山西省主要粮食作物耕地的畜禽粪污土地承载力分析

闫熠峰，刘子勇，成锦霞

（山西省农业规划设计研究院，山西太原030001）

十九大报告明确指出，要建设的现代化是人与自然和谐共生的现代化。随着养殖业发展，畜禽粪污资源化利用越来越重要，虽然畜禽粪污作为有机肥还田用于作物的生产是最合适的去向，但当一定区域内畜禽养殖规模超过土地承载力时，就有可能对土壤、水体与大气环境造成污染，因此，以资源环境承载力为基准，进一步优化种植业、养殖业结构，促进农业资源环境的合理开发与有效保护，才能进一步改善农村居民生产生活环境，促进农业绿色可持续发展，真正实现人与自然和谐共生。

山西省为全面贯彻落实党的十九大精神，牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，2017 年出台了《山西省畜禽粪污处理和资源化利用工作方案（2017—2020 年）》[1]。方案要求坚持保供给与保环境并重，根据环境承载能力确定畜禽养殖的品种、规模总量，以种养结合、循环利用为主要推广模式，全面推进畜禽粪污处理和资源化利用，加快全省畜牧业绿色发展步伐和全省生态文明建设步伐。关于畜禽粪污资源化利用国内学者开展了许多研究[2-4]。

本研究以2017 年山西省各市县区主要粮食作物（小麦、玉米、谷子、高粱、大豆和马铃薯）产量和山西省各市县区主要畜禽（牛、猪、羊和家禽）年末存栏量[5]，结合粮食作物吸收氮、磷养分的数量和各种畜禽粪肥养分供给量展开分析，从宏观的角度，对山西省各市县区畜禽粪肥供给量和土地承载力进行对比分析，为各市县区以种定养和养殖规模调整提供依据。

1 山西省种植业和养殖业概况

山西省是我国内陆省份，位于黄河中游东岸，华北平原西面的黄土高原上，全省总面积15.67 万km2，在气候类型上属于温带大陆性季风气候，具有四季分明、雨热同步、光照充足、南北气候差异显著、冬夏气温悬殊、昼夜温差大的特点，全省各地年降水量介于358～621 mm，季节分布不均，夏季6—8 月降水相对集中，约占全年降水量的60%。

1.1 种植业现状

2017 年，山西省的粮食作物总播种面积为317.159 万hm2，比2015 年减少8.475 万hm2，比2010 年减少3.869 万hm2，但是主要粮食作物产量均有所增加。2017 年与2015 年相比，谷子和马铃薯产量增加较多，分别增产9.83 万、13.92 万t；2017 年与2010 年相比，小麦、玉米、谷子和马铃薯大幅度增产，分别增加15.51 万、168.42 万、22.26 万、20.62 万t（表1）。

表1 山西省主要年份主要粮食作物的产量[5] t

1.2 养殖业现状

由表2 可知，2017 年山西省猪、牛的出栏量较2015 年均有下降，猪出栏量降幅较大，从2015 年的906.39 万头降至2017 年的822.80 万头；牛的降幅较小，从2015 年的40.23 万头降至2017 年的40.13 万头，减少0.10 万头。羊的出栏量从2015 年的537.86 万头增至2017 年的590.54 万头。而2017 年同2010 年相比，猪、牛、羊的出栏量均有较大增加，分别增加93.15 万、5.15 万、165.60 万头。2017 年牛、猪、羊、家禽的存栏量较2010 年均有所增加，而与2015 年相比，除牛的存栏量略有增加外，猪、羊、家禽的存栏量均有所下降（表3）。

表2 山西省主要年份主要畜禽的年出栏量[5]

表3 山西省主要年份主要畜禽的年末存栏量[5]

2 山西省各市县区主要粮食作物对氮、磷素养分的需求量

根据2017 年各市县区6 种主要粮食作物的产量数据和山西省土壤工作站提供的不同作物形成100 kg 经济产量需要吸收氮、磷养分量的推荐值，计算出山西省各市县区6 种主要粮食作物对氮、磷素养分的需求量（表4）。

2017 年山西省11 个地市对氮素养分的总需求量为40.59 万t，其中，太原市0.80 万t、大同市2.65 万t、阳泉市0.65 万t、长治市4.16 万t、晋城市2.37 万t、朔州市3.07 万t、晋中市4.54 万t、运城市8.50 万t、忻州市4.27 万t、临汾市7.08 万t、吕梁市2.50 万t。

表4 形成100 kg 经济产量所吸收的养分量 kg

2017 年山西省11 个地市对磷素养分的总需求量为14.29 万t，其中，太原市0.27 万t、大同市0.90 万t、阳泉市0.22 万t、长治市1.41 万t、晋城市0.80 万t、朔州市1.04 万t、晋中市1.53 万t、运城市3.20 万t、忻州市1.50 万t、临汾市2.60 万t、吕梁市0.82 万t。

太原市的清徐县和阳曲县对氮、磷素的需求量较大，迎泽区和杏花岭区需求量较小；大同市的阳高县、天镇县、广灵县和浑源县对氮、磷素的需求量较大，左云县和开发区需求量较小；阳泉市的盂县对氮、磷素的需求量较大，郊区需求量较小；长治市的屯留县和长子县对氮、磷素的需求量较大，城区需求量较小；晋城市的泽州和高平市对氮、磷素的需求量较大，开发区需求量较小；朔州市的朔城区和应县对氮、磷素的需求量较大，开发区需求量较小；晋中市的寿阳县、太谷县、祁县和平遥县对氮、磷素的需求量较大，开发区需求量较小；运城市的闻喜县、芮城县和永济市对氮、磷素的需求量较大，垣曲县需求量较小；忻州市的忻府区和原平市对氮、磷素的需求量较大，五台山风景名胜区需求量较小；临汾市的襄汾县和洪洞县对氮、磷素的需求量较大，吉县需求量较小；吕梁市的文水县对氮、磷素的需求量较大，中阳县需求量较小。

3 山西省各市县区主要粮食作物对粪肥养分的需求量

3.1 主要粮食作物对粪肥养分需求量的测算方法

依据农业部制定的《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》[6]中的测算方法，对不同土壤肥力下区域内植物氮（磷）总养分需求量进行计算。

氮（磷）施肥供给养分占比根据土壤氮（磷）养分确定，土壤不同氮磷养分水平下的施肥供给占比不同（表5）。根据山西主要耕作土壤肥力的研究结果[6-7]，本研究的土壤肥力按Ⅱ级计算，施肥供给养分占比45%[7-8]计算。不同区域的粪肥占施肥比例应根据当地实际情况确定，本研究计算按50%取值；依据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》，粪肥中氮素当季利用率推荐值为25%～30%，磷素当季利用率推荐值为30%～35%，具体根据当地实际情况确定，本研究计算均按中间值取。

表5 土壤不同氮磷水平下施肥供给养分占比[6]

3.2 主要粮食作物对粪肥养分需求量

按照3.1 计算方法得出，山西省11 个地市6 种主要粮食作物小麦、玉米、谷子、高粱、大豆、马铃薯对粪肥养分氮的需求总量为33.21 万t，其中，太原市0.65 万t、大同市2.17 万t、阳泉市0.53 万t、长治市3.40 万t、晋城市1.94 万t、朔州市2.51 万t、晋中市3.72 万t、运城市6.96 万t、忻州市3.50 万t、临汾市5.79 万t、吕梁市2.04 万t。

11 个地市对粪肥养分磷的需求总量为9.89 万t，其中，太原市0.19 万t、大同市0.62 万t、阳泉市0.15 万t、长治市0.98 万t、晋城市0.55 万t、朔州市0.72 万t、晋中市1.06 万t、运城市2.21 万t、忻州市1.04 万t、临汾市1.80 万t、吕梁市0.57 万t。

计算分析中施肥供给养分占比、粪肥占施肥比例以及粪肥当季利用率均为确定的数值，故此计算结果所反映的不同市县区粪肥养分的需求量的比较情况同市县区主要粮食作物对氮、磷素养分的需求量的比较结果一致。

4 山西省各市县区主要粮食作物耕地的畜禽粪污土地承载力

畜禽粪污土地承载力是指在土地生态系统可持续运行的条件下，一定区域内耕地、林地和草地等所能承载的最大畜禽存栏量。畜禽粪污土地承载力一般用猪当量来衡量。猪当量指用于衡量畜禽氮（磷）排泄量的度量单位，1 头猪为1 个猪当量[6]。本研究主要探讨各市县区种植6 种主要粮食作物小麦、玉米、谷子、高粱、大豆、马铃薯的耕地畜禽粪污土地承载力。综合考虑畜禽粪污养分在收集、处理和贮存过程中的损失，单位猪当量氮养分供给量为7.0 kg，磷养分供给量为1.2 kg。

4.1 山西省各市县区主要粮食作物耕地的畜禽粪污土地承载力（氮）

依据各市县区6 种主要粮食作物小麦、玉米、谷子、高粱、大豆、马铃薯对粪肥养分氮的需求量和单位猪当量氮养分供给量，计算得出各市县区主要粮食作物耕地的畜禽粪污土地承载力（氮）总数量为4 744.67 万个猪当量，其中，太原市92.90 万个猪当量、大同市309.48 万个猪当量、阳泉市75.88 万个猪当量、长治市486.18 万个猪当量、晋城市277.19 万个猪当量、朔州市358.81 万个猪当量、晋中市530.97 万个猪当量、运城市994.06 万个猪当量、忻州市499.40 万个猪当量、临汾市827.77 万个猪当量、吕梁市292.03 万个猪当量。

4.2 山西省各市县区主要粮食作物耕地的畜禽粪污土地承载力（磷）

依据山西各市县区6 种主要粮食作物小麦、玉米、谷子、高粱、大豆、马铃薯对粪肥养分磷的需求量和单位猪当量磷养分供给量，计算得出各市县区主要粮食作物耕地的畜禽粪污土地承载力（磷）总数量为8 241.82 万个猪当量，其中，太原市154.70 万个猪当量、大同市519.65 万个猪当量、阳泉市127.34 万个猪当量、长治市814.89 万个猪当量、晋城市460.79 万个猪当量、朔州市597.28 万个猪当量、晋中市880.20 万个猪当量、运城市1 843.80 万个猪当量、忻州市864.69 万个猪当量、临汾市1 504.68 万个猪当量、吕梁市473.80 万个猪当量。

4.3 山西省各市县区主要粮食作物耕地的畜禽粪污土地承载力

按照氮和磷计算得出山西省各市县区主要粮食作物耕地的畜禽粪污土地承载力，2 组数值取最小值，得出山西省各市县区主要粮食作物耕地的畜禽粪污土地承载力。山西省所有市县区6 种主要粮食作物耕地的畜禽粪污土地承载力均取决于氮素的土地承载力。因此，各市县区主要粮食作物耕地畜禽粪污土地承载力总数量为4 744.67 万个猪当量，其中，太原市92.90 万个猪当量、大同市309.48 万个猪当量、阳泉市75.88 万个猪当量、长治市486.18 万个猪当量、晋城市277.19 万个猪当量、朔州市358.81 万个猪当量、晋中市530.97 万个猪当量、运城市994.06 万个猪当量、忻州市499.40 万个猪当量、临汾市827.77 万个猪当量、吕梁市292.03 万个猪当量。

山西省各市县区主要粮食作物耕地畜禽粪污土地承载力由作物粪肥养分氮的需求量和单位猪当量氮养分供给量决定，单位猪当量的氮养分供给量是一确定数值，故此计算结果所反映的不同市县区的主要粮食作物耕地畜禽粪污土地承载力比较情况同各市县区主要粮食作物对粪肥养分的需求量比较结果一致。

5 山西省各市县区主要畜禽年末存栏量猪当量折算

本研究对山西省各市县区主要粮食作物粪污土地承载力和畜禽养分供给量比较分析时，选择了4 种主要畜禽，畜禽分别是牛（奶牛、其他）、猪、羊和家禽。

依据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》中的标准，按存栏量折算：100 头猪相当于15 头奶牛、30 头肉牛、250 只羊、2 500 只家禽。根据2018 年《山西省统计年鉴》的数据，结合《2015 年度山西省奶业发展报告》[9]的数据，折算出山西省各市县区主要畜禽牛（奶牛、其他）、猪、羊、家禽年末存栏量猪当量数量。各市县区主要畜禽牛、猪、羊、家禽年末存栏量猪当量总数量为2 219.77 万个猪当量，其中，太原市77.62 万个猪当量、大同市277.74 万个猪当量、阳泉市35.45 万个猪当量、长治市168.70 万个猪当量、晋城市156.85 万个猪当量、朔州市211.89 万个猪当量、晋中市279.30 万个猪当量、运城市315.06 万个猪当量、忻州市242.07 万个猪当量、临汾市213.92 万个猪当量、吕梁市241.17 万个猪当量。

太原市的清徐县和阳曲县主要畜禽年末存栏量折算成的猪当量数较大，迎泽区较小；大同市的阳高县、浑源县猪当量数较大，开发区较小；阳泉市的平定县猪当量数较大，郊区较小；长治市的长治县和长子县猪当量数较大，城区较小；晋城市的泽州县和高平市猪当量数较大，开发区较小；朔州市的山阴县和应县猪当量数较大，开发区较小；晋中市的太谷县和平遥县猪当量数较大，开发区较小；运城市的稷山县和新绛县猪当量数较大，河津市较小；忻州市的繁峙县和原平市猪当量数较大，五台山风景名胜区较小；临汾市的襄汾县猪当量数较大，大宁县较小；吕梁市的文水县猪当量数较大，石楼县较小。

6 山西省各市县区主要粮食作物耕地粪污土地承载力与主要畜禽年末存栏量（猪当量计）比较

山西省11 个地市6 种主要粮食作物小麦、玉米、谷子、高粱、大豆、马铃薯耕地总的粪污土地承载力均比各市主要畜禽牛、猪、羊、家禽年末总的存栏量折算的猪当量要大，但是各个县区的情况不同，除晋城市、运城市和临汾市所有的区县6 种粮食作物耕地粪污土地承载力均大于4 种畜禽年末存栏量折算的猪当量外，其余各市中都有区县粪污土地承载力小于畜禽年末存栏量折算的猪当量的情况，如太原市的迎泽区、杏花岭区、尖草坪区、万柏林区、娄烦县和古交市；大同市的南郊区、新荣区、灵丘县、左云县和大同县；阳泉市郊区和长治市郊区；晋中市开发区；朔州市的平鲁区和右玉县；忻州市的繁峙县、宁武县、静乐县、岢岚县和五台山风景名胜区；吕梁市的离石区、交城县、方山县、交口县、中阳县和孝义市。

7 结论

7.1 优化畜牧业区域布局

各市需要进一步调整优化畜禽养殖布局，坚持以土地承载能力定畜、以种定养，将养殖重点区域调整到土地承载能力较大的县区，促使种养业在布局上相协调，在规模上相匹配。如太原市可以增加养殖规模的区县有阳曲县、清徐县；大同市可以增加养殖规模的区县有阳高县、天镇县、广灵县；阳泉市的盂县；长治市的襄垣县、屯留县、长子县和沁县；朔州市可以增加养殖规模的区县有山阴县、应县等；忻州市可以增加养殖规模的区县有定襄县、五寨县。

7.2 粪肥合理管理，科学调配施用

对于畜禽规模养殖场要按照本场条件选择适合的畜禽粪污处理工艺，配备必要的粪污收集、贮存、处理、利用设施，减少粪污污染，提高粪污利用率；对于畜禽散养密集区，建议建设集中处理中心，将粪污全量收集，依托专业化的粪污收集企业、粪污处理企业和有机肥生产企业，集中收集粪污并进行无害化处理。各县市区应重点推广“粪污全量收集还田利用”、“粪污专业化能源利用”、“粪便垫料回用”、“污水肥料化利用”等模式[10-13]，对粪肥进行合理管理，科学调配施用，增加有机肥施用量，减少化肥使用量，推进种植业、畜牧业生产和生态环境保护协同发展，加快山西省生态文明建设。