枣庄市畜禽粪污土地承载潜力及畜禽粪便环境污染预警分析

王恩玲，张永翠，王元臻，伏桂华，刘建胜，胡文平*

(1.山东畜牧兽医职业学院，山东 潍坊 261061； 2.山东枣庄市畜牧渔业技术推广中心，山东 枣庄 277800)

枣庄市位于山东省南部，处于中纬度暖温带大陆性气候区，适宜畜禽养殖。近年来，枣庄市畜牧业发展迅速，逐步成为农村经济的支柱产业。快速发展的畜牧业在增加农民收入的同时，也带来了畜禽粪污亟需解决的问题。因此，根据土地承载力合理确定畜禽养殖规模和区域分布，促进畜禽养殖数量与作物种植面积的有效匹配，达到养殖业与种植业有机结合，实现畜牧业保发展、保增收、保供给、保生态的“四保”目标，已成枣庄市畜牧业可持续发展的紧迫任务。本文利用畜禽粪污土地承载力测算技术，对枣庄市畜禽粪污土地承载潜力进行核算，对畜禽粪便环境污染状况进行预警分析，为枣庄市加快推进畜禽粪污资源化利用，优化畜牧业区域布局，推进种养结合与农牧循环，实现畜牧业健康、可持续发展提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本文所采用的畜禽存栏、农作物种植面积与总产量等数据主要来自枣庄市畜牧业发展情况调研及2018年、2019年枣庄市统计年鉴[1-2]。

1.2 计算方法

1.2.1 畜禽全年日平均存栏量 畜禽全年日平均存栏量为上一年年底畜禽存栏量与当年年底畜禽存栏量的平均值。计算公式为：

某年畜禽全年日平均存栏量=(上年底畜禽存栏量+当年底畜禽存栏量)÷2

(1)

1.2.2 猪当量折算 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。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[3-4]。本文中畜禽粪污土地承载力采用猪当量计算。

1.2.3 畜禽粪污土地承载力 畜禽粪污土地承载力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。本文主要对耕地的畜禽粪污承载力进行相关研究。计算公式为：

区域畜禽粪污土地承载力=区域植物粪肥养分需求量÷单位猪当量粪肥养分供给量。

(2)

1.2.3.1 区域植物氮(磷)养分需求量 根据区域内各类植物的氮(磷)养分需求量测算，计算公式为：

区域植物氮(磷)养分需求量=∑(每种植物总产量×单位产量氮(磷)养分需求量)

(3)

式中：单位产量养分需求量为各类植物形成100 kg产量需要的吸收氮(磷)量。

1.2.3.2 区域植物粪肥氮(磷)养分需求量 根据不同土壤肥力下，区域内植物氮(磷)总养分需求量中需要施肥的比例、粪肥占施肥比例和粪肥当季利用效率测算，计算公式为：

区域植物粪肥氮(磷)养分需求量=区域植物养分需求量×施肥供给养分占比×粪肥占施肥比÷粪肥当季利用率

(4)

氮(磷)肥施肥供给养分占比根据土壤氮(磷)养分确定，土壤不同氮(磷)养分水平下的施肥占比推荐值见表1。

表1 土壤不同氮(磷)养分水平下施肥供给养分占比推荐值Table 1 Recommendation of nutrient proportion of fertilizer under different nitrogen levels in soil

1.2.3.3 单位猪当量养分排泄量和养分供给量 参照《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》推荐值，单位猪当量氮养分排泄量为11 kg，磷养分排泄量为1.65 kg，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[3]。

1.2.4 畜禽养殖承载潜力 畜禽养殖土地承载潜力根据畜禽粪污土地承载力和全年平均存栏猪当量计算。计算公式为：

畜禽养殖土地承载潜力=(畜禽粪污土地承载力-全年平均存栏猪当量)÷畜禽粪污土地承载力×100%

(5)

1.2.5 畜禽粪污环境污染预警值 畜禽粪污环境污染预警值(R)采用养分收支平衡法评价，参照国家环保总局[5]、杜娟等[6]研究方法，用畜禽粪污养分排泄量与区域作物养分需求量进行比较(不考虑化肥)，根据所得比值，评价区域耕地能否完全消纳畜禽粪污及畜禽粪污环境污染预警值。计算公式为：

R=区域畜禽粪污氮(磷)排泄量÷区域植物氮(磷)养分需求量

(6)

区域畜禽粪污氮(磷)排泄量=∑(区域畜禽全年日平均存栏量×单位畜禽日氮(磷)排泄系数×365)

(7)

式中：单位畜禽日氮(磷)排泄系数参照国家环保总局推荐标准[5]。

1.2.6 畜禽粪污氮(磷)排泄量对环境污染程度的判断标准 畜禽粪污氮(磷)排泄量对环境的污染程度根据畜禽粪污环境污染预警值(R)判断， R值越小，说明该区域土地对畜禽粪污的承受能力越高，畜禽粪污对该区域土地环境造成污染的威肋也就越小。当R小于或等于0.4，畜禽粪污可完全被土地消纳，不会造成环境污染。畜禽粪污环境污染预警值区间及对环境的影响见表2。

表2 畜禽粪污环境污染预警值区间及对环境的影响Table 2 The influence of early warning value range of animal manure pollution on the environment

2 结果与分析

2.1 畜禽粪污氮(磷)养分产生量与植物氮(磷)养分需求量

2018年枣庄市全年畜禽日平均存栏量分别为猪73.72万头、奶牛0.91万头、肉牛3.92万头、羊71.09万只、家禽1533.96万只，折算成猪当量后，合计为182.65万头。从表3可见，2018年枣庄市畜禽粪污总氮排泄量为1.85×104t，总磷排泄量为0.65×104t。依据2019年枣庄市统计年鉴中植物种植播种面积总产量，按照公式(3)计算，2018年枣庄市播种总面积44.22×104hm2，全市植物总氮养分需求量8.67×104t、总磷养分需求量1.7×104t。

表3 畜禽粪污氮(磷)养分排泄量Table 3 N (P) nutrient excretion of livestock manure

2.2 畜禽粪污土地承载力测算

目前，枣庄市缺乏土壤氮(磷)养分水平的基础资料，且作物的单产水平差异较大，很难推测全市土壤质量状况，因此，本文参照农业部办公厅印发《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》[3]，单位猪当量粪肥氮和磷养分供给量分别为7 kg和1.2 kg，粪肥中氮和磷当季利用率分别为25%和30%。按施肥供给养分占比35%、45%和55%三个水平，粪肥占施肥比例50%和55%两个水平，根据公式(4)分别测算土地承载力。枣庄市的畜禽粪污土地承载力见表4。计算畜禽粪污土地承载力时，为避免造成环境污染，土地承载力一般取最小值。由表4可见，在施肥供给养分占35%、粪肥占施肥比例50%、按磷养分测算时，畜禽粪污土地承载力最小，为834.56万头猪当量。因此，枣庄市制定当地畜禽养殖规划时，养殖规模应控制在约834.56万头猪当量以下。

表4 畜禽粪污土地承载(万头猪当量)Table 4 Land carrying capacity of livestock manure (ten thousand pig on hand equivalent)

2.3 畜禽养殖土地承载潜力与畜禽粪污环境污染预警分析

枣庄市畜禽粪污土地承载力834.56万头猪当量，全年平均存栏182.65万头猪当量，根据公式(5)计算，枣庄市畜禽养殖土地承载潜力为78.11 %，说明就畜禽粪污土地承载力而言，枣庄市养殖业仍有较大的发展空间。根据公式(6)计算，枣庄市畜禽粪污氮和磷对环境污染的预警值分别为0.21和0.38，都小于0.4，判断枣庄市畜禽粪污环境污染预警值为Ⅰ级，对环境无影响。

2.4 畜禽粪污土地承载力、畜禽养殖土地承载潜力及畜禽粪污环境污染预警值

由表5可见，枣庄各区(市)的畜禽养殖业都有发展空间，各区(市)畜禽养殖土地承载潜力不均衡，市中区和山亭区较小，分别为51.00%和62.61%，而薛城区和峄城区较大，分别为82.55%和82.33%。

表5 日平均存栏量、土地承载力及其承载潜力(2018)Table 5 Annual average daily stock, land carrying capacity and potential carrying capacity

由表6可见，枣庄各区(市)畜禽粪污环境污染预警值有较大差异，以氮计算的畜禽粪污环境污染预警值，以市中区最高，为0.52，该区畜禽粪污对环境稍有影响，其他区(市)畜禽粪污环境污染预警值都小于0.4，对土地环境没有影响；以磷计算的畜禽粪污环境污染预警值，也以市中区最高，为0.93，该区畜禽粪污对环境有影响，台儿庄区、山亭区和滕州市的环境污染预警值分别为0.41、0.61和0.41，畜禽粪污对环境稍有影响。

表6 畜禽粪污环境污染预警分析Table 6 Early warning analysis of livestock manure pollution t

3 讨 论

按农业农村部《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》，就枣庄市畜禽粪污土地承载力和畜禽养殖土地承载潜力而言，除市中区外，其他区(市)发展畜禽养殖仍有较大潜力。但从枣庄市畜牧业发展情况调研发现，目前枣庄市土地粪肥占施肥比例不高，其中，蔬菜与果树的粪肥占比略好，为50%，而大田作物的粪肥占比很低，仅为10%，这样就降低了畜禽养殖土地承载潜力。裴占江等报导，黑龙江省富裕县粪肥占施肥比例为40%[7]；王建华等[8]报导，青岛市蔬菜施用有机肥占50%，水果、茶叶有机肥占 40%，其他作物有机肥占30%。可见，枣庄市应进一步提高粪源有机肥施用占比。

本研究结果表明，枣庄市各区(市)养殖密度不均衡。市中区养殖密度较大，畜禽养殖土地承载潜力仅为40.5%，且畜禽粪污氮(磷)环境污染预警值较高，分别处于II级、III级预警，达到对环境“稍有影响”和“有影响”的程度；其他各区(市)畜禽养殖土地承载潜力较大，粪污环境污染的预警值不高。建议以乡镇或行政村为单位进一步细化土地承载力和所需配套土地面积测算，以便于粪污就近资源化利用。以粪肥氮养分核算畜禽粪污土地承载力的文章较多[9-11]，本文同时以氮养分和磷养分核算畜禽粪污土地承载力，发现二者有一定差异，以氮养分核算的畜禽粪污土地承载力偏高，且环境污染预警值偏低。建议各地在核算畜禽粪污土地承载力和环境污染预警值时，充分考虑当地土壤氮(磷)养分含量与作物氮(磷)养分需要量[12]，选择合理的测算依据。

4 小 结

枣庄市畜禽养殖业仍有较大发展空间，但各区(市)畜禽养殖土地承载潜力不均衡，市中区畜禽养殖土地承载潜力小，应该采取限制扩大规模或实施转型升级等措施，促进种养平衡，避免环境污染。其他各区(市)应注意在加速畜牧业发展的同时，要优化畜禽养殖布局，走以地定畜、种养结合的畜牧业发展模式。资源化利用是解决畜禽粪污的主要措施，枣庄市应积极研究出台支持粪源有机肥生产与施用的优惠政策，强化有机肥的运输和施用配套服务，开展农作物施肥技术培训，鼓励农民多用、用好有机肥，加快有机肥替代化肥的步伐。同时，要加强养殖场粪污无害化处理与资源化利用管理[13]，指导养殖场(户)根据畜禽类型、养殖场规模、养殖模式及配套土地的情况，选择合适的粪污收集、贮存和处理模式，配备相应的粪污治理设施，提高粪污资源化利用率。另外，要加快构建种养结合、农牧循环新格局，推进农业绿色可持续发展。