/hm2，属于Ⅳ级(高环境风险)。林芝县、米林县和工布江达县的AD呈主流的增长趋势，而察隅县呈降低趋势，朗县、波密县呈先增长后降低的趋势，墨脱县则表现为先降低后增长的趋势。在这近20年的时间里，AD变化较大的县有工布江达县和朗县，工布江达县增加了15 AU/hm2，朗县减少了24 AU/hm2。

    2.3 林芝市畜禽粪便TN、TP耕地负荷时空特征及风险评价

    由于畜禽粪便TN排放量的时空分布特征与TP有着相似的规律，因此畜禽粪便TN、TP耕地负荷也有着相似的规律。与AD风险评价结果相一致，林芝市畜禽粪便TN、TP耕地负荷也都远超Ⅳ级(高环境风险)，并且2019年>2010年>2000年，2019年的畜禽粪便TN、TP耕地负荷分别达到了2 531、453 kg/hm2。

    林芝市的畜禽粪便TN、TP耕地负荷时空分布状况见图3。林芝市7县的畜禽粪便TN、TP耕地负荷时空分布规律基本相同。空间上，西边的朗县与工布江达县是畜禽粪便TN、TP耕地负荷较为严重的两个县。南部的墨脱县的畜禽粪便TN、TP耕地负荷始终都是最低，但即便是最低值也都远超Ⅳ级(高环境风险)。故林芝市7县的畜禽粪便TN、TP耕地负荷都始终属于Ⅳ级(高环境风险)。时间上，与2000年相比，2010年除了察隅县畜禽粪便TN、TP耕地负荷有所下降外，其他县都是增加的，其中畜禽粪便TP、TN耕地负荷变化最大的县为波密县，而墨脱县变化最小;2010年至2019年间波密县与朗县的畜禽粪便TP、TN耕地负荷下降，而此阶段增加量最大的县为林芝县。总体而言，除了察隅县、波密县与朗县的畜禽粪便TN、TP耕地负荷有波动外，其余各县都是保持着增长的趋势，即风险有增大的趋势。

    图 3 林芝市畜禽粪便TN、TP耕地负荷的时空分布Fig.3 Spatial and temporal distribution of livestock and poultry manure TN and TP farmland loads in Nyingchi

    2.4 畜禽养殖污染风险的综合评价结果

    虽然AD最大的不一定畜禽粪便TP、TN耕地负荷也最大，但根据以AD、粪便TP和TN耕地负荷分级的最高等级作为叠合后综合的区域环境风险等级的原则，林芝市7县2000—2019年畜禽养殖污染风险的综合评价结果都属于Ⅳ级(高环境风险)。分析发现，交通便利的地区畜禽养殖量更大，其环境风险高于其他地区。

    2.5 畜禽养殖污染防治措施

    林芝市的畜禽养殖防治措施、政策及技术不能完全照搬其他地区，深化林芝市环保政策改革，调整产业结构和优化资源配置的同时必须考虑林芝市特殊的地域条件，需因地制宜。林芝市地处高原生态脆弱区，区内河流水系密集，畜禽养殖对水环境造成严重威胁，应根据林芝市畜禽养殖的主要污染源、污染物排放量及环境风险的分布状况，对林芝市畜禽养殖污染防治采取针对性的措施。

    畜禽养殖污染排放具有隐蔽性、随机性和面源性等特征，依据风险评价结果及各县的具体状况建议采取相应的防治措施：工布江达县、米林县等畜禽养殖污染严重且河网较为密集的大县，应加强畜牧用地规划，科学合理地避开尼洋河流域饮用水源地及其保护区，河岸带的一定范围内建设植被生态系统工程，防治畜禽粪便在降雨时产生面源污染直接快速进入尼洋河水体;察隅县与波密县畜禽养殖量多但耕地面积相对较少，应加强畜禽养殖污染防治技术的宣传，提升农牧民对畜禽养殖污染危害性的认知，充分利用较为丰富的森林资源，尽可能将畜禽养殖粪便收集后人工运输到缺少肥料的森林植被区;墨脱县是林芝市畜禽养殖风险最小的县，但也处于Ⅳ级(高环境风险)，所以应加大养殖补贴以合理调整畜禽养殖结构，引导构建完善的经济激励政策，防止畜禽养殖量的骤增;林芝县是林芝市的经济中心，受经济和人口的影响，畜禽养殖量逐年上升，应科学合理规划养殖区，重点防治畜禽粪便在降雨时产生面源污染进入河流水体，同时建议养殖场配备粪污处理设施;朗县面积最小，但养殖量大，应大力推广规模养殖，并将畜禽养殖粪便回田利用，尽可能建设排污治污设施，建立粪便收集、运输和处理系统。

    (1) 在时间尺度上，2000—2019年林芝市畜禽粪便TN和TP排放量、AD、TN和TP耕地负荷总体呈上升趋势。

    (2) 在空间尺度上，AD最大的县为朗县，最小的县为墨脱县;畜禽粪便 TN、TP耕地负荷西边的朗县和工布江达县较为严重，南部的墨脱县始终最低。

    (3) 林芝市的畜禽养殖污染风险的综合评价结果始终处于Ⅳ级(高环境风险)。在河网密集的地区，污染物更易通过降雨形成面源污染而对水环境形成威胁。

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