中国畜禽养殖氮污染负荷时空变化特征及驱动力分析

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随着社会经济快速发展、肉蛋奶产品需求日益增长,畜禽养殖业在近几十年得到了快速的发展,造成了严重的面源污染等问题,且具有一定的地域差异及时序上的动态变化特征。识别畜禽养殖氮污染的时空变化特征、分析其驱动力,对于明确氮污染治理的关键调控因素、合理协调农业种植与畜禽养殖产业的空间布局、推动畜禽养殖行业的污染治理现代化,具有十分重要的理论意义和决策参考价值。本文首先基于两次全国污染源普查公开的产排污系数,整理逐年、分省、分品种的畜禽养殖总氮排放系数体系,以省域为研究单元,对2001-2020年中国畜禽养殖氮污染负荷进行评价;其次从分布特征、聚集特征和重心迁移特征三个方面分析了畜禽养殖氮污染负荷的时空变化规律;然后通过建立畜禽养殖氮污染负荷的EKC假说模型和氮污染负荷重心距离关系模型,分析了以地区生产总值指征的经济发展水平、以地区人口密度指征的社会发展水平和畜禽污染治理率指征的环境管理水平对我国畜禽养殖氮污染负荷时空变化的驱动作用。本文得出主要结论如下:(1)20年间不同畜禽排放系数变化有很大的差异。从排放系数体系的分析结果来看,20年间不同畜禽的排放系数变化具有差异性。生猪养殖的总氮排放系数省际差异逐渐减小,并趋于一致,从2.48 kg/头~3.94 kg/头降低至1.27 kg/头~1.53 kg/头。肉牛养殖的总氮排放系数各省平均值有所下降,且省际差异逐渐减小,从20.99kg/头~40.23 kg/头降低至21.20 kg/头~28.86 kg/头,IQR减小,表明各省肉牛养殖总氮排放系数趋于一致。蛋禽养殖总氮排放系数总体较低,变化不大,各省平均值及中位数境均略有升高,整体从0.12 kg/羽~0.13 kg/羽变化至0.11 kg/羽~0.13 kg/羽。奶牛养殖的总氮排放系数下降幅度最大,且省际差异逐渐减小,从42.21 kg/头~54.60kg/头降低至13.91 kg/头~18.53 kg/头。肉禽养殖的总氮排放系数下降明显,且省际差异明显减小,从0.03 kg/羽~0.09 kg/头降低到0.01 kg/羽~0.03 kg/头。(2)畜禽养殖在总量、强度和结构上都产生了差异性的变化特征。总量上,畜禽氮污染负荷从2001年的,变化趋势呈现倒“U”型趋势,在2006年达到最大值,并逐年递减,2020年每头猪当量产生氮污染负荷与2001年相比降低了50%,各地区差异性也在减小。结构上,生猪和肉禽氮污染负荷占比持续降低,肉牛和蛋禽占比呈现增长趋势,而奶牛和羊的氮污染负荷占比基本上保持不变,总体上反刍畜禽(牛、羊)的氮污染负荷要远大于单胃畜禽(猪、禽)。(3)各省市畜禽养殖氮污染负荷空间差异明显,并呈现空间聚集性。总体上看中国北方省市氮污染负荷略高于南方各省市,山东省、河南省、河北省和四川省四省畜禽养殖氮污染负荷20年间在全国总污染负荷中的占比一直较高。2010-2020年氮污染负荷全局Moran’I显著,表明了氮污染负荷存在空间聚集性,整体上看,山东、河南、河北、辽宁在这一时期呈现“高-高”聚类特征,其畜禽养殖氮污染负荷的增加会带动周边省市畜禽养殖氮污染负荷的增加;四川省属于“高-低”聚类类型,其周边省市的畜禽养殖氮污染负荷都相对较低;2017年以后广东也开始趋向于“低-低”聚类的模式。(4)污染重心的迁移分析结果表明了各省市畜禽养殖氮污染负荷呈现空间不均衡性,氮污染负荷重心的迁移具有明显的方向性和阶段性规律。第一阶段(2001—2007年)期间,受内蒙古自治区、辽宁省等省市污染负荷比重增加的影响,重心向西北方向移动,部分北方省市对全国氮污染负荷的贡献比重增加、部分南方省市比重减少。第二阶段(2008—2020年)期间,四川和贵州等省市氮污染负荷比重增长,山东和辽宁等省市比重降低,导致重心向西南方向移动,西部地区和西南地区省市氮污染负荷的贡献作用增长较明显。(5)氮污染负荷空间不均衡分布的原因受到了养殖活动水平和单只畜禽个体排污能力的共同影响。2001-2007年期间猪当量表示的活动水平重心主要向西北方向移动,南北方向差距大于东西方向;2007年以后,在东西方向上持续向西迁移,说明畜禽养殖活动水平的变化导致各省市畜禽养殖氮污染负荷产生不均衡性,促使了氮污染负荷的空间转移。养殖氮污染负荷强度表征的单只畜禽个体排污能力在2007年以前变化较小,2007年以后其迁移方向与氮污染负荷重心相似。(6)地区人口密度、地区生产总值和畜禽养殖污染治理率三个指标对畜禽养殖氮污染负荷有显著的影响。从时序变化驱动力分析结果来看,地区生产总值、地区人口密度和畜禽养殖污染治理率都对畜禽养殖氮污染负荷的时序变化都有着显著的影响。经济增长和畜禽养殖氮污染负荷之间存在倒“U”型关系,2020年我国共有山东、河南等11个省份跃过了倒“U”型曲线的拐点。地区人口密度和地区畜禽养殖污染治理水平对畜禽养殖氮污染负荷的时序变化特征有显著的负向影响。
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