畜禽糞便污染的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)控制模擬及系統(tǒng)防控對(duì)策.pdf

1、本文立足江蘇農(nóng)業(yè)面源污染成因調(diào)查與農(nóng)戶行為分析，基于農(nóng)田畜禽糞便安全經(jīng)濟(jì)承載力和畜禽養(yǎng)殖污水生態(tài)處理技術(shù)，用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，建立了畜禽糞便污染的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)控制的動(dòng)力學(xué)模型，運(yùn)用MatLab和計(jì)算機(jī)仿真對(duì)姜堰市河橫村畜禽糞便污染進(jìn)行了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)控制模擬，從系統(tǒng)的角度提出畜禽糞便污染防控對(duì)策。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下：
　　 1農(nóng)田畜禽糞便安全經(jīng)濟(jì)承載力
　　 在大田生產(chǎn)條件下，重點(diǎn)研究水稻、大麥對(duì)氮、磷養(yǎng)分的利用吸收，通過測(cè)定和

2、估算氮磷的富余量和富余率，分析土壤-作物系統(tǒng)處理糞便的能力。試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，隨著畜禽糞便施用量的增加，作物對(duì)氮磷的吸收量也隨之增加，但是相鄰處理間氮磷吸收量相差較小，因此隨著畜禽糞便施用量的成倍增加，氮磷的損失量、損失率也在成倍增加。在一年時(shí)間里，兩季作物最高帶走氮368.4kg.hm-2、磷81.98kg.hm-2，為不讓過多的氮磷流入周圍水體造成二次污染，全年農(nóng)田豬糞施用量不超過34.6t.hm-2比較合理；不同施肥量的

3、產(chǎn)值分析表明，豬糞年施用量60-120t.hm-2產(chǎn)值較高。綜合生態(tài)環(huán)境、肥料利用效率、產(chǎn)量等多種因素，在不使用化肥的情況下，農(nóng)田畜禽糞便安全經(jīng)濟(jì)承載力為35t.hm-2.a-1至60t.hm-2.a-1豬糞當(dāng)量。
　　 2江蘇省畜禽糞便污染負(fù)荷及評(píng)價(jià)
　　 1997-2006年，江蘇省養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展有明顯兩個(gè)階段，1997-2003年是養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展期，蘇州、無錫2003年養(yǎng)殖規(guī)模比1997年分別擴(kuò)大346％、300％，增

4、加最少的南通市養(yǎng)殖規(guī)模還擴(kuò)大了44％;2003年以后，江蘇省養(yǎng)殖規(guī)模進(jìn)入調(diào)整期，常州、南通、鎮(zhèn)江三地市養(yǎng)殖規(guī)模有小幅度增長(zhǎng)，南京、無錫、蘇州等10個(gè)地市養(yǎng)殖規(guī)模呈下降趨勢(shì)。2006年耕地年畜禽糞便污染實(shí)際負(fù)荷，無錫市最高(46.75t.hm-2)，其次是南京(41.59t.hm-2)，蘇州以34.44t.hm-2居第三位，淮安、揚(yáng)州、鎮(zhèn)江、宿遷負(fù)荷量較低，只有20t.hm-2左右。
　　 以農(nóng)田畜禽糞便安全經(jīng)濟(jì)最大承載力60t.

5、hm-2豬糞當(dāng)量，對(duì)2006年江蘇省各地市耕地污染負(fù)荷進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，無錫市警報(bào)值為0.78，畜禽糞便產(chǎn)生量對(duì)環(huán)境構(gòu)成威脅，淮安、揚(yáng)州、鎮(zhèn)江、宿遷和泰州的警報(bào)值分別為0.31、0.34、0.34、0.34和0.38，畜禽糞便產(chǎn)生量對(duì)環(huán)境不構(gòu)成威脅，其余地市處于稍有威脅狀態(tài)。
　　 從江蘇省省域范圍來看，2006年江蘇省畜禽糞便污染負(fù)荷為28.59t.hm-2，其警報(bào)值0.47，處于稍有威脅狀態(tài)低線。
　　 3畜禽養(yǎng)殖

6、污水生態(tài)處理技術(shù)
　　 本文對(duì)畜禽養(yǎng)殖污水處理采用的是作物秸稈吸附攔截和水生植物凈化相結(jié)合的凈化方法。
　　 在試驗(yàn)室條件下，用4種不同長(zhǎng)度的小麥秸稈吸附過濾畜禽養(yǎng)殖污水，吸附截留率一般在10-20％，分層狀秸稈比整體狀、棍斷狀、粉碎狀三種形式能更好地吸附養(yǎng)殖污水中的氮磷。采用分層處理，處理90分鐘時(shí)可以達(dá)到最佳處理效率，每kg秸稈對(duì)總氮和總磷的最佳吸附容量分別為286.42mg和110.81mg。
　　 水葫蘆

7、（飼料植物）、水花生（飼料植物）、香根草（濕地護(hù)坡植物）、水稻（農(nóng)作物）四種水生植物漂浮生長(zhǎng)在養(yǎng)殖污水中，30d對(duì)污水的凈化率，水葫蘆76-90％，水花生51-65％，香根草42-67％，水稻66-88％，凈化能力大小順序?yàn)?，水葫蘆＞水稻＞水花生＞香根草。在高濃度污水（N含量97.3mg·L-1、P含量39.7mg·L-1）中，30d植物體重量增加率，水葫蘆82.1％，水花生37.5％，香根草-3.2％，水稻4.6％，說明水葫蘆適宜用于

8、對(duì)高濃度養(yǎng)殖污水的凈化，香根草不能用于對(duì)高濃度畜禽養(yǎng)殖污水的凈化。
　　 30d試驗(yàn)表明，水稻、水葫蘆和水花生每增加1kg生物量，平均凈化污水中氮磷總量分別為48g、2.9g和2.5g。
　　 4畜禽糞便污染農(nóng)業(yè)系統(tǒng)控制模擬
　　 通過對(duì)農(nóng)田畜禽糞便安全經(jīng)濟(jì)承載力及畜禽養(yǎng)殖污水生態(tài)技術(shù)處理的研究，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建模方法，對(duì)畜禽糞便污染的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)控制的過程假定和系統(tǒng)分析，利用MatLab工具和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)模型

9、進(jìn)行了基于仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)和性能優(yōu)化。通過對(duì)河橫村畜禽糞便污染農(nóng)業(yè)系統(tǒng)控制模型合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化，設(shè)定系統(tǒng)的狀態(tài)變量6個(gè)，并分別賦予理想的系統(tǒng)工作點(diǎn)值，以2007年為基準(zhǔn)年，進(jìn)行系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，系統(tǒng)可以從目前不太理想的初值，經(jīng)過不到20年的時(shí)間和較小的波動(dòng)，達(dá)到理想的穩(wěn)定狀態(tài)，即河橫村從2007年開始，經(jīng)過不到20年的時(shí)間，就可以達(dá)到協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的要求。
　　 利用河橫村歷史數(shù)據(jù)(1991-2007)對(duì)系

10、統(tǒng)模型有效性檢驗(yàn)，6個(gè)狀態(tài)變量的R2最小為0.8，最大0.94，平均為0.855,STD均較小，說明建立的畜禽糞便污染的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)控制模型是科學(xué)可行的。
　　 原發(fā)展模式（未加入生態(tài)工程）系統(tǒng)2030年的終值與加入生態(tài)工程并優(yōu)化后的系統(tǒng)2030年的終值相比，未加生態(tài)工程的系統(tǒng)比加入生態(tài)工程的系統(tǒng)不僅經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯下降，而且環(huán)境指標(biāo)也較差，比如，未加生態(tài)工程的系統(tǒng)比加入生態(tài)工程的系統(tǒng)養(yǎng)殖規(guī)模少5.6％的情況下，周圍水體中氮磷是后者的1

11、4倍?？梢娢醇由鷳B(tài)工程的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不足，環(huán)境保護(hù)欠缺，不符合循環(huán)發(fā)展要求，而加入生態(tài)工程并優(yōu)化后的系統(tǒng)符合可持續(xù)發(fā)展的要求。
　　 5農(nóng)業(yè)面源污染原因調(diào)查與行為分析
　　 通過對(duì)江蘇省高淳縣、江陰市、江都市、姜堰市、阜寧縣、灌南縣等市縣農(nóng)村環(huán)境存在的問題和原因進(jìn)行實(shí)地考察，并召開由政府相關(guān)部門、當(dāng)?shù)剞r(nóng)民參加的座談會(huì)。調(diào)查表明，蘇中蘇北農(nóng)業(yè)面源污染與經(jīng)濟(jì)因素有關(guān)，尤其是蘇北，環(huán)境保護(hù)意識(shí)不強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)總量不足是造成農(nóng)業(yè)面源污

12、染的重要原因。
　　 通過對(duì)195農(nóng)戶調(diào)查，100％的農(nóng)戶都使用化肥，只有62.3％的農(nóng)戶愿意使用有機(jī)肥。對(duì)畜禽糞便處理方式，29％的農(nóng)戶隨意拋棄，61％農(nóng)戶還田，10％的農(nóng)戶賣給有機(jī)肥廠。對(duì)于環(huán)境保護(hù)與污染治理的責(zé)任，62.1％的農(nóng)戶認(rèn)為是政府的責(zé)任，33.8％的農(nóng)戶認(rèn)為是企業(yè)的責(zé)任，4.1％的農(nóng)戶認(rèn)為是個(gè)人責(zé)任，說明環(huán)境保護(hù)與治理，政府承擔(dān)主要責(zé)任。
　　 農(nóng)戶對(duì)環(huán)境保護(hù)支付意愿，4％的農(nóng)戶不愿意出資，46.9％的農(nóng)

13、戶表示看情況而定，49.1％的農(nóng)戶愿意為治理環(huán)境出資，最高可承受的費(fèi)用是年收入的2％，平均支付意愿是年收入的0.798％。
　　 生態(tài)意識(shí)度與農(nóng)戶年收入相關(guān)度0.928，與居民文化水平相關(guān)度0.94。
　　 因此，發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)教育，提高人們文化水平，使農(nóng)民具有環(huán)保意愿的驅(qū)動(dòng)力，對(duì)畜禽糞便污染的控制具有重要的意義。
　　 6畜禽糞便污染的防控對(duì)策
　　 基于畜禽糞便污染原因及農(nóng)戶環(huán)保行為分析和