吉林省畜禽粪污土地承载力测算及环境风险评价

刘美玲，王桂霞，杨义风

（吉林农业大学经济管理学院，吉林 长春 130118）

随着畜牧业规模化水平的不断提高，种养经营主体逐渐分离，隔绝了畜禽废弃物天然还田通道，使得畜禽养殖排污量明显升高，对环境造成严重污染[1]。当前，我国畜牧业污染已经超过钢铁和煤炭污染，其中畜禽粪污污染所占比重最高[2]。畜禽粪污中所含的氮、磷等营养成分若未经处理直接排放到土壤和水中，会对农作物和人的身体健康造成消极影响。由此可见，粪污污染已经成为畜牧业转型升级和可持续发展过程中亟待解决的关键问题。

当前，我国已从过去畜禽粪污的治理转向畜禽粪污的综合利用[3]。对于畜禽粪肥土地承载力的测算，大体分为两类，第一类是测算单位土地面积所能消纳的畜禽粪污总量和污染风险的等级[4]，此种方法适合大环境下的污染风险评估。第二类是根据区域内土壤自身肥力、农作物养分需求量估算畜禽粪肥的施用量，也可以通过一定比例的化肥施用量来测算畜禽粪肥的养分供给量，建立养分平衡模型，从而估算出土地承载力[5]。此种方法需要大量的相关数据，但是可以科学地反映区域内种植单元与养殖单元的平衡关系和调控化肥与畜禽粪肥的配施比例[6]。

吉林省饲料的充足供给和资源环境优势为大力发展畜禽养殖业提供了良好的条件[7]。2016年6月农业部颁布的《全国生猪生产发展规划（2016—2020）》中将南方多省区列为生猪约束发展区，将东北三省和内蒙古列为潜力增长区。那么，在“南猪北养”政策格局下，吉林省畜禽养殖业机会与挑战并存，随着畜禽养殖数量的增加和规模的大幅提高，畜禽粪污也会随之增多，这势必会对吉林省的环境造成一定的影响[8]，然而却少有对吉林省土地承载力测算及环境风险评估的研究。为了进一步分析畜禽粪污对环境的影响程度，本文根据2018年农业部颁布的《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》中的土地承载力计算方法和《吉林统计年鉴》中的播种面积、畜禽年末存栏量和农作物产量等数据，对吉林省9个市（州）的农作物粪肥养分需求量和环境污染风险指数进行测算，分析畜禽粪污土地承载力情况，对环境风险进行评估。此种方法以养分平衡理论为基础，可以科学地反映出种植业与养殖业的平衡关系，监测环境污染风险情况，为促进吉林省构建种养结合、农牧循环、可持续发展畜牧业新格局提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 吉林省及其各市（州）2017年末养殖存栏数与猪当量 吉林省及省内9个市（州）的牛、猪、羊、家禽等年末存栏量、农作物化肥施用量、播种面积和产量等数据均来源于《吉林统计年鉴》，由于部分市（州）奶牛养殖量较少，所以将奶牛与肉牛养殖量合并，按照肉牛系数换算成猪当量。

将吉林省主要养殖畜种存栏量转换成猪当量核算吉林省畜牧业生产概况。将猪、牛、羊和家禽换算成猪当量为2 871.25万头，猪的养殖比重为31.73%，肉牛为37.38%，家禽为22.08%，其中牛和猪的比重合计72.36%，为全省主要畜种（表1）。将存栏量换算成猪当量后可以看出长春市、松原市、四平市和吉林市畜禽养殖量较多（表2）。

表1 2017年吉林省畜禽养殖生产总体情况

表2 2017年吉林省各市（州）畜禽养殖生产情况

1.1.2 吉林省2017年农作物产量及养分需求量 2017年吉林省农作物总播种面积为6 086 170 hm2，其中主要农作物播种面积为6 013 830 hm2；全省主要农作物总产量为46 903 700 t；氮养分需求量为1 041 150.41 t，磷养分需求量为94 546.58 t（表3）。因吉林省内饲料和药材等作物种植量较少，所以暂不计入。

表3 吉林省主要农作物生产及养分需求分析

1.1.3 吉林省土壤肥力指标及粪肥配施比例 吉林省土壤有效磷为26.7 mg/kg，根据吉林省土壤养分特征将吉林省土壤氮、磷养分定位为Ⅱ级[9]，结合当地农民生产实践，区域粪肥占施肥比例取值为15%，施肥供给养分占比为45%，粪污氮素和磷素当季利用率分别取25%和30%。

1.2 方法

1.2.1 研究依据和计算公式 根据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》所给出的土地承载力计算方法以及猪当量换算标准，100头猪相当于15头奶牛、30头肉牛、250只羊、2 500只家禽，单位猪当量氮、磷养分供给量分别为7.0 kg和1.2 kg。

式（1）中：Mx为区域内农作物氮、磷养分需求量（t/a）；mi为区域内农作物i的产量；Bi,x为区域内农作物i每100 kg产量对氮、磷的养分需求量（kg），x为氮素或者磷素的数量。

式（2）中：Fx为区域内农作物氮、磷粪肥养分需求量（t/a）；Mx为区域内农作物氮、磷养分需求量（t/a）；e为施肥供给养分占比（%）；h为粪肥占施肥比例（%）；rx为区域内畜禽粪污氮素和磷素当季利用率（%）。

式（3）中：Gx为区域内畜禽粪污承载力（万头）；Qx为单位猪当量氮、磷养分供给量（kg）；Fx为区域内农作物氮、磷粪肥养分需求量（t/a）。

式（4）中：PI为区域畜禽粪便污染风险指数，具体可分为5级[10]，A为区域内实际畜禽养殖换算成猪当量的总数（万头）；G为区域内土地承载猪当量（万头）。

1.2.2 作物吸收养分的参数选择 单位农作物对养分的吸收能力和需求情况可以反映出养分的含量和去向，体现出区域内土壤对粪肥养分的吸收能力。根据区域内主要农作物的种类和产量，参考《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》中每种农作物100 kg产量对氮、磷养分的需求系数，可以测算出农作物粪肥养分需求量。

2 结果与分析

2.1 农作物粪肥养分需求量测算结果

结合农作物养分需求量及公式（2），可以测算出全省及各市（州）农作物粪肥养分需求量。通过测算，2017年吉林省农作物粪肥氮需求量为281 110.61 t，粪肥磷养分需求量为21 272.98 t。从各市（州）的粪肥养分需求量来看，各市（州）对氮的粪肥需求量均大于对磷的粪肥需求量，其中长春市的氮、磷粪肥需求量最高，白山市最低（表4），可见2017年长春市农作物产量较高，对粪肥的需求量也较高。其中测算数据不含园林水果、饲料作物、药材等作物养分需求量。

2.2 土地承载力分析

根据畜禽粪肥氮磷养分需求量结合公式（3），以畜禽粪污氮磷供给量测算，吉林省以氮计畜禽理论承载量为10 090.51万头猪当量，以磷计理论承载量为6 223.5万头猪当量，均高于吉林省实际养殖的2 871.25万头猪当量，可见，从省内布局看畜禽养殖还有较大的发展空间；但是从市（州）层面看，部分市（州）实际养殖的畜禽数量高于理论承载数量，虽从省域层面看可以消纳省内粪污，但是将承载力尺度缩小至市（州）层面后，发现省内局部地区存在承载力风险。

2017年吉林省农用化肥施用总量为4 349 000 t，其中氮肥1 521 000 t、磷肥409 000 t、钾肥301 000 t、复合肥2 118 000 t。根据上文测算分析，吉林省农作物化肥氮、磷需求量分别为281 110.61 t和21 272.98 t，其施用量已经远远超过需求量。

表4 2017年吉林省各市（州）农作物粪肥养分需求量 t

2.3 环境风险评价

根据公式（4）结合吉林省内实际养殖猪当量总数和土地承载力，测算畜禽粪便污染风险指数，其中以氮计风险指数为0.28，以磷计风险指数为0.46，均小于0.7，为Ⅰ级（表5），土地承载力情况有较大的发展空间（表6）。但是省内各市（州）存在超载情况，白山市以磷计算风险指数已经超过1.4，明显超载；四平市和延边朝鲜族自治州以磷计算风险指数超过1.0，已经超载；长春市以氮、磷计算的风险指数分别为0.76和0.95，尚有发展空间，但是即将超过临界值（表7）。在吉林省9个市（州）中以磷计算风险指数，已经有3个市（州）超载，1个市即将超载，5个市有较大发展空间，说明从省内布局来看，畜禽养殖密度分布不均，造成局部市（州）超载。

表5 区域畜禽粪便污染风险指数分级

表6 2017年吉林省畜禽养殖承载力及污染风险指数

表7 2017年吉林省各市（州）畜禽养殖承载力及污染风险指数

3 结论与建议

3.1 结论

通过对吉林省及其9个市（州）畜禽粪污土地承载力的测算及环境风险评价，可以得出以下结论：吉林省从省内布局看畜禽粪污完全可以在省内消纳，土地畜禽承载力有较大的发展空间，但是从地市层面看，局部市（州）已经超载；吉林省内氮、磷肥施肥量远高于农作物对其的需求量，目前粪肥施肥比例过低，化肥施用量过高；缩小承载力计算的区域尺度发现吉林省内9个市（州）中白山市、四平市、延边朝鲜族自治州已经超载，长春市已经接近临界值即将超载，吉林、松原、辽源、通化、白城等市还有较大发展空间，可见省内养殖空间布局不科学。

3.2 建议

3.2.1 缩小承载力计算尺度，合理规划养殖业 土地承载力的测算要综合考虑各项环境因素，要以最短缺的因素为限制，以最小的承载力尺度放大极值，区域尺度过大可能会忽略局部情况。本文获取数据受到约束，所以测算了一级地市的畜禽粪污土地承载力和污染风险指数。承载力尺度越小，越能反映种植业和养殖业实际的污染风险情况。将承载力尺度尽可能缩小，以种植业和养殖业结合为前提，合理规划养殖业的发展，将新增的养殖量投放到风险指数小的地区。

3.2.2 实施测土配方施肥，增加粪肥施用量 吉林省氮、磷肥的施用量已经超过了农作物对氮、磷的需求量。磷肥自身带有少量重金属，过多施用会造成土壤污染，不利于农作物的生长。测土配方技术根据区域气候特征、土壤养分含量、农作化肥需求量，可以提供有针对性的配方肥，在维持土壤自身养分的基础上，提供适宜的肥料，提高有机肥的施用率，改善土壤质量，增加农作物产量。调整粪肥施用比例，逐渐降低化肥施用量，发挥畜禽粪肥在一定程度上增强土壤养分的作用，实现粪污的资源化利用。

3.2.3 促进种养结合，实现粪污资源化利用 将经过处理的畜禽粪污化为含有养分的有机肥，以肥料的形式回归农田，是形成农业生产内部物质和能量循环利用的最好模式。畜禽粪污的资源化利用的最终落脚点是实现种养结合，农牧循环，提高种植业和养殖业的生产潜力，构建绿色畜牧业的新格局。由于粪肥的处理加工过程繁琐，所以农户并不愿意利用粪肥，因此，需要政府通过经济激励和环境规制并举的方式，规范和激发农户粪污资源化利用行为的同时，培育畜禽粪污资源化利用社会化服务体系，组织养殖场（户）与合作社、环境治理企业等的合作，形成多元治污格局。另外，政府要对养殖企业的粪肥资源利用效果进行定期考核，并对土地质量进行检测，最终实现种养结合，提高粪肥资源利用率。