Shanghai Environmental Sciences
of Shanghai and Environmental Risk Evaluation
付 侃1 王振旗1 陈 静2 沈根祥1* 钱晓雍1 汪宝英2 （1.上海市环境科学研究院，上海 200233；2.上
海环境保护有限公司，上海 200233）Fu Kan1 Wang Zhenqi1 Chen Jing2 Shen Genxiang1* Qian Xiaoyong1 Wang Baoying2 (1. Shanghai Academy of Environmental Sciences, Shanghai 200233; 2. Shanghai Environmental Protection Co., Ltd.,
Shanghai 200233)
摘要 通过调研分析上海市崇明区2017年各类畜禽生产数据，基于氮磷养分平衡指数法，对各乡镇畜禽养殖污染进行了风险评价。结果表明，崇明区畜禽养殖量为98.2万头标准猪，畜禽固体粪、尿液年产生量分别达61.3万、71.6万t。养分平衡指数以氮计和以磷计分别为0.37、0.23，尽管均未超过推荐风险筛选值0.4，但全区污染承载负荷空间分布不均，新河镇、庙镇等7个乡镇以氮计养分平衡指数超过风险筛
选值，为畜禽污染高风险区，需加强该区域的长期污染监测与防控。
关键词：畜禽粪污 污染负荷 风险评估 崇明区 上海市
Abstract Environmental risks of livestock and poultry manure pollution were evaluated by using the nitrogen and phosphorus nutrition balance index method (NBI N and NBI P) based on analysing the data about various livestock and poultry rearing in Chongming District of Shanghai in 2017. Results showed that the total quantity of 9.82×105 swines equivalent reared in Chongming generated 613 kilo tonnes of feces and 716 kilo tonnes of urine annually. Although both 0.37 of NBI N and 0.23 of NBI P did not exceed 0.4, the risk criteria suggested by literature, the spatial distribution of livestock and poultry manure pollution loads was uneven whilst that in seven towns including Xinhe, Miao, and etc. were over the criteria identified as high risk areas. Thus, long-term pollution monitoring and control in those areas should be strengthened.
Key words：Livestock feces Pollution load Risk evaluation Chongming District Shanghai City新学期开学寄语简短
上海市在2010年发布了《崇明生态岛建设纲要（2010-2020年）》，明确提出在崇明生态岛建设过程中，要把生态保护和环境建设放在更加突出的位置。崇明作为上海农业主产区，农业生产总值占全区总量的8%左右，而农业源COD、氨氮排放却占排放总量的86%、69%，污染形势严峻。如何有效控
制农业源污染排放成为崇明生态岛绿发展的重中之重。
规模化畜禽场布局之初往往未充分考虑种养结合，致使配套消纳农田不足；而非规模化养殖户普遍存在粪污处理设施简陋、陈旧的问题，粪污资源化利
用水平较低[1]，畜禽养殖业污染负荷研究对畜禽养殖业的环境风险评估与整体布局规划有着至关重要的作用。林涛等通过计算单位农田面积畜禽粪便负荷，分析了江苏省淮安市各地区污染特征，针对不同污染风
国家科技重大专项课题（编号：2017ZX07207002），上海市环保科研项目（编号：沪环科[2015]第5号），上海市环保科研项目（编号：沪环科[2018]第22号）共同资助。
第一作者付侃，男，1991年生，2016年毕业于美国伊利诺伊大学香槟分校土木与环境工程系，硕士。
*通信联系人，shengx@saes.sh。
崇明区畜禽养殖粪污承载负荷与环境风险评价 付 侃
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2019年第38卷第4
期
Shanghai Environmental Sciences
保护司（现生态环境部自然生态保护司）发布的《全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策》[见表（1）][8]；农作物养分需求量由单位面积养分需求量乘以耕地面积确定，其中各涉农乡镇耕地面积由崇明区2017年统计年鉴获得[9]，单位面积养分需求量参考沈根祥等提出的上海市蔬菜瓜果和粮食等各类主要农作物的氮磷养分需求本地化系数以及崇明区永久基本农田类型占比[见表（2）] [10]。
S j =∑N i ×（F i ×C F,ij +U i ×C U,ij ）×365×10-6 （2）
D j =A ×C j ×10-3
式中， N ——某类畜禽存栏量，头、羽；
F ——某类畜禽粪便产生量，kg/d ；U ——某类畜禽污水产生量，kg/d ；C F ——某类畜禽粪便某类
养分含量，g/kg ；C U ——某类畜禽污水某类养分含量，g/kg ；A ——农作物种植面积，hm 2； C ——农作物养分年需求量，kg/(hm 2·a)i ——畜禽类型（猪、鸡、牛）；j ——养分类型（总氮、总磷）。
表 1 畜禽粪尿产生量及其养分含量/（g/kg）畜禽品种粪便类型产生量/（kg/d ）总氮总磷猪粪便 2.0 5.88 3.41尿液 3.3 3.300.52牛粪便20.0 4.37 1.18尿液10.08.000.40鸡粪便0.129.84 5.37羊
粪便
2.6
7.5
2.6
表 2 上海市主要农作物类型养分需求量/[kg/（hm 2·a）]农作物类型总氮需求量总磷需求量面积占比/%
粮食作物219.60147.1574.82蔬菜瓜果作物409.65150.0025.18加权平均值
267.45
147.87
100
2 结果与分析
2.1 畜禽养殖生产与粪污产生情况2.1.1 规模化养殖场养殖现状
截止2017年底，崇明区共有88家规模化养殖场，共饲养生猪40.23万头（出栏），奶牛1.92万头（存栏），蛋鸡3万羽（存栏），肉鸡45.8万羽（出栏），折算成标准猪养殖量共79万头，其中 99%为生猪与奶牛。
险地区提出了对应的布局规划建议[2]；张玲玲等与郭珊珊等使用类似的方法分别研究了湖北省武汉城市圈与四川省的畜禽养殖污染负荷[3-4]；朱梅等建立了畜禽养殖输出系数模型，估算了海河流域畜禽养殖污染物的产生量、排放量和入河量[5]；Lihong Peng 等与Bojie Yan 等采用指数评价系统，分别对福建省莆田市和福建省福州市上街镇的畜禽养殖业空间布局适宜度进行研究，评价系统包括坡度、与水体距离、与居民区距离、与农田距离、与道路距离、与现有畜禽养殖场距离等多种因素[6-7]。
本研究基于崇明区畜禽养殖生产布局和粪污处理的现状调查，全面分析畜禽养殖污染排放特征，并对畜禽养殖污染排放进行环境风险评价，旨在为下阶段崇明区畜禽养殖污染防控、保障区域地表水环境
质量达标提供技术支持，推进崇明世界级生态岛建设。
1 数据与方法
1.1 基础养殖数据
基于崇明区2017年环境统计数据，于2017年底对崇明区全部规模化畜禽场（主要针对生猪、奶牛、蛋鸡、肉鸡和肉牛等5类）逐一进场摸底调查，非规模化养殖户抽样问卷调查，掌握其地理位置、养殖信息及污染治理现状。其中，规模化畜禽场和非规模化养殖户根据《畜禽养殖业污染物排放标准》（DB 31/098-2018）进行划分。为方便统一尺度比较不同畜禽品种的养殖量，将不同畜禽品种按畜禽粪尿量折算成标准猪，折算方法参考《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596）中相关规定。1.2 养分平衡指数法
从种养平衡的角度出发，畜禽粪肥氮磷养分供给量应同农作物氮磷养分需求量相匹配。在不考虑化肥施用的情况下，以涉农乡镇为单位，计算表征种养平衡情况的氮磷养分平衡指数（Nutrition Balance
Index ， NBI ），以此评价崇明区畜禽养殖污染风险[见式（1）]。
N BI, j =S j /D j
（1）
式中，N BI ——养分平衡指数；
S ——畜禽粪便某类养分年供给量，t/a ；D ——农作物养分年需求量，t/a ；j ——养分类型（总氮、总磷）。
其中，畜禽粪便养分年供给量包括粪便和尿液中的氮磷养分，由畜禽养殖量、畜禽粪尿日产生系数与养分含量计算，取值参考国家环境保护总局自然生态
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Shanghai Environmental Sciences 由各乡镇规模化养殖场的养殖量可知，因光明（食品）集团的8个农场位于东平镇和新海镇，养殖场规模化程度较高，养殖量大，因此这2个镇的畜禽养殖量明显大于其他乡镇，占崇明区规模化总养殖量的55.68%；中兴镇、庙镇和新河镇养殖量次之，均在7万头标准猪左右。3个镇合计占规模化总养殖量的
27.76%[见图（1）]。
图 1 崇明区各乡镇规模化养殖场以标准猪折算的养殖量
东
平镇堡镇新海镇港西镇中兴镇向化镇庙镇建设镇新河镇以标准猪折算的畜禽养殖量/万头
百分比/%
城桥镇竖新镇港沿镇三星镇新村乡绿华镇51015010203020
25 2.1.2 非规模化养殖户养殖现状
崇明区非规模化畜禽养殖户共养殖生猪12.43万头（出栏）、肉鸡45.3万羽（出栏），肉牛585头（出栏）、肉羊8.8万头（出栏），折算为标准猪共计19.2万头，约占全区养殖总量的20%。庙镇、三星镇和堡镇养殖量居前三，分别占全区非规模化养殖量的17.0%、14.6%和9.2%。生猪和肉羊为非规模化养殖户的主要养殖类型，分别占总养殖量的64.7%、30.7%。
2.1.3 畜禽粪尿产生量
按崇明区畜禽总养殖量、各类畜禽粪尿日产生系数和粪尿中氮磷含量比，计算各涉农乡镇粪便和尿液的年产生量（见表3）。由表3可知，崇明区共产生畜禽粪便61.3万t ，尿液71.6万t ，以生猪粪尿产生量占比最大，分别占61.9%、87.9%。东平镇、庙镇和新海镇畜禽粪尿产生量居崇明区前三。
表 3 崇明区畜禽粪尿产生量
/（t/a）
2.2 畜禽养殖氮磷养分平衡分析2.2.1 N BI 分析
崇明区各乡镇的N BI 如图2所示，可知崇明区平
均按氮和按磷计算的N BI （N BI,N 和N BI,P ）分别为0.37、0.23，且各乡镇N BIN 均大于N BIP 。新河镇农田面积较小，仅占东平镇农田面积的1/3，同时具有相当规模
崇明区畜禽养殖粪污承载负荷与环境风险评价 付 侃
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量，0.4倍即18t/（hm 2·a ）为预警值[11]，崇明区猪粪当量平均负荷量为16.83t/（hm 2·a ），低于推荐预警值，低于2009年湖北省武汉城市圈的平均负荷量35.48t/（hm 2·a ）与四川省平均负荷量50.31t/（hm 2·a ）[3-4]，略高于2007年江苏省淮安市平均负荷量15.29t/（hm 2·a ）[2]。N BI 接近风险筛选值的新河镇的猪粪当量负荷为18.33t/（hm 2·a ），与预警值接近，且崇明区高于猪粪当量负荷
预警值的乡镇与使用N BI 法得到的乡镇一致，表明2种方法均可有效衡量崇明区畜禽养殖与耕地面积的匹配情况。
3 结语
3.1 崇明区2017年共养殖标准猪98.2万头，其中规模化养殖场养殖79万头，非规模化养殖户养殖19.2万头。以乡镇为单位，规模化养殖场主要集中在东平镇、新海镇、中兴镇、庙镇和新河镇，5个镇共占规模化总养殖量的83.44%；非规模化养殖户养殖量前三的庙镇、三星镇和堡镇分别占全区非规模化养殖量的17.0%、1
4.6%、9.2%。规模化养殖场养殖类型以生猪和奶牛为主，非规模化养殖户以生猪和肉羊为主。3.2 崇明区共产生畜禽粪便61.3万t ，尿液71.6万t 。使用氮磷养分平衡指数法计算得到崇明区平均以氮计N BI,N 为0.37，以磷计N BI,P 为0.23，均未超过风险筛选值0.4。共有7个乡镇超过风险筛选值，从高到低分别是新河镇（0.68）、庙镇（0.62）、东平镇（0.55）、中兴镇（0.47）、城桥镇（0.44）、新村乡（0.41）和新海镇（0.40）。崇明区以猪粪当量计的单位农田畜禽粪便平均负荷量为16.83t/（hm 2·a ），未超过推荐预警值18t/（hm 2·a ）。
3.3 崇明区整体处于畜禽污染低风险地区，但畜禽粪污承载负荷分布不均，局部区域风险较高，主要集中在崇明中部和西部，需加强高风险区域的污染防控，进一步优化畜禽养殖业的布局规划，提高畜
禽粪便的
资源化利用水平，强化养殖业生态环境保护。
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图 2 崇明区各乡镇N BI 与猪粪当量负荷
0.0
东平镇堡镇新海镇港西镇中兴镇向化镇庙镇建设镇陈家镇横沙乡新河
镇N B I
猪粪当量负荷/[t /（h m 2·a ）]
城桥镇竖新镇港沿镇三星镇新村乡绿华镇0.10.20.30
841232282420160.40.50.60.7N ；P
2.2.2 环境风险评价
基于上海地区气候、土壤、水文等条件以及农业生产施肥习惯等因素，取0.4为N BI 风险筛选值，与崇明区各乡镇N BI,N 和N BI,P 的较大值（即N BI,N ）做比较，＞0.4为高风险区域，≤0.4为低风险区域。由2.2节可知，崇明区整体为畜禽粪便污染低风险区域。各乡镇N BI,N 分布如图3所示，17个涉农乡镇里有7个乡镇的N BI,N 综合指数＞0.4，分别是新河镇（0.68）、庙镇（0.62）、东平镇（0.55）、中兴镇（0.47）、城桥镇（0.44）、新村乡（0.41）和新海镇（0.40），为畜禽粪污污染高风险区域，主要分布在崇明区中部和西部。
将计算得到的畜禽总氮年供应量除以猪粪里氮含量与耕地面积的乘积，得到以猪粪当量计的单位农田畜禽粪便负荷量（简称猪粪当量负荷）。根据张绪美等的方法，取45t/（hm 2·a ）为有机肥最大承载
图3 崇明区各乡镇N BI,N 指数分布
N滔滔不绝是褒义词吗
＜0.350.35～0.40.40～0.47＞0.47
的养殖量，N BI 为崇明区最高0.68，是全区平均指数的1.36倍。东平镇与新海镇虽养殖量占崇明区规模化总养殖量的一半以上，但配套农田面积也是全区前二，便于畜禽粪便资源化利用，N BI 指数低于新河镇与庙镇。
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