林芝畜禽養(yǎng)殖糞便排放時(shí)空演變及耕地污染負(fù)荷分析

郝守寧，普布次仁，董 飛

林芝畜禽養(yǎng)殖糞便排放時(shí)空演變及耕地污染負(fù)荷分析

郝守寧1，普布次仁2，董 飛3※

（1. 西藏農(nóng)牧學(xué)院，林芝 860000；2. 西藏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，拉薩 850000；3. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

為準(zhǔn)確掌握林芝市畜禽養(yǎng)殖發(fā)展的區(qū)域差異及畜禽糞便對(duì)環(huán)境的污染威脅，該研究利用年平均增長(zhǎng)率及輸出系數(shù)方法，揭示畜禽養(yǎng)殖量及其氮磷污染的增長(zhǎng)率的區(qū)域差異和時(shí)空變化規(guī)律，分析耕地的畜禽污染負(fù)荷。結(jié)果表明，林芝市畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，各縣的牛、豬、家禽養(yǎng)殖量的年平均增長(zhǎng)率都普遍較高，羊的增長(zhǎng)率與其他種類畜禽不同出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)。畜禽養(yǎng)殖發(fā)展基本可分為3個(gè)階段：穩(wěn)步發(fā)展階段（1986―2000年），全面發(fā)展階段（2000―2010年），現(xiàn)代化發(fā)展階段（2010―2014年）。工布江達(dá)縣畜禽污染產(chǎn)生量較大，林芝縣與米林縣年平均增長(zhǎng)率相對(duì)較快，朗縣平均單位耕地面積的畜禽氮磷污染負(fù)荷最重。林芝市平均單位耕地面積的畜禽磷氮污染負(fù)荷達(dá)到400和2 345 kg/hm2。該研究可為林芝市農(nóng)牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃和畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考。

氮；磷；污染；畜禽養(yǎng)殖；年平均增長(zhǎng)率

0 引 言

農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)土壤環(huán)境、水質(zhì)和農(nóng)產(chǎn)品安全具有不同程度的影響，是破壞區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的重要因素[1]，第一次中國(guó)污染源普查公報(bào)顯示，地表水污染的污染物主要來(lái)源為農(nóng)業(yè)面源污染；而畜禽養(yǎng)殖污染是農(nóng)業(yè)面源污染中比較突出的污染源[2]，其產(chǎn)生的污染物化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand，COD)、總磷（total phosphorus，TP）和總氮（total nitrogen，TN）分別占農(nóng)業(yè)污染源的96%、56%和38%。畜禽養(yǎng)殖引起的污染問(wèn)題已成為關(guān)注的焦點(diǎn)[3]，歐盟硝酸鹽法規(guī)中規(guī)定單位耕地面積糞尿氮、磷[4]投入量分別不能超過(guò)170和35 kg/hm2。中國(guó)對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境污染問(wèn)題關(guān)注的學(xué)者從20世紀(jì)90年代以來(lái)日益增多，一些學(xué)者對(duì)國(guó)內(nèi)很多地區(qū)也進(jìn)行了基于耕地面積的畜禽糞便負(fù)荷估算和環(huán)境影響評(píng)價(jià)等研究[5-7]，文獻(xiàn)資料顯示中國(guó)畜禽糞便年產(chǎn)生的污染物COD遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)工業(yè)廢水和生活污水兩污染源產(chǎn)生的總和[8]，糞肥投入導(dǎo)致土壤Olsen-P增量為等量化肥的3倍[9]，其盈余的營(yíng)養(yǎng)物將對(duì)土壤環(huán)境[10-12]造成嚴(yán)重的壓力。

畜禽養(yǎng)殖污染物產(chǎn)生量估算及環(huán)境承載能力預(yù)測(cè)國(guó)內(nèi)外已有研究報(bào)道，包括畜禽養(yǎng)殖的糞尿排放量估算、畜禽養(yǎng)殖量統(tǒng)計(jì)、畜禽養(yǎng)殖糞便產(chǎn)生的氮/磷養(yǎng)分耕地負(fù)荷[13]、畜禽糞便污染風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)[14]及環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)[15]等，畜禽養(yǎng)殖污染排放、污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通常采用排放系數(shù)及模型模擬等方法估算。由于軟件模型模擬所需參數(shù)較多且很多參數(shù)獲取受限等原因，從而導(dǎo)致制模型難以在一定區(qū)域大范圍應(yīng)用[16]，排放系數(shù)法雖然所需參數(shù)較少但受地域限制性很大，不同地區(qū)的研究中排放系數(shù)、估算方法不一致[17]，且畜禽養(yǎng)殖排放系數(shù)的選用還受其牲畜種類的影響。基于研究區(qū)林芝市所搜集的資料及實(shí)際情況，本文利用統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)分析林芝市1986―2014年間的畜禽養(yǎng)殖情況及時(shí)空分布特征，采用國(guó)家環(huán)保部推薦的排放系數(shù)估算畜禽養(yǎng)殖污染物產(chǎn)生量，同時(shí)對(duì)林芝市耕地畜禽養(yǎng)殖污染負(fù)荷變化及耕地環(huán)境影響時(shí)空演變規(guī)律進(jìn)行分析，以期為林芝市畜禽養(yǎng)殖業(yè)科學(xué)發(fā)展和耕地生產(chǎn)安全提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

林芝市坐落于藏東南生態(tài)安全屏障區(qū)，東與昌都地區(qū)和云南省相連，西與拉薩市和山南地區(qū)交界，北與那曲地區(qū)毗鄰，南與緬甸、印度兩國(guó)接壤，邊境線長(zhǎng)約1 006.5 km，幅員面積11.7萬(wàn)km2。下轄林芝、工布江達(dá)、朗縣、米林、波密、察隅和墨脫7縣，平均海拔3 000 m，最低處海拔152 m，是世界陸地垂直地貌落差最大的地帶，區(qū)域橫跨雅魯藏布江和怒江兩大流域，水源豐富河網(wǎng)密集，林芝市行政區(qū)域及水系分布見(jiàn)圖1。該區(qū)域氣候宜人，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，降雨量豐富，氣象資料顯示年均降雨量接近800 mm，素有“西藏江南”之美稱，加之“七山二水一分田”的自然地理狀況造就了林芝市畜牧產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)。受自然環(huán)境、人為活動(dòng)及國(guó)家政策的影響，林芝市內(nèi)畜牧業(yè)的養(yǎng)殖量及耕地面積在不斷的發(fā)生變化，截至2014年末，區(qū)內(nèi)養(yǎng)殖大牲畜41.7萬(wàn)頭、豬24.3萬(wàn)頭、羊6.6萬(wàn)只、家禽26.2萬(wàn)只；耕地面積2.04萬(wàn)hm2。

圖1 林芝市行政區(qū)劃及水系分布

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本次研究所需資料分為屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)[18]兩類，屬性數(shù)據(jù)包括林芝市耕地面積、主要畜禽（牛、豬、羊、禽）養(yǎng)殖數(shù)量等主要來(lái)自2015年《林芝地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》，受當(dāng)?shù)貧v史發(fā)展限制屬性數(shù)據(jù)記載年限為1986―2014年?？臻g數(shù)據(jù)包括林芝市各縣行政區(qū)域及區(qū)內(nèi)的主要河流水系矢量數(shù)據(jù)等來(lái)自中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與自然資源研究所，并通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料和現(xiàn)場(chǎng)勘察的方式對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，部分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)計(jì)算得出。為便于評(píng)價(jià)林芝市畜禽養(yǎng)殖量總體變化趨勢(shì)，本研究在分析各類畜禽養(yǎng)殖數(shù)量變化的基礎(chǔ)上，同時(shí)采用豬當(dāng)量來(lái)分析比較林芝市畜禽養(yǎng)殖總量的變化，其中豬當(dāng)量的換算參照畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18596-2001）中畜禽數(shù)量換算參數(shù)計(jì)算。基于畜禽中牛、豬、羊、家禽的養(yǎng)殖周期存在差異，屬性數(shù)據(jù)中牛、豬、羊、禽1 a養(yǎng)殖量均選用各類畜禽的年末存欄量。研究中單位耕地面積畜禽養(yǎng)殖及污染負(fù)荷計(jì)算時(shí)均采用相對(duì)應(yīng)年份的年末實(shí)際耕地面積，屬性數(shù)據(jù)中耕地面積及畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)時(shí)間范圍均是1986―2014年。

1.3 分析方法

本研究以林芝市下轄的7縣的畜禽養(yǎng)殖變化、畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)污量及耕地面積為研究對(duì)象，空間上從行政區(qū)劃角度展開(kāi)，時(shí)間上采用1986―2014年間的年末屬性數(shù)據(jù)，對(duì)林芝市畜禽養(yǎng)殖時(shí)空分布、變化規(guī)律及耕地污染負(fù)荷特征進(jìn)行研究分析。同時(shí)為了方便評(píng)價(jià)畜禽養(yǎng)殖量總體變化狀況，畜禽養(yǎng)殖量分析中采用當(dāng)量豬[19]作標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，即一頭牛等于13.55頭當(dāng)量豬，一只羊等于1.26頭當(dāng)量豬，一只家禽等于0.06頭當(dāng)量豬。研究中采用年均增長(zhǎng)率來(lái)衡量林芝市7縣的畜禽養(yǎng)殖變化，計(jì)算公式如式（1）。

式中是年平均增長(zhǎng)率，1T分別為第1年和第年的畜禽養(yǎng)殖量。為了真實(shí)反映林芝市近30 a各畜禽養(yǎng)殖量（和耕地載荷）的年平均增長(zhǎng)率，計(jì)算1時(shí)以研究階段為階梯，分別利用研究階段的起始年與階段終止年的當(dāng)年養(yǎng)殖存欄量。

畜禽糞尿污染物排放量受地域及畜禽種類的影響較大，不同地區(qū)不同種類的畜禽污染物排放量差異顯著，本研究根據(jù)林芝市實(shí)際情況，豬、羊、牛及家禽污染物的排放系數(shù)參考國(guó)家環(huán)保部推薦排泄系數(shù)計(jì)算畜禽排泄物及其污染物排放量[20]，排放系數(shù)如表1所示，畜禽糞便排放的污染物TN、TP利用輸出系數(shù)模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如式（2）。

式中為污染物類型；為研究區(qū)內(nèi)畜禽種類；L為污染物質(zhì)的排放量，kg；E為污染物在第種畜禽的排放系數(shù)，kg/(頭·a)；A為第種牲畜的數(shù)量。

表1 畜禽糞尿及污染物年排放系數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 林芝市畜禽養(yǎng)殖量的空間分布

以林芝市2014年的畜禽養(yǎng)殖為例，見(jiàn)表2，由表2可知林芝市畜禽種類及養(yǎng)殖量區(qū)域分布存在明顯差異，林芝市大牲畜養(yǎng)殖區(qū)主要分布在林芝市內(nèi)西部的尼洋河流域，主要養(yǎng)殖縣為林芝縣、米林縣及工布江達(dá)縣，其中工布江達(dá)縣是大牲畜養(yǎng)殖量最高的縣域行政區(qū)，養(yǎng)殖量高達(dá)158 370頭；而大牲畜養(yǎng)殖量最小的區(qū)域?yàn)榱种ナ兄胁康哪摽h，其養(yǎng)殖量為16 144頭約是工布江達(dá)縣大牲畜養(yǎng)殖量的10%，僅占林芝市大牲畜總養(yǎng)殖量的2%。豬養(yǎng)殖區(qū)域主要分布在林芝市中西部的林芝縣及米林縣，其中林芝縣是豬養(yǎng)殖量最高的縣域，養(yǎng)殖量達(dá)到58 099頭，占林芝市豬養(yǎng)殖總量的24%，約為最少豬養(yǎng)殖量墨脫縣的5.9倍。羊的主要養(yǎng)殖縣為察隅縣、米林縣和朗縣，其3縣的羊養(yǎng)殖量總和達(dá)到53 998只，占研究區(qū)內(nèi)總羊養(yǎng)殖量的81%。家禽養(yǎng)殖量最高的縣域?yàn)榱种タh，養(yǎng)殖量占林芝市家禽養(yǎng)殖總量的48%，約為最少家禽養(yǎng)殖量波密縣的28.3倍。從豬當(dāng)量角度計(jì)算分析，林芝市是畜禽養(yǎng)殖主要區(qū)域與大牲畜養(yǎng)殖分布相似，分布在林芝市內(nèi)西部的林芝縣、米林縣及工布江達(dá)縣，是林芝市的主要畜產(chǎn)品基地?？傮w來(lái)說(shuō)，林芝市畜禽的養(yǎng)殖分布呈空間互補(bǔ)狀態(tài)，大牲畜與豬主要分布在林芝市的西部，而羊和家禽多分布在西部。

表2 2014年林芝市各縣的主要畜禽養(yǎng)殖量（存欄量）

2.2 林芝市畜禽養(yǎng)殖量時(shí)間變化規(guī)律

根據(jù)林芝地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒整理出林芝市1986-2014年的畜禽養(yǎng)殖量并分析其28 a的變化規(guī)律見(jiàn)圖2，由圖2可看出林芝市近28 a來(lái)不同種類畜禽養(yǎng)殖量變化各不相同，其中只有牛和豬養(yǎng)殖量保持著穩(wěn)定增加的狀態(tài)；家禽養(yǎng)殖量在2010年之前一直保持著增加的態(tài)勢(shì)，且在十一五期間（2005―2010年）發(fā)生了急劇的快速增長(zhǎng)，但到了2010年之后發(fā)生了養(yǎng)殖量下降的趨勢(shì)；值得一提的是林芝市的羊養(yǎng)殖量一直處于穩(wěn)步的下降趨勢(shì)，且在中國(guó)第10個(gè)五年發(fā)展規(guī)劃的開(kāi)端養(yǎng)殖量的降速有所增加。畜禽養(yǎng)殖量波動(dòng)變化較大的時(shí)間段主要在2000―2010年，自2000年國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)若干政策措施的通知》開(kāi)始，在西藏發(fā)展高度需求的刺激和國(guó)家政策的大力扶持下，林芝市畜禽養(yǎng)殖數(shù)量增長(zhǎng)速度有所提升。綜合分析各類畜禽養(yǎng)殖量的時(shí)間變化特征可將林芝市畜禽養(yǎng)殖發(fā)展分為3個(gè)階段：第1階段（1986―2000年）：以畜牧業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)的林芝市，農(nóng)牧生產(chǎn)相對(duì)落后，農(nóng)牧民更重視畜禽養(yǎng)殖的數(shù)量，畜禽養(yǎng)殖數(shù)量處于穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)；第2階段：西部大開(kāi)發(fā)若干政策措施的通知下發(fā)后，西藏開(kāi)始了跨越式的發(fā)展，以農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的林芝市，在對(duì)農(nóng)畜產(chǎn)品高度需求的刺激下畜牧業(yè)進(jìn)入到全面發(fā)展階段（2000―2010年），也是林芝市畜牧業(yè)發(fā)展的黃金時(shí)期；第3階段：畜牧業(yè)進(jìn)入了現(xiàn)代化發(fā)展（2010―2014年），國(guó)家對(duì)畜牧業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化重視的同時(shí)，對(duì)畜禽養(yǎng)殖所造成的環(huán)境污染尤為重視，受到環(huán)境保護(hù)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)政策影響畜牧業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了瓶頸階段，迫使畜牧業(yè)向生態(tài)型、環(huán)境友好型和現(xiàn)代生產(chǎn)體系發(fā)展。

圖2 林芝市主要畜禽養(yǎng)殖量變化趨勢(shì)

2.3 林芝市畜禽養(yǎng)殖量的時(shí)空平均增長(zhǎng)率

近28 a來(lái)，林芝市不同區(qū)縣內(nèi)的不同類別畜禽養(yǎng)殖量的年平均增長(zhǎng)率各不相同（圖3），即林芝市畜禽養(yǎng)殖量的時(shí)空平均增長(zhǎng)率差異非常明顯。其中對(duì)于畜禽養(yǎng)殖量的當(dāng)量豬來(lái)分析，增長(zhǎng)最為迅速的為林芝縣與米林縣，當(dāng)量豬的增長(zhǎng)率分別達(dá)到1.70%和1.74%，同時(shí)值得一提的是朗縣當(dāng)量豬出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)，且以年平均增長(zhǎng)率為0.61%的速度減少；牛的養(yǎng)殖量的年平均增長(zhǎng)率在數(shù)值與空間上和全部畜禽的當(dāng)量豬有著相似的規(guī)律，且林芝縣與米林縣增長(zhǎng)率分別為1.69%和1.77%，其中朗縣出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，年平均增長(zhǎng)率為-0.54%；同樣林芝縣的家禽養(yǎng)殖量年平均增長(zhǎng)率也遙遙領(lǐng)先于其他各縣的年平均增長(zhǎng)率，其平均增長(zhǎng)率高達(dá)7.66%，不同的是28 a的家禽養(yǎng)殖量年平均增長(zhǎng)率出現(xiàn)負(fù)值的唯一地區(qū)為波密縣；整個(gè)林芝市的羊養(yǎng)殖量都處于負(fù)增長(zhǎng)狀態(tài)，養(yǎng)殖量下降速度最快的地區(qū)為波密縣其年平均增長(zhǎng)率達(dá)到?9.82%；豬養(yǎng)殖量的年平均增長(zhǎng)率在數(shù)值與空間不同于其他畜禽種類，整個(gè)地區(qū)的豬養(yǎng)殖量都是穩(wěn)步的增加，最高年平均增長(zhǎng)率為工布江達(dá)縣達(dá)到7.55%。

林芝市畜禽養(yǎng)殖量年平均增長(zhǎng)率不僅在畜禽類別及區(qū)域存在明顯的差異，其在各時(shí)間段變化規(guī)律也不太一致，由圖3可知：第1個(gè)階段：除了察隅縣和墨脫縣的牛養(yǎng)殖量年平均增長(zhǎng)率超過(guò)了1.60%，其他各縣的年平均增長(zhǎng)率普遍較低；各縣豬養(yǎng)殖量的變化規(guī)律與牛相似，且年平均增長(zhǎng)率都在1.34%以上，其中年平均增長(zhǎng)率最高的工布江達(dá)縣增長(zhǎng)率到達(dá)6.56%；各縣羊養(yǎng)殖量的變化規(guī)律最為特殊，除了察隅縣的增長(zhǎng)率為1.10%其余各縣羊養(yǎng)殖量都為負(fù)增長(zhǎng)；各縣家禽養(yǎng)殖量年平均增長(zhǎng)率中唯有波密縣與工布江達(dá)縣出現(xiàn)了負(fù)值，其他地區(qū)都是不同速度的增長(zhǎng)，特別是林芝縣增長(zhǎng)率達(dá)到了6.15%。第2個(gè)階段：牛的養(yǎng)殖量年平均增長(zhǎng)率有些地區(qū)出現(xiàn)了負(fù)值，且在第1個(gè)階段增長(zhǎng)率最高的察隅縣和墨脫縣在此階段下降速度最大，分別達(dá)到了-1.05%和-2.63%，而在第1個(gè)階段增長(zhǎng)率最低的工布江達(dá)縣在此階段的增長(zhǎng)率最高，達(dá)到了3.15%；豬養(yǎng)殖量的變化規(guī)律在此階段除了墨脫縣出現(xiàn)了急速的負(fù)增長(zhǎng)，其余各縣與第1個(gè)階段相似，且增長(zhǎng)率遠(yuǎn)超過(guò)了第1階段，特別是工布江達(dá)縣此階段的增長(zhǎng)率較第1個(gè)階段翻了一倍；各縣羊養(yǎng)殖量年平均增長(zhǎng)率在此階段全部出現(xiàn)了負(fù)值，變速最快的波密縣其減少率達(dá)到了-10%；各縣畜禽養(yǎng)殖中唯有家禽養(yǎng)殖量年平均增長(zhǎng)率為正值，且增長(zhǎng)率最大的林芝縣達(dá)到了16.22%。第3個(gè)階段：牛養(yǎng)殖量年平均增長(zhǎng)率大部分地區(qū)出現(xiàn)了負(fù)值，但墨脫縣在此階段卻出現(xiàn)了飛速的增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)率高達(dá)10.57%；各縣豬養(yǎng)殖量的年平均增長(zhǎng)率差異較大，在第2階段出現(xiàn)飛速增長(zhǎng)的工布江達(dá)縣在此階段出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)，而且是全林芝市減少速度最快的縣，其值為-3.61%，在第2階段表現(xiàn)為負(fù)增長(zhǎng)的墨脫縣在此階段出現(xiàn)了猛速的增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)率高達(dá)23.40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他縣；各縣羊養(yǎng)殖量年平均增長(zhǎng)率在此階段與第2階段一樣表現(xiàn)為負(fù)增長(zhǎng)，且羊養(yǎng)殖量降速最快的為波密縣其值達(dá)到了-18.18%；在此階段各縣家禽養(yǎng)殖量的年平均增長(zhǎng)率差異較大，朗縣的增長(zhǎng)率最大，其值達(dá)到了25.44%，是第2階段增長(zhǎng)率的36倍，而此階段是波密縣家禽養(yǎng)殖量下滑最快的階段，減少率達(dá)到了-18.39%。

圖3 林芝市各縣主要畜禽養(yǎng)殖量的年平均增長(zhǎng)率

從豬當(dāng)量來(lái)分析，在第1階段各縣豬當(dāng)量的年平均增長(zhǎng)率都是穩(wěn)步上升的，但增速普遍較低；第2階段唯有朗縣、察隅縣和墨脫縣出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)，年平均增長(zhǎng)率變化雖比第1階段大，但都沒(méi)超過(guò)4%；第3階段各縣豬當(dāng)量的年平均增長(zhǎng)率拉開(kāi)了距離，受各類因素的影響增長(zhǎng)速度出現(xiàn)了明顯的差異；從各縣豬當(dāng)量28 a的年平均增降率的結(jié)果來(lái)看，增長(zhǎng)速度普遍較低，各縣沒(méi)有超過(guò)2%的增長(zhǎng)率，結(jié)合各縣不同階段不同畜禽種類的年平均增長(zhǎng)率結(jié)果分析，雖然各區(qū)縣不同種類畜禽養(yǎng)殖量變化較大，但畜禽種類之間有著間接互補(bǔ)的效果。

2.4 林芝市畜禽養(yǎng)殖污染負(fù)荷特征

畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的時(shí)空分布決定了畜禽污染物產(chǎn)生量的大小分布，畜禽養(yǎng)殖種類的組成影響著不同種類污染物的產(chǎn)生量。林芝市七縣的畜禽養(yǎng)殖量及種類的不同導(dǎo)致各縣的畜禽養(yǎng)殖污染物TP、TN的時(shí)空演變存在著較大的差異，根據(jù)表1的輸出系數(shù)、表2的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和公式（2）計(jì)算出林芝市28 a間畜禽養(yǎng)殖污染物TP、TN的產(chǎn)生量見(jiàn)圖4，由圖4可知畜禽養(yǎng)殖污染物TP、TN的產(chǎn)排量變化分別與豬和牛的養(yǎng)殖數(shù)量變化趨勢(shì)一致，TP的產(chǎn)生量自1986年以來(lái)保持著穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，至2014年TP產(chǎn)生總量達(dá)到7 792 t，畜禽養(yǎng)殖中牛產(chǎn)生的TP最高占畜禽養(yǎng)殖總產(chǎn)排量的94%；1986―2014年污染物TN的年產(chǎn)生總量出現(xiàn)了波動(dòng)，在2010年達(dá)到了峰值45 849 t，其中牛對(duì)TN年產(chǎn)生量貢獻(xiàn)比例高達(dá)97%。計(jì)算結(jié)果顯示牛養(yǎng)殖所排放的糞便是林芝市畜禽養(yǎng)殖污染物TP、TN主要來(lái)源，牛養(yǎng)殖所排放的污染物遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他其他畜禽養(yǎng)殖，研究結(jié)果符合畜牧業(yè)為林芝市的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一的狀況。

圖4 林芝市畜禽TP、TN排放量的變化趨勢(shì)

由圖5可知林芝市7縣畜禽養(yǎng)殖污染物TP、TN的時(shí)空演變規(guī)律，畜禽不同種類的組成導(dǎo)致污染物TP、TN的產(chǎn)排量變化與畜禽養(yǎng)殖量的變化存在著差異。自1986年以來(lái)，雖然各縣畜禽養(yǎng)殖污染物TP與TN的產(chǎn)排量變化波動(dòng)程度不盡相同，但變化趨勢(shì)一致，除了朗縣TP與TN的產(chǎn)排量從1986年的992、5 979 t分別下降到2014年的851與5 111 t。其余各縣的產(chǎn)排量都是增加量，其中增加量最大為米林縣，1986年到2014年間米林縣TP與TN的產(chǎn)排量從834、4 975 t分別上升到1 402與8 197 t，其他5縣雖沒(méi)有米林縣增加的迅速但都保持著增加的趨勢(shì)。值得一提的是墨脫縣，該縣TP與TN的產(chǎn)排量發(fā)展趨勢(shì)雖然是上升的，但自1986年以來(lái)TP產(chǎn)排量一直徘徊在150 t左右，且區(qū)間變化量未超過(guò)35 t；TN產(chǎn)排量一直徘徊在900 t左右，但在2010年出現(xiàn)最低產(chǎn)排量683 t比1986年低30 t，在2014年達(dá)到最高值1 035 t。

為了更準(zhǔn)確地分析畜禽養(yǎng)殖污染負(fù)荷時(shí)空演變規(guī)律，由圖5結(jié)合公式（1）計(jì)算分析各縣畜禽養(yǎng)殖污染負(fù)荷的年均增長(zhǎng)率，根據(jù)圖5中TP、TN產(chǎn)排量的時(shí)間變化規(guī)律與畜禽養(yǎng)殖量的變化規(guī)律相似，將畜禽養(yǎng)殖污染負(fù)荷分3個(gè)階段計(jì)算年均增長(zhǎng)率見(jiàn)圖6。在第1階段，整個(gè)林芝市畜禽養(yǎng)殖污染物TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率分別為0.84%與0.81%，同時(shí)各縣TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率都是正值，但唯有察隅縣與墨脫縣超過(guò)整個(gè)林芝市的年均增長(zhǎng)率，其中年均增長(zhǎng)率最大為察隅縣，該縣內(nèi)TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率分別達(dá)到1.86%與1.87%，變化速率最小的波密縣TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率為0.28%與0.25%。第2階段期間，林芝市畜禽養(yǎng)殖污染物TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率分別為1.60%與1.53%，不同于第1階段的是此階段各縣TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率出現(xiàn)了較大的差別，朗縣、察隅縣與墨脫縣出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)率，特別是墨脫縣TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率降幅達(dá)到了-2.89%與-2.75%，最大年增長(zhǎng)率的為林芝縣，其TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率為2.86%與2.69%。在第3階段，TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率尤其復(fù)雜，林芝市的畜禽養(yǎng)殖污染物TP的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率為0.01%，而TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率為-0.07%，各縣TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率出現(xiàn)斷崖式的差距，唯有林芝縣、墨脫縣與米林縣為正增長(zhǎng)，其余的縣污染負(fù)荷呈下降趨勢(shì)，增長(zhǎng)率最高的墨脫縣TP、TN的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率達(dá)到了11.40%與10.96%，降幅最大的朗縣TP、TN的負(fù)荷年均減少率為-5.39%與-5.45%。

圖5 林芝市畜禽TP、TN的時(shí)空排放量

圖6 林芝市主要畜禽養(yǎng)殖氮、磷污染負(fù)荷的年平均增長(zhǎng)率

2.5 林芝市TP、TN耕地負(fù)荷特征

農(nóng)業(yè)耕地土壤是畜禽養(yǎng)殖糞便污染物的主要吸收消納場(chǎng)所，各地區(qū)的耕地面積的多少直接影響著該地區(qū)畜禽養(yǎng)殖糞便污染物的消納能力，因此單位耕地面積的畜禽養(yǎng)殖污染物負(fù)荷不但能客觀反映畜禽養(yǎng)殖的污染風(fēng)險(xiǎn)也是衡量地區(qū)畜禽密度的主要指標(biāo)，如果單位耕地面積畜禽污染物承載量過(guò)大，超過(guò)了耕地的消納能力就會(huì)導(dǎo)致大量污染物在土壤中積累，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成壓力。研究結(jié)果表明，綜合考慮土壤質(zhì)地、肥力及氣候等因素的影響，歐盟農(nóng)業(yè)政策規(guī)定，單位耕地面積的糞肥年施氮、磷量的限量標(biāo)準(zhǔn)[21]為170和35 kg/hm2，如果糞肥年施氮、磷量超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)值，則過(guò)量的氮、磷將會(huì)對(duì)農(nóng)田和水環(huán)境造成污染。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際狀況分析其畜禽養(yǎng)殖排放物全部施于耕地，根據(jù)圖5結(jié)果結(jié)合林芝市耕地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算各縣單位耕地面積的年污染負(fù)荷量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖7。林芝市的平均單位耕地面積TP、TN年負(fù)荷量從1986年的326與1 947 kg/hm2分別增加到2014年的400和2 345 kg/hm2，從結(jié)果中可知林芝市28a來(lái)的平均單位耕地面積TP、TN年負(fù)荷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于歐盟限量標(biāo)準(zhǔn)。林芝市內(nèi)的TP、TN年負(fù)荷量與耕地面積的空間分布共同決定了各縣的單位耕地負(fù)荷量的大小，由圖7結(jié)果可知：研究區(qū)內(nèi)各縣平均單位耕地面積TP與TN年負(fù)荷量的時(shí)空分布與演變有著及其相似的規(guī)律，28 a來(lái)墨脫縣單位耕地面積TP、TN年負(fù)荷量一直處于最低的狀態(tài)，朗縣的單位耕地面積年負(fù)荷量一直保持著最高狀態(tài)，研究區(qū)內(nèi)朗縣、米林縣與工布江達(dá)縣單位耕地面積年負(fù)荷量是波動(dòng)較大的行政區(qū)，值得關(guān)注的是28a來(lái)唯有林芝縣一直保持著增加的趨勢(shì)，且增加量達(dá)到了近100%，朗縣減少了27%，工布江達(dá)縣增加了55%。由圖5與圖7可知，縣域行政區(qū)內(nèi)畜禽養(yǎng)殖污染物TP、TN的年產(chǎn)排量較高的地區(qū)并不是單位耕地面積年負(fù)荷量較高的地區(qū)，根據(jù)單位耕地面積的糞肥年施氮、磷量的限量標(biāo)準(zhǔn)可知，畜禽養(yǎng)殖污染物TP、TN的年產(chǎn)排量最高的地區(qū)并非污染風(fēng)險(xiǎn)最為嚴(yán)重的區(qū)域，圖7結(jié)果結(jié)合歐盟限量標(biāo)準(zhǔn)得知研究區(qū)內(nèi)各縣畜禽養(yǎng)殖污染都存在著風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)最為嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)槔士h與工布江達(dá)縣，因此，林芝縣、米林縣與工布江達(dá)縣是以后的重點(diǎn)控制區(qū)域。

圖7 單位耕地面積TN、TP污染負(fù)荷

3 討 論

農(nóng)牧業(yè)為研究區(qū)內(nèi)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，從畜禽糞便養(yǎng)分循環(huán)利用角度分析，耕種與畜禽養(yǎng)殖密切相關(guān)，耕種是畜禽糞肥養(yǎng)分循環(huán)利用的有效途徑[22]，1986―2014年林芝市統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，林芝市畜禽養(yǎng)殖經(jīng)歷從穩(wěn)步發(fā)展到全面發(fā)展、再到現(xiàn)代化發(fā)展3個(gè)階段，該發(fā)展規(guī)律與楊飛等[16]對(duì)中國(guó)近30 a畜禽養(yǎng)殖量發(fā)展規(guī)律研究成果在時(shí)間上極其相符，林芝市經(jīng)過(guò)28 a的發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖總量增加了28%，養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展在時(shí)空分布上表現(xiàn)極不平衡?？臻g分布上林芝市7縣中工布江達(dá)縣與米林縣的畜禽養(yǎng)殖總量增加最大。

研究區(qū)內(nèi)各縣單位耕地面積TP、TN年負(fù)荷量28 a來(lái)都高于歐盟農(nóng)業(yè)政策規(guī)定的限量標(biāo)準(zhǔn)，尤其朗縣的單位耕地面積TP、TN年負(fù)荷量穩(wěn)居第一位，且最高時(shí)分別達(dá)到902與5 431 kg/hm2。研究區(qū)內(nèi)單位耕地面積TP、TN年負(fù)荷量基本上呈上升的趨勢(shì)，劉曉利等[23]對(duì)2002年中國(guó)平均單位耕地面積氮污染負(fù)荷為52 kg/hm2，王方浩等[17]研究表明2003年中國(guó)單位耕地面積氮污染負(fù)荷平均值為107 kg/hm2，楊飛等[16]研究表明2009年中國(guó)單位耕地面積氮污染負(fù)荷平均值為138.36 kg/hm2，對(duì)比研究結(jié)果表明研究區(qū)單位耕地面積TP、TN年負(fù)荷量上升趨勢(shì)與中國(guó)的整體發(fā)展形式吻合。

研究區(qū)內(nèi)各縣畜禽養(yǎng)殖污染負(fù)荷的時(shí)空演變中，米林縣與工布江達(dá)縣增長(zhǎng)速度最快，墨脫縣一直保持最小負(fù)荷量，單位耕地面積年負(fù)荷量風(fēng)險(xiǎn)最大的行政區(qū)為朗縣、工布江達(dá)縣與米林縣。以上研究成果與郝守寧等[24]對(duì)林芝市農(nóng)業(yè)面源污污染物TP、TN的時(shí)空變化與分布特征研究成果基本一致。

4 結(jié) 論

本研究分析了林芝市近28 a主要畜禽養(yǎng)殖極其污染物時(shí)空演變特征?？傮w來(lái)說(shuō)各縣區(qū)的牛、豬、家禽的養(yǎng)殖量都有顯著增長(zhǎng)，唯有羊的養(yǎng)殖量出現(xiàn)了下降趨勢(shì)。在空間上林芝縣、米林縣與工布江達(dá)縣的畜禽養(yǎng)殖量增長(zhǎng)速度最快。林芝市畜禽養(yǎng)殖的發(fā)展較為迅速，豬、牛、羊和家禽的養(yǎng)殖量在林芝市呈互補(bǔ)的空間分布，工布江達(dá)縣的總豬當(dāng)量遠(yuǎn)高于其他縣。

研究區(qū)內(nèi)畜禽養(yǎng)殖與TP、TN的時(shí)空演變規(guī)律及其相似，且TP、TN污染物主要來(lái)源于牛的養(yǎng)殖排泄。目前工布江達(dá)縣的畜禽養(yǎng)殖TP、TN的污染物總量最大分別為1 676與9 897 t，墨脫縣的最小分別為181與1 034 t。從畜禽養(yǎng)殖TP、TN污染量的增長(zhǎng)率來(lái)看，28 a間研究區(qū)各縣的畜禽養(yǎng)殖TP、TN的污染物總量在養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的3個(gè)階段變化規(guī)律各不相同，總體來(lái)說(shuō)增長(zhǎng)量最快的為林芝縣、米林縣與工布江達(dá)縣。

農(nóng)業(yè)耕地土壤是畜禽養(yǎng)殖糞便污染物的主要吸收消納場(chǎng)所，畜禽養(yǎng)殖TP、TN負(fù)荷量的大小并不能代表該區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)程度，單位耕地面積負(fù)荷量才是評(píng)價(jià)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)大小的科學(xué)指標(biāo)。截止到2014年，林芝市單位耕地面積的畜禽養(yǎng)殖TP、TN污染負(fù)荷平均為400和2 345 kg /hm2。其中最高風(fēng)險(xiǎn)的行政區(qū)為工布江達(dá)縣與朗縣，兩縣的單位耕地面積的畜禽養(yǎng)殖TP、TN污染負(fù)荷分別都高于550與3 270 kg/hm2，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)最小的行政區(qū)為墨脫縣，其單位耕地面積的畜禽養(yǎng)殖TP、TN污染負(fù)荷分別為115與655 kg/hm2。結(jié)果表明研究區(qū)內(nèi)各縣的單位耕地面積的畜禽養(yǎng)殖TP、TN污染負(fù)荷都已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)歐盟的農(nóng)業(yè)政策規(guī)定的警戒線。林芝市內(nèi)河網(wǎng)密集，生態(tài)系統(tǒng)較為敏感，因此目前亟需采取科學(xué)合理的措施和手段來(lái)有效控制和管理畜禽養(yǎng)殖業(yè)，并采取有效措施處理畜禽糞便等污染物，保障林芝市畜禽養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。

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Analysis on spatial-temporal evolution of livestock manure emission and pollution load of cultivated land in Nyingchi

Hao Shouning1, Pubu Ciren2, Dong Fei3※

(1.860000,; 2.850000,; 3.100038,)

In order to accurately grasp the regional differences in the development of livestock and poultry breeding in NyingchiCity and the pollution threat of livestock and poultry faeces to the environment, this study demonstrated the regional differences and spatio-temporal changes in the increase rates of livestock and poultry production and nitrogen and phosphorus pollution, and analyzed the livestock and poultry pollution load of the cultivated land by using the methods of annual average growth rate and output coefficient. The results showed that the livestock and poultry breeding industry in NyingchiCity developed rapidly, and the annual average growth rates of cattle, pigs and poultry in all the counties were generally higher. Differed from that of other livestock and poultry, the sheep showed a negative growth rate. The development of livestock and poultry breeding could be divided into three stages, i.e. steady development stage (1986?2000), comprehensive development stage (2000?2010), and modernised development stage (2010?2014). In the temporal and spatial evolution of livestock and poultry pollution load in each county of the study area, Milin County and Gongbo’gyamda County grew the fastest. Motuo County kept the minimum load all the time. Longxian County, Gongbo’gyamda County and Milin County had the greatest annual load risk per unit cultivated land area.By comparison, the amount of livestock and poultry pollution was larger in Gongbo’gyamda County, the annual average growth rates were higher in Nyingchi County and Mainling County, and the pollution loads of nitrogen and phosphorus from the livestock and poultry breeding in the unit cultivated area were the heaviest in Lang County. The average loads of phosphorus and nitrogen from the livestock and poultry breeding in Nyingchi City were 400 and 2 345 kg/hm2, respectively. The temporal and spatial evolution of livestock and poultry breeding and TP, TN in the study area were similar, and TP,TN pollutants mainly came from the cattle breeding and excretion. The total amount of TP, TN pollutants in livestock and poultry breeding in each county of the study area was different in the three stages of aquaculture development, and the fastest growth was in Nyingchi County, Milin County and Gongbo’gyamda County as a whole. Among them, the highest risk administrative districts were Gongbo’gyamda County and Longxian County, and the least risk administrative districts were Motuo County. The results showed that the TP, TN pollution load of livestock and poultry breeding per unit cultivated land area in the study area had far exceeded the warning stipulated in the agricultural policy of the European Union. Because of the dense inland river network and sensitive ecosystem in Nyingchi City, it was urgent to take scientific and reasonable measures and meant to effectively control and manage the livestock and poultry breeding industry, and to take effective measures to deal with pollutants such as livestock and poultry faeces, so as to ensure the sustainable development of livestock and poultry breeding in NyingchiCity. These results could provide scientific basis for the development planning of agriculture and animal husbandry and the structural adjustment of livestock and poultry breeding in Nyingchi City.

nitrogen; phosphorus; pollution; livestock and poultry breeding; annual average growth rate

2019-03-27

2019-07-29

西藏自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目（XZ 2018ZR G-29(Z)）；國(guó)家水專項(xiàng)（2017ZX07101004-001）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2018YFC0407702）；國(guó)家自然科學(xué)基金（51809288）；雪域英才。

郝守寧，講師，從事流域水資源管理與保護(hù)研究。Email：64542784@qq.com

董 飛，博士，高級(jí)工程師，主要從事水環(huán)境數(shù)學(xué)模型、流域容量總量控制理論與方法等研究。Email：183554031@qq.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.025

X713

A

1002-6819(2019)-16-0225-08

郝守寧，普布次仁，董 飛.林芝畜禽養(yǎng)殖糞便排放時(shí)空演變及耕地污染負(fù)荷分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(16)：225－232. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.025 http://www.tcsae.org

Hao Shouning, Pubu Ciren, Dong Fei.Analysis on spatial-temporal evolution of livestock manure emission and pollution load of cultivated land in Nyingchi[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(16): 225－232. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.025 http://www.tcsae.org