摘 要

随着湖北省畜牧业的不断发展，畜禽养殖所带来的环境污染问题也严重影响了畜禽养殖业及农业的平衡发展，生活水平的改善和生产力的提高使得这些问题引起了人们的重视与关注。本文通过资料调研及计算等方式，预估了2015年湖北省畜禽粪便排放量和畜禽粪便耕地负荷，评估了各区市农田畜禽粪便污染风险和湖北省畜禽粪污土地承载力。主要得出的结果如下：

（1）2015年湖北省生猪养殖总量为6183.53万头，奶牛养殖总量为5.04万头，肉牛养殖总量为285.26万头，蛋鸡养殖总量为22481.52万头，肉鸡养殖总量为55846.78万头。

（2）2015年湖北省畜禽养殖产生的粪尿总量为8261.78万t，TN为64.14万t，TP为9.24万t，总Cu为6.48t，总Zn为26.72t。

（3）2015年湖北省N、P、Cu、Zn的耕地负荷分别为190.21 kg/(hm²·a)、27.39 kg/(hm²·a)、1.92 kg/(hm²·a)和7.92 kg/(hm²·a)。

（4）湖北省2015年畜禽粪污N、P剩余承载力分别为-6.81万吨和2.56万吨。湖北省部分地区N剩余承载力为负值，土地氮承载力已超标，应合理控制畜禽粪污中N的排放。荆州市氮、磷剩余承载力均较高，可适当合理发展畜禽养殖业。

通过以上畜禽养殖方面的研究，以期为湖北省养殖业及农业的健康可持续发展提供科学依据。

关键词：土地承载力；畜禽粪污；耕地环境容量；耕地负荷

Abstract

With the continuous development of animal husbandry in Hubei province, environmental pollution caused by livestock and poultry breeding has also seriously affected the balanced development of livestock and poultry breeding and agriculture. The improvement of living standards and productivity has aroused people's attention and concern. By means of the data research and calculation, this paper estimated the discharge amount of livestock and poultry manure in Hubei province and the load of livestock and poultry manure in cultivated land in 2015, and assessed the risk of livestock and poultry manure pollution in farmland and the bearing capacity of livestock and poultry manure in Hubei province.The primary results show that:

(1) The total number of pig breeding in Hubei province in 2015 was 61.8353 million, the total number of cow breeding was 5.04 million, the total number of beef cattle breeding was 2.8526 million, the total number of layer breeding was 2248.152 million, and the total number of broiler breeding was 558.478 million.

(2) The total fecal urine produced by livestock and poultry breeding in Hubei province in 2015 was 82617800 t, TN 641400 t, TP 92400 t, total Cu 6.48t and total Zn 26.72t.

(3) the cultivated land load of N, P, Cu and Zn in Hubei province in 2015 was 190.21 kg/(hm²·a), 27.39kg/(hm²·a), 1.92 kg/(hm²·a) and 7.92 kg/(hm²·a).

(4) The residual nitrogen and phosphorus carrying capacities of livestock and poultry manure in Hubei province in 2015 were -68,100 tons and 25,600 tons respectively. The residual carrying capacity of N in some areas of Hubei province is negative, and the carrying capacity of land N has exceeded the standard. Therefore, the emission of N in livestock and poultry manure should be reasonably controlled. The residual bearing capacity of N and P are high Jingzhou city , which can appropriately and reasonably develop the livestock and poultry industry.

Through the above research on livestock and poultry breeding, we hope to provide scientific basis for the healthy and sustainable development of aquaculture in Hubei province.

Key words: Land bearing capacity, Livestock and poultry waste, Environmental capacity of cultivated land, Cultivated land load

目录

摘要 I

Abatract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 目的和意义 1

1.3 国内外研究进展 2

1.3.1 畜禽养殖污染防治政策法规研究现状 2

1.3.2 畜禽粪污处理技术研究现状 3

1.3.3 土地畜禽粪污承载力研究现状 4

1.4 研究内容 5

1.5 技术路线 5

第二章 材料与方法 7

2.1 研究区域概况 7

2.2 数据获得 7

2.2.1 基础数据 7

2.2.3 产排污系数 7

2.3 数据处理 8

2.3.1 畜禽粪便总量、氮、磷、Cu、Zn产生量的估算 8

2.3.2 畜禽粪便和氮磷养分、重金属铜锌的耕地负荷量估算 8

2.4 数据处理方法 8

第三章 结果分析与讨论 9

3.1 湖北省2015年畜禽养殖现状分析 9

3.2 湖北省2015年畜禽粪污的养分及重金属的产生量 10

3.2.1 畜禽产生粪尿总量 10

3.2.2 畜禽产生N、P总量 11

3.2.3 畜禽产生铜、锌总量 12

3.3 湖北省2015年畜禽耕地负荷分析 13

3.3.1 畜禽粪便氮、磷养分耕地负荷量 13

3.3.2 畜禽粪便铜、锌养分耕地负荷量 15

3.4 湖北省耕地环境容量及土地承载力分析 16

3.4.1 环境容量 16

3.4.2 土地承载力分析 18

第四章 讨论 20

第五章 结论及建议 22

5.1 结论 22

5.2 建议 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 绪论

1.1 研究背景

自改革开放40年以来，人们生活水平和生活质量有了极大的改善，人口的数量也急速攀升，消费结构和生产方式也产生了巨大的变化，由以往的大比例粮食消费现象变为如今畜禽类产品的消费不断增加，同时也带动了畜禽养殖业的飞速发展，国内养殖数量不断增长，畜牧产业也由以往家庭副业变为了农民增收的一大重要渠道，同时也促进了国内GDP的增长，畜牧业也越来越成为国内重要的产业之一。

但畜牧养殖产业的迅猛发展带来了很多始料未及的的环境问题，如全球气候变暖、臭氧层空洞等等问题。虽然产生这些问题的原因来自多方面，但由畜牧产业引起的农业面源污染却远远超过了以往的工业污染比重。畜禽粪便中含有N、P、重金属及有机物等大量肉眼不可见的物质，如不经处理便直接排放就会造成江河、湖泊及地下水等的污染，会使得水中DO下降，水体富营养化，水体中藻类大量繁殖，重金属富集等这些污染问题都给水体中原有生物的正常生存造成了威胁，从而也可能引起水体浑浊变臭等问题，从而产生赤潮水华，造成生物多样性降低等问题。一般情况下，养殖场附近都会闻到具有刺激性气味的恶臭气体，这些气体如不经及时处理便会散发到空气中，随之就会飘散到附近居民生活区域进而影响他们的正常生活，甚至可能会引发人类一系列健康问题。且粪污中的氮含量一般情况下都比较高，如不经及时处理或收集就会大量挥发而增加空气中N的含量，进而可能会产生酸雨等，由此而产生一系列环境和生活问题。

随着我国畜禽产业的集约化程度不断提高，规模化养殖也越来越广泛。相比传统的家庭养殖，规模化养殖不仅数量大，且产生的污染物量大而不易处理，因此对环境的污染问题也不容小觑。针对这些问题，国家政府出台了一系列治理污染措施，如《国家农村小康环保行动计划》、《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》、《畜禽养殖业污染防治技术政策》、《国家环境保护标准“十三五”发展规划》^{[1, 2]}等等，这些都对畜牧养殖业的健康发展起到了积极作用。

1.2 目的和意义

湖北是农业大省，同时也是农业面源污染比较严重的省份之一。随着经济的发展和GDP的攀升，农业面源污染已不可避免的威胁到了全省水资源质量安全和全省农业的绿色可持续发展。以种定养、种养结合是解决湖北省农业面源污染的重要途径。但目前还没有关于湖北省农田畜禽粪污承载力的研究报道。本文拟研究湖北省农田的畜禽粪污承载力，以期为全省农业面面源污染防控提供科学支撑。

1.3 国内外研究进展

1.3.1 畜禽养殖污染防治政策法规研究现状

随着国家经济的发展，我国畜牧业也得到了飞速发展，但随着养殖业集约化、规模化的发展，一些大型养殖场由于处理技术设备和管理约束力不够等原因，对产生的畜禽粪便和养殖废弃物等综合利用率不到60%，其中约有40%畜禽粪污因未得到有效处置，而使得其中的大量养分和有毒物质通过直接或间接的方式对人类的生存环境和健康造成了威胁^[7]，使得环境污染问题日益严重，也严重制约着乡村绿色农业的发展。这成为制约养殖业可持续发展的焦点问题。因此实现对畜禽粪污合理处置和加强相关部门对畜禽粪污的管理，对实现畜牧业可持续健康发展有着重要的作用。

关于污染防治政策法规方面的研究，我国相比于国外相关法规政策制定起步较晚，对畜禽养殖业的监管治理也相当有限。但从2001年开始，国家有关部门对养殖业畜禽粪污等方面相继出台了具有针对性的相关政策法规及标准，其中：由环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局针对规模化畜禽养殖场和养殖区制定了《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596-2001）^[7]，分别规定了“水污染物、恶臭气体的最高允许日均排放浓度、最高允许排水量，畜禽养殖业废渣无害化环境标准”，希望通过制定此类标准以求实现湖北省畜禽养殖业产生粪污的减量化、无害化和资源化；在2017年国家环境保护部制定《关于在畜禽养殖废弃物资源化利用过程中加强环境监管的通知》（环水体 [2017]120 号），其中对严格落实环评制度、积极制定水环境管理、完善污染监管制度和监管落实主体责任等四个方面做了强调，国家对畜禽养殖废弃物资源化利用过程中加强了环境监管。到目前为止，国内针对畜禽养殖粪污处理方面出台了一系列相关政策法规及标准，严格对粪污污染防治、综合养分管理、畜禽粪污无害化处理和健康绿色发展农牧业等方面做出了严格的规定。可见这些年国家对畜禽粪污污染防治方面越来越重视，改善环境问题和加强环境治理越来越牵动人心。

据2003年美国的调查显示，农业面源污染导致了约40%的水体水质不合格^[3]，成为水体污染的主要污染源，过度放牧也导致河流沿岸生态系统的破坏。美国在针对此类问题也采取了一系列措施，主要是采取制定法律法规相关政策以保证畜牧业经济与环境保护的持续发展^[4]。不仅如此，国外还制定了一系列养分管理计划政策^[8]，主要是通过：划分养分管理对象以求达到作物高产、养分高效和绿色环境的目标；大力发展种养结合；规范规定粪污处理与施用；严格规范剩余畜禽粪便处理标准等四个方面来实施^[7]。相比国内而言，国外在对于寻亲粪污的处理及处置上相关的法律法规政策及技术设备等都比较完善，且执行力度也很强，相关惩罚措施也更为严格，在政策上资金的扶持力度也更大。通过国内外的比较，将可更好的为湖北省甚至是我国畜禽养殖业的发展提供可行性的建议与参考意见。

1.3.2 畜禽粪污处理技术研究现状

在国外畜禽养殖业发展的快，出现的环境问题也比较早。自二十世纪五十年代起，许多发达国家的畜牧业蓬勃生长，但由于畜牧业生产模式单一，畜禽过度集约化饲养以及管理模式和处理方式等的不完善，导致粪污处理量远远低于生产量，由此农业面源污染造成了一系列的环境污染问题。日本针对此类畜禽粪污所产生的问题也颁布了相关法律来减缓和管理畜禽污染，除此，早在1975年日本就在这方面采用了SBR（序批示活性污泥法）来去除粪污中的氮，日本最新研发出一种好氧堆肥发酵处理设备可以充分解决N损失及污染问题和做功产生热量利用等问题^[5]。美国和泰国一些学者提出了合适的好氧堆肥技术；也有一些学者提出了湿地处理法、氧化塘等来处理畜禽粪污。一些学者研究了畜禽养殖污染情况，发现在不超过土壤承载力的情况下，向土壤中施用沼肥即可减少粪污污染，也可在最大程度上增大畜禽粪便的利用率，且可有效增强土壤肥力，阿知波等指出施用沼肥可将土壤中游离的重金属向结合态转化从而有效降低植物对重金属的吸收率，但与经济技术角度而言，推广存在困难，通过国内外一些学者研究得出，通过种养结合、沼气工程等方法，分析评价出畜禽粪便有效氮、磷、钾养分量和农作物氮、磷、钾养分量需求之间匹配关系^[6]，是实现畜牧业与农业可持续发展的关键因素之一。

第一次全国污染源普查证明：畜禽养殖业粪便和尿液产生量分别为 2.43 亿t和 1.63 亿t，其中主要的水污染物排放量中的TN 102.48万t、TP 16.04 万t、Cu 2397.23 t、Zn4756.94 t，分别占农业面源污染排放总量的38%、56%、98%、94%^[9]，已成为农业面源污染的主要来源。但相对畜禽粪污方面的处理技术标准相对落后，畜禽养殖业产生的粪污及部分残余物因未得到有效处理而直接排放或流入环境中，对人类生活环境产生了严重影响。畜禽粪污资源化处理按处理结果可分为肥料化技术、饲料化技术、基质化技术和能源化技术等^[11]。

目前国内固体粪便的常用处理方式是堆肥处理，堆肥是指在一定高温条件下，作物秸秆、树叶等和人畜粪尿混合经微生物作用而使其中的有机物矿质化、腐质化和无害化变成腐熟肥料的一种过程^[9]。畜禽液态粪便处理采用厌氧发酵技术和自然生物处理技术。厌氧发酵技术具有能耗低、能源可回收、技术成熟等优点^[10]；自然生物处理技术具有经济、简单和净化效果好等优点^[9]。但为了促进畜禽的生长及满足其营养需求，畜禽养殖饲料中被广泛添加了重金属，使得畜禽粪便中残留了大量重金属，普通的沼气工程等处理方式还是会有重金属残留于沼液中，若长期将沼液施入土壤中就会造成农田土壤中重金属含量的超标，部分农作物也会富集重金属进而食入人体造成人体健康问题，这也使得畜禽粪便的处理难度极大提升。推广畜禽粪污处理技术对提高畜禽养殖业者的经济收入、促进养殖业与种植业和林业的平衡协调发展、实现畜禽粪污的资源化利用和无害化利用的长效机制，促进农牧业的可持续绿色发展具有十分重要的意义^[12]。

1.3.3 土地畜禽粪污承载力研究现状

我国在土地畜禽粪污承载力研究方面，现存在土地承载力区域性差异大、种养主体分离且畜禽粪便养分损失率高、畜禽粪污处理设备不健全及管理体制不完善、粪污处理费用高而相关扶持政策积极性较差等问题^[13]。若能全面推广种养结合、加大对畜禽粪污处理方面的扶持力度、相关部门积极配合建立健全畜禽粪污处理相关设施和相关整改法规、提升粪污收集及处理应用方面的技术标准，全民将实现农业与畜禽养殖业的可持续绿色经济发展，可有效缓解养殖业带来的巨大生态压力^[14]，有效提升畜禽养殖土地承载力的范围，为我国畜牧业的发展提升的新的台阶。

王建华和李培培等^[2,13]均对2016年青岛市农田畜禽粪便承载力进行了相关的调查研究，研究发现青岛市2016年畜禽养殖土地承载力以猪当量为计还有相当承载空间。郑莉等人通过文献调研和相关资料收集，对山东省畜禽粪污土地承载力进行了时空分异特征分析，发现山东省土地对畜禽粪污任然具有一定消纳能力^[14]。许翼等人运用灰色预测模型对沈阳市畜禽养殖环境承载力进行了分析和预测，计算发现沈阳市畜禽养殖警戒值已低于相应环境承载力^[15]。马良等人对浙江省嘉兴桐乡市的畜禽养殖粪便产生量和农田承载力进行了相关的研究分析，发现畜禽粪便因在转移和运输过程中有所损失，而使得其中N、P养分农田承载力均为超过相关标准^[16]。杨建新等人对新疆各地畜禽养殖粪便产生量和农田承载力进行了分析研究，测算分析发现吐鲁番市、乌鲁木齐市等地农田对畜禽粪污的消纳能力已接近饱和；和田地区、克州、伊犁州等地农田消纳能力有限，可适度发展畜牧业；巴州、阿克苏地区等地农田消纳能力极强，可在相关政策和制度的科学合理规划下大力发展畜牧养殖业^[17]。

国内部分地区通过对畜禽养殖粪污产生量与土地承载力的测算分析，有助于推进畜禽养殖业布局调整、优化畜禽粪便资源化利用、促进畜牧业绿色转型和大力发展种养结合及可持续生态循环的健康农牧业；也有助于在未来发展中，提前预测将畜禽养殖业进行区域转移，以求农牧业的可持续发展；通过畜禽粪污土地承载力的相关预算研究，对畜禽粪便及部分污染物的相关处理、防控及管理规范的制定及相关畜禽养殖污染防治工作的开展也有积极意义。本文将通过对畜禽粪污土地承载力的相关研究，以期为湖北省省农业面面源污染防控和农牧业可持续发展提供科学支撑。