基于耕地污染負荷的畜禽養殖業空間布局優化研究*

豆志杰,鐘明艷

(長春大學管理學院，長春市，130022)

0 引言

畜禽糞便中的化學需氧量(COD)，總氮(TN)和總磷(TP)是農業非點源污染主要來源[1]，由畜禽養殖污染造成的惡性事件頻發[2]。“調整農業生產結構和產業布局，促進經濟、社會和農業資源的長久發展”是《“十三五”現代農業發展規劃》的重要內容[3]。近年，諸多學者在相關領域進行了有益的探索，董紅敏等提出了畜禽養殖業產污系數和排污系數計算方法[4]；謝飛等[5]、王瀅等[6]、周媛媛等[7]、郝守寧等[8]分別對江蘇省太湖地區、秦皇島市、重慶市、林芝等地市的畜禽養殖污染進行了分析和測度；李昭陽等[9]、劉梓涵[10]分別利用畜禽養殖污染風險評價方法和層次分析法-熵權法研究了吉林省典型區域和蘇州市畜禽養殖空間布局問題。這些研究為我們提供了有益的借鑒。但本文認為，區域畜禽養殖業是一個典型的產業經濟生態系統，這個系統中的產業子系統(畜禽養殖)具有空間活動的復雜性，生態子系統具有典型的空間差異性，因此，應該走從空間視角進行產業系統優化的道路。這種產業治理思路要求在尊重現有產業發展基礎和空間分布特征的基礎上，發揮產業系統的能動性，在生態系統約束下更好地優化產業系統布局，實現區域產業經濟生態系統的永續、融合和可持續發展。

為此，本文擬從吉林省區域畜禽養殖業時空分布特征入手，立足于產業發展現狀和時空分布特征進行區域單位耕地畜禽產業主要污染物排放強度測算，在尊重區域產業系統歷史和現狀基礎上，關注區域生態系統的吸納性和包容性，在兩者的有效融合和互動下進行區域畜禽產業空間布局的思考和再設計，擬對區域畜禽養殖業進行分區管理，設定不同的發展目標，探索不同的發展道路。

1 吉林省畜禽養殖業時空分布特征

1.1 產值貢獻呈下降趨勢，但產業地位不容小覷

依據歷年《吉林省統計年鑒》做總量分析發現，吉林省畜牧業產值總體呈先上升后下降趨勢，2013年是由升轉降的拐點，年度波動幅度較大。2017年實現畜牧業總產值982億元，是2008年的1.3倍。畜禽業產值變化軌跡與畜禽養殖規模和畜禽肉類產量變動情況高度一致。2017年吉林省豬牛羊畜禽養殖為2 203萬頭，比2009年的2 054萬頭增加了7%，比2014年的 2 356 萬頭下降了6.5%；2017年吉林省畜禽肉產量為254萬噸，其總產量相比2008—2011年的畜禽肉產量是增加的，相比于2013—2016畜禽肉類產量是減少的；2008—2017年吉林省豬、牛、羊、禽等肉類總產量總體呈現“先急速上升后平穩下降”態勢，整體變動軌跡符合經濟發展整體走勢和“十一五”以來國家節能減排、產業結構優化等宏觀經濟政策預期。

比重分析可以看出，盡管時有波動，但當前吉林省畜牧業總產值在農業總產值中的占比依然高達48%，接近50%，如圖1，農業產值占地區GDP的百分比變動趨勢和畜牧業產值占地區GDP的百分比變動趨勢大體一致。表明畜牧業依然是吉林省農村經經濟的支柱產業，畜禽經濟實力不容小覷。但值得注意的是，2008—2017年全省的畜牧業產值在吉林省區域GDP產值占比逐年降低，由12%降到6.6%左右。這是近幾年區域經濟結構調整，畜禽養殖的年出欄頭數逐年下降，養殖規模大小變化的直接結果。

圖1 吉林省畜牧業產值在農業產值、地區總產值中占比情況Fig. 1 Proportion of animal husbandry output value in agricultural output value and regional total output value in Jilin Province

1.2 畜禽養殖業發展的區域和時期差異明顯

吉林省各市縣區數量較多，數據整理分析較困難。本文依據2008—2018年《吉林省統計年鑒》上的統計口徑，把吉林省47個區縣劃分為通化、白城、白山、吉林、長春、遼源、松原、四平、延邊等9個行政區分區獲取主要畜禽養殖種類和數量的原始數據，其中，通化地區包括通化、柳河、集安、梅河口、輝南；白山地區包括白山、臨江、靖宇、撫松、長白；延邊地區包括延吉、圖門、敦化、安圖、琿春、龍井、汪清、和龍；長春地區包括長春、農安、榆樹、德惠、九臺；吉林地區包括吉林、樺甸、磐石、蛟河、舒蘭、永吉；遼源地區包括遼源、東豐、東遼；白城地區包括白城、洮南、鎮賚、大安、通榆；松原地區包括松原、乾安、扶余、長嶺、前郭；四平地區包括四平、雙遼、梨樹、伊通、公主嶺。并把各類畜禽養殖數量換算為生豬當量對吉林省各區域畜禽養殖業情況進行比較分析，具體折算標準按照GB 18596—2001《畜禽養殖業污染物排放標準》執行(30只蛋雞折算1頭豬，60只肉雞折算1頭豬，1頭奶牛折算10頭豬，1頭肉牛折算5頭豬，3只羊折算一頭豬)。為了更直觀的分析吉林省各區域畜禽養殖產業的時期差異，本文進一步按照地理空間位置把長春地區、吉林地區、遼源地區劃分為吉林省中部地區；四平地區、松原地區、白城地區劃分為西部地區；通化地區、白山地區、延邊地區劃分為東部地區。

1.2.1 區域差異

從區域生豬當量空間分布情況來看(圖2)，吉林省已經形成了以長春地區、四平地區、吉林地區、松原地區為主體的塊狀畜禽養殖分布區和由白山地區、延邊地區、遼源地區構成的條狀畜禽養殖分布區。長春、吉林、四平、松原地區養殖分布集中且規模大，四個地區的累計生豬當量超過全省總量的七成；東部的延邊、白山、通化養殖規模較小。

圖2 各區生豬當量養殖情況Fig. 2 Pig equivalent breeding in each district

對比分析各區域生豬當量發現，畜禽養殖業的發展與地區的地理位置、氣候條件、社會經濟發展狀況都是緊密相關的。氣候適宜，資源豐富的吉林西部區域畜禽養殖產業發展提供條件，產業的規模和數量都有所發展；東部地區經濟和產業發展緩慢落后，林業發達、山野產品豐富，但不適合進行畜禽養殖活動，畜禽養殖的數量和規模相對較低。

1.2.2 時期差異

本文選取2008—2017年《吉林省統計年鑒》的面板數據就生豬當量來分析各區畜禽養殖產業的時期差異。如圖3所示，受“十一五”規劃提出的節能減排政策指標約束影響，2008—2017年吉林省東部地區總體上生豬當量規模呈下降態勢，其中2010—2011年出現巨大漲落變化；中部地區2008—2010年出現大幅度下降態勢，2011年以后趨于平穩，年度生豬當量數值波動幅度小，趨于穩定狀態；以四平、松原、白城為代表的西部地區歷年的養殖數量和規模變動曲線與中部類似；東部地區畜禽養殖業發展比較落后，層次較低。總的看來，吉林省中西部地區畜禽養殖產業分布集中，近幾年達到飽和，甚至呈現出溢出的狀態，生態環境壓力大，產業上升空間小。

圖3 東中西部地區不同時期生豬當量養殖情況Fig. 3 Pig equivalent breeding in different periods in eastern, central and western regions

1.3 主要畜禽養殖種類的空間集聚特征顯著

從畜禽養殖類別來看，吉林省區域范圍內畜禽種類繁多，牛、馬、驢、騾、豬、養、鹿等在各地區均有普遍飼養，主要飼養品種是豬、牛、羊三大類，其中生豬飼養比重最大，高于50%，飼養規模和養殖密度也最大(見圖4)。

圖4 吉林省主要畜禽養殖種類Fig. 4 Main livestock and poultry breeding species in Jilin Province

從主要畜禽品種的空間分布上來看(如圖5)，中部的長春市生豬養殖規模最大，占全省總規模的16%左右；西部的四平地區、松原地區、白城地區相對于中部地區來說，飼養資源和經濟條件較差，養殖規模較小[11]；東部地區(延邊、通化、白山)木材、山野產品豐富，但飼養生豬的飼料資源不豐富，生豬飼養的數量和規模最小。吉林、松原、長春、四平地區是牛的主要養殖區，東部地區(延邊、通化、白山)牛的飼養規模和數量都次于中西部。東部地區山脈多，林業發達適合養殖山羊；西部平原地形為羊的養殖提供了便利條件，該區域是養的主要養殖區，數量多、規模大且密度分布集中，其中養殖規模最大的是松原和白城地區。

可以發現，吉林省畜禽養殖業存的時間、空間和品種集聚現象顯著；而區域生態環境的承載和更新能力是有限的，因此，研究區域畜禽養殖業空間布局必須從區域環境污染強度的測度入手。

圖5 吉林省豬、牛、養等主要畜禽種類分布Fig. 5 Distribution of main livestock and poultry species in Jilin Province

2 吉林省畜禽養殖業環境污染強度估算

為了提高估算結果的科學性、標準性和普遍適用性，本文根據國家發布《“十二五”污染物總量減排核算細則》中關于畜禽養殖污染物核算的規定，結合吉林省畜禽養殖的實際情況，確定吉林省區域內各類畜禽污染系數，并估算吉林省各區域畜禽養殖排泄物中污染物的排放量和排放強度，以此來分析吉林省各區域畜禽養殖業污染對環境造成的影響。

2.1 估算方法選擇

2.1.1 吉林省畜禽養殖排污系數的確定

畜禽養殖的排污系數指的是單個畜禽在正常條件下，產生的污染物經過設施設備的處理以及未經過處理直接排放到生態環境中的含量[12]。當畜禽產生的糞便直接排泄到環境中的時候，其畜禽產生洗漱和排放系數是相同的。本文采用國家環保總局發布的畜禽養殖污染物含量標準和換算系數(如表1、表2所示)對畜禽養殖污染物排放量進行估算。各類畜禽糞便豬糞當量換算系數如表2所示。

表1 每頭(只)畜禽每年排泄糞便中污染物含量Tab. 1 Contents of pollutants in feces of each animal

表2 各類畜禽糞便豬糞當量換算系數Tab. 2 Conversion coefficient of pig manure equivalent

2.1.2 吉林省畜禽養殖污染排放量計算方法

本文采用馬國霞等人2012年測算全國農業面源污染的公式對吉林省畜禽養殖污染排放量進行計算[13-14]，具體估算過程中，畜禽養殖品種、生長周期、養殖的數量均要考慮在內。

Gswp,i=Si×Rss,i×Esww,i×(1-Rsl,i)×Lsw,i

(1)

式中:Gswp,i——不同畜禽污染物排放量，kg，本文統一換算為豬糞當量，具體換算系數見表2；

Si——不同畜禽的養殖量，頭或只，基礎數據來源《吉林省統計年鑒》；

Rss,i——不同畜禽的規模化養殖比例，在數值上等于規模化畜禽養殖年末出欄數與全省畜禽養殖年末出欄數的比值，本文涉及的吉林省規模化畜禽養殖數據來源于《中國經濟社會發展統計數據庫》；

Esww,i——各類畜禽不同污染物的排泄系數，kg/年，詳見表1；

Rsl,i——各類畜禽污染物處理利用率，依據第一次全國污染源普查數據，2007年全國畜禽糞便處理利用率約為36.7%，2008—2018年這部分的統計數據缺失，kg/(頭·年)或kg/(只·年)，本文把2007年作為基準年，設定年度畜禽污染物處理利用率增長變動比率為3%;

Lsw,i——各類畜禽污染物的流失系數，i代表畜禽養殖種類，上海農學院(1997)估計的糞便流失率保持在2%～8%，上海市環境保護局(2000)公布的市郊畜禽糞便的流失率為 30%～40%，然而畜禽糞便流失率取決于養殖場與水源距離，綜合考慮各類影響因素[15]，本文將吉林省畜禽糞便流失平均系數設為15%。

2.1.3 吉林省畜禽養殖排污物強度計算方法

畜禽養殖污染物強度是衡量單位耕地面積畜禽養殖污染物量多少的重要依據，直接反映單位耕地面積污染物的負荷量[16]，可以更準確反映區域畜禽養殖對生態污染的程度。本文依據式(2)，即吉林省各區域的耕地面積和各區域畜禽養殖環境污染物排放量兩者的比值來估算吉林省各區域畜禽養殖環境污染物強度。

(2)

β=∑Gswp,i

式中：Y——畜禽養殖污染強度，kg/hm2；

β——區域污染物排放量，kg；

α——某地實際耕地面積，hm2。

2.2 估算結果分析

根據《吉林省統計年鑒》上的吉林省各市縣耕地面積以及吉林省各區域排放的污染物排放量計算結果，本文分別對吉林省的中部、西部、東部的畜禽養殖環境污染情況進行測度，具體估算結果如下。

2.2.1 時間維度上有整體向好態勢

如圖6所示，2008年以前，吉林省主要畜禽養殖污染物(COD、TP、TND等)排放強度呈上升態勢，2008至今，整體呈逐年下降趨勢。從污染物類別來看，單位耕地的COD排放強度最高，是主要的污染物來源，2018年有小幅上浮趨勢，是未來一段時間內的污染物防治重點。與COD相比，TP和TN的污染強度偏低，但年度間變動軌跡基本一致，且多數年份TN產生強度和TP產生強度均大于歐盟限量標準(單位面積農地TN負荷為170 kg/hm2、單位面積農地TP負荷35 kg/hm2)，特別是TP，耕地污染負荷有8年超過限量標準，說明吉林省畜禽養殖污染水平依然很高，優化產業空間布局，促進產業與生態協同發展的任務艱巨。

圖6 吉林省歷年主要畜禽污染物產生強度Fig. 6 Production intensity of major livestock and poultry pollutants in Jilin Province

2.2.2 空間維度上污染聚集現象依然嚴重

從空間維度上看(圖7)，吉林省畜禽養殖三種主要污染物排放強度污染強度在空間分布總體呈現“兩頭小，中間大”。中部地區以長春和吉林為代表，西部地區以四平和松原為代表依舊是畜禽養殖排污濃度最高的聚集地，畜禽養殖污染物已超過土地污染物載荷，畜禽產業的發展和生態環境嚙合度不高，區域生態平衡遭到嚴重破壞；東部地區受經濟和地理環境因素影響，整體養殖規模小，污染物排放強度小，生態環境壓力小。吉林省畜禽養殖業環境污染負荷情況與產業當前的時空分布狀態基本一致，說明區域畜禽養殖產業時空布局是導致區域生態環境污染程度和狀態的關鍵。

(a) 單位農田COD排放強度 (b) 單位農田TP排放強度 (c) 單位農田TN排放強度圖7 吉林省各地區禽養殖養殖業主要污染物排放強度Fig. 7 Emission intensity of major pollutants from poultry breeding industry in different areas of Jilin Province

3 吉林省畜禽養殖業空間布局優化及產業政策選擇

綜上，剔除歷史、宏觀經濟調控和產業政策導引的相關影響，吉林省畜禽養殖業環境污染問題的直接原因是產業時空分布的差異性和養殖種類的空間集聚性。為此，本文主張依據前文關于吉林省各區域畜禽養殖空間分布特點和畜禽養殖污染估算的相關研究結論，對整個省域范圍內的畜禽養殖產業進行分區管理，以達到防治畜禽養殖污染，促進產業和生態協調、高質量、可持續發展的目的。具體分區情況詳見表3。

表3 吉林省畜禽養殖業空間布局優化結果Tab. 3 Spatial distribution optimization of livestock and poultry industry in Jilin Province

3.1 促養區：重點關注產業可持續發展

促養區內的自然資源、氣候條件、經濟發展程度以及目前養殖規模均適合進行畜禽養殖活動，以可持續性的產業發展為目標。吉林省的白城和遼源地區分布位于吉林省的西部和中部，由于中西部經濟發展速度快、自然資源豐富以及氣候條件均適合進行畜禽養殖活動，當前，這兩個地區畜禽養殖規模適宜，污染物排放強度比較低，考慮在空間布局優化上劃分為促養區，在維持現有的養殖模式、促進產業穩定提升的情況下，做好污染物防控治理的工作，保護生態環境以及提高污染物的處理利用率，促進產業和生態協調和可持續發展[17]。

3.2 禁養區：重點關注生態系統修復

禁養區，由于其區域生態現狀、自然資源、經濟發展等條件的約束，禁止進行飼養畜禽的活動，加強區域內環境污染防控，加快生態環境系統修復是重中之重。本文認為，吉林東部的白山、延邊、通化等地區雖然現有畜禽養殖規模不大，污染物排放強度不高，但受其自然和地理環境不約束，區域內生態環境脆弱，生態系統自主修復能力不高，不宜大力發展畜禽養殖產業，區域內已有的畜禽養殖產業應該逐步撤出，撤出后應著力對其舊址的生態環境進行人工修復，逐步探索可行的生態產業化發展路徑。

3.3 限養區：重在限產防污

限養區現有養殖規模、數量以及區域生態環境負荷已經超載，限制養殖規模和數量，轉變當前飼養模式，嚴格控制畜禽養殖污染排放，加強污染物防控治理是其主要目標。吉林省的中西部地區其養殖規模較大以及污染物排放濃度也較高，但綜合考慮中西部地區的自然資源、氣候條件、社會經濟發展程度，把四平、吉林、長春、松原等區域劃分為限養區。在未來畜禽養殖產業的發展應該控制其畜禽養殖的規模數量，因地制宜地探索和借鑒“空中菜園”、“蟹島”等適宜的畜禽養殖模式，嚴格控制污染物的排放，做到零污染排放，注重生態環境的保護和污染物的防控治理。

4 結論與展望

1) 吉林省畜禽養殖的區域差異和時期差異顯著。主要的養殖聚集地是長春、四平、吉林和松原；四個地區的累計生豬當量超過全省總量的70%；白山、延邊、遼源地區養殖規模和密度相對較小；2011年是吉林省的中東部地區畜禽養殖變化的拐折點。總的看來，東部地區畜禽養殖總量呈先上升后下降態勢，近幾年發展緩慢且落后；中西部地區畜禽養殖總量呈緩慢下降趨勢，總體呈飽和狀態且有溢出現象。

2) 吉林省畜禽養殖業環境污染負荷情況與產業時空分布狀態基本一致。近十年，主要污染物排放強度呈逐年下降趨勢。從污染物類別來看，單位耕地的COD排放強度最高，是主要的污染物來源，TP和TN的污染強度偏低，其COD污染物排放強度是TN污染強度的4倍多，是TP污染強度的10倍多；但各污染物年度間變動軌跡基本一致；主要污染物排放強度在空間上呈現“兩頭小，中間大”的格局，中部的長春、吉林，西部地區的四平、松原畜禽養殖排污濃度最高；東部地區受經濟和地理環境因素影響，整體養殖規模小，污染物排放強度小，對照TN排放強度和TP排放強度的國際標準仍有較大差距，污染物防治壓力巨大。

3) 優化產業空間布局是促進區域畜禽養殖業高質量、可持續發展的關鍵。綜合考慮，建議中部的遼源地區、西部的白城地區設定為以畜禽養殖業可持續發展為目標的促養地區；東部的白山、延邊、通化地區受自然、經濟和生態環境約束設定為禁養區，旨在推動區域生態系統修復，遠期可考慮走生態產業化發展道路；中西部的四平、吉林、長春、松原等區域則考慮劃分為限養區，限制畜禽養殖規模和數量，轉變當前飼養模式，嚴控污染物排放，加強污染物防控治理是主要產業發展策略。