畜禽养殖环境系统承载力及预警分析.docx
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畜禽养殖环境系统承载力及预警分析
畜禽养殖环境系统承载力及预警分析
中文摘要
摘要
随着经济社会的不断发展和物质生活水平的不断提高，人们对畜产品的需求成倍增加，使畜禽养殖业成为农业发展的支柱产业之一。
同时，畜禽养殖所引起的环境污染问题日益严重，已经成为非点源污染的主要来源，对水体、大气、土壤、人体健康及生态系统造成直接或间接的影响，是发达国家和发展中国家共同关注的重要课题。
本文是在重庆市环境保护局重点研究课题《重庆市主城区畜禽养殖污染调查》、
《重庆市畜禽养殖环境容量研究》等多个课题研究成果的基础上撰写而成。
综合运用大系统理论、环境承载力理论和突变理论，结合定性分析方法和定量分析方法，借助Matlab、SPSS、YaAHP等多种软件工具，构建畜禽养殖环境系统理论，开展系统评价和预警系统研究，为畜禽养殖与区域环境保护协调发展提供重要参考，服务于重庆市畜禽养殖的污染防治和规划管理。
①从畜禽养殖活动相关的外环境入手，运用大系统理论，提出了畜禽养殖环境系统的概念，构建畜禽养殖环境系统，分析其组成要素、关系、行为特征。
②畜禽养殖环境系统是由畜禽养殖子系统、自然环境子系统和社会环境子系统构成的复杂系统，是依靠能量、物质、信息的不断输入输出来维持其自身稳定运行的开放系统：
畜禽养殖环境系统行为取决于系统关系、系统内部状态和系统输入，包括系统的调节、服务、输送、制约和效益等系统功能。
③在环境承载力研究的基础上，针对畜禽养殖这一特定承载对象运用系统分析理论和方法，提出了环境畜禽养殖环境系统承载力概念，分析了其内涵和基本性质，建立畜禽养殖环境系统承载力评价指标体系和状态方程。
④从警源、警情、警兆等出发，构建了畜禽养殖环境系统预警的基本框架。
探讨了尖点突变理论应用于畜禽养殖环境系统预警的可行性。
⑤运用尖点突变理论对畜禽养殖环境系统承载力变化进行分析，选择畜禽养殖环境系统压力类指标和支持类指标作为警兆指标，建立了畜禽养殖环境系统承载力的尖点突变预警模型和判别方程。
⑥以重庆地区为例，开展区域畜禽养殖现状调研和在畜禽养殖环境承载力的
理论指导下环境承载力评价研究；结合重庆市畜禽养殖环境承载力研究，构建重庆市畜禽养殖环境污染预警系统，制定警度，划定警限；制定相应的提高区域环境畜禽养殖环境承载力措施，促进区域畜禽养殖活动的可持续发展。
关键词：
畜禽养殖，环境系统，承载力，环境污染，预警
英文摘要
ABSTRACT
Withthesustainingimprovementofpeople’Slivingstandardandsocialeconomy,people’Sdemandforanimalproductsisincreasingexponentiallyandrapidly,whichmakeslivestockandpoultry—farmingindustrya#liarindustryofagricultur,．Meanwhile，thepollutionfromlivestockandpoultry—fanningisincreasinglyserious,whichhasbeenconsideredasoneofthemainSOUrCesofnon-pointpollution．Itisdirectlyorindirectlyharmfultothehealthofhumanaswellasecosystem，water,airandsoil．Hence，suchpollutionhasbecomeacrucialtaskaboutwhichbothdevelopingcountriesanddeveloped
countriesconcerrl．
ThispaperwasfinishedbybasingonseveralimportantprojectsfromEnvironmentalProtectionBureau,Chongqing,namely“InvestigationofPollutionfromLivestockand
Poultry—FarminginMainDistrcts，Chongqing”and“TheResearchofEnvironmental
CapacityofLivestockandPoultry-FarminginChongqing"．Syntheticallycombincdwithqualitativeandquantitativeanalysis，large-scalesystemtheory,environmentalcarryingcapacitytheoryandcatastrophetheory，meanwhileapplyingsoffwaresofMatlab，SPSS
andYaAHP,thispaperestablishessystematictheoriesofenvironmentsinlivestockand
poultry-farming，conduetessystemevaluationandprecaution-systemstudyscientifically,itsuppliesindispensablereferenceforbalancinglivestockandpoultryfarmsandenvironmentalprotection．Therefore，itwouldbebeneficialforthepollution-control，phnningandmanagementoflivestockandpoultryfarmsinChongqing．
①Beginningwithexternalenvironmentrelatedtolivestockandpoultry—farming,
accordingtotheoriesoflarge-scalesystem，thisresearchputsforwardtheconceptionof
Environmentalsystemoflivestoekandpoultry-farming，buildsenvironmentalsystemof
livestockandpoultry-fanning，andanalyzescomponents,relationsandtheirbehaviorcharacteristicsofthissystem．
②Environmentalsystemoflivestockandpoultry-fanningconsistsofsubsystems
oflivestockandpoultry-farmingindustry,nam_ralenvironmentandsocialenvironment．ItWasanopensystemwhichisdependingoncontinuouslyinputtingandoutputtinginformationofenergy,substanceandinformationtomainitsstability．Theactionsofsuch
systemweredeterminedbytherelationshipamongsubsystems,theinputinformationand
theinnerconditionofthesystem，includingfunctionsofregulation,service，transportation,
restrictionandperformance，etc．
③Basedonthestudyonenvironmentalcarryingcapacity,weapplythesystemic
llI
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theoriesandmethods，whichaimsatlivestockandpoultry-farming，—一be
carting‘objective，weputforwardtheconceptualmodelforenvironmentalcarrying
capacityoflivestockandpoultry-farmingsystem，Then,weanalyzetheconnotationsandcharacteristicsofthisconcept．Wealsoestablishestheassessmentindexesandequationsintermsofthecarr），ingcapacityforlivestockandpoultry．
④TakingthesollrC2，theconditionandthesignofwarningintoaccount,wehaveestablishedtheframeworkofprecautionforenvironmentalcarryingcapacityoflivestockandpoultry-farmingsystem．Besides，wefurtherdiscussedthefeasibilityofcuspcatastrophetheoryappliestotheenvironmentalprecautionmodels．
⑤WehaveappliedCuspcatastrophetheorytoanalyzethevariationof
environmentalcarryingcapacityforlivestockandpoultry-farmingsystem,selectedpressureandsupportindexesastheindexesforsignofwarning．Inaddition,wehavebuilt
thecuspcatastropheprecautionmodelsaswellasthediscriminantequationsforlivestockandpoultry-farmingenvironmentalsystem．
⑥TakeChongqingasanexample．Undertheinstructionofthetheoriesofcapacity
assessmentoflivestockandpoultry-farmingsystemandtheinvestigationofpresentsituationinChongqing，westudiedandevaluatedthesystem．Combinedwiththestudyofcarryingcapacityoflivestockandpoultry-fanningindustry,webulidtheenvironmentalprecautionsystem，establishthewarningdegreeaswellastheextremevalueofpollutionwarninginChongqing．Therefore，propermeasureswereproposedtopromotethecarryingcapacityandsustainabledevelopmentforregionallivestockandpoultryindustry．
Keywords：
livestockandpoultry-farming，environmentsystem,carryingcapacity,
environmentalpollution,precaution
IV
1绪论
1绪论
1．1研究背景
随着经济社会的不断发展和物质生活水平的不断提高，人们对畜产品的需求成倍增加，使畜禽养殖业成为农业发展的支柱产业之一。
畜禽养殖特别是规模化畜禽养殖带来的环境污染问题也日益严重，已成为非点源污染的主要来源之一。
畜禽养殖的环境污染主要来源于畜禽排泄物，畜禽养殖场中高浓度、未经处理的污水和固体粪污以及恶臭气体对水体、大气、土壤、人体健康及生态系统造成不良影响。
早在20世纪60．70年代，世界上许多畜牧业发达的国家和地区，就出现了畜禽粪便污染问题。
而近几十年，随着发展中国家和地区畜禽养殖业的迅速发展，畜禽养殖业污染也成为发展中国家农村非点源污染的主要因素之一，并且是水体氮、磷的一个主要来源【11。
因此，畜禽养殖对环境的污染已经成为发达国家和发展中国家共同关注的问题。
上个世纪80年代后期以来，我国畜禽养殖业发展迅速。
以保障大、中城市畜禽产品供给、方便运输为出发点，相当数量的畜禽养殖业分布在大、中城市周边。
由于畜禽养殖导致的环境污染呈现总量增加、程度加剧和范围扩大的趋势，对大、中城市区域环境造成了巨大的压力。
为了解决畜禽养殖发展同区域环境之间的矛盾，畜禽养殖的发展不应改变区域环境系统结构，导致区域环境功能朝恶性方向发展。
如何在特定的生态环境和经济、社会的区域环境下发展畜禽养殖，促进区域可持续发展，成为养殖业当前急需研究解决的重要问题。
1．1．1我国畜禽养殖业发展历程及趋势
纵观我国畜禽养殖业的发展历程，可以分为六个阶段。
第一阶段：
1950---1957年，这是中华人民共和国恢复和发展时期，由于生猪实行“私养公助”的政策，以养猪为主的畜牧业很快得到恢复和发展。
第二阶段：
1958--1961年，即“大跃进”时期，由于把私养的猪收归集体，大办
“万头猪场”，加之农业减产，饲料奇缺，畜禽产量全面下降，供应十分紧张。
第三阶段：
1962--1965年，可以说是调整时期。
由于实行“公养与私养并举，
以私养为主”的政策，以养猪业为主的畜牧业又获得迅速发展。
第四阶段：
1966--1976年，“文化大革命”时期，畜牧业发展受到影响。
生猪饲养量呈下降趋势，一直到“文化大革命”后期，由于从中央到省采取了一些措施，下降趋势才得以扭转。
第五阶段：
1977---1985年，改革开放初期，畜禽养殖业迅速恢复发展。
中央要求“大力发展畜牧业，提高畜牧业在农业的比重”，“继续鼓励社员家庭养猪养牛养羊，
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积极发展集体养猪养牛养羊”，由于养殖户积极性高，所以畜禽养殖业得到了大发展。
第六阶段：
1986年到现在，是高速发展时期。
由于取消生猪派购，放开生猪价格，促进了生猪业的大发展。
改革开放以来，经过不到20年的发展，我国已成为世界上肉、蛋生产第一大国，人均占有量及消费量均略高于世界平均水平并达到发达国家的水平。
畜牧业成为我国农村的支柱产业，成为广大农民增收的主要途径之一，
它解决了农村大量剩余劳动力问题和广大农民增收问题。
近年来，我国畜禽养殖由千家万户分散饲养向集约化规模化方向发展。
尤其是在经济发达地区的大中城市及其周边地区，畜禽养殖小区建设悄然兴起。
2006年中央1号文件明确提出要“安排专项投入支持标准化畜禽养殖小区建设试点”，“加强村庄规划和人居环境治理”，“引导和帮助农民切实解决住宅与畜禽圈合混杂问题”。
与中央1号文件同时颁布的《中华人民共和国畜牧法》，对养殖小区的建设和管理做了明确的、系统的规定。
当前，我国畜禽养殖发展具有3大趋势【2】：
①在环境意识的提高和畜牧业微利时代的影响下，畜禽养殖活动将逐渐向城郊
和边远地区转移。
②在经济效益的驱使下，提高饲养经济效益，发展育肥猪，育肥牛、快速养鸡
等快生长型畜禽养殖活动。
③由于缺乏整体规划和布局，自发性、随意性较强，环境管理滞后，污染治理措施不到位等原因，养殖集中地区出现了较为严重的环境污染。
1．1．2我国畜禽养殖环境污染
畜禽养殖业带来的污染成为我国日益严重的环境问题：
①畜禽废弃物产生量大。
国家环保总局2000年对全国23个规模化畜禽养殖集中的省、市开展调查，1999年畜禽废弃物产生量约为19亿吨，是工业固体废物的2．4倍。
畜禽废弃物的有机污染物COD量达7118万吨，已超过工业和生活污水污染物的COD之和。
②畜禽废弃物污染环境严重。
据调查，在农村地区的畜禽养殖场（厂）中90％以上没有综合利用和污水治理设旌，由畜禽排污引起的氮、磷的流失量是化肥流失量的122％和132％，成为我国农村面源污染的主要来源之一。
③畜禽养殖废弃物污染威胁到城市的区域环境质量。
规模化畜禽养殖场建在大中城市近郊，城市近郊无足够的土地消纳大量的畜禽养殖废弃物，加之监管不力，畜禽养殖废弃物随意堆弃、污水乱排乱放，给大中城市带来巨大的环境压力，影响到大中城市的环境质量。
针对畜禽养殖污染日益严重的问题，相关学者开展了畜禽养殖污染调查研究。
黄沈发等对黄浦江上游汇水区的畜禽养殖业现状进行了调查研究131，朱有为、段丽丽研究了浙江省畜牧业发展产生的生态环境问题[41，刘凌岩对大伙房水库上游畜禽
2
1绪论
业污染现状进行调查并估算了禽畜粪污的流失量【51，魏志琴、李旭光开展了重庆市梁滩河流域畜禽污染调查【6】，彭里进行了重庆市畜禽粪便污染调查及防治对策研究
【7】，王红梅开展针对昆明市畜禽养殖污染现状的调型引。
畜禽养殖对环境的污染主要有以下几个方面【9】：
①对地表水的影响畜禽养殖场未经处理的污水中含有化学需氧量（COD）高达8×104mg／Ltl0】、
大肠杆菌33×104mg／L[11】，其污染负荷很高。
这些高浓度、未经处理的污水和固体
粪污中的固体悬浮物、有机物和微生物被降水淋洗冲刷进入江河、湖泊自然水体后，会改变水体的物理、化学和生物群落组成。
粪污中的大量病原微生物通过水体或通过水生动植物进行扩散传播，危害人畜健康。
粪污中有机物的生物降解过程和水生生物的繁衍过程大量消耗水体溶解氧（Do），导致对有机物污染敏感的水生生物逐渐死亡，导致鱼塘及河流丧失使用功能，还可以使水体变黑发臭，造成水质不断恶化，发生水体“富营养化”。
②对地下水的影响畜禽粪便堆放或者作为粪肥进入土壤，部分氮、磷会随着地表水或水土流失进
入江河、湖泊污染地表水，会渗入地下污染地下水。
畜禽粪便污染物中有毒、有害成分进入地下水中，会使地下水溶解氧含量减少，有毒成分增多02]。
畜禽粪便一旦污染了地下水，将极难治理和恢复。
③对农作物和土壤的影响粪污进入土壤后，粪污中的蛋白质、脂肪、糖等有机质将被土壤微生物分解。
’
污染物排量超过土壤本身的自净能力，会出现降解不完全和厌氧腐解情况，不完全降解将产生恶臭物质和亚硝酸盐等有害物质，引起土壤的组成和性状发生变化，破坏土壤原有的基本功能，严重影响土壤质量，造成作物徒长、倒伏、晚熟或不熟。
土壤各种病原微生物的自净进程比较慢，所以粪污未经无害化处理直接进入土壤将造成生物污染和疫病传播。
④对大气环境的影响畜禽养殖场产生的恶臭、粉尘和微生物排入大气后，可以通过大气的气流的复
杂作用过程得到净化。
当污染物排放量超过大气的自净能力时，就会对人和动物造成危害。
畜禽养殖场排出的大量粉尘携带了数量和种类众多的微生物、寄生虫卵及滋生的蚊蝇，使环境中病原种类增多、菌量增大。
病原菌和寄生虫的大量繁殖，将导致人、畜传染病的蔓延。
1．1．3研究目的和意义
中国是发展中国家，当前主要社会矛盾是“人们日益增长的物质、文化需求同落后的生产力和生产关系之间的矛盾”，要不断提高人们的生活水平，满足日益增长的
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重庆大学博士学位论文
物质需求，为社会发展提供更多的畜禽产品，就必须坚定地发展畜禽养殖业，然而这必将会加剧畜禽养殖业的发展与资源环境之间的矛盾。
为此，要解决好畜禽养殖业发展与资源环境的关系，特别是在规模化养殖密集的大城市周边地区，应在畜禽养殖业发展之初从总体上做好发展规划，规范人们的养殖活动。
畜禽养殖环境系统承载力研究从环境系统整体性出发，充分考虑自然、经济与社会的协调，突破以往仅考虑单一资源系统对畜禽养殖承载的思维模式，提出整个环境系统对这一社会活动承载的概念。
推进系统理论在畜禽养殖污染防治中的应用与推广，使畜禽养殖污染防治研究更具有整体性、综合性以及科学性。
开展畜禽养殖环境系统承载力理论的深入研究，也将推动区域可持续发展理论体系的完善。
畜禽养殖环境系统承载力研究可为人类畜禽养殖活动的可持续发展提供量化的、较为客观的判断依据，使养殖活动对自然资源环境造成的压力不超过环境系统的承载能力。
通过掌握研究对象的资源环境特点对区域环境的系统分析，构建区域环境系统模型并进行优化，为区域环境管理决策提供依据；通过定量评价区域环境对畜禽养殖活动承载力的总体水平，监测和揭示区域经济、社会发展过程中的社会矛盾、经济与生态环境问题，并分析矛盾和问题产生的原因，以便采取对策，促进区域的可持续发展；利用环境承载力指标体系引导区域贯彻可持续发展思想，督促、引导完成其自身的发展规划。
通过畜禽养殖环境污染预警系统的研究，建立完整的畜禽养殖环境污染预警体系，将有助于及时发现区域畜禽养殖产业发展中的重要问题，并采取适宜调控措施，促进区域养殖业的可持续发展。
因此，开展畜禽养殖环境系统承载力及畜禽养殖环境污染预警的研究具有重要理论意义和实际价值。
1．2国内外研究现状综述
1．2．1畜禽环境污染防治与管理
①畜禽养殖污染防治政策及对策
许多国家颁布法律法规对畜禽养殖业进行合理布局，规范养殖管理。
20世纪60年代，日本制定了《废弃物处理与消除法》、《防止水污染法》、《恶臭防止法》等
7部法律，对畜禽污染管理作了明确的规定；意大利规定了耕地上畜禽粪便最大用量，德国对耕地使用的氮磷钾总量进行了限制，挪威将防止畜禽养殖污染纳入到了1970年颁发的《水污染防治法》，瑞典法律规定在封冻和雪覆盖的土地上禁止倾倒任何畜禽粪肥【l引。
中国颁布的《环境保护法》、《大气污染防治法》、《水污染防治法》涉及了畜禽养殖污染防治的相关内容。
2002年国家环保局在《畜禽养殖业污染物排放标准》、《畜禽养殖污染防治管理办法》和《畜禽养殖污染防治技术规范》中规范了对畜禽养殖污染防治的管理、技术、排放标准的要求。
上海市政府于1995年出台我国第一部地
4
1绪论
方性畜禽养殖业环境污染的管理法规一《上海市畜禽养殖业环境管理条例》。
关于畜禽养殖污染防治的研究可以分为三个研究方向。
一是研究内容为宏观
的、定性的提出畜禽污染防治的政策、经济、法律等措施手段，制定宏观指导性措施，例如流域畜禽规模养殖粪便污染现状调查、集约
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