山西省主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力分析

閆熠峰，劉子勇，成錦霞

（山西省農(nóng)業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院，山西太原030001）

十九大報告明確指出，要建設(shè)的現(xiàn)代化是人與自然和諧共生的現(xiàn)代化。隨著養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，畜禽糞污資源化利用越來越重要，雖然畜禽糞污作為有機肥還田用于作物的生產(chǎn)是最合適的去向，但當(dāng)一定區(qū)域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖規(guī)模超過土地承載力時，就有可能對土壤、水體與大氣環(huán)境造成污染，因此，以資源環(huán)境承載力為基準(zhǔn)，進一步優(yōu)化種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)，促進農(nóng)業(yè)資源環(huán)境的合理開發(fā)與有效保護，才能進一步改善農(nóng)村居民生產(chǎn)生活環(huán)境，促進農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，真正實現(xiàn)人與自然和諧共生。

山西省為全面貫徹落實黨的十九大精神，牢固樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展理念，2017 年出臺了《山西省畜禽糞污處理和資源化利用工作方案（2017—2020 年）》[1]。方案要求堅持保供給與保環(huán)境并重，根據(jù)環(huán)境承載能力確定畜禽養(yǎng)殖的品種、規(guī)模總量，以種養(yǎng)結(jié)合、循環(huán)利用為主要推廣模式，全面推進畜禽糞污處理和資源化利用，加快全省畜牧業(yè)綠色發(fā)展步伐和全省生態(tài)文明建設(shè)步伐。關(guān)于畜禽糞污資源化利用國內(nèi)學(xué)者開展了許多研究[2-4]。

本研究以2017 年山西省各市縣區(qū)主要糧食作物（小麥、玉米、谷子、高粱、大豆和馬鈴薯）產(chǎn)量和山西省各市縣區(qū)主要畜禽（牛、豬、羊和家禽）年末存欄量[5]，結(jié)合糧食作物吸收氮、磷養(yǎng)分的數(shù)量和各種畜禽糞肥養(yǎng)分供給量展開分析，從宏觀的角度，對山西省各市縣區(qū)畜禽糞肥供給量和土地承載力進行對比分析，為各市縣區(qū)以種定養(yǎng)和養(yǎng)殖規(guī)模調(diào)整提供依據(jù)。

1 山西省種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)概況

山西省是我國內(nèi)陸省份，位于黃河中游東岸，華北平原西面的黃土高原上，全省總面積15.67 萬km2，在氣候類型上屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，具有四季分明、雨熱同步、光照充足、南北氣候差異顯著、冬夏氣溫懸殊、晝夜溫差大的特點，全省各地年降水量介于358～621 mm，季節(jié)分布不均，夏季6—8 月降水相對集中，約占全年降水量的60%。

1.1 種植業(yè)現(xiàn)狀

2017 年，山西省的糧食作物總播種面積為317.159 萬hm2，比2015 年減少8.475 萬hm2，比2010 年減少3.869 萬hm2，但是主要糧食作物產(chǎn)量均有所增加。2017 年與2015 年相比，谷子和馬鈴薯產(chǎn)量增加較多，分別增產(chǎn)9.83 萬、13.92 萬t；2017 年與2010 年相比，小麥、玉米、谷子和馬鈴薯大幅度增產(chǎn)，分別增加15.51 萬、168.42 萬、22.26 萬、20.62 萬t（表1）。

表1 山西省主要年份主要糧食作物的產(chǎn)量[5] t

1.2 養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)狀

由表2 可知，2017 年山西省豬、牛的出欄量較2015 年均有下降，豬出欄量降幅較大，從2015 年的906.39 萬頭降至2017 年的822.80 萬頭；牛的降幅較小，從2015 年的40.23 萬頭降至2017 年的40.13 萬頭，減少0.10 萬頭。羊的出欄量從2015 年的537.86 萬頭增至2017 年的590.54 萬頭。而2017 年同2010 年相比，豬、牛、羊的出欄量均有較大增加，分別增加93.15 萬、5.15 萬、165.60 萬頭。2017 年牛、豬、羊、家禽的存欄量較2010 年均有所增加，而與2015 年相比，除牛的存欄量略有增加外，豬、羊、家禽的存欄量均有所下降（表3）。

表2 山西省主要年份主要畜禽的年出欄量[5]

表3 山西省主要年份主要畜禽的年末存欄量[5]

2 山西省各市縣區(qū)主要糧食作物對氮、磷素養(yǎng)分的需求量

根據(jù)2017 年各市縣區(qū)6 種主要糧食作物的產(chǎn)量數(shù)據(jù)和山西省土壤工作站提供的不同作物形成100 kg 經(jīng)濟產(chǎn)量需要吸收氮、磷養(yǎng)分量的推薦值，計算出山西省各市縣區(qū)6 種主要糧食作物對氮、磷素養(yǎng)分的需求量（表4）。

2017 年山西省11 個地市對氮素養(yǎng)分的總需求量為40.59 萬t，其中，太原市0.80 萬t、大同市2.65 萬t、陽泉市0.65 萬t、長治市4.16 萬t、晉城市2.37 萬t、朔州市3.07 萬t、晉中市4.54 萬t、運城市8.50 萬t、忻州市4.27 萬t、臨汾市7.08 萬t、呂梁市2.50 萬t。

表4 形成100 kg 經(jīng)濟產(chǎn)量所吸收的養(yǎng)分量 kg

2017 年山西省11 個地市對磷素養(yǎng)分的總需求量為14.29 萬t，其中，太原市0.27 萬t、大同市0.90 萬t、陽泉市0.22 萬t、長治市1.41 萬t、晉城市0.80 萬t、朔州市1.04 萬t、晉中市1.53 萬t、運城市3.20 萬t、忻州市1.50 萬t、臨汾市2.60 萬t、呂梁市0.82 萬t。

太原市的清徐縣和陽曲縣對氮、磷素的需求量較大，迎澤區(qū)和杏花嶺區(qū)需求量較小；大同市的陽高縣、天鎮(zhèn)縣、廣靈縣和渾源縣對氮、磷素的需求量較大，左云縣和開發(fā)區(qū)需求量較小；陽泉市的盂縣對氮、磷素的需求量較大，郊區(qū)需求量較小；長治市的屯留縣和長子縣對氮、磷素的需求量較大，城區(qū)需求量較小；晉城市的澤州和高平市對氮、磷素的需求量較大，開發(fā)區(qū)需求量較小；朔州市的朔城區(qū)和應(yīng)縣對氮、磷素的需求量較大，開發(fā)區(qū)需求量較小；晉中市的壽陽縣、太谷縣、祁縣和平遙縣對氮、磷素的需求量較大，開發(fā)區(qū)需求量較小；運城市的聞喜縣、芮城縣和永濟市對氮、磷素的需求量較大，垣曲縣需求量較小；忻州市的忻府區(qū)和原平市對氮、磷素的需求量較大，五臺山風(fēng)景名勝區(qū)需求量較小；臨汾市的襄汾縣和洪洞縣對氮、磷素的需求量較大，吉縣需求量較小；呂梁市的文水縣對氮、磷素的需求量較大，中陽縣需求量較小。

3 山西省各市縣區(qū)主要糧食作物對糞肥養(yǎng)分的需求量

3.1 主要糧食作物對糞肥養(yǎng)分需求量的測算方法

依據(jù)農(nóng)業(yè)部制定的《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》[6]中的測算方法，對不同土壤肥力下區(qū)域內(nèi)植物氮（磷）總養(yǎng)分需求量進行計算。

氮（磷）施肥供給養(yǎng)分占比根據(jù)土壤氮（磷）養(yǎng)分確定，土壤不同氮磷養(yǎng)分水平下的施肥供給占比不同（表5）。根據(jù)山西主要耕作土壤肥力的研究結(jié)果[6-7]，本研究的土壤肥力按Ⅱ級計算，施肥供給養(yǎng)分占比45%[7-8]計算。不同區(qū)域的糞肥占施肥比例應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況確定，本研究計算按50%取值；依據(jù)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》，糞肥中氮素當(dāng)季利用率推薦值為25%～30%，磷素當(dāng)季利用率推薦值為30%～35%，具體根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況確定，本研究計算均按中間值取。

表5 土壤不同氮磷水平下施肥供給養(yǎng)分占比[6]

3.2 主要糧食作物對糞肥養(yǎng)分需求量

按照3.1 計算方法得出，山西省11 個地市6 種主要糧食作物小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、馬鈴薯對糞肥養(yǎng)分氮的需求總量為33.21 萬t，其中，太原市0.65 萬t、大同市2.17 萬t、陽泉市0.53 萬t、長治市3.40 萬t、晉城市1.94 萬t、朔州市2.51 萬t、晉中市3.72 萬t、運城市6.96 萬t、忻州市3.50 萬t、臨汾市5.79 萬t、呂梁市2.04 萬t。

11 個地市對糞肥養(yǎng)分磷的需求總量為9.89 萬t，其中，太原市0.19 萬t、大同市0.62 萬t、陽泉市0.15 萬t、長治市0.98 萬t、晉城市0.55 萬t、朔州市0.72 萬t、晉中市1.06 萬t、運城市2.21 萬t、忻州市1.04 萬t、臨汾市1.80 萬t、呂梁市0.57 萬t。

計算分析中施肥供給養(yǎng)分占比、糞肥占施肥比例以及糞肥當(dāng)季利用率均為確定的數(shù)值，故此計算結(jié)果所反映的不同市縣區(qū)糞肥養(yǎng)分的需求量的比較情況同市縣區(qū)主要糧食作物對氮、磷素養(yǎng)分的需求量的比較結(jié)果一致。

4 山西省各市縣區(qū)主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力

畜禽糞污土地承載力是指在土地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)運行的條件下，一定區(qū)域內(nèi)耕地、林地和草地等所能承載的最大畜禽存欄量。畜禽糞污土地承載力一般用豬當(dāng)量來衡量。豬當(dāng)量指用于衡量畜禽氮（磷）排泄量的度量單位，1 頭豬為1 個豬當(dāng)量[6]。本研究主要探討各市縣區(qū)種植6 種主要糧食作物小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、馬鈴薯的耕地畜禽糞污土地承載力。綜合考慮畜禽糞污養(yǎng)分在收集、處理和貯存過程中的損失，單位豬當(dāng)量氮養(yǎng)分供給量為7.0 kg，磷養(yǎng)分供給量為1.2 kg。

4.1 山西省各市縣區(qū)主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力（氮）

依據(jù)各市縣區(qū)6 種主要糧食作物小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、馬鈴薯對糞肥養(yǎng)分氮的需求量和單位豬當(dāng)量氮養(yǎng)分供給量，計算得出各市縣區(qū)主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力（氮）總數(shù)量為4 744.67 萬個豬當(dāng)量，其中，太原市92.90 萬個豬當(dāng)量、大同市309.48 萬個豬當(dāng)量、陽泉市75.88 萬個豬當(dāng)量、長治市486.18 萬個豬當(dāng)量、晉城市277.19 萬個豬當(dāng)量、朔州市358.81 萬個豬當(dāng)量、晉中市530.97 萬個豬當(dāng)量、運城市994.06 萬個豬當(dāng)量、忻州市499.40 萬個豬當(dāng)量、臨汾市827.77 萬個豬當(dāng)量、呂梁市292.03 萬個豬當(dāng)量。

4.2 山西省各市縣區(qū)主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力（磷）

依據(jù)山西各市縣區(qū)6 種主要糧食作物小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、馬鈴薯對糞肥養(yǎng)分磷的需求量和單位豬當(dāng)量磷養(yǎng)分供給量，計算得出各市縣區(qū)主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力（磷）總數(shù)量為8 241.82 萬個豬當(dāng)量，其中，太原市154.70 萬個豬當(dāng)量、大同市519.65 萬個豬當(dāng)量、陽泉市127.34 萬個豬當(dāng)量、長治市814.89 萬個豬當(dāng)量、晉城市460.79 萬個豬當(dāng)量、朔州市597.28 萬個豬當(dāng)量、晉中市880.20 萬個豬當(dāng)量、運城市1 843.80 萬個豬當(dāng)量、忻州市864.69 萬個豬當(dāng)量、臨汾市1 504.68 萬個豬當(dāng)量、呂梁市473.80 萬個豬當(dāng)量。

4.3 山西省各市縣區(qū)主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力

按照氮和磷計算得出山西省各市縣區(qū)主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力，2 組數(shù)值取最小值，得出山西省各市縣區(qū)主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力。山西省所有市縣區(qū)6 種主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力均取決于氮素的土地承載力。因此，各市縣區(qū)主要糧食作物耕地畜禽糞污土地承載力總數(shù)量為4 744.67 萬個豬當(dāng)量，其中，太原市92.90 萬個豬當(dāng)量、大同市309.48 萬個豬當(dāng)量、陽泉市75.88 萬個豬當(dāng)量、長治市486.18 萬個豬當(dāng)量、晉城市277.19 萬個豬當(dāng)量、朔州市358.81 萬個豬當(dāng)量、晉中市530.97 萬個豬當(dāng)量、運城市994.06 萬個豬當(dāng)量、忻州市499.40 萬個豬當(dāng)量、臨汾市827.77 萬個豬當(dāng)量、呂梁市292.03 萬個豬當(dāng)量。

山西省各市縣區(qū)主要糧食作物耕地畜禽糞污土地承載力由作物糞肥養(yǎng)分氮的需求量和單位豬當(dāng)量氮養(yǎng)分供給量決定，單位豬當(dāng)量的氮養(yǎng)分供給量是一確定數(shù)值，故此計算結(jié)果所反映的不同市縣區(qū)的主要糧食作物耕地畜禽糞污土地承載力比較情況同各市縣區(qū)主要糧食作物對糞肥養(yǎng)分的需求量比較結(jié)果一致。

5 山西省各市縣區(qū)主要畜禽年末存欄量豬當(dāng)量折算

本研究對山西省各市縣區(qū)主要糧食作物糞污土地承載力和畜禽養(yǎng)分供給量比較分析時，選擇了4 種主要畜禽，畜禽分別是牛（奶牛、其他）、豬、羊和家禽。

依據(jù)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》中的標(biāo)準(zhǔn)，按存欄量折算：100 頭豬相當(dāng)于15 頭奶牛、30 頭肉牛、250 只羊、2 500 只家禽。根據(jù)2018 年《山西省統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)，結(jié)合《2015 年度山西省奶業(yè)發(fā)展報告》[9]的數(shù)據(jù)，折算出山西省各市縣區(qū)主要畜禽牛（奶牛、其他）、豬、羊、家禽年末存欄量豬當(dāng)量數(shù)量。各市縣區(qū)主要畜禽牛、豬、羊、家禽年末存欄量豬當(dāng)量總數(shù)量為2 219.77 萬個豬當(dāng)量，其中，太原市77.62 萬個豬當(dāng)量、大同市277.74 萬個豬當(dāng)量、陽泉市35.45 萬個豬當(dāng)量、長治市168.70 萬個豬當(dāng)量、晉城市156.85 萬個豬當(dāng)量、朔州市211.89 萬個豬當(dāng)量、晉中市279.30 萬個豬當(dāng)量、運城市315.06 萬個豬當(dāng)量、忻州市242.07 萬個豬當(dāng)量、臨汾市213.92 萬個豬當(dāng)量、呂梁市241.17 萬個豬當(dāng)量。

太原市的清徐縣和陽曲縣主要畜禽年末存欄量折算成的豬當(dāng)量數(shù)較大，迎澤區(qū)較小；大同市的陽高縣、渾源縣豬當(dāng)量數(shù)較大，開發(fā)區(qū)較小；陽泉市的平定縣豬當(dāng)量數(shù)較大，郊區(qū)較小；長治市的長治縣和長子縣豬當(dāng)量數(shù)較大，城區(qū)較小；晉城市的澤州縣和高平市豬當(dāng)量數(shù)較大，開發(fā)區(qū)較小；朔州市的山陰縣和應(yīng)縣豬當(dāng)量數(shù)較大，開發(fā)區(qū)較小；晉中市的太谷縣和平遙縣豬當(dāng)量數(shù)較大，開發(fā)區(qū)較小；運城市的稷山縣和新絳縣豬當(dāng)量數(shù)較大，河津市較小；忻州市的繁峙縣和原平市豬當(dāng)量數(shù)較大，五臺山風(fēng)景名勝區(qū)較小；臨汾市的襄汾縣豬當(dāng)量數(shù)較大，大寧縣較小；呂梁市的文水縣豬當(dāng)量數(shù)較大，石樓縣較小。

6 山西省各市縣區(qū)主要糧食作物耕地糞污土地承載力與主要畜禽年末存欄量（豬當(dāng)量計）比較

山西省11 個地市6 種主要糧食作物小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、馬鈴薯耕地總的糞污土地承載力均比各市主要畜禽牛、豬、羊、家禽年末總的存欄量折算的豬當(dāng)量要大，但是各個縣區(qū)的情況不同，除晉城市、運城市和臨汾市所有的區(qū)縣6 種糧食作物耕地糞污土地承載力均大于4 種畜禽年末存欄量折算的豬當(dāng)量外，其余各市中都有區(qū)縣糞污土地承載力小于畜禽年末存欄量折算的豬當(dāng)量的情況，如太原市的迎澤區(qū)、杏花嶺區(qū)、尖草坪區(qū)、萬柏林區(qū)、婁煩縣和古交市；大同市的南郊區(qū)、新榮區(qū)、靈丘縣、左云縣和大同縣；陽泉市郊區(qū)和長治市郊區(qū)；晉中市開發(fā)區(qū)；朔州市的平魯區(qū)和右玉縣；忻州市的繁峙縣、寧武縣、靜樂縣、岢嵐縣和五臺山風(fēng)景名勝區(qū)；呂梁市的離石區(qū)、交城縣、方山縣、交口縣、中陽縣和孝義市。

7 結(jié)論

7.1 優(yōu)化畜牧業(yè)區(qū)域布局

各市需要進一步調(diào)整優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖布局，堅持以土地承載能力定畜、以種定養(yǎng)，將養(yǎng)殖重點區(qū)域調(diào)整到土地承載能力較大的縣區(qū)，促使種養(yǎng)業(yè)在布局上相協(xié)調(diào)，在規(guī)模上相匹配。如太原市可以增加養(yǎng)殖規(guī)模的區(qū)縣有陽曲縣、清徐縣；大同市可以增加養(yǎng)殖規(guī)模的區(qū)縣有陽高縣、天鎮(zhèn)縣、廣靈縣；陽泉市的盂縣；長治市的襄垣縣、屯留縣、長子縣和沁縣；朔州市可以增加養(yǎng)殖規(guī)模的區(qū)縣有山陰縣、應(yīng)縣等；忻州市可以增加養(yǎng)殖規(guī)模的區(qū)縣有定襄縣、五寨縣。

7.2 糞肥合理管理，科學(xué)調(diào)配施用

對于畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場要按照本場條件選擇適合的畜禽糞污處理工藝，配備必要的糞污收集、貯存、處理、利用設(shè)施，減少糞污污染，提高糞污利用率；對于畜禽散養(yǎng)密集區(qū)，建議建設(shè)集中處理中心，將糞污全量收集，依托專業(yè)化的糞污收集企業(yè)、糞污處理企業(yè)和有機肥生產(chǎn)企業(yè)，集中收集糞污并進行無害化處理。各縣市區(qū)應(yīng)重點推廣“糞污全量收集還田利用”、“糞污專業(yè)化能源利用”、“糞便墊料回用”、“污水肥料化利用”等模式[10-13]，對糞肥進行合理管理，科學(xué)調(diào)配施用，增加有機肥施用量，減少化肥使用量，推進種植業(yè)、畜牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護協(xié)同發(fā)展，加快山西省生態(tài)文明建設(shè)。