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书书书第３１卷第１１期２０１１年１１月环 境 科 学 学 报 ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅＶｏｌ．３１，Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．，２０１１基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（Ｎｏ．２００８ＺＸ０７１０１００６０４）ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｏｊｅｃｔｏｆＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＴｒｅａｔｍｅｎｔ（Ｎｏ．２００８ＺＸ０７１０１００６０４）作者简介：王成贤（１９８０—），男，博士研究生，Ｅｍａｉｌ：ａａｙｕ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ；通讯作者（责任作者），Ｅｍａｉｌ：ｓｈｉｄｅｚｈｉ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎＢｉｏｇｒａｐｈｙ：ＷＡＮＧＣｈｅｎｇｘｉａｎ（１９８０—），ｍａｌｅ，Ｐｈ．Ｄ．ｃａｎｄｉｄａｔｅ，Ｅｍａｉｌ：ａａｙｕ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ；Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅｍａｉｌ：ｓｈｉｄｅｚｈｉ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ王成贤，石德智，沈超峰，等．２０１１．畜禽粪便污染负荷及风险评估———以杭州市为例［Ｊ］．环境科学学报，３１（１１）：２５６２２５６９ＷａｎｇＣＸ，ＳｈｉＤＺ，ＳｈｅｎＣＦ，ｅｔａｌ．２０１１．Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｌｏａｄａｎｄｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅ：ＡｃａｓｅｓｔｕｄｙｉｎＨａｎｇｚｈｏｕ［Ｊ］．ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，３１（１１）：２５６２２５６９畜禽粪便污染负荷及风险评估———以杭州市为例王成贤１，石德智１，，沈超峰１，２，吴伟祥１，陈英旭１，２１．浙江大学环境与资源学院，杭州３１００２９２．浙江大学水环境研究院，杭州３１００２９收稿日期：２０１１０１２２ 修回日期：２０１１０３０４ 录用日期：２０１１０３１１摘要：针对规模化畜禽养殖业发达地区畜禽粪便引发的重金属和可溶性盐污染负荷重等问题，以杭州市为例，分析了杭州市各区县由畜禽粪便引起的氮、磷污染负荷．同时，通过空间分析与基于土壤盐分和重金属累积模型的模拟预警分析，评估了畜禽粪便农用过程中对温室土壤次生盐渍化和重金属累积的潜在影响．结果表明，杭州市畜禽粪便氮磷污染负荷分布不均，以建德市、萧山区、临安市污染最为严重，氮磷污染预警级别达到Ⅳ～Ⅵ级；所辖各市区的磷污染风险等级均高于或者等于各自的氮污染风险等级．若农田中施用畜禽粪便时以氮为指标，将可能造成磷素的累积和流失．施用畜禽粪便对温室土壤影响较大，畜禽粪便盐施肥量越高，土壤盐渍化和重金属累积的趋势越明显．在畜禽粪便中等盐分和重金属含量及中、高施肥量条件下（６５～１００ｔ·ｈｍ－２，以干粪计），经过５ａ左右的累积，土壤盐渍化程度将有明显提高；经过４ａ左右的累积，重金属Ｃｕ、Ｚｎ的土壤环境质量将会从二级变为三级．关键词：畜禽粪便农用；氮磷；重金属；土壤次生盐渍化；风险评估文章编号：０２５３２４６８（２０１１）１１２５６２０８ 中图分类号：Ｘ７１３；Ｘ８２０．４ 文献标识码：ＡＰｏｌｌｕｔｉｏｎｌｏａｄａｎｄｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅ：ＡｃａｓｅｓｔｕｄｙｉｎＨａｎｇｚｈｏｕ ＷＡＮＧＣｈｅｎｇｘｉａｎ１，ＳＨＩＤｅｚｈｉ１，，ＳＨＥＮＣｈａｏｆｅｎｇ１，２，ＷＵＷｅｉｘｉａｎｇ１，ＣＨＥＮＹｉｎｇｘｕ１，２１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ＆ＲｅｓｏｕｒｃｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２９２．ＡｃａｄｅｍｙｏｆＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２９Ｒｅｃｅｉｖｅｄ２２Ｊａｎｕａｒｙ２０１１； ｒｅｃｅｉｖｅｄｉｎｒｅｖｉｓｅｄｆｏｒｍ４Ｍａｒｃｈ２０１１； ａｃｃｅｐｔｅｄ１１Ｍａｒｃｈ２０１１Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓａｎｄｓａｌｉｎｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｅｄｆｒｏｍｉｎｔｅｎｓｉｖｅｌｉｖｅｓｔｏｃｋｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｂｒｅｅｄｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｒｅａｓ．ＬｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅｄｅｒｉｖｅｄｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｌｏａｄｓｉｎｆａｒｍｌａｎｄｏｆｄｉｓｔｒｉｃｔｓｉｎＨａｎｇｚｈｏｕｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ．Ｔｈｅｍａｉｎｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓａｎｄｓａｌｔｃｏｎｔｅｎｔｉｎｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｒｉｓｋｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｓａｌｔａｎｄｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｎｓｏｉｌ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｐｏｌｌｕｔｉｏｎｌｏａｄｉｎＪｉａｎｄｅ，ＸｉａｏｓｈａｎａｎｄＬｉｎａｎｄｉｓｔｒｉｃｔｓｗｅｒｅｈｉｇｈｅｒ，ａｎｄｔｈｅａｌｅｒｔｌｅｖｅｌｓｗｅｒｅⅣ～Ⅵ．Ｔｈｅａｌｅｒｔｌｅｖｅｌｓｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｎｔｈｏｓｅｄｉｓｔｒｉｃｔｓｗｅｒｅｅｑｕａｌｔｏｏｒｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｅａｌｅｒｔｌｅｖｅｌｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ．Ｉｔｍｉｇｈｔｌｅａｄｔｏｔｈｅｒｉｓｋｏｆａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｒｌｏｓｓｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｗｈｅｎｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅｗａｓａｐｐｌｉｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｎｉｔｒｏｇｅｎｑｕａｎｔｉｔｙｄｅｍａｎｄｅｄｏｆｓｏｉｌ．Ｉｔｍｉｇｈｔｒｅｓｕｌｔｉｎｔｈｅｒｉｓｋｏｆｓａｌｉｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄｈｅａｖｙｍｅｔａｌａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｂｙｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅｓｉｎｔｈｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓｏｉｌ．Ｗｉｔｈｔｈｅｍｉｄｄｌｅｌｅｖｅｌａｍｏｕｎｔｏｆｓａｌｉｎｉｔｙａｎｄｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｎｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｈｉｇｈｌｅｖｅｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅ（６５～１００ｔ·ｈｍ－２ｄｒｙｍａｎｕｒｅ）ｉｎｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓｏｉｌｓ，ｔｈｅｓａｌｉｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｓｗｏｕｌｄｂｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅｉｎ５ｙｅａｒｓ，ａｎｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙｆｏｒｓｏｉｌｓ（Ｃｕ，Ｚｎ）ｗｏｕｌｄｒｅａｃｈｌｅｖｅｌⅢｆｒｏｍｌｅｖｅｌⅡｉｎ４ｙｅａｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；ｈｅａｖｙｍｅｔａｌ；ｓｏｉｌｓａｌｉｎｉｓａｔｉｏｎ；ｒｉｓｋｅｖａｌｕａｔｉｏｎ１ 引言（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）近年来，我国畜禽养殖业一直在迅猛发展，规模化、集约化饲养的比例不断提高，已连续多年保持禽肉、猪肉、鸡蛋产量世界第一（苏杨，２００６），由此产生的畜禽粪便量也极为惊人．目前，全国畜禽１１期王成贤等：畜禽粪便污染负荷及风险评估———以杭州市为例粪便年排放量超过４０亿ｔ，是工业有机污染物的４１倍（阎波杰等，２０１０）．作为有机肥施入农田是我国目前处理畜禽粪便最主要也是最有效的方式．然而，农田中过量地施用畜禽粪便会引起水体、土壤污染等一系列环境问题（Ｅｇｈｂａｌｌｅｔａｌ．，１９９４；Ｄａｎｉｅｌｅｔａｌ．，１９９４；Ｃｏｕｉｌｌａｒｄｅｔａｌ．，１９９３），如氮磷流失引起地表水富营养化、土壤重金属累积、土壤盐渍化、地下水硝酸盐污染等（国家环境保护总局自然生态保护司，２０００）．据王方浩等（２０００）的研究报道，全国耕地负荷的畜禽粪便平均值为２４ｔ·ｈｍ－２，７个省区超过了３０ｔ·ｈｍ－２，如此高的负荷极有可能对农业环境造成极大威胁．王晓燕等（２００５）基于粪便养分含量、作物养分需求等因素，对北京市密云县畜禽粪便的耕地负荷进行了估算和风险评价．李帷等（２００９）以北京市为研究区域，基于ＧＩＳ下采用权重线性加和模型（ＷＬＣ），对北京市畜禽粪便土地利用的适宜性进行了相应的环境影响风险研究．杭州市地处长江三角洲和钱塘江流域，畜禽养殖业发达，养殖密度大，区域内充沛的降水更是加剧了畜禽粪便农用过程中造成面源污染的风险．因此，本研究在采样分析和数据调查的基础上，运用土壤植物营养学原理，通过空间分析与土壤盐分和重金属累积模型的模拟预警分析，对杭州市各区县由畜禽粪便引起的氮、磷污染负荷及温室土壤次生盐渍化和重金属累积等风险进行较为全面的评价，以期为杭州市畜禽粪便的合理利用和畜禽养殖业的可持续发展提供科学依据．２ 研究对象与方法（Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ）２．１ 研究对象杭州位于浙江省西北部，地处长江三角洲南沿和钱塘江流域，西部属浙西丘陵区，东部属浙北平原，地势低平，河网密布．杭州市总面积约１．６６万ｋｍ２，其中，市辖区３０６８ｋｍ２，辖８个市辖区、２个县，代管３个县级市．养殖业是杭州市重要的经济来源，具有集约化程度高、养殖总量和密度大等特点．本研究以杭州市的主要畜禽作为研究对象，结合调查采样分析结果，估算全市猪、牛、羊、家禽等畜禽粪便的污染负荷，并对其环境风险进行评估．２．２ 研究方法２．２．１ 各类畜禽粪便的产生量 在相关文献中，畜禽粪便的产生量通常有两种计算方法．一种是把各种畜禽的年末存栏量视为一个相对稳定的饲养量，采用以下计算方法：畜（禽）年粪便量＝存栏量×日排泄系数（ｋｇ·ｄ－１）×３６５（ｄ）（张绪美等，２００７）；另一种是将各种畜禽的年出栏量视为饲养总量，采用以下计算方法：畜（禽）年粪便量＝年出栏量×日排泄系数（ｋｇ·ｄ－１）×饲养周期（ｄ）（许俊香等，２００５）．本研究中采用第一种计算方法，以避免较大的饲养周期误差．各种畜禽粪便日排放系数见表１（张震等，２００９）．表１ 各种畜禽粪便日排放系数Ｔａｂｌｅ１ Ｄａｉｌｙｄｉｓｃｈａｒｇｅｒａｔｅｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋｍａｎｕｒｅ畜禽种类日排放系数／（ｋｇ·ｄ－１）粪尿牛３０．０１８．０猪２．２２．９羊２．３１．５禽类０．１２２．２．２ 农田畜禽粪便氮、磷负荷量 畜禽粪便氮、磷负荷量是指单位种植面积畜禽粪便中氮、磷的承载量．假设研究区域内各区、县市能自行消纳本区域所产生的全部畜禽粪便，并且畜禽粪便基本上还田使用．因此，以研究区域内农田面积作为畜禽粪便的负载面积，其计算公式为：Ｒ＝Ｗ×Ｐ／Ｓ＝∑（Ｎ×Ｘ×Ｂ×３６５）×Ｐ／Ｓ（１）式中，Ｒ为畜禽粪便中氮或磷的负荷量（ｔ·ｈｍ－２·ａ－１）；Ｗ为各类畜禽粪便中氮或磷的总量（ｔ·ａ－１）；Ｓ为有效农用地面积（ｈｍ２）；Ｐ为畜禽粪便中各种利用方式的养分利用率（李帷等，２００７；Ｃｅｎｔｎｅｒｅｔａｌ．，２００８），畜禽粪基本上全部还田，因此，利用率以１００％计，尿液的利用率相对较低，根据杭州市畜禽粪便的处理状况及调查结果，以５０％进行估算；Ｎ为某畜禽种类年末存栏量；Ｘ为某畜禽种类的日排泄系数（ｋｇ·ｄ－１）；Ｂ为某种畜禽粪便氮、磷含量系数，取值见表２（高定等，２００６）．杭州市各种畜禽养殖量和有效耕地面积数据来源于《杭州市统计年鉴２０１０》（中国统计出版社，２０１０）．表２ 畜禽排泄物氮、磷含量系数Ｔａｂｌｅ２ Ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｃｏｎｔｅｎｔｉｎａｎｉｍａｌｗａｓｔｅ种类氮素／（ｇ·ｋｇ－１）磷素／（ｇ·ｋｇ－１）猪粪２０．９９．０猪尿１０．７４．６牛粪１６．７４．３牛尿２５．７１１．１羊粪１０．１２．２羊尿１９．２８．３禽粪２３．４９．３ ３６５２环 境 科 学 学 报３１卷２．２．３ 作物所需畜禽粪便养分最大供应量 假设作物生长所需氮、磷主要来自土壤、化肥、人粪尿和畜禽粪便．那么，可