中国畜禽粪尿养分资源及其还田的时空分布特征

刘晓永，李书田,2



中国畜禽粪尿养分资源及其还田的时空分布特征

刘晓永1，李书田1,2※

（1. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；2. 国际植物营养研究所（IPNI）北京办事处，北京 100081）

为准确掌握中国不同地区畜禽粪尿量、畜禽粪尿氮磷钾量及其还田利用随时间变化特征，该研究基于统计数据和文献资料，估算各地区畜禽粪尿量、养分量及各种畜禽粪尿所占比例，分析不同时期畜禽粪尿养分还田量的地区间差异。结果表明：1980s，1990s，2000s和2010s全国畜禽粪尿（鲜质）资源量分别为276 177.41×104，391 083.29×104，445 885.84×104，423 422.87×104t，30多年增长了53.32%，其养分资源分别为2 523.86×104t（N 1 249.47×104t，P2O5230.64×104t，K2O 1 043.75×104t），3 686.59×104t（N 1 820.79×104t，P2O5327.13×104t，K2O 1 538.67×104t），4 296.77×104t（N 2 124.13×104t，P2O5401.29×104t，K2O 1 771.35×104t）和4 089.40×104t（N 2 017.66×104t，P2O5421.17×104t，K2O 1 650.57×104t），30多年增加了62.03%，其中东北地区增幅最为明显。河南、四川、山东、湖南、云南和内蒙古的畜禽粪尿及其养分量约占全国的40%。全国不同畜禽粪尿及其养分量占总量的比例依次为：牛>猪>羊>家禽>马>驴>骡，但各地区有一定差异。西北、西南和东北地区牛粪尿及其养分占比较大，长江中下游地区猪粪尿及其养分占比最高，西北地区羊粪尿及其养分占比最大，东南地区禽粪及其养分占比最高，马、驴、骡粪尿及其养分在各地区占比都相对较小。1980s，1990s，2000s和2010s全国畜禽粪尿氮磷钾总养分还田量分别为1 132.73×104，821.36×104，1 860.52×104和1 709.19×104t，还田率分别为44.88%，22.28%，43.30%和41.80%，河北、河南、山东、湖南、内蒙古、四川、云南和广西省畜禽粪尿养分还田量约占全国还田量的50%。2010s全国畜禽粪尿N，P2O5和K2O还田量分别为615.91.91×104，297.70×104和795.58×104t，还田率分别为30.53%，70.68%和48.20%。该研究为中国和各地区畜禽粪尿养分资源的合理利用和化肥零增长下畜禽粪尿养分管理提供科学依据。

粪；尿；养分；畜禽；养分还田；时空分布

0 引 言

中国畜禽粪尿资源丰富[1-3]，可提供丰富的有机质和氮磷钾养分，是优质农家肥，具有较高的农业利用价值。作为重要的有机肥资源，畜禽粪尿在提高土壤有机质[4-5]、提高土壤肥力[1-2,6]、改善土壤结构[5]、促进作物生产和增加作物产量[7-8]，以及改善农产品品质[9]等中发挥着巨大作用；同时，与化肥相比，畜禽粪尿具有养分全面、肥效稳而长和易被作物吸收等特点[9-10]。

中国畜禽养殖业迅猛发展，从传统粗放式向规模化、集约化和产业化转变[11-13]，畜禽养殖产生的粪尿及其养分也在不断增加。翁伯琦等[6]估算1999年中国畜禽粪便排泄量为19.65×108t，其中TN和TP分别为969.90×104和189.20×104t；王方浩等[14]估算2003年中国畜禽粪尿排泄量为31.90×108t，其中TN和TP分别为1 394.60×104和378.50×104t；翁伯琦等[6]估算2006年中国畜禽粪尿的排泄量为22.67×108t，其中TN和TP分别为1 103.40×104和220.10×104t；耿维等[15]估算2010年中国畜禽粪尿排泄量为22.35×108t；郭冬生等[16]估算2010年中国畜禽粪尿排泄量为45.00×108t，其中有机氮1 597.00×104t，有机磷363.00×104t。可见，在不同时期各研究者估算的中国畜禽粪尿及其养分资源量结果差异较大，且难以进行时空演变特征的比较和分析，其中存在的较大问题是估算方法和参数不统一，鲜有对各地区不同时期畜禽粪尿及其养分资源进行估算。因此，有必要及时、合理地弄清不同时期中国各地区畜禽粪尿及其养分资源量的分布特征和变化规律，旨在为统筹中国各地区畜禽粪尿资源化利用的规划布局，为畜禽粪尿养分资源利用提供数据支撑。

长期以来，畜禽粪尿一直是中国重要的有机肥资源，也是畜禽粪尿处理的主要出路[17-18]。随着中国畜禽养殖业的规模化、集约化发展，畜禽粪肥资源增加，化肥消费量激增，使得畜禽粪尿资源的利用逐渐被忽视。2005年，畜禽粪尿循环利用的还田比例减少到不足50%[19-20]，2008年中国畜禽集约化养殖中仅有19.40%的粪便磷还田，家庭养殖中68.10%的粪便磷还田[21]。但是，有研究表明2003年中国畜禽粪尿养分资源占当年氮磷钾化肥消费量的60%以上[22]，2010年中国畜禽粪便中的有机氮、有机磷总量相当于同期化肥使用量的78.90%和57.40%[16]，畜禽粪肥依然具有较高的化肥替代的潜力。目前，研究者更多地关注畜禽粪尿及其养分量的估算[1-3]及其土壤负荷的估算和风险评价的研究[23-24]，鲜有对畜禽粪尿养分资源的还田情况进行研究。因此，为推动中国农业可持续发展[22,25]，利用畜禽粪尿养分替代部分化肥[13,15,26]，为实现“减施化肥”和“2020年化肥零增长目标”提供科学依据和参考，更为决策者制定畜禽粪尿资源综合利用政策和措施提供数据支撑，有必要弄清不同时期中国畜禽粪尿及其养分量还田情况，这是实现养分资源循环再利用和净化环境的关键[27-29]。由此，本研究以省级为单元，基于国家统计数据和参考资料，研究了畜禽粪尿资源及其养分资源的时空变化和分布特征及畜禽粪尿养分资源还田的时空变化和分布特征。

1 材料与方法

1.1 估算方法

参照中国粮食主产区划分如下区域[3]，1）东北地区：包括黑龙江、吉林和辽宁；2）华北地区：北京、天津、河北、河南、山东、山西；3）长江中下游地区：上海、江苏、浙江、安徽、湖北、湖南、江西；4）西北地区：内蒙古、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆；5）西南地区：重庆、四川、贵州、云南、西藏；6）东南地区：福建、广东、广西、海南。未包括香港、澳门、台湾的数据。

畜禽粪尿产生量的估算多采用排泄系数法[30-31]。各类畜禽粪尿的年产生量由畜禽饲养量（年末存栏数、年内出栏数）、饲养周期、排泄系数计算而得。目前，国内在估算畜禽粪尿年产生量时，主要有4种计算方法：

1）畜禽年粪尿量(104t)年末存栏数(104个(头))×日排泄系数（kg/(d·个(头))）×365(d)×10-3[32-34]，该公式没有考虑畜禽年内出栏数，以及各畜禽饲养周期的大小差异，均用365 d计算，不能准确的反映实际l a内畜禽粪尿产生量。

2）畜禽年粪尿量(104t)=年内出栏数(104个(头))×日排泄系数（kg/(d·个(头))）×饲养周期(d)×10-3[35-37]，由于部分当年内出栏的畜禽在该年的存在时间还没有到1个饲养周期，按照1个饲养周期计算会使得结果偏大。

3）畜禽年粪尿量(104t)=(年内出栏数+年末存栏数)(104个(头))×日排泄系数（kg/(d·个(头))）×饲养周期(d)×10-3[38-40]，没有考虑饲养周期大于1a的畜禽情况，其年末存栏数尚未达到1个饲养周期，均以饲养周期计算时会使得结果偏大。

4）畜禽年粪尿量(104t)=(年内出栏数或年末存栏数)(104个(头))×日排泄系数（kg/(d·个(头))）×饲养周期(d)× 10-3[1,24,41]，公式中，以畜禽年内出栏数（饲养周期≤1 a）计算时没有考虑年末存栏数，以年末存栏数计算时（饲养周期≥1 a）没有考虑到年内出栏数，估算结果有一定出入。

因此，在前人研究的基础上，本研究对上述计算公式进行了修正，考虑畜禽年内出栏数和年末存栏数的差异，以及各畜禽饲养周期的大小差异，分别确定饲养周期≥1a和≤1a畜禽年排泄量的估算方法，同时为避免粪和尿的种类差异，将畜禽粪、尿量分开估算。计算如下：

1）畜禽粪尿（鲜质）：

式中QM和QU分别为畜禽粪量和尿量，104t；为猪、牛、羊、家禽的种类；为马、驴、骡的种类；分别为畜禽年内出栏数、年末存栏数，104；为饲养周期天数，d；365为一年365 d；和分别为畜禽粪和尿日排泄系数(kg/(d·个(头)），1000为换算系数。

2）畜禽粪尿养分：

式中TN，TP和TK分别为畜禽粪尿N、P2O5和K2O养分总量，104t；QM、QU分别为畜禽粪量、尿量，104t；MN，MP和MK分别为畜禽粪N、P2O5和K2O养分含量，%；UN、UP和UK分别为畜禽尿N、P2O5和K2O养分含量，%。

3）畜禽粪尿养分还田：

直接还田：

燃烧还田：

式中DN，DP和DK分别为畜禽粪尿N，P2O5和K2O养分直接还田量，104t；BP和BK分别为畜禽粪便P2O5和K2O养分燃烧后还田量，104t；Rd为畜禽粪尿直接还田率，%；Rb畜禽粪燃烧还田率，%；LN，LP，LK分别为N、P2O5和K2O养分损失率，%；Pr，Kr分别为畜禽粪便燃烧后P2O5、K2O养分归还率，%。

1.2 数据及参数

1.2.1 数 据

畜禽（猪、牛、羊、家禽、马、驴、骡）年末存栏数、年内出栏数数据取自《中国统计年鉴》（1981－2016）[42]和《中国农业统计年鉴》（1981－2016）[43]。为避免畜禽种类和畜禽养殖量年际间变化的影响，本研究分别以1980－1989，1990－1999，2000－2009和2010－2015的均值表示1980s，1990s，2000s，2010s的数据。1980s和1990s重庆的数据包含在四川省内。

1.2.2 参 数

1）畜禽粪尿日排泄系数

畜禽粪、尿排泄系数是指单个畜禽每日排出粪、尿的数量，是畜禽粪、尿年排放量估算的关键，其因畜禽种类、性别、生长期、个体质量、生理状态、地域、气候、饲养环境、饲料、饲喂方式和季节等因素的不同会有很大的差异[32,44]，且不同文献提供的数据也不完全相同，这样导致最终估算的结果会有较大的差异，为力求更加准确的贴近实际值，本研究收集、整理和分析大量的文献资料、书籍或研究报告等，加权均值计算各种畜禽的粪、尿日排泄系数（表1）。

2）畜禽粪、尿的氮磷钾含量

本研究估算的畜禽粪、尿量时以鲜质量计，估算畜禽粪、尿氮磷钾养分含量也是以鲜基计。通过收集、整理和分析大量相关文献资料、书籍或研究报告等，加权均值计算各种畜禽粪尿的N、P2O5、K2O养分含量（表2）。

3）畜禽饲养周期

畜禽饲养周期指畜禽被饲养的天数，因畜禽种类及其用途的差异，其饲养天数大不相同。一般生产周期大于一年（1 a）的，按365 d计算，生产周期小于1 a的，按实际饲养天数计算。本研究通过汇总《全国农产品成本收益资料汇编》（1980－2015）[45]中的畜禽（猪、牛、羊、家禽、马、驴和骡）饲养周期，分别以1980－1989，1990－1999，2000－2009和2010－2015畜禽饲养周期的均值表示1980s，1990s，2000s和2010s数据（表3）。

4）畜禽粪尿还田率

本研究通过收集、整理和分析现有的文献资料、书籍或研究报告等，分地区加权均值计算不同年代不同地区畜禽粪尿还田率。1980s时，全国畜禽粪尿资源大多数作为有机肥还田利用，还田率为60%～75%[20,46-47]，而在牧区，如内蒙古、青海、宁夏和西藏大部分粪便被用来做燃料燃烧后还田，还田率分别为66.67%[48-49]，50%[50]，50%[50]和73%[51-52]。在1990s，全国畜禽粪尿资源还田率为31.5%～59.4%[53-57]，而藏区牧民依然有燃烧畜禽粪便的习惯，其燃烧率为73.00[51-52]，2000s和2010s的全国各地区畜禽粪尿还田率分别见表4。

5）畜禽粪尿养分损失率

从养分循环利用角度考虑，畜禽粪尿还田利用，是一种最为经济的资源化利用和处置方式，但由于资源化利用技术落后、产业化水平滞后等各种因素的制约，受困于资金、技术的限制，畜禽粪尿在施到农田之前通常要经历“排泄-清扫-储存-处理（堆积、高温堆肥或厌氧发酵）-运输和转移”过程[14,58]，在处置、利用过程中氮磷钾养分损失较大[1,12,58-60]，不可避免地造成畜禽粪尿养分的损失，其氮、磷、钾损失率见表5。而用作燃料燃烧的粪便，燃烧后其氮、磷和钾养分归还率为0，82.50%和82.50%[61]。

表1 畜禽的粪尿日排泄量（鲜基）

注： 此部分仅列出主要参考文献，括号内数值为加权均值数据样本数，下同。

Note: Only the main references are listed in the table, the values in brackets are the number of weighted average data samples, the same below.

表2 不同畜禽的粪、尿养分含量（鲜基）

d

表3 不同地区不同畜禽饲养期

Note: NE: Northeast, NC: North China, MLYR: Middle and lower reaches of Yangtze River, NW: Northwest, SW: Southwest, SE: Southeast, the same as below.

表4 2000s和2010s畜禽粪尿还田率

注： 此部分主要参考文献见[51-52,77,87-94]。西藏大牲畜（牛、马、驴和骡）粪便为燃烧还田。

Note: Some references used here were [51-52,77,87-94]. Manures of large livestock (cattle, horses, donkeys and mules) in Tibet were returned to field after burning.

表5 畜禽粪尿养分损失率[95]

1.3 数据处理

用Microsoft Excel计算，利用Arcgis10.2.1软件绘图。

2 结果与分析

2.1 畜禽粪尿资源量

通过计算，1980s，1990s，2000s和2010s全国畜禽粪尿（鲜质）资源量分别为276 177.41×104t（粪167 234.36×104t，尿108 943.05×104t），391 083.29×104t（粪243 753.30×104t，尿147 329.99×104t），445 885.84× 104t（粪279 929.65×104t，尿165 956.15×104t）和423 422.87×104t（粪263 439.16×104t，尿159983.71×104t）（表6）。30多年来全国畜禽粪尿资源总量增长了53.32%，粪量增长了57.53%，尿量增长了46.85%。从地区增幅角度来看，东北和宁夏增幅最大，东北增幅为169.41%，其次是河南、天津、山东和河北，增幅在100%左右，而青海、江苏、浙江和上海呈略有下降趋势。中国畜禽粪尿总量的增加与这一时期畜禽养殖数量大幅增加有关[42-43]。而不同地区畜禽粪尿资源随时间变化的差异与1980s到2010s畜禽养殖量的地域间差异随时间进一步增大[96-97]相关联，也可能与中国畜禽养殖业不断调整，地域产业化进一步分明，规模化程度进一步提高[77,98-99]有关。

从区域分布来看，中国畜禽粪尿资源主要分布在河南、四川、山东、湖南、云南和内蒙古，这些地区的畜禽粪尿资源量占全国总量的39.03%～41.22%，这与中国畜禽养殖业主要分布在河南、四川、山东、湖南、云南和内蒙古等地相一致[42-43,98]，也可归结于中国畜禽养殖业正逐步向经济欠发达的且自然资源丰裕的地区转移，生产区域集中度进一步强化[100-101]。

表6 不同年份各省畜禽粪尿资源量

通过分析可知，1980s以来，牛、猪、羊、家禽一直是中国畜禽粪尿的主要来源。以2010s为例，全国各类畜禽粪尿量占其总量的比例大小依次为：牛>猪>羊>家禽>马>驴>骡，分别占全国粪尿资源总量41.12%，39.09%，10.27%，7.81%，0.87%，0.60%，0.24%（表7），其他年代也有类似的趋势。各区域不同种类畜禽粪尿资源占本区域畜禽粪尿资源总量的比例也存在一定差异，其中牛粪尿资源占比较大的是西北、西南和东北地区，其次是华北地区，东南和长江中下游地区相对较低。猪粪尿占比最大的是长江中下游地区，其次是东南地区，西南、东北和华北地区猪粪尿资源占比相对较低，西北地区最低。羊粪尿资源占比最大的是西北地区，其次是华北、东北和西南地区，长江中下游相对较低，最低的是东南地区。禽粪资源占比最大的是东南地区，其次是长江中下游和华北地区，东北和西南地区相对较低，最低的是西北地区。马、驴或骡粪尿养分在各区域占比都相对较小，低于2%，有的地区几乎没有。因此，中国各种畜禽粪尿资源结构所占比例差异较大，源于畜禽养殖数量及结构存在较大差异[42-43]。

表7 2010s各地区各种畜禽粪尿资源量占本地区粪尿资源总量的比例

2.2 畜禽粪尿养分资源量

总体来看，30多年来全国畜禽粪尿中的氮磷钾养分总量呈增加趋势。1980s，1990s，2000s和2010s全国畜禽粪尿中的氮磷钾养分总量分别为2 523.86×104t（N 1 249.47×104t，P2O5230.64×104t，K2O 1 043.75×104t），3 686.59×104t（N 1 820.79×104t，P2O5327.13×104t，K2O 1 538.67×104t），4 296.77×104t（N 2 124.13×104t，P2O5401.29×104t，K2O 1 771.35×104t）和4 089.40×104t（N 2 017.66×104t，P2O5421.17×104t，K2O 1 650.57×104t）（图1），30多年间增加了62.03%。畜禽粪尿的氮磷钾总量分别占各时期化肥消费量的142.42%、107.15%、90.97%和70.03%。从区域角度来看，东北地区增加幅度最大，从153.96×104t增加到439.96×104t，增长了185.76%，其次是华北部分地区，从442.63×104t增加到921.72×104t增长了108.24%，而长江中下游、西北、西南和东南地区增幅较低，增幅仅为35.74%～46.70%。畜禽粪尿养分资源量的分布与畜禽粪尿资源量时空分布相似，主要分布在河南、四川、山东、内蒙古以及云南，这些地区的畜禽粪尿氮磷钾养分总量约占全国总量的40%。这些研究结果与其他研究有异同，不同的是同一年代畜禽粪尿养分资源数量估算有一定差异，原因主要与估算方法、计算参数（如畜禽粪、尿日排泄系数、饲养周期和粪、尿养分含量）不同有关，即使相同数量的畜禽养殖量，因这些因素的差异性，导致最终的畜禽粪尿养分量估算结果也可能存在一定的差异。与他人研究结果的相似之处是畜禽粪尿养分资源的分布状况基本一致[23,102]。

图1 畜禽粪尿养分资源量时空分布

与畜禽粪尿资源结构一致，1980s以来，牛、猪、羊、家禽粪尿养分是主要组成部分，全国不同畜禽粪尿养分量占总量的比例依次为：牛>猪>羊>家禽>马>驴>骡，分别占全国总量的39.27%，27.19%，17.58%，14.11%、0.98%、0.68%和0.18%（表8）。不同区域各种畜禽粪尿养分资源占当地畜禽粪尿养分资源比例有一定差异，牛粪尿养分占比较大的是西南地区，其次是西北和东北地区，华北和东南地区相对较低，长江中下游地区最低。猪粪尿养分占比最大的是长江中下游地区，其次是东南地区，西南、东北和华北地区相对较低，西北地区最低。羊粪尿养分占比最大的是西北地区，其次是华北和东北地区，西南和长江中下游次之，东南地区最低。禽粪养分占比最大的是东南地区，其次是华北、东北和长江中下游地区，西南地区相对较低，西北地区最低。马、驴或骡粪尿养分在各区域占比都相对较小，低于2%，有的地区甚至没有。

表8 2010s各地区畜禽粪尿养分资源量占本地区粪尿资源养分总量的比例

2.3 畜禽粪尿养分还田量

长时间以来，有机肥一直是中国农田养分的主要来源[103]，而随着化肥的投入及粮食产量的迅速提高，导致中国畜禽粪尿养分还田数量和比例发生了较大变化。1980s全国畜禽粪尿养分还田量为1 132.73×104t，还田率为44.88%，其中N，P2O5和K2O还田量分别为365.13×104，194.19×104和573.40×104t，还田率分别为29.22%，84.20%和54.94%，还田氮磷钾总量占同时期化肥消费量的63.92%；1990s全国畜禽粪尿养分还田量为821.36×104t，还田率为22.28%，其中N，P2O5和K2O还田量分别为280.91×104，135.20×104和405.24×104t，还田率分别为15.42%，41.33%和26.34%，还田氮磷钾总量占当时期化肥消费量的23.87%；2000s全国畜禽粪尿养分还田量为1 860.52×104t，还田率为43.30%，其中N，P2O5和K2O还田量分别为662.46×104，309.48×104和888.58×104t，还田率分别为31.19%，77.12%和50.16%，还田氮磷钾总量占当时期化肥消费量的39.39%；2010s全国畜禽粪尿养分还田量为1 709.19×104t，还田率为41.80%，其中N，P2O5和K2O还田量分别为615.91×104，297.70×104和795.58×104t，还田率分别为30.53%，70.68%和48.20%，还田氮磷钾总量占当时期化肥消费量的29.27%（图2）。

从1980s到2010s，中国畜禽粪尿氮磷钾养分还田总量增加了50.89%，其中，东北地区增幅最大，从73.35×104t增加到182.45×104t，增幅为148.74%，其次是西北和华北地区，分别从205.99×104和205.32×104t增加到387.82×104和370.18×104t，增幅分别为88.27%和80.29%。从省域角度来看，中国各地区畜禽粪尿养分还田量增减幅度大不相同。其中，宁夏增幅最大，为439.82%，其次是内蒙古、东北三省和山东增幅均在100%以上，河南、河北、天津、甘肃和青海增幅均在70%以上，而上海、浙江和山西呈明显下降趋势，这主要是由于各地区经济发展水平不均、各地区畜禽养殖数量及养殖结构的变化，以及各地区化肥消费水平的不同所致。从地区分布来看，中国畜禽粪尿养分还田量主要分布在河北、河南、山东、湖南、内蒙古、新疆、四川、云南和广西，约占全国还田养分总量的50.88%～55.58%。

图2 畜禽粪尿养分还田资源量时空分布

3 讨 论

3.1 畜禽粪尿及其养分量时空分布

随着中国人口规模的快速增长，以及人们饮食结构根本性的改变，肉、蛋、奶等畜禽产品的消费量迅速增加，促进了中国畜禽业快速发展[28,77]，畜禽养殖量随时间成直线甚至指数增长[42-43]，由此产生的畜禽粪尿及其养分量极大。本研究表明，从1980s到2010s，中国畜禽粪尿及其氮磷钾养分资源量分别从276 177.41×104，2 508.05×104t增加到423 422.87×104，4 116.61×104t，增幅分别为53.32%和64.13%，这与翁伯琦等[6]、王方浩等[14]、耿维等[15]和郭冬生等[16]等研究结果的变化趋势基本一致。30多年来，中国畜禽粪尿养分量占同时期化肥消费量的比例从141.53%下降到70.50%，降幅较为明显，但是畜禽粪尿养分依然有较高的替代化肥的潜力。在区域增幅上，增幅最大的是东北三省，其畜禽粪尿及其养分总量增幅分别为169.41%，185.76%，其次是河南、天津、山东、河北，这与杨飞等[23]的研究一致，主要原因是东北和华北各省的畜禽发展年平均增长率相对较高，畜禽养殖的增幅较快、养殖量较大有关。随着中国畜禽养殖集中化逐渐提高，区域生产格局已基本形成[42-43]，养殖生产产生的粪尿及其养分资源呈现明显的区域性分布。从地区分布来看，约40%的畜禽粪尿及其养分量分布在河南、四川、山东、湖南、云南和内蒙古等地，这一结果与其他研究结果相似。耿维等[15]认为2010年山东、河南、四川、内蒙古、河北和辽宁为中国粪尿资源大省，总计约占全国粪便资源总量的41.00%；路国彬等[26]认为2014年中国不同地区畜禽粪肥可替代化肥潜力排在前五位是河南、四川、山东、湖南和湖北，可见这些地区的畜禽粪尿替代化肥的潜力最大，这主要源于中国各地区畜禽养殖业发展不平衡，各地区畜禽养殖数量和养殖结构的不同，因而产生的粪肥资源分布亦呈现出明显的区域特点，同时这些地区是中国养殖量主要分布区[42-43]，也是中国畜禽养殖污染防治重点地区[104-105]。因此，需要对这些地区的畜禽养殖业进行合理规划布局，调整养殖结构，同时控制和削减畜禽粪尿的随意排放，推动畜禽粪尿肥料化、饲料化和能源化。

3.2 畜禽粪尿养分还田量时空分布

以当下有限的研究资料表明，1980s养殖业产生的畜禽粪尿大部分用作还田。1990s中国畜禽粪尿还田率呈明显下降趋势，其原因主要有以下3个方面：首先，中国畜禽养殖数量（年末存栏数）大幅增加，增幅从大到小依次是家禽>羊>生猪>牛>马驴骡，其中家禽、羊、生猪和牛年末存栏数分别从197 890.70×104、15 588.40×104，33 139.60×104和8 682.00×104增加到410 858.30×104，27 685.59×104，44 169.19×104和13 206.01×104，而马驴骡年末存栏总数从2 646.80×104略微下降到2 620.45×104[42-43]；其次，中国化肥消费量从1 801.77×104t增加到3 593.90× 104t[42-43]，增幅几近100%，化肥在中国农田施肥中开始占据主导地位；第三，人工成本的增加，从事农业的劳动力缺乏，畜禽养殖业的集约化发展，养殖业与种植业总体脱离，家庭燃料结构的改变等。2000年以后，畜禽粪尿还田率开始逐渐回升，主要是由于国家农业政策、新型化肥的出现、农业基础设施的大力兴建，以及畜禽废弃物的无害化处理技术包括有肥料化、饲料化和能源化技术的成熟。在牧区及半牧区的绝大部分地区，由于家庭燃料的匮乏、能源的短缺，在1980s畜禽粪便主要是用作燃料源，而随着时间的推移，畜禽养殖开始转向规模化、集约化，牧民由游牧转向定居，以及家庭燃料结构的改变，青海、内蒙古等地的牧民用畜禽粪便做燃料的生活方式逐渐被改变，畜禽粪便燃烧还田率逐渐降低，但目前在广大的藏区牧民依然有用牛粪做燃料的习惯[51-52,94]。

畜禽粪肥作为有机肥料还田利用，是一种最为经济的资源化利用和粪污治理方式，通过直接还田、堆沤还田、制作生物有机肥和燃烧后灰分还田等方式为农田提供了大量的氮磷钾养分。本研究表明1980s，1990s，2000s和2010s畜禽粪尿养分还田量分别为1 132.73×104，821.36×104，1 860.52×104和1 709.19×104t，还田率均不到45%，分别占同时期化肥消费量的63.92%，23.87%，39.39%和29.27%。可见，中国畜禽粪尿养分还田具有很高的化肥替代潜力，合理施用可明显减少中国化肥消费，对推动农业生态系统氮磷钾养分循环利用具有重大意义。从地区分布来看，本研究中，河北、河南、山东、湖南、内蒙古、新疆、四川、云南和广西省的畜禽粪尿养分还田量占全国还田量的50%。传统上畜禽粪肥施用时往往过量，归田后易发生非点源污染的潜在威胁。因此，需要根据各地区的畜禽粪尿量、农业生产生活习惯、农作制度、土壤肥力、自然条件和社会经济条件等方面出发，区分适合各地区的畜禽粪尿资源化利用和管理模式，确定各地畜禽粪尿还田利用总量，避免局部污染负荷超限。

3.3 问题及建议

中国畜禽粪尿及其养分资源量大，具有较高的替代化肥潜力。但由于畜禽粪肥资源化利用技术的限制，畜禽养殖产业化水平的滞后，以及畜禽养殖布局不合理，和畜禽粪尿污染治理缺乏全局性规划和布局，加上各地对粪尿还田认识不足及利用不当等问题，导致丰富的畜禽粪尿养分资源不能得到有效的处理和利用，更对环境造成了严重污染[2,106-107]。对此，提出以下对策建议：

1）宏观调控各类肥料的价格，实行有机肥补贴，加强宣传培训工作，大力发展种养结合农业，就地消化，鼓励种植户施用粪肥和商品有机肥。

2）在畜禽粪尿资源主要分布区，大力推广“公司+农户”的产业化模式，建设标准化畜禽粪污处理厂，同时调整畜禽养殖布局规模，加大种植与养殖结合力度。

3）在如藏区等牧区和半牧区，改进畜禽粪尿燃料化利用技术，加大沼气工程建设，引进有机肥生产加工以及沼渣沼液利用相结合的处理方式。

4）在畜禽养分还田量较高的地区，开展畜禽粪尿替代化肥的比例研究。

5）开展畜禽粪尿还田时的养分和有害物质如重金属等的安全限量标准研究，建立一个既考虑作物需求，又兼顾土壤对畜禽粪尿养分承载的最大负荷量，针对不同土壤和作物制定安全施用技术规范。

4 结 论

1）1980s到2010s全国畜禽粪尿及其氮磷钾养分资源量持续增加，30多年来分别增长了53.32%和62.03%，其中，东北地区增幅最为明显，分别增长了169.41%和185.76%，其次是河南、天津、山东、河北。约40%的畜禽粪尿及其养分资源分布在河南、四川、山东、湖南、云南和内蒙古。

2）全国不同畜禽粪尿及其养分量占总量的比例依次为：牛>猪>羊>家禽>马>驴>骡，但各地区有一定差异。西北、西南和东北地区牛粪尿及其养分占比较大，长江中下游地区猪粪尿及其养分占比最高，西北地区羊粪尿及其养分占比最大，东南地区禽粪及其养分占比最高，马、驴、骡粪尿及其养分在各地区占比都相对较小。

3）1980s，1990s，2000s和2010s畜禽粪尿氮磷钾总养分还田量分别为1 132.73×104，821.36×104，1 860.52×104和1 709.19×104t，还田率分别为44.88%，22.28%，43.30%和41.80%。河北、河南、山东、湖南、内蒙古、四川、云南和广西的畜禽粪尿养分还田量约占全国的50%。2010s全国畜禽粪尿N、P2O5和K2O还田量分别为615.91×104，297.70×104和795.58×104t，还田率分别为30.53%，70.68%和48.20%。

[1] 田宜水. 中国规模化养殖场畜禽粪便资源沼气生产潜力评价[J]. 农业工程学报，2012，28(8)：230－234.

Tian Yishui. Potential assessment on biogas production by using livestock manure of large-scale farm in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(8): 230－234. (in Chinese with English abstract)

[2] 李文哲，徐名汉，李晶宇. 畜禽养殖废弃物资源化利用技术发展分析[J]. 农业机械学报，2013，44(5)：135－142.

Li Wenzhe, Xu Minghan, Li Jingyu. Prospect of resource utilization of animal faeces wastes[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery (Transactions of the CSAM), 2013, 44(5): 135－142. (in Chinese with English abstract)

[3] 李书田，刘荣乐，陕红. 我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析[J]. 农业环境科学学报，2009，28(1)：179－184.

Li Shutian, Liu Rongle, Shaan Hong. Nutrient contents in main animal manures in China[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2009, 28(1): 179－184. (in Chinese with English abstract)

[4] Yan Xiaoyuan, Gong Wei. The role of chemical and organic fertilizers on yield, yield variability and carbon sequestration: Results of a 19-year experiment[J]. Plant & Soil, 2010, 331(1/2): 471－480.

[5] Chris N Guppy, Neal Menzies, Philip William Moody, et al. Competitive sorption reactions between phosphorus and organic matter in soil: A review[J]. Soil Research, 2005, 43(2): 189－202.

[6] 翁伯琦，雷锦桂，江枝和，等. 集约化畜牧业污染现状分析及资源化循环利用对策思考[J]. 农业环境科学学报，2010，29(增刊1)：294－299.

Weng Boqi, Lei Jingui, Jiang Zhihe, et al. Present situation analysis of intensive livestock pollution and countermeasures consideration of resource recycling[J]. Journal of Agro- Environment Science, 2010, 29(Suppl.): 294－299. (in Chinese with English abstract)

[7] Mario Herrero, Philip K Thornton, An Maria Omer Notenbaert, et al. Smart investments in sustainable food production: revisiting mixed crop-livestock systems[J]. Science, 2010, 327(5967): 822－825.

[8] Lan Shile, Cao Xingzhi, Dai Xiaoyang, et al. The changes of nutrition elements during the composting chicken manure and rape straw under higher temperature[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2009, 3: 031.

[9] 孙平风. 宁波市镇海区畜禽养殖污染及其生态防治研究[D]. 上海：上海交通大学，2010. Sun Pingfeng. The Research of Animal Husbandry Pollution and Ecological Prevention in the Zhenhai District Ningbo[D]. Shanghai: Shanghai Jiaotong University, 2010. (in Chinese with English abstract)

[10] 罗建新，燕慧，郭维. 畜禽粪便资源的肥料化利用[J]. 作物研究，2010，24(4)：297－300.

[11] Zheng C, Liu Y, Bluemling B, et al. Modeling the environmental behavior and performance of livestock farmers in China: An ABM approach[J]. Agricultural Systems, 2013, 122(12): 60－72.

[12] 高懋芳，邱建军，李长生，等. 应用Manure-DNDC模型模拟畜禽养殖氮素污染[J]. 农业工程学报，2012，28(9)：183－189.

Gao Maofang, Qiu Jianjun, Li Changsheng, et al. Modelling nitrogen pollution from livestock breeding using Manure-DNDC model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(9): 183－189. (in Chinese with English abstract)

[13] 贾伟，李宇虹，陈清，等. 京郊畜禽粪肥资源现状及其替代化肥潜力分析[J]. 农业工程学报，2014，30(8)：156－167.

Jia Wei, Li Yuhong, Chen Qing, et al. Analysis of nutrient resources in livestock manure excretion and its potential of fertilizers substitution in Beijing suburbs[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(8): 156－167. (in Chinese with English abstract)

[14] 王方浩，马文奇，窦争霞，等. 中国畜禽粪便产生量估算及环境效应[J]. 中国环境科学，2006，26(5)：614－617.

Wang Fanghao, Ma Wenqi, Dou Zhengxia, et al. The estimation of the production amount of animal manure and its environmental effect in China[J]. China Environmental Science, 2006, 26(5): 614－617. (in Chinese with English abstract)

[15] 耿维，胡林，崔建宇，等. 中国区域畜禽粪便能源潜力及总量控制研究[J]. 农业工程学报，2013，29(1)：171－179.

Geng Wei, Hu Lin, Cui Jianyu, et al. Biogas energy potential for livestock manure and gross control of animal feeding in region level of China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(1): 171－179. (in Chinese with English abstract)

[16] 郭冬生，彭小兰，龚群辉，等. 畜禽粪便污染与治理利用方法研究进展[J]. 浙江农业学报，2012，24(6)：1164－1170.

Guo Dongsheng, Peng Xiaolan, Gong Qunhui, et al. Pollution of livestock and poultry feces and countermeasures[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2012, 24(6): 1164－1170. (in Chinese with English abstract)

[17] 闫铁柱，杜会英，夏维，等. 安徽省畜禽粪便污染现状及其防治对策[J]. 农业环境与发展，2009，26(2)：58－62.

[18] 彭里. 重庆市畜禽粪便的土壤适宜负荷量及排放时空分布研究[D]. 重庆：西南大学，2009.

Peng Li. A Study on the Suitable Load and the Emporai and Spatial Distribution of Emissions of Livestock and Poultry Manure in Chongqing[D]. Chongqing: Southwest University, 2009. (in Chinese with English abstract)

[19] 舒畅. 基于经济与生态耦合的畜禽养殖废弃物治理行为及机制研究[D]. 北京：中国农业大学，2017.

Shu Chang. The Governance Behavior and Mechanism of Livestock and Poultry Breeding Waste Based on Economic and Ecological Coupling[D]. Beijing: China Agricultural University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[20] Ju Xiaotang, Zhang Fusuo, Bao Xuemei, et al. Utilization and management of organic wastes in Chinese agriculture: past, present and perspectives[J]. Science in China: Life Sciences, 2005, 48(S2): 965－979.

[21] Ma Dunchao, Hu Shanying, Chen Dingjiang, et al. The temporal evolution of anthropogenic phosphorus consumption in China and its environmental implications[J]. Journal of Industrial Ecology, 2013, 17(4): 566－577.

[22] 李书田，刘荣乐，陕红. 我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析[J]. 农业环境科学学报，2009，28(1)：179－184.

Li Shutian, Liu Rongle, Shan Hong. Nutrient contents in main animal manures in China[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2009, 28(1): 179－184. (in Chinese with English abstract)

[23] 杨飞，杨世琦，诸云强，等. 中国近30年畜禽养殖量及其耕地氮污染负荷分析[J]. 农业工程学报，2013，29(5)：1－11.

Yang Fei, Yang Shiqi, Zhu Yunqiang, et al. Analysis on livestock and poultry production and nitrogen pollution load of cultivated land during last 30 years in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(5): 1－11. (in Chinese with English abstract)

[24] 朱建春，张增强，樊志民，等. 中国畜禽粪便的能源潜力与氮磷耕地负荷及总量控制[J]. 农业环境科学学报，2014，33(3)：435－445.

Zhu Jianchun, Zhang Zengqiang, Fan Zhimin, et al. Biogas potential, cropland load and total amount control of animal manure in China[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2014, 33(3): 435－445. (in Chinese with English abstract)

[25] 杨世琦，韩瑞芸，刘晨峰. 省域尺度下畜禽粪便的农田消纳量及承载负荷研究[J]. 中国农业大学学报，2016，21(7)：142－151.

Yang Shiqi, Han Ruiyun, Liu Chenfeng. Study on the given amount per unit field and load capacity of livestock and poultry manure at provincial scale[J]. Journal of China Agricultural University, 2016, 21(7): 142－151. (in Chinese with English abstract)

[26] 路国彬，王夏晖. 基于养分平衡的有机肥替代化肥潜力估算[J]. 中国猪业，2016，11(11)：15－18.

[27] 张建杰，郭彩霞，覃伟，等. 山西省畜禽业发展及粪尿养分时空变异[J]. 应用生态学报，2016，27(1)：207－214.

Zhang Jianjie, Guo Caixia, Qin Wei, et al. Temporal and spatial variability of livestock and poultry productions and manure nutrients in Shanxi province, China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(1): 207—214. (in Chinese with English abstract)

[28] 黎运红. 畜禽粪便资源化利用潜力研究[D]. 武汉：华中农业大学，2015.

Li Yunhong. Study on Resource Utilization Potential of Livestock and Poultry Manure[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[29] 李国华. 我国畜禽粪便磷组分与土壤磷养分资源管理策略[D]. 北京：中国农业大学，2015.

Li Guohua. Phosphorus Fractions in Animal Manure and Soil Phosphorus Management in China[D]. Beijing: China Agricultural University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[30] Cheng Hongguang, Wei Ouyang, Hao Fanghua, et al. The non-point source pollution in livestock-breeding areas of the Heihe River Basin in Yellow River[J]. Stochastic Environmental Research & Risk Assessment, 2007, 21(3): 213－221.

[31] 渠清博，杨鹏，翟中葳，等. 规模化畜禽养殖粪便主要污染物产生量预测方法研究进展[J]. 农业资源与环境学报，2016，33(5)：397－406.

Qu Qingbo, Yang Peng, Zhai Zhongwei. Prediction methods of major pollutants production in manure from large-scale livestock and poultry farms: A review[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2016, 33(5): 397－406. (in Chinese with English abstract)

[32] 张绪美，董元华，王辉，等. 中国畜禽养殖结构及其粪便N污染负荷特征分析[J]. 环境科学，2007，28(6)：1311－1318.

Zhang Xumei, Dong Yuanhua, Wang Hui, et al. Structure of livestock and variation of fecal nitrogen pollution load in China[J]. Environmental Science, 2007, 28(6): 1311－1318. (in Chinese with English abstract)

[33] 王成贤，石德智，沈超峰，等. 畜禽粪便污染负荷及风险评估：以杭州市为例[J]. 环境科学学报，2011，31(11)：2562－2569.

Wang Chengxian, Shi Dezhi, Shen Chaofeng, et al. Pollution load and risk assessment of livestock manure: A case study in Hangzhou[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2011, 31(11): 2562－2569. (in Chinese with English abstract)

[34] 张震，司友斌，谷勋刚，等. 巢湖流域规模化养殖场畜禽粪便污染负荷研究：以居巢区为例[J]. 安徽农业科学，2009，37(15)：7159－7161.

Zhang Zhen, Si Youbin, Gu Xungang, et al. Study on waste load of farmland for the development of scale breeding farm in Chaohu Basin[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2009, 37(15): 7159－7161. (in Chinese with English abstract)

[35] 许俊香，刘晓利，王方浩，等. 中国畜禽粪尿磷素养分资源分布以及利用状况[J]. 河北农业大学学报，2005，28(4)：5－9.

Xu Junxiang, Liu Xiaoli, Wang Fanghao, et al. The distribution of phosphorus resources and utilization of animal manure in China[J]. Journal of Agricultural University of Hebei, 2005, 28(4): 5－9. (in Chinese with English abstract)

[36] 刘培芳，陈振楼，许世远，等. 长江三角洲城郊畜禽粪便的污染负荷及其防治对策[J]. 长江流域资源与环境，2002，11(5)：456－460.

Liu Peifang, Chen Zhenlou, Xu Shiyuan, et al. Waste loading and treatment strategies on the excreta of domestic animals in the Yangtze Delta[J]. Resources and Environmental in the Yangtze Basin, 2002, 11(5): 456－460. (in Chinese with English abstract)

[37] 国家环境保护总局自然生态保护司. 全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策[M]. 北京：中国环境科学出版社，2011.

[38] 王晓燕，张雅帆，欧洋. 北京密云水库上游太师屯镇非点源污染损失估算[J]. 生态与农村环境学报，2009，25(4)：37－41.

Wang Xiaoyan, Zhang Yafan, Ou Yang. Economic loss caused by non-point source pollution: A case study of Taishitun town, upper catchment of Miyun reservoir, Beijing[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2009, 25(4): 37－41. (in Chinese with English abstract)

[39] Richard Arthur, Martina Baidoo. Harnessing methane generated from livestock manure in Ghana, Nigeria, Mali and Burkina Faso[J]. Biomass & Bioenergy, 2011, 35(11): 4648－4656.

[40] 李轶冰，杨改河，楚莉莉，等. 中国农村户用沼气主要发酵原料资源量的估算[J]. 资源科学，2009，31(2)：231－237.

Li Yibing, Yang Gaihe, Chu Lili, et al. Estimation of resource extent of dominant feedstock for household biogas in rural areas of China[J]. Resources Science, 2009, 31(2): 231－237. (in Chinese with English abstract)

[41] 张心如，毛长青，杜干英，等. 成都市农村有机废弃污染物沼气潜力测算[J]. 畜禽业，2017，28(5)：69－71.

[42] 中华人民共和国国家统计局. 中国统计年鉴（1981－2016）[M]. 北京：中国统计出版社，（1981－2016）.

[43] 中华人民共和国农业部. 中国农业统计年鉴（1981－2016）[M]. 北京：中国农业出版社，（1981－2016）.

[44] 郑丽红. 朝阳市畜禽养殖粪便污染物的环境压力及风险评价[J]. 环境保护与循环经济，2014，34(4)：72－75.

Zheng Lihong. Environmental stress and risk assessment of stool contaminants in livestock and poultry in Chaoyang city[J]. Liaoning Urban and Rural Environmental Science & Technology, 2014, 34(4): 72－75. (in Chinese with English abstract)

[45] 中华人民共和国国家发展和改革委员会价格司. 全国农产品成本收益资料汇编（1980－2015）[M]. 北京：中国统计出版社.

[46] 刘寄陵，刘菊生，谢承陶. 农田产量综合数学模型的初步研究：以山东省陵县为例[J]. 中国农业科学，1984，17(5)：53－60.

Liu Jiling, Liu Jusheng, Xie Chengtao. A preliminary study on integrated methmatical model for farmland yield: Taking Lingxian county of Shangdong province as an example[J]. Scientia Agricultura Sinica, 1984, 17(5): 53－60. (in Chinese with English abstract)

[47] 李昌吉. 我州农家肥现状的调查分析和讨论[J]. 延边大学农学学报，1983(1)：19－26.

[48] 王正周. 农村生活能源和农业生态环境[J]. 农业环境科学学报，1986(6)：25－27.

[49] 关达. 抓好农村能源建设生态农业[J]. 现代农业，1986(2)：9－10.

[50] 彭祥林，彭琳. 黄土高原地区农田的肥料投入[J]. 山西农业科学，1990(6)：26－29.

[51] 肖伟. 藏西南边远地区直接受益式太阳能采暖研究[D]. 北京：清华大学，2010.

Xiao Wei. Study of the Direct-gain Solar Heating in Remote Southwest Tibet[D]. Beijing: Tsinghua University, 2010. (in Chinese with English abstract)

[52] 徐增让，成升魁，高利伟，等. 藏北牧区畜粪燃烧与养分流失的生态效应研究[J]. 资源科学，2015，37(1)：94－101.

Xu Zengrang, Cheng Shengkui, Gao Liwei, et al. Yak dung use as fuel and nutrient loss in the northern Tibetan plateau[J]. Resources Science, 2015, 37(1): 94－101. (in Chinese with English abstract)

[53] 高秀文. 华北高产粮区土壤温室气体排放及碳氮平衡研究[D]. 北京：中国农业大学，2003.

Gao Xiuwen. Greenhouse Gases Emission from Soil and Carhon-Nitrogen Budget in the Northern China Piain with High Productivity[D]. Beijing: China Agricultural University, 2003. (in Chinese with English abstract)

[54] 张祖庆. 转型时期我国农村环境污染防治与对策研究[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2008.

Zhang Zuqing. A Study on Prevention and Countermeasures of China’s Rural Environment Pollution in the Transitional Period[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2008. (in Chinese with English abstract)

[55] 毕于运. 中国耕地[M]. 北京：中国农业科技出版社，1995.

[56] 高利伟. 食物链氮素养分流动评价研究[D]. 保定：河北农业大学，2009.

Gao Liwei. Analysis and Evaluation of Nitrogen Flow in the Food Chain System: A Case Study of Huang-huai-hai Region[D]. Baoding: Hebei Agricultural University, 2009. (in Chinese with English abstract)

[57] 李伟，戴亨林，陈智勇. 重庆市有机肥料结构及其在作物养分中的作用[J]. 西南农业大学学报，1995，17(3)：249－252.

Li Wei, Deng Henglin, Chen Zhiyong. The structure of organic fertilizers in Chongqing and its effect on crop nutrient[J]. Journal of Southwest Agricultural University, 1995, 17(3): 249－252. (in Chinese with English abstract)

[58] 常志州，靳红梅，黄红英，等. 畜禽养殖场粪便清扫、堆积及处理单元氮损失率研究[J]. 农业环境科学学报，2013，32(5)：1068－1077.

Chang Zhizhou, Jin Hongmei, Huang Hongying, et al. Nitrogen loss during cleaning, storage, compost and anaerobic digestion of animal manures in individual treatment unit[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2013, 32(5): 1068－1077. (in Chinese with English abstract)

[59] Fiona A Nicholson, Bhogal A, Dave Robert Chadwick, et al. An enhanced software tool to support better use of manure nutrients: manner-NPK[J]. Soil Use & Management, 2013, 29(4): 473－484.

[60] Ghulam Mustafa Shah, Jeroen Groot, Oenema O, et al. Covered storage reduces losses and improves crop utilisation of nitrogen from solid cattle manure[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2012, 94(2/3): 299－312.

[61] 刘晓永，李书田. 中国秸秆养分资源及还田的时空分布特征[J]. 农业工程学报，2017，33(21)：1－19.

Liu Xiaoyong, Li Shutian. Temporal and spatial distribution characteristcs of crop straw nutrient resources and returning to farmland in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(21): 1－19. (in Chinese with English abstract)

[62] 苑亚茹. 我国有机废物的时空分布及农用现状[D]. 北京：中国农业大学，2008.

Yuan Yaru. Spatio-Temporal Distribution and Agricultural Status of Organic Waste in China[D]. Beijing: China Agricultural University, 2008. (in Chinese with English abstract)

[63] 沈晔娜. 流域非点源污染过程动态模拟及其定量控制[D]. 杭州：浙江大学，2010. Shen Ye’na. Modeling about Non-point Source Pollution and Quantity Control for Watershed[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2010. (in Chinese with English abstract)

[64] Liang L, Lal R, Du Z, et al. Estimation of nitrous oxide and methane emission from livestock of urban agriculture in Beijing[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2013, 170: 28－35.

[65] 彭里，王定勇. 重庆市畜禽粪便年排放量的估算研究[J]. 农业工程学报，2004，20(1)：288－292.

Peng Li, Wang Dingyong. Estimation of annual quantity of total excretion from livestock and poultry in Chongqing municipality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2004, 20(1): 288－292. (in Chinese with English abstract)

[66] 姜子绍，宇万太. 农田生态系统中钾循环研究进展[J]. 应用生态学报，2006，17(3)：3545－3550.

Jiang Zishao, Yu Wantai. Research advance in potassium cycling in agroecosystems[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(3): 3545－3550. (in Chinese with English abstract)

[67] 戴相林，刘瑞，周建斌，等. 秦岭北麓地区农田土壤养分平衡状况演变分析[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版，2012，40(3)：191－199.

Dai Xianglin, Liu Rui, Zhou Jianbin, et al. Changes of nutrient balances in soil in the northern area of Qinling Mountain of Shaanxi during the past 30 years[J]. Journal of Northwest A&F University: Natural Science Edition, 2012, 40(3): 191－199. (in Chinese with English abstract)

[68] 白明刚，马长海. 河北省畜禽粪尿污染现状分析及对策[J]. 广东农业科学，2010，37(2)：161－164.

Bai Minggang, Ma Changhai. Analysis on present conditions and strategies of livestock excrement and urine pollution in Hebei province[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2010, 37(2): 161－164. (in Chinese with English abstract)

[69] 刘永，金英姬，严昌国，等. 吉林省汪清县畜禽粪便污染及防治措施[J]. 安徽农业科学，2013(18)：7840－7842.

Liu Yong, Jin Yingji, Yan Changguo, et al. Analysis on pollution of animal manure in Wangqing of Jilin province[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2013(18): 7840－7842. (in Chinese with English abstract)

[70] 张田，卜美东，耿维. 中国畜禽粪便污染现状及产沼气潜力[J]. 生态学杂志，2012，31(5)：1241－1249.

Zhang Tian, Bu Meidong, Geng Wei. Pollution status and biogas-producing potential of livestock and poultry excrements in China[J]. Chinese Journal of Ecology, 2012, 31(5): 1241－1249. (in Chinese with English abstract)

[71] 张明华，谢文勇，武建领. 邢台市畜禽粪尿污染现状分析及对策[J]. 中国环境管理干部学院学报，2011，21(3)：70－73.

Zhang Minghua, Xie Wenyong, Wu Jianling. Analysis on present condition and strategies of livestock excrement and urine pollution in Xingtai[J]. Journal of the Environmental Management College of China-EMCC, 2011, 21(3): 70－73. (in Chinese with English abstract)

[72] 林源，马骥，秦富. 中国畜禽粪便资源结构分布及发展展望[J]. 中国农学通报，2012，28(32)：1－5.

Lin Yuan, Ma Ji, Qin Fu. The structure distribution and prospect of China manure resource[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2012, 28(32): 1－5. (in Chinese with English abstract)

[73] Hahn Russell H. Standars, engineering practices and data adopted by the American society of agricultural engineers[R]. American Society of Agricultural Engineers St Joseph, Mich, 1985

[74] 牛若峰. 农业技术经济手册[M]. 北京：农业出版社，1984.

[75] David J Hansen. Manure as a Nutrient Source[M]//The Mid-atlantic Nutrient Management Handbook, 2006: 207－225.

[76] 曾悦. 九龙江流域畜禽养殖污染研究及粪肥土地消纳容量评估[D]. 厦门：厦门大学，2005.

Zeng Yue. Study on Livestock Production Pollution & Land Assimilative Capacity for Manure in Jiulong River Watershed[D]. Xiamen: Xiamen University, 2005. (in Chinese with English abstract)

[77] 武淑霞. 我国农村畜禽养殖业氮磷排放变化特征及其对农业面源污染的影响[D]. 北京：中国农业科学院，2005.

Wu Shuxia. The spatial and Temporal Change of Nitrogen and Phosphorus Produced by Livestock and Poultry & Their Effects on Agricultural Mon-point Pollution in China[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2005. (in Chinese with English abstract)

[78] Liu Jianchang, Zhang Luoping, Zhang Yuzhen, et al. Trade-off between water pollution prevention, agriculture profit, and farmer practice: An optimization methodology for discussion on land-use adjustment in China[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2015, 187(1): 4104－4113.

[79] 全国农业技术推广服务中心. 中国有机肥料养分数据集[M]. 北京：中国科学技术出版社，1999.

[80] 全国农业技术推广服务中心.中国有机肥料养分志[M]. 北京：中国科学技术出版社，1999.

[81] 高祥照. 肥料实用手册[M]. 北京：中国农业出版社，2002.

[82] 全国农业技术推广服务中心.中国有机肥料养分资源[M]. 北京：中国农业出版社，1999.

[83] 鲁如坤，刘鸿翔，闻大中，等. 我国典型地区农业生态系统养分循环和平衡研究Ⅱ. 农田养分收入参数[J]. 土壤通报，1996，27(4)：151－154.

[84] 武兰芳，欧阳竹. 基于农田氮磷收支的区域养殖畜禽容量分析：以山东禹城为例[J]. 农业环境科学学报，2009，28(11)：2277－2285.

Wu Lanfang, Ou Yangzhu. Regional livestock density under environmental capacity based on nitrogen and phosphorus budget of farmland: A case study of Yucheng county in Shandong province[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2009, 28(11): 2277－2285. (in Chinese with English abstract)

[85] 齐伟，徐艳，张凤荣. 黄淮海平原农区县域土壤养分平衡评价方法及其应用[J]. 中国农业科学，2004，37(2)：238－243.

Qi Wei, Xu Yan, Zhang Fengrong. Study on Evaluation methods of soil nutrient balance and application at county level in Huang-huai-hai plain[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2004, 37(2): 238－243. (in Chinese with English abstract)

[86] 国家环境保护总局. 环发[2004]43号，《关于减免家禽业排污费等有关问题的通知》的附件2《畜禽养殖排污系数表》[EB/OL].（2004-03-15）[2004-03-15]. http://www. zhb.gov.cn/gkml/zj/wj/200910/t20091022_172271.htm

[87] 仇焕广，莫海霞，白军飞，等. 中国农村畜禽粪便处理方式及其影响因素：基于五省调查数据的实证分析[J]. 中国农村经济，2012(3)：78－87.

[88] 邱斌，李萍萍，钟晨宇，等. 海河流域农村非点源污染现状及空间特征分析[J]. 中国环境科学，2012，32(3)：564－570.

Qiu Bin, Li Pingping, Zhong Chenyu, et al. Characteristics and spatial distribution of the rural non-point source pollution in Haihe River Basin[J]. China Environmental Science, 2012, 32(3): 564－570. (in Chinese with English abstract)

[89] 仇焕广，井月，廖绍攀，等. 我国畜禽污染现状与治理政策的有效性分析[J]. 中国环境科学，2013，33(12)：2268－2273.

Qiu Huanguang, Jing Yue, Liao Shaopan, et al. Environmental pollution of livestock and the effectiveness of different management policies in China[J]. China Environmental Science, 2013, 33(12): 2268－2273. (in Chinese with English abstract)

[90] 马静. 淮河流域面源污染特征分析与控制策略研究[D]. 北京：清华大学，2013.

Ma Jing. Research on the Non-point Source Pollution Characteristics Analysis and Control and Management of Huaihe Basin[D]. Beijing: Tsinghua University, 2013. (in Chinese with English abstract)

[91] 付永虎，刘黎明，袁承程. 农业土地利用系统氮足迹与灰水足迹综合评价[J]. 农业工程学报，2016, 32(增刊1)：312－319.

Fu Yonghu, Liu Liming, Yuan Chengcheng. Comprehensive evaluation for nitrogen footprint and gray water footprint of agricultural land use system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(Suppl.): 312－319. (in Chinese with English abstract)

[92] 王美慧，周脚根，韩增，等. 亚热带典型小流域磷收支及流失特征对比研究[J]. 自然资源学报，2016，31(2)：321－330.

Wang Meihui, Zhou Jiaogen, Han Zeng, et al. Comparison on phosphorus budgets in two typical subtropical small watersheds of China[J]. Journal of Natural Resources, 2016, 31(2): 321－330. (in Chinese with English abstract)

[93] 雷成，陈佰鸿，郁继华，等. 西部七省区畜禽废弃物利用状况的调查与探讨[J]. 干旱区资源与环境，2014，28(5)：77－83.

Lei Cheng, Chen Baihong, Yu Jihua, et al. The investigate and analysis of livestock excrement’s utilization situation in seven western provinces of China[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2014, 28(5): 77－83. (in Chinese with English abstract)

[94] 韩智勇，旦增，孔垂雪. 青藏高原农村固体废物处理现状与分析：以川藏5个村为例[J]. 农业环境科学学报，2014，33(3)：451－457.

Han Zhiyong, Dan Zeng, Kong Chuixue. Current status of solid waste disposal in rural areas of the Tibetan plateau: A case study of five villages in the Sichuan-Tibet region[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2014, 33(3): 451－457. (in Chinese with English abstract)

[95] Li Shutian, Liu Xiaoyong, Ding Wencheng. Estimation of organic nutrient sources and availability for land application[J]. Better Crops with Plant Food, 2016, 100(3): 4－6.

[96] 张维理，武淑霞，冀宏杰，等. 中国农业面源污染形势估计及控制对策I. 21世纪初期中国农业面源污染的形势估计[J]. 中国农业科学，2004，37(7)：1008－1017.

Zhang Weili, Wu Shuxia, Ji Hongjie, et al. Estimation of agricultural non-point source pollution in China and the alleviating strategies I. Estimation of agricultural non-point source pollution in China in early 21 century[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2004, 37(7): 1008－1017. (in Chinese with English abstract)

[97] 付强，诸云强，杨红新，等. 2002－2009年中国规模化畜禽养殖量区域差异及政策建议[J]. 农业工程学报，2012，28(18)：185－191.

Fu Qiang, Zhu Yunqiang, Yang Hongxin, et al. Regional differences of livestock and poultry breeding output in scale and policy suggestions during 2002－2009 in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(18): 185－191. (in Chinese with English abstract)

[98] 付强，诸云强，孙九林，等. 中国畜禽养殖的空间格局与重心曲线特征分析[J]. 地理学报，2012，67(10)：1383－1398.

Fu Qiang, Zhu Yunqiang, Sun Jiulin, et al. Spatial patterns and gravity centers curve of livestock and poultry breeding in China[J]. Acta Geographica Sinica, 2012, 67(10): 1383－1398. (in Chinese with English abstract)

[99] 邓国取. 我国农区畜牧业产业布局战略研究[J]. 地域研究与开发，2008，27(2)：109－112.

Deng Guoqu. Study on Chinese agriculture area's stockbreeding layout strategy[J]. Areal Research and Development, 2008, 27(2): 109－112. (in Chinese with English abstract)

[100] 谢双红，王济民. 关于加快畜牧业全面协调可持续发展的研究[J]. 农业经济问题，2005(7)：41－42.

[101] 周力. 产业集聚、环境规制与畜禽养殖半点源污染[J]. 中国农村经济，2011(2)：60－73.

[102] 阎波杰，潘瑜春. 基于网格的中国耕地畜禽养殖废弃物氮负荷估算[J]. 水土保持通报，2015，35(5)：133－137.

Yan Bojie, Pan Yuchun. Estimation of nitrogen pollution load of farmland from livestock manure in China based on grid[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2015, 35(5): 133－137. (in Chinese with English abstract)

[103] 傅靖. 我国农田生态系统养分氮磷钾平衡研究[D]. 北京：中国农业大学，2007.

Fu Jing. Study on the Balance of Nitrogen, Phosphorus and Potassium in Farmland Ecosystem[D]. Beijing: China Agricultural University, 2007. (in Chinese with English abstract)

[104] 吕文魁，王夏晖，孔源，等. 基于保障畜禽养殖产业可持续发展的环境保护战略[J]. 中国人口·资源与环境，2013，

23(11)：73－77.

Lü Wenkui, Wang Xiahui, Kong Yuan, et al. Research on strategic policy for pollution control of livestock and poultry breeding based on the concept of sustainable development[J]. China Population, Resources and Environment, 2013, 23(11): 73－77. (in Chinese with English abstract)

[105] 王振兴，许振成，谌建宇，等. 畜禽养殖业氨氮总量控制减排技术特征与评估方法研究[J]. 广东农业科学，2014，41(4)：185－192.

Wang Zhenxing, Xu Zhencheng, Chen Jianyu, et al. Research on characteristics and assessment method of ammonia emissions reduction technology for livestock and poultry industry[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2014, 41(4): 185－192. (in Chinese with English abstract)

[106] 孙亚男，刘继军，马宗虎. 规模化奶牛场温室气体排放量评估[J]. 农业工程学报，2010，26(6)：296－301.

Sun Yanan, Liu Jijun, Ma Zonghu. Evaluation of greenhouse gas emissions from scale dairy farm[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(6): 296－301. (in Chinese with English abstract)

[107] 杨军香，王合亮，焦洪超，等. 不同种植模式下的土地适宜载畜量[J]. 中国农业科学，2016，49(2)：339－347.

Yang Junxiang, Wang Heliang, Jiao Hongchao, et al. Stock capacity in different cropping systems[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(2): 339－347. (in Chinese with English abstract)

Temporal and spatial distribution of nutrient resource from livestock and poultry feces and its returning to cropland

Liu Xiaoyong1, Li Shutian1,2※

(1.100081; 2.()100081)

In recent decades, China's livestock and poultry industry developed rapidly, producing plentiful of livestock and poultry manure and urine. But their quantity, nutrient content, rate of returning to cropland in different regions, and the changes of quantity over time have not been fully understood. In this paper, based on official statistical data and literature reviews, we estimated the quantity of animal feces, nutrient resources and their rate of returning to cropland at provincial level in various time slots. Results showed that, in 1980s, 1990s, 2000s and 2010s, the amount of animal feces (fresh) in China was 27.62×108, 39.11×108, 44.59×108and 42.34×108metric tons, respectively, increased by 53.32% in 30 years. The total nutrient N, P and K resources of animal feces in 1980s, 1990s, 2000s and 2010s were 2 523.86×104t (N 1 249.47×104t, P2O5230.64×104t, K2O 1 043.75×104t), 3 686.59×104t (N 1 820.79×104t, P2O5327.13×104t, K2O 1 538.67×104t), 4 296.77×104t (N 2 124.13×104t, P2O5401.29×104t, K2O 1 771.35×104t) and 4 089.40×104t (N 2 017.66×104t, P2O5421.17×104t, K2O 1 650.57×104t), increased by 62.03% in 30 years and Northeast China had the greatest increase. About 40% of China total amount of animal feces and the corresponding nutrients was derived from Henan, Sichuan, Shandong, Hunan, Yunnan and Inner Mongolia. The ratio of specific animal feces and nutrients in China was in the sequence of cow > pig > sheep > poultry > horse > donkey > mule, but varied in different regions. Northwest China, Southwest China and Northeast China had the higher proportions of cow feces and the corresponding nutrients, the Middle Lower Reaches of the Yangtze River had the highest proportion of pig feces and the corresponding nutrients, the Northwest China had the highest proportion of sheep feces and the corresponding nutrients, the Southeast China had the highest proportion of poultry feces and the corresponding nutrients. The ratios of feces and the corresponding nutrient quantity from horse, donkey and mule were relatively small in various regions. In 1980s, 1990s, 2000s, 2010s the total amount of nutrient N, P and K returning to cropland reached 1 132.73×104, 821.36×104, 1 860.52×104and 1 709.19×104t, respectively, accounting for 44.88%, 22.28%, 43.30% and 41.80% of total resources, respectively. About 50% of the total nitrogen, phosphorus and potassium nutrient returning to cropland from animal feces was occurred in Hebei, Henan, Shandong, Hunan, Inner Mongolia, Sichuan, Yunnan and Guangxi. By 2010s, N, P2O5, K2O from animal feces returned to cropland was 615.91×104, 297.70×104and 795.58×104t, accounting for 30.53%, 70.68% and 48.20% of the total quantity, respectively. This investigation can provide scientific basis and reference for the rational utilization of nutrient resources from animal feces and nutrient management under zero growth of chemical fertilizer in different provinces or regions in China.

manures; urine; nutrients; livestock and poultry; nutrient returning; temporal and spatial distribution

2017-11-08

2018-01-10

国家重点研发计划课题（2016YFD0200103）

刘晓永，博士生，主要从事植物营养与施肥研究。Email：853653593@qq.com

李书田，博士，研究员，主要从事植物营养与施肥研究。Email：sli@ipni.net；lishutian@caas.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.001

X713

A

1002-6819(2018)-04-0001-14

刘晓永，李书田. 中国畜禽粪尿养分资源及其还田的时空分布特征[J]. 农业工程学报，2018，34(4)：1－14.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.001 http://www.tcsae.org

Liu Xiaoyong, Li Shutian. Temporal and spatial distribution of nutrient resource from livestock and poultry feces and its returning to cropland[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(4): 1－14. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.001 http://www.tcsae.org