基于种养平衡的三峡库区典型区域畜禽养殖污染防控对策研究

王 超，李 建，辛小康，尹 炜

（长江水资源保护科学研究所，武汉 430051）

随着中国畜禽养殖业迅速发展，养殖污染排放也随之增多，已逐步成为我国农村和农业污染的主要来源，如何有效处理畜禽粪尿已成为社会各界关注的热点。实践表明，将畜禽粪尿作为养分进行还田利用，是最为经济可行的处理方式[1]。然而，一旦畜禽粪污负荷量超过作物养分需求，则将造成养分流失，引起江河水体富营养化、土壤矿物质损失等问题[2-4]。从种植业与畜牧业的种养平衡角度，分析畜禽污染治理对策具有重要的现实意义。

通过科学估算区域畜禽养殖环境承载力来预测理论最大饲养量，并依此优化调整畜牧业空间布局和产业结构，实现种养平衡，是实现畜牧业发展与生态环境保护双赢的基础，也是当前研究的热点[5-7]。畜禽粪污风险指数是衡量畜禽养殖环境承载力的常用指标。如张英等[8]研究表明，河南省可承载的猪当量为7 402.4万头，实际养殖已超载2 047.3万头猪当量，畜禽粪污风险较高。邱乐丰等[9]计算了杭州的畜禽养殖污染风险指数，以氮（N）、磷（P）计分别为0.73和0.69，说明杭州市整体处于畜禽养殖低污染风险状态。吴永胜等[10]研究表明，成都市平均畜禽粪便、粪便氮和粪便磷的耕地承载负荷分别为20.40 t/hm2、112.51 kg/hm2和21.47 kg/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。

三峡库区是西南地区重要的畜禽养殖区域，畜牧养殖业已经成为库区农业和农村经济的支柱产业及农民增收的重要来源[11]。随着城乡统筹和现代农业的发展，重庆市的畜牧养殖业发展较快，近两年来涌现出了一大批规模化养殖场，已明显呈现区域化特征。随着养殖场规模不断扩大、数量不断增加，养殖场粪污产生的环境问题日益突出，对三峡库区水环境的影响越来越大[12]。分析三峡库区典型区域的畜禽养殖土地承载能力，从种养平衡的角度提出畜禽养殖污染的防控对策，对三峡库区的生态环境保护和治理具有重要的现实意义。

1 研究区概况

以重庆市江津区作为三峡库区的典型区域。江津区地处重庆西南部，东邻重庆市九龙坡区和巴南区，南靠贵州省习水县，西接四川省合江县，北连重庆市永川区、璧山区，是长江上游重要的水陆交通枢纽，三峡库区的门户，也是重庆市主要的畜禽养殖区域。江津区地处长江河谷向云贵高原过渡地带，南高北低，南北又向长江倾斜，丘陵起伏，山脉蜿蜒。在境内展布的地形地貌有中低山、深中浅丘陵、河谷阶地。江津区下辖5个街道，25个镇，幅员面积3 218 km2。江津区境内江河纵横交错，均属长江水系的长江上游干流区。流域面积大于30 km2的河流28条，其中流域面积大于200 km2的有7条，即长江、临江河、璧南河、塘河、驴子溪、綦江河、笋溪河。28条河流的流域范围如图1所示，河流概况如表1所示。

图1 江津区行政边界及流域单元划分Fig.1 Administrative boundary and watershed unit division of Jiangjin District

江津区是重庆市重要的畜禽产品主产区，其中生猪和家禽生产在重庆市占有重要的地位。近十余年来，江津区畜禽规模养殖快速发展，全区形成了以生猪为主导产业，以山羊、中蜂、林下生态养殖为潜在优势产业的发展格局。近年来，江津区不断提升规模化畜禽养殖覆盖率，以生猪为主导的现代畜牧产业集群基本形成，生猪规模养殖场达70%。全区能繁母猪存栏常年保持在5万头左右，全区生猪存栏量常年保持在60万头左右，出栏生猪100万头左右，主要养殖区位于夏坝、白沙、吴滩、先锋、德感、珞璜、油溪等镇街。

2 研究方法

2.1 畜禽粪污土地承载力测算

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。根据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》（以下简称《指南》）[13]，区域畜禽粪污土地承载力测算方法如下：

式中：T为区域畜禽粪污土地承载力（按猪当量计），头/季；L为区域植物粪肥养分需求量，kg/季；C为单位畜禽粪肥养分供给量（按猪当量计），kg/头。依据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》，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。单位畜禽粪肥养分供给量根据《指南》推荐取值，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。

区域植物粪肥养分需求量计算方法如下：

式中：L为植物粪肥养分需求量，kg/季；P为区域植物养分需求量，kg/季；y1为施肥供给养分占比，施肥供给养分占比根据土壤养分确定，根据《指南》推荐值，取45%；y2为粪肥当季利用率，粪肥当季利用率根据指南推荐值范围取平均值，其中氮素当季利用率取27%，磷素当季利用率取33%。

区域植物养分需求量计算方法如下：

式中：P为植物养分需求量，kg/季；Si为第i种植物的种植面积，亩/季；Mi为第i种植物的养分需求量，kg/（亩·季）。不同植物种植面积参考江津区统计年鉴[14]，不同植物的养分需求量参考《指南》提供的参数。

2.2 畜禽粪污环境风险评估

计算畜禽粪污风险指数如下：

式中：R为畜禽粪污风险指数；B为畜禽养殖量（按猪当量计）；T为区域畜禽粪污土地承载力（按猪当量计）。

根据沈根祥等[15]的研究，依据种植过程中存在的有机肥和无机肥配施比例在1∶5至1∶1之间这一实际情况，耕地畜禽粪尿负荷污染风险警报分级可分为6级，R≤0.4，表示对环境没有造成污染；0.42.5，表示对环境造成很严重污染。

3 结果讨论

3.1 畜禽粪污土地承载力分析

江津区畜禽粪污土地承载力计算结果，见表2。根据江津区统计年鉴，2017年全区主要农作物种植面积中，水稻、玉米、薯类和蔬菜种植面积较大，共占到种植面积的80%左右。不同植物的养分需求按照氮肥计算，平均需求量在5 kg/（亩·季）左右，豆类养分需求量相对较高，接近8 kg/（亩·季），烟草相对较低，仅为2 kg/（亩·季）。植物养分需求量总共为12 552.96 t/季，换算成粪肥养分需求量为20 921.60 t/季。最后计算得到粪污土壤承载力约为298.88万头/季，其中蔬菜、水稻贡献最大，其次为玉米、薯类、豆类和油料。

表2 2017年江津区种植业承受生猪当量统计数值Table 2 Statistical value of pig equivalent borne by planting industry in Jiangjin District in 2017

3.2 畜禽养殖粪污环境风险

根据江津区统计年鉴，全区2017年生猪养殖规模为92.94万头，小家禽养殖规模约为1 164.54万只，折算成猪当量约139.52万头，小于江津区畜禽粪污承载力。全区的畜禽粪污的风险指数为0.47，略高于0.4，具有轻微污染风险。

按照28条主要河流流域进行畜禽养殖粪污环境风险分布的统计分析，结果见表3。根据养殖场的分布，畜禽养殖主要集中在长江干流、綦江河干流、笋溪河流域。其中，长江干流流域25.67万头，綦江河干流流域13.6万头，笋溪河流域20.01万头。按照各流域的农田面积占比对全区的土地承载总量进行分配，结果表明：长江干流、綦江河干流、笋溪河也是承载量最高的流域，其中长江干流流域承载量为52.9万头猪当量，笋溪河流域承载量为35.1万头猪当量，綦江河干流流域承载量为26.6万头猪当量。另外，驴子溪、复兴河、杜市河、民福溪、安家溪等流域承载量都在10万头猪当量以上。畜禽粪污风险指数计算结果表明，多数流域的畜禽粪污风险指数大于0.4，对环境造成稍有污染风险。清溪河流域风险指数高达2.42，具有严重的环境污染风险。大溪河、安家溪、桥溪河等流域位于城区，畜禽养殖量较小，因此风险指数较低；璧南河、民福溪、狮头河、石板溪、曹家沟等流域具有一定的农田面积，同时畜禽养殖规模相对较小，因此，风险指数较低。

表3 江津区分流域畜禽粪污环境风险分布Table 3 Environmental risk distribution of livestock and poultry manure in Jiangjin District

总体来看，如果农田种植全部采用粪肥，江津区现有农田耕地完全能够消化本范围内畜禽粪污。但考虑到种植过程粪肥只占到一定的比例，多数区域都具有轻微的环境风险，因此，采取畜禽粪污资源化和减量化措施显得十分必要。

3.3 基于种养平衡畜禽养殖污染防控对策

3.3.1 养殖业结构调整

按照“种养结合、生态养殖、以地定畜”的产业发展思路，调整畜禽养殖区域布局，优化畜禽养殖方式和养殖结构。合理规划畜禽养殖小区或规模化养殖场，引导农户散养的畜禽逐步集中。加强畜禽养殖规模与周围农作物种植面积配套，做到畜禽粪便、污水经处理后全部综合利用。统筹考虑种养规模和资源承载能力，妥善处理好畜牧业与环境保护关系，推进生猪和草食性牲畜为重点的畜牧业结构调整。科学划定禁限养区，加快禁养区养殖场拆迁，严格落实以地定养，采取“适度规模养殖+种养结合”循环生态模式，科学合理确定养殖密度，适度调减生猪养殖规模。

3.3.2 畜禽养殖废弃物资源化利用

实施沼渣、沼液还田，实现种养业废弃物的循环利用，解决养殖区域环境污染问题，促进养殖业可持续发展，改善养殖场和周边农村的生态环境。鼓励有机肥深加工，将大量集中或分散的畜禽粪便加工成有机肥，既有利于保护环境，又可以培肥地力，改善作物品质。建设区域畜禽粪便收集处理站，收集、贮存和堆肥处理10 km范围内中小规模养殖场或散养密集区内畜禽粪便和农作物秸秆，堆肥后就地还田利用或作为有机肥产品参与市场大循环。

3.3.3 构建“政府主导+企业主体+市场运作”的发展机制

在区政府统一领导下，建立农业、环保、发改、财政、土地等部门协调联动机制，形成工作合力，共同推进种养结合循环发展。对畜禽养殖密集区域，探索运用养治分离的PPP（public pri⁃vate partnership）模式，建立专业化生产、公司化运营的畜禽废弃物集中处理中心，形成政府、企业、社会共同参与的农业废弃物治理机制。规模化畜禽养殖业建立农牧结合粪污利用的自循环体系，形成种养业对接的畜禽粪污利用互利运行机制。

4 结论

江津区粪污土壤承载力约为298.88万头/季，其中蔬菜、水稻贡献最大，其次为玉米、薯类、豆类和油料。相比于现状畜禽养殖规模，全区的畜禽粪污的风险指数为0.47，略高于0.4，具有轻微污染风险。畜禽粪污风险指数计算结果表明，多数流域的风险指数大于0.4，对环境造成稍有污染风险。清溪河流域风险指数高达2.42，具有严重的环境污染风险。总体来看，采取畜禽粪污资源化和减量化措施显得十分必要。畜禽粪污养殖治理，一是要进行养殖业结构调整，二是要开展畜禽养殖废弃物资源化利用，三是要构建“政府主导+企业主体+市场运作”的发展机制。