惠州市畜禽養殖污染耕地承載負荷估算及風險評價

宋江燕，吳根義，，蘇文幸，佘磊，馬曉蕊，柳王榮*，袁俊杰

（1.湖南農業大學資源環境學院，長沙 410128；2.生態環境部華南環境科學研究所，廣州 510655；3.廣東海洋大學化學與環境學院，廣東湛江 524088）

近年來，畜禽養殖業快速發展，而大多數畜禽糞污并沒有得到有效處理或資源化利用，直接或間接排入周邊環境，對土壤、地表水甚至地下水造成污染，致使耕地土壤中重金屬超標，引發較高的生態環境風險。劉洋[1]研究表明，畜禽糞便中含有的大量N、P 等元素進入水體中后會促進藻類的生長，使水中溶解氧含量降低，導致水體富營養化；張麗君等[2]研究表明畜禽糞便中含有大量鉀鹽和鈉鹽，過量的鉀和鈉排放到農田中會導致土壤發生板結；據Liu 等[3]估算，2017年我國通過畜禽糞便排入農田環境的重金屬（Zn、Cu、Pb、Cd、Cr、Hg、As 和Ni）總量為2.86×105t（干質量），其中豬糞貢獻占比高達71.52%。因此，開展畜禽養殖污染耕地承載負荷估算及風險評價，對于科學規劃種養規模和布局、合理推進畜禽糞污資源化利用、防止農田環境污染具有重要意義。

國內學者已經針對典型地區畜禽糞污耕地承載負荷開展了相關研究。易秀等[4]以陜西省為例，通過日排污系數法測算畜禽糞便負荷量，以市域尺度對陜西省畜禽養殖環境進行風險評價；張英等[5]為評估河南省畜禽養殖環境污染現狀，利用日排污系數法等方法估算了河南省畜禽養殖糞尿負荷量，并評價了不同地區畜禽養殖現狀的合理性及對環境的污染狀況。以上研究均假定畜禽養殖糞污全部被耕地消納，未考慮糞污綜合利用率。根據國務院辦公廳印發的《關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》，到2020年，全國畜禽糞污綜合利用率要達到75%以上[6]。惠州市2018 年的糞污綜合利用率低于75%，因此在進行畜禽養殖污染耕地承載負荷估算時必須考慮糞污綜合利用率才能更為準確地反映當地實際情況。

本研究在全面分析惠州市各區（縣）養殖現狀的基礎上，根據畜禽產污系數和糞污綜合利用率估算了2018 年惠州市各區（縣）畜禽糞污及主要污染物（COD、NH3-N、TN、TP）的產生量和排放量，根據各區（縣）實際耕地面積估算糞污、TN 和TP 的耕地承載負荷，并進行風險評價，進而結合分析情況和估算結果針對性地提出對策建議，旨在為惠州市畜禽養殖和農業種植的科學規劃、畜禽糞污的合理利用、畜禽養殖污染的有效防治、東江水環境保護等工作提供科學依據，同時也為其他地區開展類似研究和有關工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

惠州市地處珠江三角洲，位于粵港澳大灣區東岸，下轄惠城區、惠陽區、惠東縣、博羅縣、龍門縣以及大亞灣經濟技術開發區和仲愷高新技術產業開發區（圖1）。流經惠州市的東江，作為珠江三角洲地區重要的飲用水源，為惠州、東莞、廣州、深圳和香港3 000多萬人口提供了必不可少的生產、生活和生態用水。惠州市畜牧業發達，其中博羅縣為養殖大縣。若區域內產生的畜禽糞污沒有得到有效處理或資源化利用，將會對東江水環境造成較大威脅。近些年惠州市種養情況調整較大，各區（縣）的畜禽養殖現狀、畜禽糞污及其中污染物產排情況并不完全清楚。因此，有必要系統分析惠州市各區（縣）畜禽養殖污染現狀，并對各區（縣）耕地承載負荷進行估算和風險評價。

1.2 數據來源

以惠州市惠城區、惠陽區、惠東縣、博羅縣、龍門縣5個區（縣）的生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞為研究對象，以各區（縣）為基本單位，根據最新的相關統計數據（含第二次全國污染源普查數據），全面分析評估各區（縣）畜禽養殖現狀及其耕地承載負荷。依據2019 年《廣東農村統計年鑒》，大亞灣經濟技術開發區和仲愷高新技術產業開發區分別并入惠陽區和惠城區統計。

惠州市各區（縣）2018 年末耕地面積，2018 年生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞年末存欄數和年出欄數，均來源于2019 年《廣東農村統計年鑒》[7]和2019 年《惠州統計年鑒》[8]（表1）。考慮到各區（縣）全年的畜禽養殖量是動態變化的，畜禽年出欄量或年末存欄量都難以準確反映全年養殖量，故為了最大限度地反映畜禽糞污對生態環境的影響，選取年出欄量或年末存欄量中較大的一項作為全年養殖量。經比較后，選取了奶牛、肉牛、蛋雞年末存欄量和生豬、肉雞年出欄量進行后續估算。估算時采用的畜禽糞污產污系數及其中主要污染物產污系數，來源于第二次全國污染源普查中南區畜禽養殖飼養期產污系數（廣東省被劃為中南區）。

圖1 惠州市地理位置Figure 1 Location of Huizhou

表1 惠州市2018年畜禽養殖量及耕地面積Table 1 Livestock and poultry feeding number and cultivated land area of Huizhou in 2018

1.3 計算方法

1.3.1 畜禽糞污產生量和排放量估算

畜禽糞污產生量計算公式：

式中：Q為畜禽糞污產生量，t；N為畜禽養殖量，頭或羽；P為畜禽飼養期產污系數，kg·頭-1或kg·羽-1；f為單位轉換因子，取值為10-3。

畜禽飼養期產污系數為畜禽在整個飼養期內產生的所有糞污量。由于第二次污染源普查將畜禽飼養期產污系數分為規模化和非規模化，因此所采用的畜禽飼養期產污系數根據惠州市各類畜禽規模化與非規模化養殖量占比進行折算，見表2。

實際生產過程中，不是所有畜禽糞污都被綜合利用，未利用的部分直接排入受納環境或者進行其他處理。對惠州市第二次全國污染源普查結果進行統計分析，得出2018 年惠州市畜禽糞污綜合利用率為70.6%，具體如下：

表2 畜禽飼養期產污系數（kg·頭-1或kg·羽-1）Table 2 Pollutants coefficient during livestock feeding period（kg·head-1 or kg·feather-1）

式中：E為畜禽（生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞）糞污排放量，t。

1.3.2 畜禽養殖主要污染物產生量和排放量估算

畜禽糞污中的污染物主要有COD、NH3-N、TN 和TP，畜禽糞污中各類污染物產生量估算公式如下：

式中：W為畜禽糞污中污染物（COD、NH3-N、TN、TP）產生量，kg；C為畜禽糞污中某污染物的飼養期產污系數，kg·頭-1或kg·羽-1。由于第二次污染源普查將畜禽主要污染物飼養期產污系數分為規模化和非規模化，因此所采用的畜禽主要污染物飼養期產污系數根據惠州市各類畜禽規模化與非規模化養殖量占比進行折算，見表3。

同理，畜禽糞污排入受納環境的污染物排放量也應扣除被綜合利用的部分（70.6%），具體估算公式如下：

式中：V為畜禽（生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞）糞污主要污染物（COD、NH3-N、TN、TP）排放量，kg。

1.3.3 畜禽養殖污染耕地承載負荷評價

由于相關文獻中只獲得了耕地畜禽糞污、TN、TP 最大理論承載量。故本研究只選擇畜禽糞污、TN、TP 為參照進行單位面積耕地承載負荷評價，估算公式如下：

式中：L為畜禽污染物（糞污、TN、TP）耕地承載負荷，t·hm-2或kg·hm-2；S為年末實際耕地面積，hm2。

采用畜禽養殖污染負荷警報值評估研究區域內畜禽養殖污染對環境造成的壓力以及潛在環境風險，估算公式如下：

表3 畜禽糞污中污染物飼養期產污系數（kg·頭-1或kg·羽-1）Table 3 Pollutants coefficient in livestock manure during feeding period（kg·head-1 or kg·feather-1）

式中：R為耕地負荷警報值，分級方法參考文獻[9]，具體見表4；M為各類畜禽養殖污染最大理論承載量，參考文獻[10]，本研究以30 t·hm-2、170 kg·hm-2、35 kg·hm-2作為耕地對畜禽糞污及其中TN、TP 的最大理論承載量。

表4 畜禽糞污及氮磷耕地承載負荷警報值分級Table 4 Alarm value classification for the cultivated land carrying load of livestock and poultry fecal sewage，nitrogen and phosphorus

2 結果與討論

2.1 惠州市畜禽養殖現狀分析

根據統計數據（表1）可知，惠州市畜禽養殖量較大，主要養殖品種為生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞。2018 年全市年出欄生豬1.38×106頭，奶牛年末存欄量5 500 頭，肉牛年末存欄量3.73×104頭，蛋雞年末存欄4.43×106羽，年出欄肉雞3.65×107羽。按照2018年農業部發布的《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》的相關系數（100 頭豬相當于15 頭奶牛、30 頭肉牛、2 500 只家禽）[11]，將畜禽養殖量統一轉化為豬當量以方便比較各區（縣）、各畜禽的養殖情況，結果見圖2。2018 年全市養殖總量（豬當量）為3.18×106頭，但各畜禽之間及各區（縣）之間的養殖量分布差異較大。生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞對全市畜禽養殖總量的貢獻占比分別為43.4%、1.1%、3.9%、5.6%、46.0%，可見，肉雞養殖量最多，為1.46×106頭豬當量；養殖量最少的是奶牛，為3.7×104頭豬當量。從空間分布來看，博羅縣畜禽養殖量最大，為1.46×106頭豬當量，占全市的45.9%，是名副其實的養殖大縣；惠東縣和惠城區的畜禽養殖量居中，分別為7.11×105、5.96×105頭豬當量，占全市的22.4%、18.7%；龍門縣和惠陽區畜禽養殖量較少，分別占全市的7.3%和5.7%。一般情況下，各區（縣）畜禽養殖情況主要與當地產業結構、生產習慣以及禁養區、限養區劃定等密切相關。針對惠州市畜禽養殖空間分布不平衡的現狀，應建立總體協調機制，合理規劃惠州市各區（縣）禁養區、限養區和適養區，鼓勵大規模的現代化畜禽養殖，控制小規模畜禽養殖場的養殖量，同時加大資金投入幫助小規模畜禽養殖場完成轉型升級。

圖2 惠州市各區（縣）畜禽養殖量Figure 2 Feeding number of livestock and poultry in each district（county）of Huizhou

2.2 惠州市畜禽糞污產生量和排放量

根據2018 年惠州市各類畜禽的養殖量、飼養期產污系數和糞污綜合利用率，估算出惠州市2018 年畜禽糞污產生量和排放量，結果分別見圖3 和表5。由于統一采用70.6%作為畜禽糞污綜合利用率，故各區（縣）、各畜禽對全市畜禽糞污產生量與排放量的貢獻排序及其占比是相同的。2018 年惠州市全市畜禽糞污產生量達1.51×106t，排放量達4.44×105t，各區（縣）畜禽糞污產生量和排放量分布差異較大，貢獻占比排序依次為博羅縣（41.9%）＞惠東縣（25.3%）＞惠城區（18.9%）＞龍門縣（8.1%）＞惠陽區（5.8%）。博羅縣作為養殖大縣，畜禽糞污排放量最大，為1.86×105t；惠陽區排放量最小，為2.56×104t。不同畜禽之間糞污產生量和排放量差異較大，貢獻率依次為生豬（50.3%）＞肉雞（17.2%）＞肉牛（14.3%）＞蛋雞（13.4%）＞奶牛（4.8%），生豬的糞尿排放量最大，為2.23×105t；奶牛的糞尿排放量最小，為2.16×104t。為了減少惠州市畜禽糞污排放量，應減少化肥使用，加強對畜禽糞污處理及資源化利用的研究及工程示范，探索出適合惠州市畜禽養殖特點的糞污處理處置模式，使畜禽糞污得到有效的處理及合理的資源化利用，既增加了土壤肥力，有效提高農作物產量，也能提高畜禽糞污經濟效益，降低糞污資源化利用成本，減少畜禽糞污對生態環境的污染。

圖3 惠州市各區（縣）畜禽糞污產生量Figure 3 Production of livestock and poultry fecal sewage in each district（county）of Huizhou

2.3 惠州市畜禽養殖污染物產生量和排放量

根據表1畜禽養殖量和表3畜禽糞污主要污染物飼養期產污系數，計算得出2018 年惠州市畜禽養殖污染物產生量及排放量，結果分別見圖4 和表6。2018年惠州市畜禽養殖4種主要污染物（COD、NH3-N、TN和TP）的產生量為2.61×108kg，各區（縣）貢獻占比排序依次為博羅縣（42.9%）＞惠東縣（24.4%）＞惠城區（18.8%）＞龍門縣（7.8%）＞惠陽區（6.1%）；養殖大縣博羅縣的畜禽養殖污染物產生量和排放量均最大，分別為1.12×108kg 和3.29×107kg。全市畜禽養殖4 種污染物排放量為7.66×107kg，其中COD 排放占比為92.9%，而TN、NH3-N 和TP 排放量占比較低。可見，各類畜禽糞污中有機污染物含量較高，產生和排放的COD 負荷較大，為畜禽糞污中的主要污染因子，假如處理利用不當，可能會造成周邊農田土壤和水環境污染。而惠州市降水多，河流眾多，畜禽污染物可能已經對境內的珠江水系造成了一定的污染，亟需加強畜禽糞污處理及資源化利用監管，建立健全畜禽養殖污染防治有關獎懲制度。對于規模畜禽養殖場，必須嚴格遵守環境影響評價制度、“三同時”制度、排污收費制度等環保制度；對于積極響應國家政策、配套糞污處理設備、合理進行糞污資源化利用的畜禽養殖場，應給予一定的資金補貼；對于偷排亂排養殖場，給予相應資金處罰，督促養殖場配套資源化利用設施，情節嚴重的養殖場應予以關停或者拆除。

表5 2018年惠州市各區（縣）畜禽糞污排放量（103 t）Table 5 Emission of livestock and poultry fecal sewage in each district（county）of Huizhou in 2018（103 t）

圖4 惠州市各區（縣）畜禽污染物產生量Figure 4 The production amount of livestock and poultry pollutants in each district（county）of Huizhou

表6 2018年惠州市畜禽養殖污染物排放量（106 kg）Table 6 Emissions amount of pollutants from livestock and poultry breeding in Huizhou in 2018（106 kg）

2.4 惠州市畜禽養殖污染耕地承載負荷評價

目前，還田利用是畜禽糞污的主要處理方式之一，耕地是承載畜禽糞污的主要受納場所。耕地環境具有一定的自凈能力，可消納一定負荷的畜禽糞污，耕地承載負荷這一指標可以直接反映區域耕地對畜禽養殖污染的消納能力。為了科學評估惠州市耕地對畜禽糞污的消納能力以及養殖污染對周邊環境造成的影響，本研究估算了2018 年惠州市各區（縣）耕地對畜禽糞污、TN 和TP 的承載負荷，并根據相應的警報值進行環境風險評價，結果見表7和圖5。

從畜禽糞污來看，全市畜禽糞污耕地承載負荷為7.69 t·hm-2，警報值為0.26，屬于Ⅰ級，對周邊環境無威脅。其中惠城區的畜禽糞污耕地承載負荷最高，為9.31 t·hm-2，博羅縣次之，為8.97 t·hm-2，但所有區（縣）的畜禽糞污警報級別均為Ⅰ級，無潛在環境風險。對于TN來說，全市TN耕地承載負荷為65.38 kg·hm-2，警報值為0.38，屬于Ⅰ級，對周邊環境暫無威脅。而惠城區和博羅縣TN 耕地承載負荷較高，警報級別為Ⅱ級，對周圍環境稍有威脅。對于TP來說，全市TP 耕地承載負荷為15.63 kg·hm-2，警報級別屬于Ⅱ級，潛在環境風險低，對周邊環境稍有威脅。除了惠陽區和龍門縣，其余三個區（縣）的TP 承載負荷較高（15.30～19.62 kg·hm-2），警報級別均為Ⅱ級，潛在環境風險低，對環境稍有威脅。

綜上，目前惠州市畜禽糞污及主要污染物排放量較小，糞污、TN、TP耕地承載負荷較低，對周圍環境威脅小，潛在環境風險低。與其他區（縣）相比，博羅縣、惠城區耕地承載負荷較高，是因為近年來深圳市、東莞市以及惠陽區部分養殖場遷入。而全市耕地承載負荷并不高，這與全市開展禁養區劃定、拆除不合格養殖場，同時嚴格要求畜禽業配套環保措施有關。從長遠來看，惠州市應制定全市養殖業和種植業發展規劃，實現區域種養平衡，并根據各區（縣）對畜禽糞污的最大土地消納能力，合理地調整各區（縣）畜禽養殖規模和作物種植面積。對于耕地承載負荷較高的區域，應減少畜禽養殖量，擴大作物種植面積，加強糞污資源化利用，實現區域種植業和養殖業在空間上和時間上有機結合、平衡發展，防止畜禽糞污對當地生態環境造成污染和破壞，保障東江飲用水安全。

表7 惠州市畜禽養殖污染耕地承載負荷Table 7 Carrying load of cultivated land for livestock and poultry breeding in Huizhou

圖5 惠州畜禽養殖污染環境風險評價Figure 5 Environmental risk assessment for the pollution of livestock and poultry breeding in Huizhou

3 結論

（1）2018 年惠州全市養殖總量（豬當量）為3.18×106頭，各區（縣）占比排序為博羅縣（45.9%）＞惠東縣（22.4%）＞惠城區（18.7%）＞龍門縣（7.3%）＞惠陽區（5.7%）。

（2）2018年惠州市畜禽糞污產生量達1.51×106t，排放量達4.44×105t，各畜禽貢獻占比排序為生豬（50.3%）＞肉雞（17.2%）＞肉牛（14.3%）＞蛋雞（13.4%）＞奶牛（4.8%）。

（3）2018 年惠州市畜禽養殖污染物產生量為2.61×108kg，排放量7.66×107kg，各污染物貢獻占比排序為COD（92.9%）＞TN（4.9%）＞TP（1.2%）＞NH3-N（1.0%）。

（4）2018 年惠州市畜禽糞污和TN 耕地承載負荷分別為7.69 t·hm-2和65.38 kg·hm-2，警報級別均為Ⅰ級，對周圍環境無威脅；而TP 耕地承載負荷為15.63 kg·hm-2，警報級別為Ⅱ級，對周邊環境稍有威脅。

（5）綜合畜禽糞污、TP、TN 耕地承載負荷情況，目前惠州市畜禽養殖量對周圍耕地環境壓力較小，可以通過制定種養平衡規劃提升畜禽糞污資源化利用水平。