棗莊市畜禽糞污土地承載潛力及畜禽糞便環(huán)境污染預(yù)警分析

王恩玲，張永翠，王元臻，伏桂華，劉建勝，胡文平*

(1.山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學院，山東 濰坊 261061； 2.山東棗莊市畜牧漁業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 棗莊 277800)

棗莊市位于山東省南部，處于中緯度暖溫帶大陸性氣候區(qū)，適宜畜禽養(yǎng)殖。近年來，棗莊市畜牧業(yè)發(fā)展迅速，逐步成為農(nóng)村經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。快速發(fā)展的畜牧業(yè)在增加農(nóng)民收入的同時，也帶來了畜禽糞污亟需解決的問題。因此，根據(jù)土地承載力合理確定畜禽養(yǎng)殖規(guī)模和區(qū)域分布，促進畜禽養(yǎng)殖數(shù)量與作物種植面積的有效匹配，達到養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)有機結(jié)合，實現(xiàn)畜牧業(yè)保發(fā)展、保增收、保供給、保生態(tài)的“四保”目標，已成棗莊市畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的緊迫任務(wù)。本文利用畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)，對棗莊市畜禽糞污土地承載潛力進行核算，對畜禽糞便環(huán)境污染狀況進行預(yù)警分析，為棗莊市加快推進畜禽糞污資源化利用，優(yōu)化畜牧業(yè)區(qū)域布局，推進種養(yǎng)結(jié)合與農(nóng)牧循環(huán)，實現(xiàn)畜牧業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文所采用的畜禽存欄、農(nóng)作物種植面積與總產(chǎn)量等數(shù)據(jù)主要來自棗莊市畜牧業(yè)發(fā)展情況調(diào)研及2018年、2019年棗莊市統(tǒng)計年鑒[1-2]。

1.2 計算方法

1.2.1 畜禽全年日平均存欄量 畜禽全年日平均存欄量為上一年年底畜禽存欄量與當年年底畜禽存欄量的平均值。計算公式為：

某年畜禽全年日平均存欄量=(上年底畜禽存欄量+當年底畜禽存欄量)÷2

(1)

1.2.2 豬當量折算 豬當量指用于衡量畜禽氮(磷)排泄量的度量單位，1頭豬為1個豬當量。按存欄量折算，100頭豬相當于15頭奶牛、30頭肉牛、250只羊、2 500只家禽[3-4]。本文中畜禽糞污土地承載力采用豬當量計算。

1.2.3 畜禽糞污土地承載力 畜禽糞污土地承載力指在土地生態(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。本文主要對耕地的畜禽糞污承載力進行相關(guān)研究。計算公式為：

區(qū)域畜禽糞污土地承載力=區(qū)域植物糞肥養(yǎng)分需求量÷單位豬當量糞肥養(yǎng)分供給量。

(2)

1.2.3.1 區(qū)域植物氮(磷)養(yǎng)分需求量 根據(jù)區(qū)域內(nèi)各類植物的氮(磷)養(yǎng)分需求量測算，計算公式為：

區(qū)域植物氮(磷)養(yǎng)分需求量=∑(每種植物總產(chǎn)量×單位產(chǎn)量氮(磷)養(yǎng)分需求量)

(3)

式中：單位產(chǎn)量養(yǎng)分需求量為各類植物形成100 kg產(chǎn)量需要的吸收氮(磷)量。

1.2.3.2 區(qū)域植物糞肥氮(磷)養(yǎng)分需求量 根據(jù)不同土壤肥力下，區(qū)域內(nèi)植物氮(磷)總養(yǎng)分需求量中需要施肥的比例、糞肥占施肥比例和糞肥當季利用效率測算，計算公式為：

區(qū)域植物糞肥氮(磷)養(yǎng)分需求量=區(qū)域植物養(yǎng)分需求量×施肥供給養(yǎng)分占比×糞肥占施肥比÷糞肥當季利用率

(4)

氮(磷)肥施肥供給養(yǎng)分占比根據(jù)土壤氮(磷)養(yǎng)分確定，土壤不同氮(磷)養(yǎng)分水平下的施肥占比推薦值見表1。

表1 土壤不同氮(磷)養(yǎng)分水平下施肥供給養(yǎng)分占比推薦值Table 1 Recommendation of nutrient proportion of fertilizer under different nitrogen levels in soil

1.2.3.3 單位豬當量養(yǎng)分排泄量和養(yǎng)分供給量 參照《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》推薦值，單位豬當量氮養(yǎng)分排泄量為11 kg，磷養(yǎng)分排泄量為1.65 kg，單位豬當量氮養(yǎng)分供給量為7.0 kg，磷養(yǎng)分供給量為1.2 kg[3]。

1.2.4 畜禽養(yǎng)殖承載潛力 畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力根據(jù)畜禽糞污土地承載力和全年平均存欄豬當量計算。計算公式為：

畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力=(畜禽糞污土地承載力-全年平均存欄豬當量)÷畜禽糞污土地承載力×100%

(5)

1.2.5 畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值 畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值(R)采用養(yǎng)分收支平衡法評價，參照國家環(huán)保總局[5]、杜娟等[6]研究方法，用畜禽糞污養(yǎng)分排泄量與區(qū)域作物養(yǎng)分需求量進行比較(不考慮化肥)，根據(jù)所得比值，評價區(qū)域耕地能否完全消納畜禽糞污及畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值。計算公式為：

R=區(qū)域畜禽糞污氮(磷)排泄量÷區(qū)域植物氮(磷)養(yǎng)分需求量

(6)

區(qū)域畜禽糞污氮(磷)排泄量=∑(區(qū)域畜禽全年日平均存欄量×單位畜禽日氮(磷)排泄系數(shù)×365)

(7)

式中：單位畜禽日氮(磷)排泄系數(shù)參照國家環(huán)保總局推薦標準[5]。

1.2.6 畜禽糞污氮(磷)排泄量對環(huán)境污染程度的判斷標準 畜禽糞污氮(磷)排泄量對環(huán)境的污染程度根據(jù)畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值(R)判斷， R值越小，說明該區(qū)域土地對畜禽糞污的承受能力越高，畜禽糞污對該區(qū)域土地環(huán)境造成污染的威肋也就越小。當R小于或等于0.4，畜禽糞污可完全被土地消納，不會造成環(huán)境污染。畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值區(qū)間及對環(huán)境的影響見表2。

表2 畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值區(qū)間及對環(huán)境的影響Table 2 The influence of early warning value range of animal manure pollution on the environment

2 結(jié)果與分析

2.1 畜禽糞污氮(磷)養(yǎng)分產(chǎn)生量與植物氮(磷)養(yǎng)分需求量

2018年棗莊市全年畜禽日平均存欄量分別為豬73.72萬頭、奶牛0.91萬頭、肉牛3.92萬頭、羊71.09萬只、家禽1533.96萬只，折算成豬當量后，合計為182.65萬頭。從表3可見，2018年棗莊市畜禽糞污總氮排泄量為1.85×104t，總磷排泄量為0.65×104t。依據(jù)2019年棗莊市統(tǒng)計年鑒中植物種植播種面積總產(chǎn)量，按照公式(3)計算，2018年棗莊市播種總面積44.22×104hm2，全市植物總氮養(yǎng)分需求量8.67×104t、總磷養(yǎng)分需求量1.7×104t。

表3 畜禽糞污氮(磷)養(yǎng)分排泄量Table 3 N (P) nutrient excretion of livestock manure

2.2 畜禽糞污土地承載力測算

目前，棗莊市缺乏土壤氮(磷)養(yǎng)分水平的基礎(chǔ)資料，且作物的單產(chǎn)水平差異較大，很難推測全市土壤質(zhì)量狀況，因此，本文參照農(nóng)業(yè)部辦公廳印發(fā)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》[3]，單位豬當量糞肥氮和磷養(yǎng)分供給量分別為7 kg和1.2 kg，糞肥中氮和磷當季利用率分別為25%和30%。按施肥供給養(yǎng)分占比35%、45%和55%三個水平，糞肥占施肥比例50%和55%兩個水平，根據(jù)公式(4)分別測算土地承載力。棗莊市的畜禽糞污土地承載力見表4。計算畜禽糞污土地承載力時，為避免造成環(huán)境污染，土地承載力一般取最小值。由表4可見，在施肥供給養(yǎng)分占35%、糞肥占施肥比例50%、按磷養(yǎng)分測算時，畜禽糞污土地承載力最小，為834.56萬頭豬當量。因此，棗莊市制定當?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖規(guī)劃時，養(yǎng)殖規(guī)模應(yīng)控制在約834.56萬頭豬當量以下。

表4 畜禽糞污土地承載(萬頭豬當量)Table 4 Land carrying capacity of livestock manure (ten thousand pig on hand equivalent)

2.3 畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力與畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警分析

棗莊市畜禽糞污土地承載力834.56萬頭豬當量，全年平均存欄182.65萬頭豬當量，根據(jù)公式(5)計算，棗莊市畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力為78.11 %，說明就畜禽糞污土地承載力而言，棗莊市養(yǎng)殖業(yè)仍有較大的發(fā)展空間。根據(jù)公式(6)計算，棗莊市畜禽糞污氮和磷對環(huán)境污染的預(yù)警值分別為0.21和0.38，都小于0.4，判斷棗莊市畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值為Ⅰ級，對環(huán)境無影響。

2.4 畜禽糞污土地承載力、畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力及畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值

由表5可見，棗莊各區(qū)(市)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)都有發(fā)展空間，各區(qū)(市)畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力不均衡，市中區(qū)和山亭區(qū)較小，分別為51.00%和62.61%，而薛城區(qū)和嶧城區(qū)較大，分別為82.55%和82.33%。

表5 日平均存欄量、土地承載力及其承載潛力(2018)Table 5 Annual average daily stock, land carrying capacity and potential carrying capacity

由表6可見，棗莊各區(qū)(市)畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值有較大差異，以氮計算的畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值，以市中區(qū)最高，為0.52，該區(qū)畜禽糞污對環(huán)境稍有影響，其他區(qū)(市)畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值都小于0.4，對土地環(huán)境沒有影響；以磷計算的畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值，也以市中區(qū)最高，為0.93，該區(qū)畜禽糞污對環(huán)境有影響，臺兒莊區(qū)、山亭區(qū)和滕州市的環(huán)境污染預(yù)警值分別為0.41、0.61和0.41，畜禽糞污對環(huán)境稍有影響。

表6 畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警分析Table 6 Early warning analysis of livestock manure pollution t

3 討 論

按農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》，就棗莊市畜禽糞污土地承載力和畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力而言，除市中區(qū)外，其他區(qū)(市)發(fā)展畜禽養(yǎng)殖仍有較大潛力。但從棗莊市畜牧業(yè)發(fā)展情況調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前棗莊市土地糞肥占施肥比例不高，其中，蔬菜與果樹的糞肥占比略好，為50%，而大田作物的糞肥占比很低，僅為10%，這樣就降低了畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力。裴占江等報導，黑龍江省富裕縣糞肥占施肥比例為40%[7]；王建華等[8]報導，青島市蔬菜施用有機肥占50%，水果、茶葉有機肥占 40%，其他作物有機肥占30%。可見，棗莊市應(yīng)進一步提高糞源有機肥施用占比。

本研究結(jié)果表明，棗莊市各區(qū)(市)養(yǎng)殖密度不均衡。市中區(qū)養(yǎng)殖密度較大，畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力僅為40.5%，且畜禽糞污氮(磷)環(huán)境污染預(yù)警值較高，分別處于II級、III級預(yù)警，達到對環(huán)境“稍有影響”和“有影響”的程度；其他各區(qū)(市)畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力較大，糞污環(huán)境污染的預(yù)警值不高。建議以鄉(xiāng)鎮(zhèn)或行政村為單位進一步細化土地承載力和所需配套土地面積測算，以便于糞污就近資源化利用。以糞肥氮養(yǎng)分核算畜禽糞污土地承載力的文章較多[9-11]，本文同時以氮養(yǎng)分和磷養(yǎng)分核算畜禽糞污土地承載力，發(fā)現(xiàn)二者有一定差異，以氮養(yǎng)分核算的畜禽糞污土地承載力偏高，且環(huán)境污染預(yù)警值偏低。建議各地在核算畜禽糞污土地承載力和環(huán)境污染預(yù)警值時，充分考慮當?shù)赝寥赖?磷)養(yǎng)分含量與作物氮(磷)養(yǎng)分需要量[12]，選擇合理的測算依據(jù)。

4 小 結(jié)

棗莊市畜禽養(yǎng)殖業(yè)仍有較大發(fā)展空間，但各區(qū)(市)畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力不均衡，市中區(qū)畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力小，應(yīng)該采取限制擴大規(guī)模或?qū)嵤┺D(zhuǎn)型升級等措施，促進種養(yǎng)平衡，避免環(huán)境污染。其他各區(qū)(市)應(yīng)注意在加速畜牧業(yè)發(fā)展的同時，要優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖布局，走以地定畜、種養(yǎng)結(jié)合的畜牧業(yè)發(fā)展模式。資源化利用是解決畜禽糞污的主要措施，棗莊市應(yīng)積極研究出臺支持糞源有機肥生產(chǎn)與施用的優(yōu)惠政策，強化有機肥的運輸和施用配套服務(wù)，開展農(nóng)作物施肥技術(shù)培訓，鼓勵農(nóng)民多用、用好有機肥，加快有機肥替代化肥的步伐。同時，要加強養(yǎng)殖場糞污無害化處理與資源化利用管理[13]，指導養(yǎng)殖場(戶)根據(jù)畜禽類型、養(yǎng)殖場規(guī)模、養(yǎng)殖模式及配套土地的情況，選擇合適的糞污收集、貯存和處理模式，配備相應(yīng)的糞污治理設(shè)施，提高糞污資源化利用率。另外，要加快構(gòu)建種養(yǎng)結(jié)合、農(nóng)牧循環(huán)新格局，推進農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。