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京郊畜禽养殖养分循环、环境损失及可持续性研究

魏莎  
【摘要】:随着我国城市化进程的加快和经济的快速发展,人们对食品的需求和饮食结构发生了巨大变化,特别是对畜禽产品的需求量大幅上升。由此导致了畜禽养殖数量和规模化程度的不断增加,畜禽养殖的环境污染风险也越来越大。开展对大城市郊区畜禽养殖体系养分流动和环境排放特征的系统评价,是合理控制养殖规模、优化畜禽养殖布局、保护生态环境和保障畜禽产品供应等政策制定的重要基础。北京畜牧业产值占全市农业产值的36%,其产生的粪尿中养分、重金属、兽药和有害病原菌对大气、水体和土壤污染也逐渐加重。本研究通过选取京郊主要畜禽品种(生猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡和肉鸭)不同规模农场进行调研,在文献数据汇总和NUFER-animal模型的基础上阐明了都市畜牧业农场尺度养分流动特征、氮磷养分利用效率及环境损失途径,并探讨不同农场规模之间的差异。通过选取13个指标,对都市畜牧业环境(氮和磷利用效率、氮和磷损失、氮和磷销售)、经济(饲料转化率、成本和净利润)和社会(劳动生产力、距离、死亡率和人口密度)表现进行分析,并定量化了生产管理和粪尿管理特征对环境、经济和社会表现的影响。最后将农场尺度结果扩展到区域尺度,对畜禽养殖氮磷流动及环境损失的时空变化进行了研究,并通过情景分析探讨了未来的减排途径。本文主要研究结果如下:(1)不同畜禽养殖场的氮素利用效率(NUE)和磷素利用效率(PUE)存在显著差异性。以养殖畜禽类型计算,生猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡和肉鸭的NUE分别为23.0%、20.5%、10.4%、28.5%、34.4%和33.2%,PUE分别为31.0%、25.2%、24.0%、21.5%、46.3%和44.3%。养分利用效率与农场规模呈正比。(2)生产1kg肉类产品蛋白的氮素损失和净利润明显高于生产1kg牛奶和鸡蛋产品蛋白,而生产1kg肉类产品磷的磷素损失明显低于生产1kg牛奶和鸡蛋产品磷。生产1kg产品蛋白带来的环境损失与农场规模呈反比,而生产1kg产品蛋白的净利润与农场规模呈正比。(3)不同畜禽养殖场13个指标平均分数介于30至70之间,属于中等和高等可持续性水平。不同动物农场类型的各指标分数总体上随着农场规模的增加而增加。(4)农场规模与农场收入正相关,与氮磷盈余负相关且影响显著。饲料转化率与农场收入、氮和磷利用效率负相关且影响显著,与氮和磷盈余正相关且影响显著。粗蛋白投入与农场收入、氮和磷利用效率负相关且有显著影响。粪尿管理只与氮和磷盈余相关。(5)北京区域尺度畜牧业养分流动历史变化结果表明,系统养分流动输入项中进口饲料的增加量远远大于其他饲料的输入量,输出项中粪尿氮磷销售增加量大于氮磷损失增加量,内部循环项中土壤氮磷积累量不断增加。这也是都市畜牧业生产的显著特点,饲料主要通过外部进口,粪尿在农场内部无法使用而多进行销售处理。(6)养殖数量和养殖结构变化对畜禽养殖环境排放空间变化带来很大影响。与1980年相比,2013年北京市畜禽养殖环境氮素环境损失在城郊区域迅速增加,而在城市中心区域迅速减少。(7)情景分析结果表明,综合饲料管理(生猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡和肉鸭)分别减少饲料投入量18.5%,18.0%,39.0%,32.0%,25.0%和25.0%)和粪尿优化管理措施可以分别减少氮磷损失47.3%和65.5%(生猪)、49.6%和77.0%(奶牛)、65.8%和94.2%(肉牛)、65.7%和84.8%(蛋鸡)、54.0%和84.4%(肉鸡)、61.7%和84.6%(肉鸭),减排潜力巨大。


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