張掖市畜禽糞便污染物估算及農田承載力風險評價

王 磊，張永東，馬 斌，胡俊慧，伏中方，陳曉燕

（張掖市畜牧管理站，甘肅 張掖 734000）

近年來，我國畜牧業持續穩定發展，規模化養殖水平明顯提高，保障了肉蛋奶的有效供給，但大量養殖廢棄物沒有得到有效處理和利用，成為農村環境治理的一大難題。黨的十八大以來，黨中央、國務院統籌推進“五位一體”總體布局和協調推進“四個全面”戰略布局，牢固樹立和貫徹落實新發展理念，堅持保供給與保環境并重，打響了畜禽廢棄物資源化利用攻堅戰，并取得了明顯成效。張掖市位于甘肅省河西走廊中段，地處甘、青、蒙三省交界處，位居中國第二大內陸河黑河中上游，是古絲綢之路的咽喉要道，也是全國重要的玉米種子、瓜果蔬菜、肉牛肉羊生產基地，更是現代絲路寒旱農業可持續發展的承載區和國家西部重要的生態安全屏障，做好該地區畜禽糞污資源化利用工作，對推動現代農業的發展和生態環境保護具有重要的現實意義。目前，全國各地對畜禽糞便產生量、糞污農田土地承載力及環境效應評價等研究較多，而對甘肅河西走廊現代絲路寒旱農業區畜禽糞便土地承載力等方面的研究尚未見報道。本研究根據2017年張掖市畜禽養殖業發展情況，對畜禽糞便污染物產生量及糞污農田負荷風險進行了分析評價，旨在以張掖市為例對甘肅河西走廊寒旱農業區畜禽養殖污染治理提供思路與對策。

1 材料與方法

1.1 數據來源

張掖市轄甘州區、臨澤縣、高臺縣、山丹縣、民樂縣、肅南縣6個縣區。本研究以縣區為單位，以2017年張掖市統計年鑒［1］公布的數據為基礎，測算全市豬、牛、羊、雞的糞便及其污染物產生量。

1.2 計算方法

1.2.1 畜禽糞便量的計算 由于受飼養品種、養殖環境、飼料配方、氣候差異等因素影響，目前國內外對畜禽糞便的日排泄系數和污染物排放系數均無統一標準。國內常采用以下2種方法：一種是根據國家環保總局使用的方法，將存欄量、日排泄系數和飼養周期三者相乘，得出一個周期的糞便產生量，用于估算全年糞便產生量；另一種是將畜禽年內出欄量和年末存欄量之和，日排泄系數和飼養周期三者相乘，估算全年糞便產生量［2］。以上兩種方法的差異體現在畜禽數量的確定上，前一種方法由于只考慮一個時間點的畜禽存欄量，中間時期出欄的畜禽數量未考慮，得出的結果可能偏小；后一種方法雖然考慮了年內出欄量和年末存欄量，但由于年末存欄畜禽未經歷完整的飼養周期，易高估糞便產生量。本研究結合兩種估算方法的優點，參照《畜禽養殖業污染治理工程技術規范》（HJ 497—2009）相關參數，綜合考慮不同畜禽飼養周期選取不同的基礎數據，一般生長周期小于1年的，以當年出欄數作為飼養量；生長周期大于1年的，按年末存欄數作為飼養量。本研究中牛羊、生豬、家禽的飼養周期分別按365、160和210 d計，牛羊糞便量采用年末存欄量來計算，豬的年出欄數代表豬當年飼養量，雞以出欄數代表當年飼養量。計算方法為：存欄量（牛、羊）或出欄量（豬、雞）×糞便日排泄量（kg）×飼養周期（d）。本研究中畜禽糞便 日排泄量［3］和糞便污染物平均含量［4］見表 1。

表1畜禽糞便日排泄量及其污染物平均含量kg/t

1.2.2 畜禽糞便負荷量的計算 由于不同類型的畜禽，其糞便養分差異較大，農田消納量也有較大差異。因此，本研究根據各類畜禽糞便含氮量，將各種畜禽糞便統一折算為豬糞當量，用可比性較強的豬糞當量負荷來計算畜禽糞便的實際負荷量。豬糞當量換算系數［5］見表2。

表2畜禽糞便豬糞當量換算系數

畜禽糞便負荷量估算公式［6］：

式（1）中：q為畜禽糞便豬當量負荷值［t（/hm2·a）］；Q為各類畜禽糞便當量總量（t/a）；S為有效耕地面積（hm2）；X為各類畜禽糞便量（t/a）；T為豬糞當量的換算系數。

1.2.3 耕地畜禽糞便負荷預警值 為反映土地畜禽糞便負荷程度，特估算耕地畜禽糞便負荷預警值，估算公式［6］：

式（2）中:r為糞便的負荷承受程度預警值，隨著r值逐漸增大，畜禽糞便將逐漸超過農田的可容納量或承受程度；q為畜禽糞便豬糞當量負荷值［t（/hm2·a）］；p為有機肥最大適宜施用量［t/（hm2·a）］。

2 結果與分析

2.1 張掖市畜禽養殖情況

據2017年度張掖市統計年鑒顯示，全市牛出欄量27.84萬頭，年末存欄量69.11萬頭；生豬出欄量76.20萬頭，年末存欄量65.80萬頭；羊當年出欄量205.07萬只，年末存欄量276.23萬只；禽（主要為雞）出欄量642.81萬只，年末存欄量412.87萬只（見表3）。全市6個縣區中甘州區牛存欄量、羊存欄量、豬出欄量和雞出欄量均最大，分別占全市牛存欄量的45%、羊存欄量的26%、豬出欄量的41%、雞出欄量的70%。

表3 2017年張掖市畜禽飼養情況及畜禽糞便污染物產生量

2.2 畜禽糞便污染物產生量

根據張掖市全年畜禽飼養數據、畜禽糞尿及其污染物排泄系數，計算得出全市及分縣區畜禽糞便年產生量（表4）。結果表明，張掖市畜禽糞尿年排放量1 156.95萬t，其中甘州區447.07萬t，畜禽糞尿產生量最大，占全市糞尿產生總量的38.60%；其次為臨澤縣和高臺縣，畜禽糞尿產生量分別占全市總量的19.40%和17.20%，甘州區、臨澤縣、高臺縣3縣區畜禽糞尿產生量合計占到全市的75.2%，山丹縣、民樂縣、肅南縣畜禽糞尿產生量相比較小，合計占到全市總量的24.80%。分畜種來看，牛糞便產生量756.7萬t（占總量65.40%）＞羊262.13萬t（占總量22.65%）＞豬121.28萬t（占總量10.50%）＞雞16.84萬t（占總量1.45%）。

大量的畜禽糞便產生 CODcr、BOD5、NH3-N、TN 和TP等大量污染物。張掖市畜禽糞便污染物含量見表3，2017 年張掖市畜禽糞便產生的 CODcr、BOD5、NH3-N、TN、TP 分別為 21.25 萬 t、16.19 萬 t、2.19 萬 t、6.81 萬 t、1.58萬t，污染物合計總量48.02萬t。參考國家環保總局提供的畜禽糞便污染物平均流失率一般為30%～40%，按照30%最低流失率計算，理論上張掖市畜禽糞便污染物年流失 CODcr、BOD5、NH3-N、TN、TP 分別為6.38 萬 t、4.86 萬 t、0.66 萬 t、2.04 萬 t、0.47 萬 t，流失污染物總量14.41萬t。可見畜禽糞便污染物對環境造成的污染威脅是非常大的，如處理不當，將對農村生態環境和水體造成嚴重影響。

表4 2017年張掖市畜禽飼養情況及畜禽糞便污染物產生量 萬t

2.3 張掖市耕地畜禽糞便負荷量計算及風險分析

不同畜禽糞便的養分差異較大，因此本研究將各類畜禽糞便統一換算為豬糞當量值進行分析（表5和表6）。劉培芳等［2］研究發現，在化肥習慣施用量為225 kg/hm2純氮的基礎上，豬糞當量以15～30 t/（hm2·a）為宜。本研究取值45 t/（hm2·a）作為有機肥用于農田的最大適宜施用量，如果高于這一水平就會對環境產生影響。張掖市6個縣區中，肅南縣主要以草原畜牧業生產為主，其畜禽糞便豬當量負荷量以草原面積為主進行單獨核算。結果表明：張掖市5縣區（肅南縣不計）畜禽糞便豬當量負荷量在10.29～52.15 t/（hm2·a）之間，平均33.28 t/（hm2·a）。根據農田負荷預警值分析，張掖市畜禽糞便負荷量預警值平均0.74，為Ⅲ級，已超出了農田消納能力，對周圍環境構成了一定影響。分縣區看，民樂縣預警值0.23，為Ⅰ級，對環境無影響；山丹縣預警值0.56，為Ⅱ級，對環境稍有影響；甘州區、臨澤縣、高臺縣預警等級均為Ⅳ級，對環境構成較嚴重影響。

肅南縣作為張掖市主要的草原畜牧業生產區，擁有各類草原178.5萬hm2，而耕地面積僅有1.36萬hm2，草原面積中除去落實草原生態補獎政策中重點生態功能區和核心區禁牧的46.8萬hm2外，還有131.7萬hm2草原可開展畜牧業生產。因此，表6中肅南縣的糞污土地可消納面積以可實際開展畜牧業生產的131.7萬hm2草原和1.36萬hm2耕地面積之和為準，合計133.06萬hm2。農田負荷預警值分析表明：其畜禽糞便當量負荷量為0.76 t/（hm2·a），預警值0.02，遠低于對環境構成影響的0.4的預警值，對環境無影響，這也是牧區不同的畜牧業生產方式所致。

表5 2017年張掖市畜禽糞便豬當量負荷量

表6 2017年肅南縣畜禽糞便豬當量負荷量

3 討論

目前，農田是畜禽糞便的主要負載場所，還田是消化糞便養分的主要途徑。2017年，張掖市的耕地面積為31.25萬hm2，如果畜禽糞便全部作為有機肥還田，張掖市畜禽糞便年負荷量33.28 t/hm2，已超過了巨天珍等［8］報道的張掖市年 30 t/hm2的負荷量［8］，農田負荷預警值達0.74，表明對環境產生了一定影響。但鑒于不同地區畜禽糞便的處理、收集、貯存和運輸方式不盡相同，糞便養分的損失率和不同作物當季利用率也不同，實際農田畜禽糞便承載力應相應增加。所以不同地區可通過優化畜牧業產業布局、提高畜禽糞便收貯率和調整種植結構等方式來改變畜禽承載力的大小，使農田能夠最大限度地消納當地畜禽糞便，減少環境污染。

分縣區來看，張掖市各縣區畜禽糞便負荷量差異與各自主導產業發展、區域布局和耕地面積等因素有關，肅南縣主要為草地畜牧業，廣闊的草原對草食畜糞便有很好的消納能力，對環境沒有產生影響；民樂縣畜禽糞便產生量全市最小，但其耕地面積位居全市第二，因此耕地對畜禽糞便具有很好的消納利用能力，未對環境產生影響；山丹縣畜禽養殖量和耕地面積適中，對環境稍有影響；甘州區、高臺縣、臨澤縣養殖體量位居全市前三位，但都由于耕地面積無法匹配消納畜禽糞便，均對環境產生了較嚴重的影響，其中臨澤縣耕地面積全市最少，對畜禽糞污的消納能力最弱，因而糞污對環境威脅程度最高。由于不同區域畜禽糞便對環境造成的影響具有差異，因此，應立足產業發展實際，因地制宜，采取不同的處理措施和防治對策消除畜禽糞便對環境造成的污染。

由于畜禽養殖量、飼養周期、糞便日排泄量及糞尿中各種污染物是動態數據，不同區域也存在差異，統計年鑒反映的也只是年末的靜態數據；同時出于條件限制，本研究沒有通過試驗得到精確的測定數據和統計結果，只能根據現有的統計資料和相關測算標準進行計算和分析。但是，本測算結果在總體上可反映張掖市各縣區畜禽糞尿年排泄量、污染物產生量及對環境產生的潛在影響。