安徽省果菜茶糞肥氮承載力評估

孫亞敏

（安徽省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，安徽 合肥 230061）

0 引言

安徽省是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大省，種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)均較為發(fā)達(dá)。2017年，全省肉、蛋、奶等畜產(chǎn)品總量分別達(dá)415.18、154.70、29.84萬t[1]，保障了居民肉類蛋白質(zhì)的供給。與此同時，禽糞養(yǎng)殖過程帶來的環(huán)境污染問題不容小覷。安徽省第二次全國污染源普查結(jié)果表明，2017年全省畜禽養(yǎng)殖場糞便、尿液產(chǎn)生量分別約1 594萬t、1 077萬t[2]。畜禽糞污含大量有機(jī)物及氮磷等營養(yǎng)元素，是農(nóng)業(yè)肥料的主要來源。2015年，原農(nóng)業(yè)部《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》中明確提出“減少化肥和農(nóng)藥使用量，畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、農(nóng)膜基本資源化利用”等要求。2017年，國務(wù)院辦公廳出臺《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》（國辦發(fā)〔2017〕48號），提出到2020年全國畜禽糞污綜合利用率達(dá)到75%以上的目標(biāo)，構(gòu)建種養(yǎng)循環(huán)發(fā)展機(jī)制，實行以地定畜，促進(jìn)種養(yǎng)業(yè)在布局上相協(xié)調(diào)。2017年，原農(nóng)業(yè)部發(fā)布《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017—2020年）》（農(nóng)牧發(fā)〔2017〕2號）和《開展果菜茶有機(jī)肥替代化肥行動方案》（農(nóng)發(fā)〔2017〕2號）[3]，引導(dǎo)各地以果菜茶生產(chǎn)為重點，實施有機(jī)肥替代化肥，推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖糞污資源循環(huán)利用。同年原農(nóng)業(yè)部啟動了果菜茶有機(jī)肥替代化肥行動，在全國選取100個示范縣開展試點工作，安徽省金寨、祁門、桐城、石臺和懷遠(yuǎn)5個縣在試點縣名單中，目前已取得積極成效。

本文在安徽省統(tǒng)計年鑒和第二次全國污染源普查結(jié)果的基礎(chǔ)上，依據(jù)原農(nóng)業(yè)部《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》（農(nóng)牧發(fā)〔2018〕1號）推薦的相關(guān)測算方法及文獻(xiàn)[4]相關(guān)計算公式，選取施肥強(qiáng)度較高，適宜開展糞肥替代化肥的果菜茶作物進(jìn)行單位種植面積畜禽糞污承載力測算。按全省16個地級市分別測算果菜茶氮養(yǎng)分總需求量及畜禽養(yǎng)殖糞肥氮養(yǎng)分總供給量。在此基礎(chǔ)上，設(shè)定糞肥替代化肥比率0.4、0.5、0.6三種情景測算果菜茶單位種植面積畜禽糞污養(yǎng)分承載狀況；通過計算果菜茶單位種植面積糞肥供給量與需求量之比，反推糞肥全部還田利用后能達(dá)到的最高化肥替代率。研究結(jié)果可為全省各市轄區(qū)內(nèi)糞肥承載現(xiàn)狀、優(yōu)化種養(yǎng)布局、構(gòu)建種養(yǎng)平衡體系提供支撐。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

各市水果、茶葉、蔬菜種類、產(chǎn)量來源于2018年《安徽統(tǒng)計年鑒》。畜禽養(yǎng)殖種類及數(shù)量、果園、茶園、菜地面積等數(shù)據(jù)來源于安徽省第二次全國污染源普查結(jié)果。

1.2 研究方法

1.2.1 果菜茶氮養(yǎng)分需求量

依據(jù)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》中公式進(jìn)行測算，見公式（1）。

式中：Yi—果菜茶氮養(yǎng)分總需求量，t；xi—第i種作物總產(chǎn)量，t；ai—第i種作物收獲100kg產(chǎn)量需吸收的氮養(yǎng)分，kg/100 kg產(chǎn)量，依據(jù)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》選取。其中：蘋果、梨、葡萄、茶葉ai推薦值分別為0.30、0.47、0.74、6.40 kg/100 kg產(chǎn)量；蔬菜類采用各類蔬菜推薦值的平均值，即0.36 kg/100 kg產(chǎn)量。

1.2.2 果菜茶單位種植面積實際所需氮養(yǎng)分施用量

將果菜茶氮養(yǎng)分總需求量除以總種植面積，再考慮氮素當(dāng)季養(yǎng)分利用率，推算出單位種植面積果菜茶氮養(yǎng)分實際所需施用量。見公式（2）。

式中：Ni—果菜茶單位種植面積實際所需氮養(yǎng)分施用量，kg/hm2；Yi—果菜茶氮養(yǎng)分總需求量，t；Ai—果菜茶總種植面積，hm2；ηi—果菜茶當(dāng)季氮素養(yǎng)分利用率，推薦值為25%～30%，本研究取值30%。

將糞肥替代化肥的比率乘以果菜茶單位種植面積實際所需氮養(yǎng)分施用量，得到單位種植面積糞肥養(yǎng)分需求量（Nneed），見公式（3）。

式中：Nneed—果菜茶單位種植面積糞肥氮養(yǎng)分需求量，kg/hm2；Ni—果菜茶單位種植面積實際所需氮養(yǎng)分施用量，kg/hm2；β—糞肥替代化肥的比例。

1.2.3 畜禽養(yǎng)殖糞肥氮養(yǎng)分產(chǎn)生與供給量

依據(jù)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》中公式進(jìn)行測算，見公式（4）。

式中：Pi—不同種類畜禽養(yǎng)殖場氮養(yǎng)分總供給量，t；zi—第i種畜禽養(yǎng)殖數(shù)量，頭（或羽）；bi—第i種畜禽每年產(chǎn)生的糞污中可供給的氮養(yǎng)分系數(shù)，kg/頭（或羽），具體為：1頭豬一年產(chǎn)生的糞污含有的氮素約為11 kg，考慮到糞污養(yǎng)分在收集、處理和貯存過程中的損失，每頭豬每年排泄的糞污產(chǎn)生的氮養(yǎng)分供給量約為7 kg/頭。100頭豬分別相當(dāng)于15頭奶牛、30頭肉牛、2 500只家禽，因此，奶牛、肉牛、家禽每年每單位飼養(yǎng)量排泄的糞污氮養(yǎng)分供給量分別為46.7、23.3、0.28 kg/頭（或羽）[5]。

1.2.4 果菜茶單位種植面積畜禽養(yǎng)殖糞肥氮養(yǎng)分供給量

按公式（5）測算果菜茶單位種植面積畜禽糞肥氮養(yǎng)分供給量。

式中：Si—果菜茶單位種植面積畜禽糞肥氮養(yǎng)分供給量，kg/hm2；Pi—不同種類畜禽養(yǎng)殖場氮養(yǎng)分總供給量，t；Ai—果菜茶總種植面積，hm2；εi—畜禽糞污氮損失率[6-8]，一般在30%～40%，本研究取值35%。

1.2.5 畜禽糞污承載壓力系數(shù)（RA）和化肥最高替代率（Tmax）

果菜茶單位種植面積糞肥氮養(yǎng)分供給量與需求量之比，稱為養(yǎng)分承載壓力系數(shù)（RA），表示糞肥承載壓力的現(xiàn)狀，見公式（6）。

果菜茶單位種植面積糞肥氮養(yǎng)分供給量與實際所需施用量之比，可以反算出不同區(qū)域畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞污全部用于區(qū)域內(nèi)果菜茶種植后化肥的最高替代率（Tmax），見公式（7）。

式中：RA—養(yǎng)分承載壓力系數(shù)；Tmax—化肥最高替代率。

2 結(jié)果與分析

2.1 果菜茶種植氮養(yǎng)分需求量

根據(jù)2017年全省16個地級市主要果菜茶總產(chǎn)量（其中水果選擇了蘋果、梨、葡萄等安徽省產(chǎn)量較高的水果）（表1），按公式（1）測算出各市果菜茶氮養(yǎng)分總需求量，見圖1。結(jié)果表明，全省果菜茶種植氮養(yǎng)分總需求量為121 589 t/a。阜陽、宿州、亳州、蚌埠市果菜茶種植氮需求量位居全省前4位，這4個市果菜茶種植氮養(yǎng)分需求量占全省的54.6%。總體來看，皖北地區(qū)果菜茶氮養(yǎng)分需求量高于江淮之間及皖南地區(qū)。

表1 全省各市果菜茶產(chǎn)量

2017年全省果菜茶種植總面積約972 436.4 hm2。按公式（2）測算出16個地級市果菜茶單位種植面積實際所需氮肥施用量（圖1）。結(jié)果表明，全省果菜茶單位種植面積平均所需氮養(yǎng)分施用量為416.78 kg/hm2，其中蚌埠、馬鞍山、淮北、淮南、阜陽、蕪湖、銅陵、滁州8個市果菜茶單位種植面積實際所需氮肥施用量高于全省平均值。

圖1 各市果菜茶種植氮養(yǎng)分需求情況

2.2 單位果菜茶種植面積糞肥氮養(yǎng)分需求量

選取0.4、0.5、0.6三種情景，按公式（3）計算得到16個地級市單位種植面積糞肥氮養(yǎng)分需求量（Nneed），見表2。結(jié)果表明，糞肥替代率為0.4、0.5、0.6時，全省果菜茶單位種植面積糞肥氮需求量平均值分別為166.71、208.39、250.07 kg/hm2。

表2 不同糞肥替代率下各市果菜茶單位種植面積糞肥需求量一覽表

2.3 畜禽養(yǎng)殖糞肥氮養(yǎng)分供給量

根據(jù)安徽省第二次全國污染源普查結(jié)果，2017年全省規(guī)模養(yǎng)殖場生豬全年出欄量、奶牛年末存欄量、肉牛全年出欄量、蛋雞年末存欄量、肉雞全年出欄量分別約1 190.14萬頭、9.75萬頭、15.56萬頭、5 408.69萬羽、3.49億羽；規(guī)模以下養(yǎng)殖場（不含養(yǎng)殖散戶）生豬全年出欄量、奶牛年末存欄量、肉牛全年出欄量、蛋雞年末存欄量、肉雞全年出欄量分別約821.25萬頭、3163頭、31.78萬頭、1667.66萬羽、9762.76萬羽[2]。

結(jié)合各市畜禽養(yǎng)殖種類和數(shù)量，按公式（4）和公式（5）分別測算出16個市養(yǎng)殖場畜禽糞肥氮養(yǎng)分供給量及單位果菜茶單位種植面積氮養(yǎng)分供給量（圖5）。從測算結(jié)果可以看出：①全省畜禽養(yǎng)殖場糞肥氮養(yǎng)分總供給量約301 502 t/a。阜陽、滁州、宣城、宿州、六安市畜禽養(yǎng)殖場糞肥氮養(yǎng)分總供給量全省前5位，這5個市畜禽養(yǎng)殖場糞肥氮養(yǎng)分供給量占全省的55.3%。②果菜茶單位種植面積氮養(yǎng)分供給量各市之間差異較大，范圍為18.01 kg/hm2（黃山市）～303.53 kg/hm2（蚌埠市）。全省果菜茶單位種植面積糞肥氮養(yǎng)分平均供給量為108.52 kg/hm2，其中排前幾位的分別是蚌埠、滁州、淮北、宣城、銅陵市。

圖2 各市畜禽養(yǎng)殖糞肥氮養(yǎng)分供給情況

2.4 畜禽糞污氮承載壓力系數(shù)

按公式（6）計算各市畜禽養(yǎng)殖糞污氮養(yǎng)分承載壓力系數(shù)，結(jié)果見圖3。從圖中可以看出：①糞肥替代率為0.4時，各市糞肥氮養(yǎng)分承載壓力系數(shù)在0.30～1.75，全省均值0.65；宣城、滁州、六安、銅陵市承載壓力系數(shù)＞1，這4個市果菜茶種植面積占全省的20.7%，但承載了全省29.1%的養(yǎng)殖量。②糞肥替代率為0.5時，各市糞肥氮養(yǎng)分承載壓力系數(shù)在0.24～1.40，全省均值0.521；宣城、滁州市承載壓力系數(shù)＞1。③糞肥替代率為0.6時，各市糞肥氮養(yǎng)分承載壓力系數(shù)在0.20～1.17，全省均值0.434；宣城、滁州市承載壓力系數(shù)＞1，這兩個市果菜茶種植面積占全省的10.8%，但承載了全省18.7%的養(yǎng)殖量。

圖3 各市總氮養(yǎng)分承載壓力系數(shù)（RA）

結(jié)合文獻(xiàn)[8]結(jié)果，糞肥替代率為0.4、0.5時，全國各省份氮養(yǎng)分承載壓力系數(shù)平均值分別為0.78、0.63，略高于安徽省平均值。安徽省畜禽糞污氮養(yǎng)分承載壓力系數(shù)在全國處于中等偏上水平，與江西省、甘肅省基本保持一致。從省級層面來看，全省畜禽養(yǎng)殖氮養(yǎng)分供給量未超過果菜茶種植肥料需求量。

2.5 化肥最高替代率

采用公式（7）計算各市畜禽養(yǎng)殖糞污替代區(qū)域內(nèi)果菜茶施用化肥的最高替代率，結(jié)果見圖4。從圖中可以看出，全省糞肥替代化肥的最高替代率平均值為0.260。各市糞肥替代化肥最高替代率范圍為0.121～0.657，其中，最高替代率低于0.4的有淮北、合肥、安慶、蕪湖、蚌埠、淮南、亳州、阜陽、宿州、馬鞍山、黃山、池州12個市；最高替代率介于0.4～0.5的有六安、銅陵兩個市；最高替代率＞0.5的有滁州、宣城兩個市。糞肥替代化肥的最高替代率均＜1，說明各市畜禽養(yǎng)殖場糞污可全部回用于區(qū)域內(nèi)果菜茶作物施肥。

圖4 各市糞肥替代化肥最高替代率（Tmax）

3 結(jié)論

（1）2017年，全省果菜茶種植氮養(yǎng)分總需求量為121 589 t/a，第二次全國污染源普查核算范圍內(nèi)畜禽養(yǎng)殖場糞肥氮養(yǎng)分總供給量為301 502 t/a。全省果菜茶單位種植面積氮養(yǎng)分平均需求量為416.78 kg/hm2，糞肥替代率為0.4、0.5、0.6時，全省果菜茶單位種植面積糞肥氮養(yǎng)分需求量分別為166.71、208.39、250.07 kg/hm2。糞肥替代化肥的比率每增加10%，果菜茶單位種植面積糞肥氮養(yǎng)分需求量增加41.68 kg/hm2。全省果菜茶單位種植面積糞肥氮養(yǎng)分平均供給量為108.52 kg/hm2，且各市之間差異較大，范圍為18.01 kg/hm2（黃山市）～303.53 kg/hm2（蚌埠市）。

（2）糞肥替代率為0.4、0.5、0.6時，全省糞肥氮養(yǎng)分承載壓力系數(shù)均值分別為0.65、0.52、0.43，各市糞肥氮養(yǎng)分承載壓力系數(shù)范圍分別為0.30～1.75、0.24～1.40、0.20～1.17。糞肥替代率為0.4時，宣城、滁州、六安、銅陵4個市承載壓力系數(shù)＞1；糞肥替代率為0.5、0.6時，宣城、滁州市承載壓力系數(shù)＞1，其余各市糞肥氮養(yǎng)分承載壓力系數(shù)均＜1。宣城、滁州兩個市占全省10.8%的果菜茶種植面積承載了全省18.7%的養(yǎng)殖量。說明在三種糞肥替代率情景下，除宣城、滁州、六安、銅陵市外，大部分市果菜茶種植面積均可消納該區(qū)域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖糞肥氮養(yǎng)分產(chǎn)生量。

（3）各市糞肥替代化肥最高替代率范圍為0.121～0.657，說明各市畜禽養(yǎng)殖場糞污可全部回用于區(qū)域內(nèi)果菜茶作物施肥。其中，最高替代率低于0.4的有淮北、合肥、安慶、蕪湖、蚌埠、淮南、亳州、阜陽、宿州、馬鞍山、黃山、池州12個市；最高替代率介于0.4～0.5的有六安、銅陵兩個市；最高替代率＞0.5的有滁州、宣城兩個市。

（4）從種養(yǎng)平衡的角度出發(fā)，建議控制宣城、滁州、六安、銅陵四個市的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，或增加這四個市的果菜茶種植面積，以完全消納該區(qū)域畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便。

（5）雖然從理論計算角度分析，全市畜禽養(yǎng)殖糞肥可全部回用于果菜茶生產(chǎn)。但畜禽養(yǎng)殖糞肥是一種緩釋肥，為保證果菜茶的產(chǎn)量仍有必要施用部分無機(jī)化肥。糞肥替代化肥應(yīng)遵循科學(xué)、合理的過程。此外，對畜禽糞便中高重金屬、抗生素等污染物殘留問題，也需要開展進(jìn)一步的研究，真正實現(xiàn)畜禽糞污無害化利用[9-10]。