基于种养平衡的成都市畜禽养殖环境效应分析*

2018-03-27吴永胜孙越鸿许祯莹齐桂兰邱时秀

中国农业资源与区划 2018年1期

吴永胜，孙越鸿，杨雪，许祯莹，齐桂兰，邱时秀，李娟

(成都市农林科学院畜牧研究所,四川成都 611130)

0 引言

秸秆、畜禽粪便和化肥成为农业面源污染的三大主要来源[1]。国家生态文明建设和《畜禽规模养殖污染防治条例》等多项政策都要求加强畜禽粪便治理与综合利用，种养结合循环农业是解决综合利用的有效途径，但存在诸多问题[2]。文章基于种养平衡对成都市畜禽养殖环境效应进行分析研究。

畜禽养殖环境效应分析已有不少研究，如耿维[3]、王方浩[4]、朱建春[5]、杨飞[6]、林源[7]、李国学[8]等均对全国畜禽粪便产生量进行了估算和环境效应分析，潘喻春[9]对北京、彭锦星[10]对天津、杜鹃[11]对南京、彭里[12]对重庆、侯世忠[13]对山东、吴飞龙[14]对福建等区域的畜禽养殖环境承载力进行了研究。由于对成都市的畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的产生量估算和养殖环境效应分析研究较少，该文对2015年成都畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的产生量进行了估算，同时分析其耕地承载负荷，基于种养平衡采用沈根祥[15]提出的畜禽粪便耕地负荷警报值分级方法，并增加了潜在环境风险评价指标，对成都市畜禽养殖环境效应进行了分析评价。为成都市制定现代畜牧业发展规划和畜禽养殖污染防治规划等农业、环保政策，提供基础理论依据和科学参考。

1 材料与方法

1.1 基础数据

成都市耕地面积来源于《成都统计年鉴》(2016年)，畜禽饲养量数据，母猪、蛋鸡、肉羊、奶牛、肉牛存栏量和生猪、肉鸡、鸭鹅、肉兔出栏量来源于成都市农业委员会。

1.2 计算参数

1.2.1 畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的产排污系数

畜禽粪便的排泄量与动物种类、品种、性别、生长期、饲料甚至天气等诸多因素有关，单位个体畜禽每日的粪便、粪便氮和粪便磷的产排污系数及饲养期见表1。其中生猪、母猪、蛋鸡、肉鸡、奶牛、肉牛的产排污系数来源于相关文献[3， 16]，鸭鹅、肉兔、肉羊的产排污系数及饲养期来源于相关文献[3]。

表1 各类畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的产排污系数

畜禽类别产排污系数产排污系数饲养天数(d)粪便量(kg/d)总氮量(g/d)总磷量(g/d)粪便量(t/年)总氮量(kg/年)总磷量(kg/年)生猪1993 5716 853 880 7103 3530 772母猪3655 8922 026 552 1508 0372 391蛋鸡3650 121 160 230 0440 4230 084肉鸡2100 060 710 060 0130 1490 013鸭鹅2100 060 710 060 0130 1490 013肉兔900 151 160 240 0140 1040 022肉羊3650 872 150 460 3180 7850 168奶牛36546 84214 5138 4717 09778 29614 042肉牛36520 42104 1010 177 45337 9973 712

1.2.2 畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的耕地承载负荷限量值

畜禽粪便耕地承载负荷最高限量值30t/hm2，数据来源于全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策[16]，畜禽粪便氮和粪便磷的耕地承载负荷采用欧盟农业政策规定的限量值，分别为170kg/hm2、35kg/hm2，数据来源于相关文献[3-5]。

1.3 养殖环境效应分析

(1)畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的产生量

畜禽粪便、粪便氮、粪便磷产生量的计算公式[3]：

Q=Ni×Pi

(1)

式(1)中，Q为畜禽粪便、粪便氮、粪便磷产生量，单位分别为t、kg、kg； Ni为饲养量(该文1.1明确了不同畜禽饲养量采用出栏或存栏)，单位为头/只； Pi为年产排污系数，单位分别为t、kg、kg； i为第i种畜禽。

(2)单位面积耕地承载负荷

单位面积耕地承载负荷的计算公式[3]：

L=Q/A

(2)

式(2)中，L为单位面积畜禽粪便、粪便氮、粪便磷的耕地承载负荷，单位分别为t/hm2、kg/hm2、kg/hm2； Q为畜禽粪便、粪便氮、粪便磷的产生量，单位为t、kg、kg； A为耕地面积，单位为hm2。

(3)养殖环境效应评价方法

在沈根祥[15]提出的畜禽粪便耕地负荷警报值分级方法的基础上，为评判环境容量承载状态，增加了畜禽养殖潜在环境风险评价指标，分为6个风险等级，分别是无风险、低风险、中等风险、较高风险、高风险和极高风险，并采用不同颜色区分风险等级状态，见表2。

原分级方法采用对环境的威胁性作为评价结论，如将Ⅲ级评价为有威胁，在理解上存在一定的疑惑性，对环境的风险程度并不明确，该文采用潜在环境风险进行评价，如将Ⅲ级评价为中等潜在环境风险，能更准确表述在相应等级下的潜在环境风险状态。

表2 畜禽粪便及粪便氮磷耕地负荷警报值分级及潜在环境风险评价指标

警报值R≤0 40 4～0 70 7～1 01 0～1 51 5～2 5≥2 5分级级数ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ对环境的威胁性无稍有有较严重严重很严重潜在环境风险评价无低中等较高高极高颜色表示

2 结果与分析

2.1 畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的产生量

2015年成都市20个区(市)县的各类畜禽养殖规模量见表3。

表3 2015年成都市各区(市)县各类畜禽养殖规模量统计

区(市)县畜禽种类(万头、万只)出栏生猪存栏母猪存栏蛋鸡出栏肉鸡出栏鸭鹅出栏肉兔出栏肉羊存栏奶牛存栏肉牛锦江区青羊区金牛区武侯区成华区温江区10 49950 356120 324921 170739 03850 9815000郫都区11 85800 671220 209576 208711 87704 094100 10920 0450龙泉驿区15 40770 531934 074457 290212 128528 86201 15260 02960 0310双流区53 62112 585939 8514359 1507350 7489165 22104 28460 14580 0510青白江区20 14220 588745 561868 046844 768218 56761 50030 16290 1394新都区20 20900 864450 3982279 117984 721525 71230 06360 20090都江堰市45 98082 031755 1600312 6916363 383255 45380 97060 03380 1292新津县34 32761 114756 2338761 8397153 0795174 54860 92360 02320 0951崇州市86 70595 1489148 6378212 1665458 2436121 96071 91230 14371 5984大邑县78 63105 0320120 2000287 0000489 7601172 34634 28630 00871 6944邛崃市150 80078 490048 1486452 3134590 706073 68722 47630 81490 4275蒲江县66 28725 901519 5100219 4567140 6900189 23650 75930 00210 1127彭州市57 99602 876178 3501654 4617279 290577 05240 72200 29900 5416金堂县67 96315 2012152 7931365 8873211 5932305 809420 37830 26413 3482简阳市125 09948 4512114 6831483 2776342 1600301 065992 74970 16220 7471合计845 529249 84551004 13674610 07953572 18871714 5993132 17952 40018 9606

由表3可见，2015年成都出栏生猪845.53万头，存栏母猪49.85万头，存栏蛋鸡1 004.14万只，出栏肉鸡4 610.08万只，出栏鸭鹅3 572.19万只，出栏肉兔1 714.60万只，出栏肉羊132.18万头，存栏奶牛2.40万头，存栏肉牛8.96万头。

各区(市)县畜禽粪便、粪便氮和粪便磷产生量的计算案例如下：

温江区畜禽粪便产生量=生猪粪便+母猪粪便+蛋鸡粪便+肉鸡粪便+鸭鹅粪便+肉兔粪便+肉羊粪便+奶牛粪便+肉牛粪便。

其中，生猪粪便=10.499 5万头×0.710t/头=7.454 645万t。其他畜禽的计算以此类推。

2015年成都市各区(市)县畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的产生量计算结果见表4。

表4 2015年成都市各区(市)县耕地面积及畜禽产排污总量估算

区(市)县耕地(万hm2)粪便排泄量(万t)粪便氮排泄量(t)粪便磷排泄量(t)锦江区0 0880青羊区0 0464金牛区0 0919武侯区0 0472成华区0 1358温江区1 37489 911016557 37479114 44332郫都区2 078914 156287775 13271153 55750龙泉驿区0 815615 992478880 95664182 51099双流区4 282761 1612653571 06408663 99155青白江区1 919023 5990731295 10221256 63801新都区2 604226 9692671686 92141298 72654都江堰市2 682850 8563463086 54954558 24174新津县1 563444 9802543084 77207500 22907崇州市3 9089104 5719945810 420951110 88940大邑县2 986798 5864905570 258351034 74998邛崃市4 4620159 9373758393 001181689 54598蒲江县2 412869 0591093563 29255761 29227彭州市5 089473 4038354424 16873779 93102金堂县5 6929113 8976076160 590671111 77731简阳市8 2907164 8179968040 882741639 51125合计50 57411031 90039156900 4886010856 03593

由表4可见，2015年成都耕地面积为50.574 1万hm2，畜禽粪便产生总量为1 031.90万t，粪便氮产生总量为5.69万t，粪便磷产生总量为1.09万t。

表5 2015年成都各类畜禽产排污总量及贡献率

产排污生猪家禽肉兔肉羊牛合计粪便量(万t)707 49150 5524 0042 03107 821031 90占比(%)68 5614 592 334 0710 45100 00粪便氮量(t)32356 6816439 081783 181037 615283 9456900 49占比(%)56 8728 893 131 829 29100 00粪便磷量(t)7720 181873 94370 35221 93669 6310856 04占比(%)71 1117 263 412 046 17100 00贡献率(%)65 5120 252 962 658 63100 00

为便于统计分析，将母猪的产排污量合并到生猪，将蛋鸡、肉鸡和鸭鹅合并为家禽，将奶牛和肉牛合并为牛，计算各类畜禽产排污量和贡献率，见表5。结果表明，2015年成都生猪粪便量为707.49万t，占68.56%，粪便氮量为3.24万t，占56.87%，粪便磷量为0.77万t，占71.11%，贡献率最大，为65.51%；其次分别为家禽20.25%，牛8.63%，肉兔2.96%和肉羊2.65%。

2.2 耕地承载负荷及潜在环境风险评价

由表6可见，锦江区、青羊区、金牛区、武侯区、成华区为主城区，没有畜禽养殖，耕地承载负荷为零，不存在潜在养殖环境风险；郫都区、温江区和新都区的畜禽养殖耕地承载负荷警报值均低于0.4，属于Ⅰ级，无养殖环境风险；青白江区、双流区、彭州市、龙泉驿区、简阳市、金堂县和都江堰市的畜禽养殖耕地承载负荷警报值在0.4～0.7之间，属于Ⅱ级，养殖环境风险低；崇州市和蒲江县的畜禽养殖耕地承载负荷警报值在0.7～1.0之间，属于Ⅲ级，养殖环境风险中等；大邑县、新津县和邛崃市的畜禽养殖耕地承载负荷警报值均大于1.0，属于Ⅳ级，养殖环境风险较高，其中大邑县和邛崃市粪便负荷分别为33.01t/hm2和35.84t/hm2，略超限量值30t/hm2，大邑县、新津县和邛崃市粪便氮负荷分别为186.50kg/hm2、197.31kg/hm2和188.10kg/hm2，略超限量值170kg/hm2，邛崃市粪便磷负荷为37.87kg/hm2，略超限量值35kg/hm2。结果表明，全市平均畜禽粪便及粪便氮磷的耕地承载负荷分别为20.40t/hm2、112.51kg/hm2和21.47kg/hm2，均低于耕地承载负荷限量值，耕地负荷警报值均低于0.7，属于Ⅱ级，养殖环境风险低，没有出现Ⅴ级以上的区(市)县，环境容量总体可接受，但有3个区(市)县略超环境容量，值得注意。

表6 2015年成都市各区(市)县畜禽养殖耕地承载负荷及潜在环境风险评价(排序)

区(市)县粪便负荷(t/hm2)粪便氮负荷(kg/hm2)粪便磷负荷(kg/hm2)耕地负荷警报值R粪便粪便氮粪便磷锦江区青羊区金牛区武侯区成华区郫都区6 8137 297 390 2270 2190 211温江区7 2140 548 320 2400 2380 238新都区10 3664 7811 470 3450 3810 328青白江区12 3067 4913 370 4100 3970 382双流区14 2883 3815 500 4760 4900 443彭州市14 4286 9315 320 4810 5110 438龙泉驿区19 61108 0122 380 6540 6350 639简阳市19 8896 9919 780 6630 5710 565金堂县20 01108 2219 530 6670 6370 558都江堰市18 96115 0520 810 6320 6770 595崇州市26 75148 6528 420 8920 8740 812蒲江县28 62147 6831 550 9540 8690 901大邑县33 01186 5034 651 1001 0970 990新津县28 77197 3132 000 9591 1610 914邛崃市35 84188 1037 871 1951 1061 082合计20 40112 5121 470 6800 6620 613

a.粪便潜在环境风险状态 b.粪便氮潜在环境风险状态 c.粪便磷潜在环境风险状态图1 2015年成都区(市)县畜禽养殖耕地负荷潜在环境风险状态

由图1可见，成都市西南区有3个区(市)县畜禽养殖环境风险较高，养殖比重稍大，存在微超载现象；其他区域均在合理范围内，但区域布局总体不合理。

畜禽养殖潜在环境风险评价，只能在畜禽产排污总量和耕地承载能力上做出是否存在超载的评判，为政府宏观决策提供重要参考，但并不能全面反映该地区是否存在养殖环境污染。这与其粪污的处理方式有较大关系，如某地养殖数量较大，存在一定程度的超载现象，但该地多数为规模养殖，养殖场多采用粪污厌氧发酵、污水深度处理和干粪堆肥处理工艺，实现中水回用和干粪堆肥产品外销，则该地就不存在养殖环境污染问题。反之，某地畜禽养殖潜在环境风险评价为低风险状态，但该地养殖多为小散户，没有处理和利用粪污，则该地就存在养殖环境污染问题。因此，畜禽养殖潜在环境风险状态的评价是总体宏观评判，确保区域内总体种养平衡，然后采用科学合理的粪污处理方式并进行综合利用，就能够解决好养殖污染问题。

2.3 成都市畜禽养殖潜在环境风险综合评价

2015年成都畜禽养殖潜在环境风险综合评价见表7。结果表明，2015年成都区(市)县畜禽养殖耕地承载负荷总体上处于低风险状态，其中有8个区(市)县处于无风险状态， 7个区(市)县处于低风险状态， 2个区(市)县处于中等风险状态， 3个区(市)县处于较高风险状态，没有出现高风险和极高风险状态的区(市)县。

表7 2015年成都畜禽养殖潜在环境风险综合评价

警报分级环境风险评价区(市)县个数综合评价耕地粪便负荷耕地粪便氮负荷耕地粪便磷负荷Ⅰ无风险8998Ⅱ低风险7667Ⅲ中等风险3242Ⅳ较高风险2313Ⅴ高风险0000Ⅵ极高风险0000全市合计20202020

3 讨论

3.1 畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的产生量

一些研究将其他畜禽粪便产生量换算成猪单位来估算某一区域的畜禽粪便产生量，该计算方法不能客观反映各畜种间的实际粪便、粪便氮和粪便磷的产生量，该文采用国务院第一次全国污染源普查2009年《畜禽养殖业源产排污系数手册》提供的产排污系数[16]，其他畜禽类别采用耿维[3]提供的产排污系数对各类畜禽的产排污量分别进行估算。结果表明，2015年成都畜禽粪便、粪便氮和粪便磷产生总量分别为1 031.90万t、5.69万t和1.09万t；在粪便、粪便氮和粪便磷的产生量中，生猪的贡献率最大，为65.51%，其次为家禽20.25%。这与成都以生猪、家禽为畜牧业主导产业的政策和实际养殖规模量完全吻合。

3.2 畜禽粪便的耕地负荷

全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策中提出耕地能够承载的畜禽粪便量为30t/hm2[17]，李国学[8]提出畜禽粪便耕地承载建议量为30～45t/hm2。王方浩[4]估算出2003年全国平均承载负荷为24t/hm2，全国最高的地区为49t/hm2；彭里[12]估算出重庆市1995～2007年的平均承载负荷为44.37t/hm2；侯世忠[13]估算出2010年山东省的平均承载负荷为37.9t/hm2，最高的地区为51.44t/hm2；张玉珍[18]估算出九龙江流域2001年的平均承载负荷为29.92t/hm2，最高的地区为42.76t/hm2。该文估算结果为：2015年成都畜禽粪便耕地平均承载负荷为20.40t/hm2，低于国家限量值30t/hm2，范围在0～35.84t/hm2之间，低于全国平均水平，但大邑县和邛崃市分别为33.01t/hm2和35.84t/hm2，略超限量值，存在微超载现象。

3.3 畜禽粪便氮的耕地负荷

欧盟农业政策规定畜禽粪便氮的耕地施用限量为170kg/hm2[3-5]，超过这个限量值将会带来硝酸盐的淋洗；朱兆良[19]的研究表明，大面积化肥年施氮(N)量应该控制在150～180kg/hm2，超过这一水平就会引起环境污染。王方浩[4]估算出2003年全国平均粪便氮承载负荷为107kg/hm2，全国最高的地区为230kg/hm2；朱建春[5]估算出2011年全国平均承载负荷为79.3kg/hm2，全国最高的地区为257.92kg/hm2；侯世忠[13]估算出2010年山东省的平均承载负荷为192.4kg/hm2，最高的地区为235.62kg/hm2；景栋林[20]估算出佛山市2009年的平均承载负荷为436.83kg/hm2。该文估算结果为：2015年成都畜禽粪便氮耕地平均承载负荷为112.51kg/hm2，低于欧盟限量值170kg/hm2，范围在0～197.31kg/hm2之间，与全国平均水平接近，但低于山东省和佛山市，其中大邑县、邛崃市和新津县分别为186.50kg/hm2、188.10kg/hm2和197.31kg/hm2，略超限量值，存在微超载现象。

3.4 畜禽粪便磷的耕地负荷

过量的磷会通过土壤淋洗而进入地表径流造成水体的富营养化[4]，欧盟农业政策规定畜禽粪便氮的耕地施用限量为35kg/hm2[3-5]。王方浩[4]估算出2003年全国平均粪便磷承载负荷为29kg/hm2，全国最高的地区为70kg/hm2；朱建春[5]估算出2011年全国平均承载负荷为13.98kg/hm2，全国最高的地区为56.39kg/hm2；彭锦星[10]估算出2007年天津市的平均承载负荷为28kg/hm2；杜鹃[11]估算出2013年南京市的平均承载负荷为20.88kg/hm2；侯世忠[13]估算出2010年山东省的平均承载负荷为54.92kg/hm2，最高的地区为70.94kg/hm2；黄红英[21]估算出2011年江苏省的平均承载负荷为21.65kg/hm2。该文估算结果为：2015年成都畜禽粪便磷耕地平均承载负荷为21.47kg/hm2，低于欧盟限量值35kg/hm2，范围在0～37.87kg/hm2之间，低于全国平均水平，与南京市和江苏省接近，但邛崃市为37.87kg/hm2，略超限量值，存在微超载现象。

3.5 畜禽养殖潜在环境风险评价

王甜甜[22]研究了畜禽养殖环境承载力指标体系，李巧巧[23]研究了畜禽养殖环境承载力核定方法，陈宝天[24]提出了农区耕地畜禽负荷预警值级标准，这些方法过于复杂，计算过于繁琐，该文采用沈根祥[15]提出的畜禽粪便负荷量警报分级方法，该方法被第一次全国污染源普查《畜禽养殖业源产排污系数手册》[16]收录，该文在其基础上增加了一项潜在环境风险评价指标，并采用不同颜色区分警报值分级和环境风险等级，这样能够更直观更简明地表示出畜禽养殖存在的潜在环境风险状态。研究表明：2015年成都畜禽养殖粪便、粪便氮和粪便磷的耕地承载负荷总体上处于低风险状态，其中有8个区(市)县处于无风险状态， 7个区(市)县处于低风险状态， 2个区(市)县处于中等风险状态， 3个区(市)县处于较高风险状态，没有出现高风险和极高风险状态的区(市)县；从区域布局看，西南片区有3个区(市)县养殖比重稍大，存在微超载现象，应该果断调减养殖量。

4 结论及建议

4.1 主要结论

2015年成都畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的产生总量分别为1 031.90万t、5.69万t、1.09万t，其中生猪粪便、粪便氮和粪便磷的产生量分别为707.49万t、3.24万t、0.77万t，贡献率最大，为65.51%，其次分别为家禽20.25%，牛8.63%，肉兔2.96%和肉羊2.65%。

全市平均畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的耕地承载负荷分别为20.40t/hm2、112.51kg/hm2、21.47kg/hm2，均低于耕地负荷限量值，警报值均低于0.7，属于Ⅱ级，处于低风险状态，环境容量总体可接受，但大邑县、新津县和邛崃市略超耕地负荷限量值，存在微超载现象。

研究表明，2015年成都畜禽养殖粪便、粪便氮和粪便磷的耕地承载负荷总体上处于低风险状态，其中有8个区(市)县处于无风险状态， 7个区(市)县处于低风险状态， 2个区(市)县处于中等风险状态， 3个区(市)县处于较高风险状态，没有出现高风险和极高风险状态的区(市)县；从区域布局来看，西南片区有3个区(市)县养殖比重稍大，应该果断调减养殖量。

4.2 对策建议

针对成都市各区(市)县畜禽养殖潜在环境风险等级的不同，为最大限度减少畜禽养殖对环境的影响。应采取以下几点措施：一是采取科学管控、有效治理和有序转移相结合的办法对存在超载的区县进行养殖数量调减；二是科学调整优化全市畜禽养殖区域布局和养殖总量控制；三是积极推广应用畜禽粪污无害化处理和资源化综合利用新技术新模式；四是对畜禽养殖场建设配套粪污处理设施设备给予资金补助；五是主动对接种植基地，积极开展种养结合循环农业，使畜禽粪污经无害化处理后全部安全有效还田，这是最经济有效的方法。

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