安徽省果菜茶粪肥氮承载力评估

孙亚敏

（安徽省生态环境监测中心，安徽 合肥 230061）

0 引言

安徽省是传统的农业大省，种植业和畜禽养殖业均较为发达。2017年，全省肉、蛋、奶等畜产品总量分别达415.18、154.70、29.84万t[1]，保障了居民肉类蛋白质的供给。与此同时，禽粪养殖过程带来的环境污染问题不容小觑。安徽省第二次全国污染源普查结果表明，2017年全省畜禽养殖场粪便、尿液产生量分别约1 594万t、1 077万t[2]。畜禽粪污含大量有机物及氮磷等营养元素，是农业肥料的主要来源。2015年，原农业部《关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》中明确提出“减少化肥和农药使用量，畜禽粪便、农作物秸秆、农膜基本资源化利用”等要求。2017年，国务院办公厅出台《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》（国办发〔2017〕48号），提出到2020年全国畜禽粪污综合利用率达到75%以上的目标，构建种养循环发展机制，实行以地定畜，促进种养业在布局上相协调。2017年，原农业部发布《畜禽粪污资源化利用行动方案（2017—2020年）》（农牧发〔2017〕2号）和《开展果菜茶有机肥替代化肥行动方案》（农发〔2017〕2号）[3]，引导各地以果菜茶生产为重点，实施有机肥替代化肥，推进畜禽养殖粪污资源循环利用。同年原农业部启动了果菜茶有机肥替代化肥行动，在全国选取100个示范县开展试点工作，安徽省金寨、祁门、桐城、石台和怀远5个县在试点县名单中，目前已取得积极成效。

本文在安徽省统计年鉴和第二次全国污染源普查结果的基础上，依据原农业部《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》（农牧发〔2018〕1号）推荐的相关测算方法及文献[4]相关计算公式，选取施肥强度较高，适宜开展粪肥替代化肥的果菜茶作物进行单位种植面积畜禽粪污承载力测算。按全省16个地级市分别测算果菜茶氮养分总需求量及畜禽养殖粪肥氮养分总供给量。在此基础上，设定粪肥替代化肥比率0.4、0.5、0.6三种情景测算果菜茶单位种植面积畜禽粪污养分承载状况；通过计算果菜茶单位种植面积粪肥供给量与需求量之比，反推粪肥全部还田利用后能达到的最高化肥替代率。研究结果可为全省各市辖区内粪肥承载现状、优化种养布局、构建种养平衡体系提供支撑。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

各市水果、茶叶、蔬菜种类、产量来源于2018年《安徽统计年鉴》。畜禽养殖种类及数量、果园、茶园、菜地面积等数据来源于安徽省第二次全国污染源普查结果。

1.2 研究方法

1.2.1 果菜茶氮养分需求量

依据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》中公式进行测算，见公式（1）。

式中：Yi—果菜茶氮养分总需求量，t；xi—第i种作物总产量，t；ai—第i种作物收获100kg产量需吸收的氮养分，kg/100 kg产量，依据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》选取。其中：苹果、梨、葡萄、茶叶ai推荐值分别为0.30、0.47、0.74、6.40 kg/100 kg产量；蔬菜类采用各类蔬菜推荐值的平均值，即0.36 kg/100 kg产量。

1.2.2 果菜茶单位种植面积实际所需氮养分施用量

将果菜茶氮养分总需求量除以总种植面积，再考虑氮素当季养分利用率，推算出单位种植面积果菜茶氮养分实际所需施用量。见公式（2）。

式中：Ni—果菜茶单位种植面积实际所需氮养分施用量，kg/hm2；Yi—果菜茶氮养分总需求量，t；Ai—果菜茶总种植面积，hm2；ηi—果菜茶当季氮素养分利用率，推荐值为25%～30%，本研究取值30%。

将粪肥替代化肥的比率乘以果菜茶单位种植面积实际所需氮养分施用量，得到单位种植面积粪肥养分需求量（Nneed），见公式（3）。

式中：Nneed—果菜茶单位种植面积粪肥氮养分需求量，kg/hm2；Ni—果菜茶单位种植面积实际所需氮养分施用量，kg/hm2；β—粪肥替代化肥的比例。

1.2.3 畜禽养殖粪肥氮养分产生与供给量

依据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》中公式进行测算，见公式（4）。

式中：Pi—不同种类畜禽养殖场氮养分总供给量，t；zi—第i种畜禽养殖数量，头（或羽）；bi—第i种畜禽每年产生的粪污中可供给的氮养分系数，kg/头（或羽），具体为：1头猪一年产生的粪污含有的氮素约为11 kg，考虑到粪污养分在收集、处理和贮存过程中的损失，每头猪每年排泄的粪污产生的氮养分供给量约为7 kg/头。100头猪分别相当于15头奶牛、30头肉牛、2 500只家禽，因此，奶牛、肉牛、家禽每年每单位饲养量排泄的粪污氮养分供给量分别为46.7、23.3、0.28 kg/头（或羽）[5]。

1.2.4 果菜茶单位种植面积畜禽养殖粪肥氮养分供给量

按公式（5）测算果菜茶单位种植面积畜禽粪肥氮养分供给量。

式中：Si—果菜茶单位种植面积畜禽粪肥氮养分供给量，kg/hm2；Pi—不同种类畜禽养殖场氮养分总供给量，t；Ai—果菜茶总种植面积，hm2；εi—畜禽粪污氮损失率[6-8]，一般在30%～40%，本研究取值35%。

1.2.5 畜禽粪污承载压力系数（RA）和化肥最高替代率（Tmax）

果菜茶单位种植面积粪肥氮养分供给量与需求量之比，称为养分承载压力系数（RA），表示粪肥承载压力的现状，见公式（6）。

果菜茶单位种植面积粪肥氮养分供给量与实际所需施用量之比，可以反算出不同区域畜禽养殖业粪污全部用于区域内果菜茶种植后化肥的最高替代率（Tmax），见公式（7）。

式中：RA—养分承载压力系数；Tmax—化肥最高替代率。

2 结果与分析

2.1 果菜茶种植氮养分需求量

根据2017年全省16个地级市主要果菜茶总产量（其中水果选择了苹果、梨、葡萄等安徽省产量较高的水果）（表1），按公式（1）测算出各市果菜茶氮养分总需求量，见图1。结果表明，全省果菜茶种植氮养分总需求量为121 589 t/a。阜阳、宿州、亳州、蚌埠市果菜茶种植氮需求量位居全省前4位，这4个市果菜茶种植氮养分需求量占全省的54.6%。总体来看，皖北地区果菜茶氮养分需求量高于江淮之间及皖南地区。

表1 全省各市果菜茶产量

2017年全省果菜茶种植总面积约972 436.4 hm2。按公式（2）测算出16个地级市果菜茶单位种植面积实际所需氮肥施用量（图1）。结果表明，全省果菜茶单位种植面积平均所需氮养分施用量为416.78 kg/hm2，其中蚌埠、马鞍山、淮北、淮南、阜阳、芜湖、铜陵、滁州8个市果菜茶单位种植面积实际所需氮肥施用量高于全省平均值。

图1 各市果菜茶种植氮养分需求情况

2.2 单位果菜茶种植面积粪肥氮养分需求量

选取0.4、0.5、0.6三种情景，按公式（3）计算得到16个地级市单位种植面积粪肥氮养分需求量（Nneed），见表2。结果表明，粪肥替代率为0.4、0.5、0.6时，全省果菜茶单位种植面积粪肥氮需求量平均值分别为166.71、208.39、250.07 kg/hm2。

表2 不同粪肥替代率下各市果菜茶单位种植面积粪肥需求量一览表

2.3 畜禽养殖粪肥氮养分供给量

根据安徽省第二次全国污染源普查结果，2017年全省规模养殖场生猪全年出栏量、奶牛年末存栏量、肉牛全年出栏量、蛋鸡年末存栏量、肉鸡全年出栏量分别约1 190.14万头、9.75万头、15.56万头、5 408.69万羽、3.49亿羽；规模以下养殖场（不含养殖散户）生猪全年出栏量、奶牛年末存栏量、肉牛全年出栏量、蛋鸡年末存栏量、肉鸡全年出栏量分别约821.25万头、3163头、31.78万头、1667.66万羽、9762.76万羽[2]。

结合各市畜禽养殖种类和数量，按公式（4）和公式（5）分别测算出16个市养殖场畜禽粪肥氮养分供给量及单位果菜茶单位种植面积氮养分供给量（图5）。从测算结果可以看出：①全省畜禽养殖场粪肥氮养分总供给量约301 502 t/a。阜阳、滁州、宣城、宿州、六安市畜禽养殖场粪肥氮养分总供给量全省前5位，这5个市畜禽养殖场粪肥氮养分供给量占全省的55.3%。②果菜茶单位种植面积氮养分供给量各市之间差异较大，范围为18.01 kg/hm2（黄山市）～303.53 kg/hm2（蚌埠市）。全省果菜茶单位种植面积粪肥氮养分平均供给量为108.52 kg/hm2，其中排前几位的分别是蚌埠、滁州、淮北、宣城、铜陵市。

图2 各市畜禽养殖粪肥氮养分供给情况

2.4 畜禽粪污氮承载压力系数

按公式（6）计算各市畜禽养殖粪污氮养分承载压力系数，结果见图3。从图中可以看出：①粪肥替代率为0.4时，各市粪肥氮养分承载压力系数在0.30～1.75，全省均值0.65；宣城、滁州、六安、铜陵市承载压力系数＞1，这4个市果菜茶种植面积占全省的20.7%，但承载了全省29.1%的养殖量。②粪肥替代率为0.5时，各市粪肥氮养分承载压力系数在0.24～1.40，全省均值0.521；宣城、滁州市承载压力系数＞1。③粪肥替代率为0.6时，各市粪肥氮养分承载压力系数在0.20～1.17，全省均值0.434；宣城、滁州市承载压力系数＞1，这两个市果菜茶种植面积占全省的10.8%，但承载了全省18.7%的养殖量。

图3 各市总氮养分承载压力系数（RA）

结合文献[8]结果，粪肥替代率为0.4、0.5时，全国各省份氮养分承载压力系数平均值分别为0.78、0.63，略高于安徽省平均值。安徽省畜禽粪污氮养分承载压力系数在全国处于中等偏上水平，与江西省、甘肃省基本保持一致。从省级层面来看，全省畜禽养殖氮养分供给量未超过果菜茶种植肥料需求量。

2.5 化肥最高替代率

采用公式（7）计算各市畜禽养殖粪污替代区域内果菜茶施用化肥的最高替代率，结果见图4。从图中可以看出，全省粪肥替代化肥的最高替代率平均值为0.260。各市粪肥替代化肥最高替代率范围为0.121～0.657，其中，最高替代率低于0.4的有淮北、合肥、安庆、芜湖、蚌埠、淮南、亳州、阜阳、宿州、马鞍山、黄山、池州12个市；最高替代率介于0.4～0.5的有六安、铜陵两个市；最高替代率＞0.5的有滁州、宣城两个市。粪肥替代化肥的最高替代率均＜1，说明各市畜禽养殖场粪污可全部回用于区域内果菜茶作物施肥。

图4 各市粪肥替代化肥最高替代率（Tmax）

3 结论

（1）2017年，全省果菜茶种植氮养分总需求量为121 589 t/a，第二次全国污染源普查核算范围内畜禽养殖场粪肥氮养分总供给量为301 502 t/a。全省果菜茶单位种植面积氮养分平均需求量为416.78 kg/hm2，粪肥替代率为0.4、0.5、0.6时，全省果菜茶单位种植面积粪肥氮养分需求量分别为166.71、208.39、250.07 kg/hm2。粪肥替代化肥的比率每增加10%，果菜茶单位种植面积粪肥氮养分需求量增加41.68 kg/hm2。全省果菜茶单位种植面积粪肥氮养分平均供给量为108.52 kg/hm2，且各市之间差异较大，范围为18.01 kg/hm2（黄山市）～303.53 kg/hm2（蚌埠市）。

（2）粪肥替代率为0.4、0.5、0.6时，全省粪肥氮养分承载压力系数均值分别为0.65、0.52、0.43，各市粪肥氮养分承载压力系数范围分别为0.30～1.75、0.24～1.40、0.20～1.17。粪肥替代率为0.4时，宣城、滁州、六安、铜陵4个市承载压力系数＞1；粪肥替代率为0.5、0.6时，宣城、滁州市承载压力系数＞1，其余各市粪肥氮养分承载压力系数均＜1。宣城、滁州两个市占全省10.8%的果菜茶种植面积承载了全省18.7%的养殖量。说明在三种粪肥替代率情景下，除宣城、滁州、六安、铜陵市外，大部分市果菜茶种植面积均可消纳该区域内畜禽养殖粪肥氮养分产生量。

（3）各市粪肥替代化肥最高替代率范围为0.121～0.657，说明各市畜禽养殖场粪污可全部回用于区域内果菜茶作物施肥。其中，最高替代率低于0.4的有淮北、合肥、安庆、芜湖、蚌埠、淮南、亳州、阜阳、宿州、马鞍山、黄山、池州12个市；最高替代率介于0.4～0.5的有六安、铜陵两个市；最高替代率＞0.5的有滁州、宣城两个市。

（4）从种养平衡的角度出发，建议控制宣城、滁州、六安、铜陵四个市的畜禽养殖规模，或增加这四个市的果菜茶种植面积，以完全消纳该区域畜禽养殖产生的粪便。

（5）虽然从理论计算角度分析，全市畜禽养殖粪肥可全部回用于果菜茶生产。但畜禽养殖粪肥是一种缓释肥，为保证果菜茶的产量仍有必要施用部分无机化肥。粪肥替代化肥应遵循科学、合理的过程。此外，对畜禽粪便中高重金属、抗生素等污染物残留问题，也需要开展进一步的研究，真正实现畜禽粪污无害化利用[9-10]。