麻城市畜禽糞污對主要作物氮磷供給潛能及環境的影響

管鵬鵬，屈佳君，鮑五洲，胡紅衛，馬自波，詹 冬，王瑞芳，常艷勤

（1.麻城市農業技術推廣中心，湖北麻城 438300；2.麻城市農業農村局，湖北麻城 438300）

麻城市位于東經114°40′—115°28′，北緯30°52′—31°36′，地處湖北省東北部，鄂豫皖三省交界處［1］，是全國產糧大縣、生豬調出大縣和畜牧大縣，主要種植水稻、小麥、蔬菜、油料等作物，養殖生豬、牛羊、家禽等，農業廢棄物資源豐富，包括農作物殘茬、秸稈、畜禽糞污和林木廢棄物，其中畜禽糞污是麻城市最主要的農業廢棄物資源。研究表明，畜禽糞污是優質的有機肥來源，能增加土地有機質含量，含有豐富的有機物、氮、磷等營養元素，能為作物生長供給所需的營養［2，3］，有提供氮、磷養分的潛勢［4，5］，但大量的畜禽糞污若不經處理隨意排放，會破壞生態平衡，污染環境［2，6］，造成面源污染。同時，由于種植業與養殖業缺乏協調規劃，“種養分離”日趨明顯，影響了種養系統間物質循環利用［7］，導致區域內畜禽糞便空間上不均衡，造成區域土壤和水體氮、磷污染［8］。麻城市作為農業種養大縣、全國畜禽糞污資源量大縣和全國綠色種養循環農業試點縣，對該區域作物施肥量、施肥方式的研究比較集中，而對農業廢棄物資源化利用和環境污染方面的研究甚少，因此，探究麻城市農業廢棄物資源的科學合理利用至關重要，也勢在必行。

統計2017—2019 年3 年相關數據的平均數作為數據，分析了麻城市主要作物氮、磷養分的需求量、畜禽糞污氮、磷養分的排泄量和供給量及畜禽糞污氮、磷環境污染預警值，旨在初步探明麻城市畜禽糞污對主要作物氮、磷供給潛能及環境的影響，意在為當地優化農業種養產業結構和功能分區、推進農業資源綜合利用和化肥農藥減量增效提供參考依據和決策支持。

1 材料與方法

1.1 數據采集

作物種植面積和總產量、畜禽存欄數據來源于2018 年和2019 年《麻城統計年鑒》［9，10］。

1.2 分析方法

1.2.1 區域作物氮、磷養分需求量 區域內各種農作物的氮、磷養分需求量，按照區域植物養分需求量［11］計算。

式中，單位產量養分需求量為各類植物形成100 kg產量需要吸收的氮、磷量，計算參數見表1。

表1 各類植物形成100 kg 產量需要吸收的氮、磷量參數

1.2.2 區域畜禽糞污氮、磷排泄量 區域內各類畜禽糞污氮、磷排泄量，按豬當量折算標準和1 個豬當量氮磷排泄量［11］計算。

式中，豬當量指用于衡量畜禽氮（磷）排泄量的度量單位，即1 頭豬為1 個豬當量；1 個豬當量的年氮、磷排泄量參照《畜禽糞便還田技術規范》［13］《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》［11］、付敏等［14］推薦值和研究成果，綜合取《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》［11］中的推薦值，即1 個豬當量的年氮排泄量為11 kg，磷排泄量為1.65 kg；豬當量折算［11，13］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 羽家禽。

1.2.3 區域畜禽糞污氮、磷供給量 區域內各類畜禽糞污氮、磷供給量，按豬當量折算標準和單位豬當量氮、磷養分供給量［11］計算。

式中，單位豬當量氮養分供給量為7.0 kg，單位豬當量磷養分供給量為1.2 kg。

1.2.4 區域畜禽糞污環境污染預警值（R） 區域畜禽糞污環境污染預警值（R）參照國家環境總局［15］、王恩玲等［12］、杜娟等［16］研究方法，用區域畜禽糞污氮（磷）排泄量與區域植物氮（磷）養分需求量比值表示（不考慮化肥）。

式中，R為區域畜禽糞污環境污染預警值，NQ（PQ）為區域畜禽糞污氮（磷）排泄量，NZ（PZ）為區域植物氮（磷）養分需求量。R值越小，說明該區域耕地對畜禽糞污的承受力越強。污染程度的判斷標準參照王恩玲等［12］畜禽糞污環境污染預警區間及對環境的影響判斷標準（表2）。當R≤0.4 時，畜禽糞污可完全被所在區域耕地消納，不會造成環境污染，當R≥2.5 時，畜禽糞污對所在區域耕地造成極大污染。

表2 畜禽糞污環境污染預警區間及對環境的影響

2 結果與分析

2.1 主要作物氮、磷養分需求量分析

以各類植物形成100 kg 產量需要吸收氮、磷量為植物單位產量氮磷需求（表1），根據區域植物氮（磷）養分需求量計算，麻城市主要作物總產量為110.117 433萬t，主要作物氮總需求量為18 032.56 t，磷總需求量為4 473.10 t，氮總需求量是磷總需求量的4 倍多（表3）。從氮需求量看，水稻和油料氮需求量較高，分別為7 350.89 和6 703.43 t，分別占總氮需求量的40.76%和37.17%。蔬菜次之，需求量為2 446.03 t、占總氮需求量的13.56%；從磷需求看，水稻需求量最高，為2 673.05 t、占總磷需求量的59.76%；蔬菜和油料次之且需求相當，分別為604.87和826.97 t。麻城市主要作物氮、磷需求量主要集中在水稻、油料和蔬菜，3 種作物氮需求量占總需求量的91.49%、磷需求量占總需求量的91.77%。氮、磷需求量均表現為大田作物>經濟作物>蔬菜>果樹，主要作物氮、磷需求量均表現為水稻>油料>蔬菜>其他。

表3 麻城市主要作物氮、磷養分需求量

2.2 畜禽糞污氮、磷養分排泄量和供給量及對主要作物養分供給潛能分析

基于豬當量衡量折算，麻城市主要畜禽生豬、家禽、肉牛、奶牛和山羊合計存量為815.235 3 萬頭（只），相當于125.374 3 萬個豬當量（表4），其中，肉牛最高，相當于45.874 3 萬個豬當量，生豬次之，為43.525 0 萬個豬當量，家禽為29.495 2 萬個豬當量、奶牛為56 913 個豬當量，山羊最小，相當于7 885 個豬當量。畜禽氮、磷排泄總量分別為13 791.17 和2 068.68 t，供給總量分別為8 776.2 和1 504.49 t，氮磷排泄、供給量均為肉牛>生豬>家禽>奶牛>山羊，其中，肉牛氮、磷排泄量分別為5 046.17和756.93 t，供給量分別為3 211.2 和550.49 t，均占總排泄、供給量的36.59%；生豬氮、磷排泄量分別為4 787.75 和718.16 t，供給量分別為3 046.75 和522.30 t，均占總排泄、供給量的34.72%。從表5 分析看，畜禽與作物的氮、磷供需比為48.67%和33.64%，其中，肉牛供給量最大，氮、磷供需占比分別為17.81%和12.31%，其次為生豬，氮、磷供需占比分別為16.90%和11.68%，家禽氮、磷供需占比分別為11.45%和7.91%，奶牛和山羊氮、磷供需占比均低于2.5%。

表4 麻城市畜禽糞污氮、磷排泄量和供給量

表5 麻城市畜禽糞污氮、磷供給與主要作物氮、磷需求比

2.3 畜禽糞污對環境影響分析

由式（5）可得，麻城市畜禽糞污氮、磷環境污染預警值R（N）和R（P）分別為0.76 和0.46（表6），由表2 可知，R（N）0.76 在0.7～1.0，R（P）0.46 在0.4～0.7，說明麻城市畜禽糞污排放對環境有影響。從畜禽種類看，生豬、家禽、肉牛、奶牛和山羊的預警值均為R＜0.4，可見單個畜禽糞污排放物對環境沒有影響，不會造成污染；其中生豬、家禽和肉牛的R值較高，R（N）兩兩加和值分別為0.45、0.46 和0.55，R（N）和R（P）值三者加和分別為0.73 和0.44，可見麻城市生豬、家禽和肉牛混養時R值在0.4～1.0，且三者加和的R（N）和R（P）對畜禽總R（N）和總R（P）的貢獻率分別達96.05%和95.65%，說明麻城市畜禽主要污染源為生豬、家禽和肉牛，畜禽糞污排泄的氮素對環境表現為有影響、磷素表現為稍有影響。

表6 麻城市畜禽糞污氮、磷環境污染預警值

3 小結與討論

麻城市主要作物年產量為110 萬t 左右，主要作物氮、磷總需求量分別為18 032.56 和4 473.10 t，其中，水稻、蔬菜和油料三者總產量占全域主要作物總產量的96.2%，三者氮磷總需求量占比91.49%左右，說明水稻、蔬菜和油料是麻城市最主要農作物，也是氮和磷需求最主要作物；畜禽糞污排泄的氮、磷環境污染預警值分別為0.76 和0.46，在預警區間值0.7～1.0 和0.4～0.7，說明當畜禽糞污不經過處理隨意排泄時，排泄的氮和磷對所在區域環境分別表現為有影響和稍有影響，麻城市不經處置隨意排放的畜禽糞污中氮、磷不能被耕地作物完全消納，導致輕微的氮、磷環境污染，Zubair 等［2］和王方浩等［7］研究表明畜禽糞污隨意排泄會導致所在區域環境污染。如果排泄的糞污通過科學方式處理綜合利用，不僅可為麻城市主要作物提供總氮、磷需求量的30%～50%，而且剩余的畜禽糞污氮、磷環境污染預警值R（N/P）遠小于0.4，說明經處理綜合利用后畜禽糞污可完全被所在區域耕地消納，不會對所在區域環境造成污染。另外，生豬、家禽和肉牛排泄糞污中氮、磷量占畜禽排泄總氮、磷量的94.8%，說明生豬、家禽和肉牛為麻城市最主要的畜禽糞污氮、磷排泄源，也是麻城市重要的農業面源污染源。說明麻城市在農業生產過程中要優化平衡種植業水稻、蔬菜、油料產業與養殖業生豬、家禽、肉牛產業之間的功能分區和生產結構。