广西畜禽粪便资源结构、区域分布和污染风险分析

熊娜 刘文武 望飞勇

摘要：【目的】分析廣西畜禽粪便资源现状及其污染风险，为广西治理畜禽粪便污染问题提供参考依据。【方法】运用畜禽粪便资源强度指数和畜禽粪便污染负荷指数估算2009—2016年广西畜禽粪便资源量，并测算广西畜禽粪便资源结构、区域分布和污染风险。【结果】广西畜禽粪便资源较丰富，2016年总量为6373.99万t，主要来源为生猪粪便和牛粪便。畜禽粪便资源总量呈倒U形变化，生猪粪便和牛粪便资源与畜禽粪便资源总量变化趋势相同，肉鸡粪便资源增幅最大，耕地粪便资源负荷逐年下降，由2009年的23.14 t/ha降至2016年的13.08 t/ha。广西畜禽粪便资源集中在东部和南部，其中生猪粪便资源集中在东部和东南部，牛粪便资源集中在东北部，羊粪便和鸡粪便资源集中在东南部。广西畜禽粪便污染风险较小，主要来源为生猪粪便，占粪便污染总量的比例最大，为74.55%。东北部和南部粪便污染风险大于西部和北部。【建议】推广畜禽粪便减量无害技术，加大畜禽粪便资源化扶持力度，发展畜禽粪便资源开发市场，建立长效监督管理机制。

关键词： 畜禽粪便;资源结构;区域分布;污染风险;广西

中图分类号： S181.3                       文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2019）06-1219-07

Abstract：【Objective】The aim of the study was to analyze the current situation of livestock and poultry manure resources in Guangxi and its pollution risk， and provide reference for the treatment of livestock and poultry manure pollution. 【Method】The livestock and poultry manure resource intensity index and the livestock and poultry manure pollution load index were used to estimate the amount of livestock and poultry manure resources in Guangxi from 2009 to 2016， and the structure， regional distribution and pollution risk of livestock and poultry manure resources in Guangxi were measured. 【Result】The livestock and poultry manure resources in Guangxi were relatively abundant with the total amount of 63739900 t in 2016， and the main sources were pig manure and cow dung. The total amount of livestock and poultry manure resources showed an U shape change. The pig manure and cow dung resources changed the same as the total amount of livestock manure resources. The broiler manure resources increased the most， and the cultivated land manure resource load decreased year by year， from 23.14 t/ha in 2014 decreased to 13.08 t/ha in 2016. In Guangxi， livestock and poultry manure resources were concentrated in the east and the south， where pig manure resources were concentrated in the eastern and southeastern part， cow dung resources were concentrated in the northeast， and sheep manure and chicken manure resources were concentrated in the southeast. Livestock and poultry manure pollution risk was small， the main source was pig manure， which accounted for the largest proportion（74.55%） of the total pollution. The risk of fecal contamination in the southeast and south was greater than in the west and north. 【Suggestion】The following suggestions are proposed： promoting the harmless technology of manure reduction， increasing the support of manure resources utilization， developing the development market of manure resources， and establishing a long-term monitoring and management mechanism.

Key words： livestock and poultry manure; resource structure; regional distribution; pollution risk; Guangxi

收稿日期：2018-11-23

作者简介：熊娜（1983-），博士，副教授，主要从事区域经济发展与环境治理研究工作，E-mail：416926282@qq.com

0 引言

【研究意义】自改革开放以来，我国畜禽养殖业迅速发展，到2016年年末产值达31703.2亿元，为满足我国城乡居民快速增长的肉类需求做出了较大贡献，但近年来畜禽养殖业迅速发展产生的大量粪便成为我国生态环境的重要污染源。2010年《第一次全国污染源普查公报》显示，从化学需氧量、总氮排放量和总磷排放量3项主要污染物指标来看，农业源污染物排放量占全国排放总量的比重分别为43.7%、57.2%和67.4%，其中畜禽养殖业又分别占农业源的96%、38%和56%。农业部数据显示，2016年我国畜禽粪便总量达38亿t。Fischer等（2006）预测，2020年中国畜禽粪便排放量将比2007年增加37%。根据国务院办公厅印发的《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》，到2020年全国畜禽粪污综合利用率达75%以上。因此，积极开发畜禽粪便资源、治理畜禽粪便环境污染十分迫切，而分析广西畜禽粪便资源现状及其污染风险，可为广西畜禽粪便污染治理问题提供参考思路。【前人研究进展】近年来，国内外畜禽养殖业规模化发展带来的生态环境问题日趋严峻，已成为学者关注的重点领域。廖青等（2013）对广西2010年畜禽类粪便资源量和污染物进行了评估，发现广西畜禽养殖业对土壤环境影响较小，但对水体环境已构成严重威胁。黎运红和谭鹤群（2015）从畜禽粪便资源分布和环境负荷方面分析了湖北省畜禽粪便资源情况，发现2012年湖北省的畜禽资源总量已达9870万t，猪粪和牛粪的资源占比达80%;在环境负荷方面，湖北省畜禽粪便的分布具有地区差异和种类差异，且分布极不均衡，主要集中在黄冈、鄂州和孝感一带。韦春波等（2016）分析了2003—2013年黑龙江省畜禽粪便排放量及2013年时空分布特征，发现黑龙江省畜禽粪便资源总量基本稳定，虽2013年骤增，但其单位耕地承载量远小于我国土地最适宜粪便负荷量。此外，部分学者从耕地粪便资源负荷角度对河北省（白明刚和马长海，2010）、河南省（周凯等，2010）、湖南省（刘诚，2018）和山东省青岛市（王建华等，2018）的畜禽粪便资源情况进行评估并深入研究。国外研究主要集中于畜禽粪便资源的利用方面，Meyer等（2018）评估了2030年欧盟28国畜禽粪便转变为生物质能源和沼气的潜力，得出畜禽粪便资源将成为未来沼气能源的很大一部分，其资源化利用至关重要;Akdeniz（2019）开始关注动物废弃物堆肥问题，研究了生物炭在动物堆肥问题中的应用效果;Kim等（2019）研究了将山羊排泄物作为生物质能的应用技术，建议将山羊排泄物作为生产糠醛的初始原料。【本研究切入点】目前关于广西畜禽粪便资源结构、区域分布和污染风险的相关研究较少，以致于难以有效指导广西畜禽粪便资源开发及其污染治理。【拟解决的关键问题】在测度广西畜禽粪便资源及污染强度的基础上，从时间和空间两个方面，分析广西畜禽粪便资源及污染的发展变化趋势和空间分布特点，以期更全面地评估畜禽粪便资源及其对广西的污染风险，进而提出针对性的政策建议，为开发广西畜禽粪便资源及其污染治理提供参考依据。

1 数据来源与研究方法

1. 1 数据来源

广西及其各地区各类畜禽的出栏量和存栏量来源于2010—2017年《中国统计年鉴》、《中国畜牧兽医年鉴》，以及广西及其各地区的统计年鉴和《国民经济和社会发展统计公报》。数据中的生猪主要为肉猪，牛主要为肉牛，羊主要为肉羊。由于广西及其各地区的相关统计年鉴未公开蛋鸡和肉鸡数据，根据蛋鸡年均产蛋量和广西鸡蛋产量估算广西及各地蛋鸡数量，肉鸡数量为广西鸡出栏量与蛋鸡数量之差。广西及各地蛋鸡年产蛋量数据来源于2016年《第八届中国蛋鸡行业发展大会概要》，每只蛋鸡产蛋量为17.39 kg/年。各种禽畜饲养天数来源于每年汇编的《全国农产品收益资料汇编》，生猪、牛、羊和肉鸡的饲养周期均不足365 d，按实际饲养天数计算，蛋鸡饲养天数按365 d计算。2009—2016年廣西畜禽饲养天数如表1所示。广西及各地耕地面积来源于广西及各地统计年鉴。畜禽粪便排放系数和规模化养殖粪便污染系数参考耿维等（2013）、朱建春等（2014）的相关研究，见表2。

1. 2 畜禽粪便资源总量测算

参考周晶和青平（2017）的方法，主要测量广西生猪、牛、羊、肉鸡和蛋鸡等5类主要畜禽粪便资源总量，测算公式如下：

式中，t为年份，r为地区，i=1、2、3、4、5，依次分别表示生猪、牛、羊、肉鸡和蛋鸡;PMt，r表示t时期r地区畜禽粪便资源量，Qt，r，i表示t时期r地区第i种畜禽出栏量和存栏量，Tt，r，i表示t时期r地区第i种畜禽的饲养周期，Ei表示第i种禽畜粪便日排放系数。t时期广西畜禽粪便排放总量PMt为各地区畜禽粪便排放量之和，计算公式如下：

为比较分析广西各区域畜禽粪便资源丰富程度，而构建畜禽粪便资源强度指数，计算公式如下：

式中，PMLt，r表示t时期r地区单位耕地面积畜禽粪便资源量，LANDt，r表示t时期r地区的耕地面积。

1. 3 畜禽粪便污染强度测算

本研究主要针对广西畜禽规模化养殖模式下的畜禽养殖。畜禽养殖模式有零散和规模化两种。零散养殖模式与农户生产紧密结合在一起，农户生产能够自然消解粪便。规模化养殖模式远离农户生产场景，对环境的污染较大。某畜禽粪便的污染量为该畜禽粪便排放量与其环境污染系数的乘积，测算公式如下：

式中，PMPt，r，i表示t时期r地区第i种畜禽粪便的污染量，Pt，r，i表示t时期r地区第i种畜禽粪便的环境污染系数。r地区的畜禽粪便污染总量为5种畜禽粪便污染量之和，计算公式如下：

为比较分析各区域畜禽粪便的污染强度，而构建畜禽耕地粪便污染负荷指数，计算公式如下：

式中，PMPLt，r表示t时期r地区的单位耕地污染负荷。

2 结果与分析

2. 1 广西畜禽粪便资源总量及其结构

2. 1. 1 畜禽粪便资源总量分析结果 为了更全面地分析广西畜禽粪便资源的变化趋势，选取2009—2016年作为分析时间段，计算结果见表3。如表3所示，广西畜禽粪便资源较丰富，2016年总量为6373.99万t。2009—2016年，广西粪便资源总量的变化呈倒U形（图1），其中2009—2012年为增长阶段，粪便资源总量从6000.36万t增至6674.32万t;2012—2014年为稳定阶段，粪便资源总量变化幅度不明显，在6674.32万～6685.34万t;2014—2016年为下降阶段。生猪粪便和牛粪便资源量与畜禽粪便资源总量的变化趋势相同。2009—2014年生猪粪便资源量从2577.86万t增长至2982.52万t，2015年开始下降，2016年下降至2788.22万t，其中2012—2015年生猪粪便资源的变化幅度较小，相对稳定;2009—2012年牛粪便资源量从2373.70万t增至2440.24万t，之后开始下降，2016年降至2229.00万t。羊、肉鸡和蛋鸡粪便资源量处于增长态势。2009—2016年羊粪便资源量从64.58万t增至70.46万t，增幅9.10%;肉鸡粪便资源量从498.11万t增至704.74万t，增幅41.48%;蛋鸡粪便资源量从486.11万t增至581.57万t，增幅19.64%。肉鸡粪便资源量增幅最大。

2. 1. 2 耕地粪便负荷分析结果 根据畜禽粪便资源强度公式测算广西耕地畜禽粪便负荷，即每年的畜禽粪便资源总量与当年耕地面积之比，测算结果见表3。如表3所示，广西耕地粪便资源负荷逐年下降，从2009年的23.14 t/ha下降到2016年的13.08 t/ha，降幅43.47%，主要受耕地面积不断增多的影响，广西耕地面积由2009年的295.34万ha增至2016年的487.26万ha。

2. 1. 3 畜禽粪便资源量结构分析结果 畜禽粪便资源量的结构分析主要采用各类畜禽排粪量占粪便资源总量的百分比进行测算。由表3可知，生猪和牛的粪便资源量占广西畜禽粪便资源总量的比例较大，生猪粪便资源所占比例在43.00%左右，牛粪便资源所占比例在36.00%左右。羊、肉鸡和蛋鸡的粪便资源占广西畜禽粪便资源总量的比例较小，羊粪便资源所占比例约1.00%，肉鸡粪便资源所占比例在10.00%左右，蛋鸡粪便资源所占比例约9.00%。可见，生猪粪和牛粪是广西畜禽粪便资源的主要来源。

2. 2 广西畜禽粪便资源区域分布

2. 2. 1 畜禽粪便资源总量区域分布 粪便资源的区域分布主要采用2016年单位耕地资源负荷指数进行分析，用2016年各地级市的畜禽粪便资源总量与耕地面积比值进行测算，结果如图2所示。参考周晶和青平（2017）的方法，根据丰富程度，将畜禽资源区域分为丰富区、较丰富区、中等区和匮乏区4个等级区域，划分依据为0.5、1.0和1.5倍地区单位耕地面积畜禽粪便资源量平均值（下述生猪、牛、羊、肉鸡和蛋鸡的粪便资源区域划分与此相同），低于9.74 t/ha的地区为匮乏区，9.74～19.47 t/ha的地区为中等区，19.47～29.21 t/ha的地区为较丰富区，29.21 t/ha以上的地区为丰富区。

从图2可看出，2016年广西14个地级市中，玉林市和钦州市为畜禽资源丰富区，桂林、贺州、梧州和北海4个市为较丰富区，南宁、河池、崇左、百色、柳州和贵港等6个市为中等区，来宾市和防城港市为匮乏区。总体来看，广西畜禽粪便资源集中在东部和南部。

2. 2. 2 生猪粪便资源区域分布 生猪粪便资源的区域分布主要采用2016年生猪的单位耕地资源负荷指数进行分析，用2016年各地级市的生猪粪便资源量与耕地面积的比值进行测算。将生猪粪便资源区域分为低于4.49 t/ha的匮乏区，4.49～8.98 t/ha的中等区，8.98～13.47 t/ha的较丰富区和13.47 t/ha以上的丰富区。从图3可看出，在广西的14个地级市中，玉林市为丰富区，贵港、梧州、贺州、桂林和钦州等5个市为较丰富区，南宁、河池、崇左、百色、柳州和北海等6个市为中等区，来宾市和防城港市为匮乏区。总体来看，广西生猪粪便资源集中在东部地区和东南部地区，与畜禽粪便资源总量的区域分布基本合。

2. 2. 3 牛粪便资源区域分布 牛粪便资源的区域分布主要采用2016年牛的单位耕地资源负荷指数进行分析，用2016年各地级市的牛粪便资源量与耕地面积比值进行测算。将牛粪便资源区域分为低于3.11 t/ha的匮乏区，3.11～6.22 t/ha的中等区，6.22～9.33 t/ha的较丰富区和9.33 t/ha以上的丰富区。从图4可看出，在广西的14个地级市中，钦州市和贺州市为丰富区，桂林、柳州、梧州、崇左和北海等5个市为较丰富区，百色、河池、南宁、贵港和玉林等5个市为中等区，来宾市和防城港市为匮乏区。总体来看，广西牛粪便资源集中在东北部地区。

2. 2. 4 羊、肉鸡和蛋鸡粪便资源区域分布 羊、肉鸡和蛋鸡的粪便资源区域分布主要采用2016年羊、肉鸡和蛋鸡的单位耕地资源负荷指數进行分析，用2016年各地级市的羊、肉鸡和蛋鸡粪便资源量与耕地面积比值进行测算。将羊、肉鸡和蛋鸡粪便资源区域分为低于2.14 t/ha的匮乏区，2.14～4.28 t/ha的中等区，4.28～6.42 t/ha的较丰富区和高于6.42 t/ha的丰富区。从图4可看出，在广西的14个地级市中，钦州市和玉林市为丰富区，北海、贺州和梧州3个市为较丰富区，百色、河池、南宁和桂林4个市为中等区，柳州、来宾、贵港、崇左和防城港等5个市为匮乏区。总体来看，广西羊、肉鸡和蛋鸡的粪便资源集中在东南部地区。

2. 3 广西畜禽粪便污染风险分析

广西畜禽粪便污染风险采用单位耕地的污染负荷进行分析，各畜禽种类的污染结构分析则是根据各类畜禽粪便的污染比例分析，用各类畜禽粪便污染量除以污染总量测算。各类畜禽的单位耕地污染负荷是根据各畜禽粪便污染量除以各地的耕地面积测算，结果见表4。

2. 3. 1 污染总量分析结果 广西畜禽粪便污染风险主要表现在三方面：一是对空气环境的污染。由表4可知，2016年广西畜禽粪便污染总量为942.49万t，占粪便资源总量已达14.79%，其构成成分以氨、硫化氢、硫醇类和粪臭素为主，产生的刺激性、窒息性及恶臭气体会对空气产生直接污染。二是对土壤环境的污染。广西大量的畜禽粪便资源污染量将直接增加土地中的氮和磷含量，给农业耕地造成污染，尤其是广西畜禽粪便分布呈西部和北部少，东南部和南部多的状态，如不对其进行科学利用或治理，将会给广西东南部和南部的耕地造成较大污染。三是对水体环境的污染。畜禽粪便中含有大量的污染物BOD5、CODCr和NH3-N，这些污染物将会对水体产生较大污染。廖青等（2013）通过对广西2011年畜禽粪便污染物进行测算得出广西畜禽粪便污染已对广西水体构成严重污染。而2016年广西畜禽粪便总量为6373.99万t，相对于2011年的6280.62万t仍有小幅上涨，即对广西水体污染更严重。

2. 3. 2 污染结构分析结果 从内部结构分析来看，生猪粪便污染所占比例最大，占粪便污染总量的74.55%，是广西畜禽粪便污染的主要来源。肉鸡和蛋鸡其次，分别占粪便污染总量的10.62%和8.76%。牛和羊的粪便污染比例较小，分别占粪便污染总量的5.91%和0.16%，两者之和占粪便污染总量的6.07%。总体来看，广西畜禽粪便的污染风险较小，生猪粪便为环境污染风险的主要来源，治理生猪粪便环境污染较紧迫。

2. 3. 3 污染地区分布情况 将粪便污染负荷区分为低于1.46 t/ha的轻度污染区，1.46～2.92 t/ha的中度污染区，2.92～4.38 t/ha的较重污染区和高于4.38 t/ha的重度污染区。从图6可看出，在广西的14个地级市中，钦州市和玉林市为重度污染区，贺州、桂林和北海3个市为较重污染区，来宾市和防城港市为轻度污染区，百色、河池、柳州、崇左、南宁、贵港和梧州等7个市为中度污染区。相对于西部和北部而言，广西东北部和南部污染风险则较大，这些地区是广西最主要的畜禽养殖基地，耕地面积窄小零散，单位耕地负荷较重，畜禽粪便的治污十分紧迫。

3 讨论

本研究运用畜禽粪便资源强度指数和畜禽粪便污染负荷指数测算广西畜禽粪便资源结构、区域分布和污染风险。结果表明：第一，广西畜禽粪便资源较丰富，2016年已达6373.99万t，生猪粪便和牛粪便为主要来源，粪便资源总量变化呈倒U形，生猪粪便和牛粪便资源量与畜禽粪便资源总量的变化趋势相同，肉鸡粪便资源增幅最大。近年来，生猪和牛逐渐成为广西主要养殖牲畜，消费结构升级及猪肉和牛肉市场价格的变化引致畜禽粪便资源总量变化。居民收入增长带来的消费多元化扩大了肉鸡的生产规模，致使肉鸡粪便资源大幅度增加。第二，广西的耕地粪便资源负荷逐年下降，畜禽粪便资源集中在东部和南部，其中生猪粪便资源集中在东部和东南部，牛粪便资源集中在东北部，羊粪和鸡粪便资源集中在东南部。广西东部和南部地区是传统生猪养殖地区，城镇化率较高，且与广东比邻，生猪养殖规模大，粪便资源较集中。广西东北部贺州、柳州和桂林等地区以养牛为主，牛粪便资源量较丰富。第三，畜禽粪便污染风险较小，生猪粪便为环境污染风险的主要来源，东北部和南部污染风险大于西部和北部。广西东北部和南部以山地为主，耕地面积窄小零散，又是生猪主要养殖地区，单位耕地负荷较重，生猪粪便为环境风险的主要来源。

广西畜禽粪便资源总量与廖青等（2013）的研究结果（9141.30万t）存在差别，主要由于本研究采用的粪便排泄系数不同及更权威细致的养殖周期造成;但在资源构成方面，均认为主要来源为生猪粪便和牛粪便。本研究更细致地研究了广西近十年畜禽粪便资源和污染风险的变化趋势和空间分布，并充分利用单位耕地负荷指数分析广西各地级市的承载力情况。2016年广西耕地粪便资源负荷为13.08 t/ha，与河北省29.68 t/ha（白明刚和马长海，2010）、河南省40.79 t/ha（周凯等，2010）、湖南省43.42 t/ha（刘诚，2018）、山东省青岛市9.32 t/ha（王建华等，2018）相比，广西的单位耕地畜禽粪便资源负荷较小。在风险研究方面，与周晶和青平（2017）研究湖北省畜禽粪便污染风险的方法相似，但本研究更细分地从总量、内部结构及空间分布等方面进行分析。下一步将从氮磷量的角度进行更细致分析，以实现对广西畜禽粪便资源更全面地认识。

4 建议

4. 1 推广生态化养殖和粪便减量无害技术，从源头减排控污

广西应探索适合的生态养殖模式，推广粪便减量无害技术。在东部和南部等畜禽粪便排污重区把畜禽养殖业、果园和水产养殖业相结合，发展循环利用的一体化养殖种植结合产业，推广节水、节料等清洁养殖工艺，干清粪、微生物发酵等实用技术及先进的畜禽粪便清除工艺、技术，如猪场干湿分离技术、鸡场鸡粪传送技术、养殖场污水生态湿地处理技术等，实现源头减量;在西部和北部等畜禽排污较少的地区推广堆放生物发酵、土地消纳利用等粪便传统消解法，实现经济效益和环境效益的双赢。

4. 2 加大糞便资源化扶持力度

根据《畜禽规模养殖污染防治条例》中关于畜禽粪便资源化利用的激励措施，加大财政投入力度，如贷款贴息、增加补贴、减免税收、实施奖励、参股投入、地方配套等方式，促进广西规模畜禽养殖业废弃物的资源化利用，发挥财政资本的乘数效应和杠杆效应，吸引社会资本进入，探索PPP等机制模式。进一步加大对大中型沼气项目、热电联产项目、有机肥项目等畜禽粪污处理资源化项目的财政扶持力度，通过各种方法促进广西畜禽养殖业粪便的资源化利用。

4. 3 发展畜禽粪便资源开发市场，探索建立畜禽粪便回收资源利用体系

在广西东部和南部养殖密集区鼓励、支持和发展畜禽粪便有机化肥产业，兴建有机肥厂加工处理禽畜粪便。探索建立由政府引导、企业为主体、市场起决定作用的跨地区粪便资源回收再利用系统，制定有机肥料产品标准，解除市场对有机肥料产品性能不稳定的担忧，加速有机肥市场发展。形成专业化投资建设管理模式，推进专业化商业模式的形成，从而提高资源利用效率，减少东部和南部等地区因粪便过多而带来的污染，弥补中部和西部等粪便资源匮乏地区化肥不足的问题。

4. 4 建立长效督查管理机制

严格执行畜禽养殖法律法规，严把执法环节，根据《中华人民共和国环境保护税法》《畜禽规模养殖污染防治条例》等法律法规，做好新建养殖场的审批和环境评估，对经营中的养殖场加强环境监管，及时整改污染措施不到位的养殖场。

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（責任编辑 罗 丽）