“十四五”期间宁夏畜禽养殖污染趋势与污染防治对策研究

黄亚捷，崔艳智，贾小梅，于 奇

（生态环境部环境发展中心，北京 100029）

0 引言

随着人民生活水平的提高和对肉类产品的需求增长，养殖数量持续增加、养殖规模不断扩大。据2020年《第二次全国污染物普查公报》[1]显示，畜禽养殖业已成为环境污染的主要来源之一，畜禽养殖业排放的化学需氧量(COD)，占农业源污染物排放中COD的93.76%；氮和磷污染的排放量分别占农业源污染物氮和磷排放总量的42.14%、56.46%。宁夏自治区是中国优势农产品区域布局中重要的优势畜牧业生产基地，宁夏回族自治区肉牛、肉羊和奶牛产业也是西北优势区的重要组成部分[2]。在“十四五”期间，宁夏畜禽产能预计将翻一倍，导致畜禽养殖废弃物排放量持续增加，养殖污染问题、环境承载压力日益凸显，成为制约畜牧业可持续发展的主要因素。

目前，国内外在畜禽粪便方面的研究主要集中于对畜禽粪便产生量的估算、畜禽粪便氮磷耕地负荷、畜禽粪便所带来的面源污染问题以及资源化利用等方面[3-9]。但是，针对宁夏畜禽养殖所带来污染问题的研究较少。而且，由于数据来源的限制，目前的研究还没有系统的分析“十四五”期间宁夏畜禽养殖量迅猛增加后带来的环境承载与环境污染压力，以及提出针对性的政策建议。因此，本研究以宁夏回族自治区为研究区域，通过收集畜禽养殖数据，分析“十四五”期间畜禽养殖量迅猛增加后带来污染物排放、环境承载压力情况，根据排泄系数法，估算畜禽养殖中粪尿、氮、磷、COD含量，基于畜禽粪污环境适宜性评估、土地承载力计算、养分承载力评估及耕地预警评估，分析区域内畜禽养殖承载力及畜禽养殖污染趋势，提出污染防治对策，以期为当地生态环境保护提供理论依据，为合理规划区域内畜禽饲养密度与畜禽养殖污染防治提供直观而科学的指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

宁夏回族自治区是中国5个少数民族自治区之一，总面积为6.64×104km2，位于中国东西轴线中心、黄河中上游，连接华北与西北的重要枢纽，自南北朝以来便以“塞上江南，鱼米之乡”闻名于世。基于自身生态资源和资源条件等特色，宁夏是中国重要的优势畜牧业生产基地。2020年，宁夏畜禽存栏总量达2044.4万头（万只、万羽），折合猪当量1158.0万头（测算依据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》[10]），较“十二五”末增加325.3万头。快速增加的畜禽养殖，给生态环境带来了严重污染，宁夏畜禽养殖污染物产生量和排放量占农业源污染的99.1%和88.3%。“十四五”期间，宁夏畜禽产能进一步提升，畜禽粪便量持续增加对生态环境安全构成极大威胁。

1.2 数据来源

宁夏的畜禽养殖数据、土地种植面积主要来源于2020年的《宁夏统计年鉴》。耕地、水系、居民点、坡度等数据来源于“全国地理信息资源目录服务系统”中的1:25万全国基础地理公开数据库(https://www.webmap.cn/main.do?method=index)，生态保护红线来源于宁夏回族自治区生态保护红线管理条例，禁养区等数据来源于宁夏回族自治区各市政府网。“十四五”期间畜禽养殖数据来源于《宁夏回族自治区畜牧兽医事业发展十四五规划（2021—2025年）》。

1.3 研究方法

1.3.1 宁夏畜禽粪尿及氮磷COD排放量估算 选取生猪、奶牛、肉牛及肉羊为主要研究对象，依据畜禽年饲养量、饲养周期和日排泄系数计算畜禽粪尿和氮、磷、COD排放量，计算公式如式(1)所示。

式中，Y为畜禽养殖中粪尿、氮、磷及COD排放量(t)，mi为畜禽i的饲养量（只，羽），Ti为畜禽i的饲养周期（天），vi为畜禽i的日排泄系数(kg/d)，k为单位换算系数，n为畜禽种数。对于畜禽的饲养周期，猪为199天[11]，肉羊、奶牛及羊为365天[12]，排污系数主要参考文献[13]。

1.3.2 畜禽养殖环境适宜性评价 环境适宜性是从生态环境保护的角度，反映土地对畜禽养殖合适程度的指标，用以指导畜禽养殖合理布局[14-15]。影响畜禽养殖业布局的主要因素有耕地、园地分布（消纳粪便的土地）、生态保护红线、居民聚集地、重要河流、禁养区、地形、土地生态服务功能等。环境适宜性评价指标的选取包括7个，其赋值规则如下。

（1）污染消纳能力：耕地、园地是畜禽养殖污染消纳的主要场所，因此，畜禽养殖区应尽量配套多的耕地、园地，且离耕地、园地近。

本次研究是以县（区）为单位，区域内单位畜禽养殖场所配套的消纳土地规模≤全区平均消纳土地规模的50%，赋值为0：全区平均消纳土地规模的50%＜区域内配套的消纳土地规模≤全区平均水平，赋值为1；全区平均水平＜区域内配套的消纳土地规模≤全区消纳土地规模平均水平的1.5倍，赋值为2；全区消纳土地规模平均水平的1.5倍＜区域内配套的消纳土地规模，赋值为3。值越大，表明越适宜布局畜禽养殖。

（2）环境敏感目标分布：根据相关法规，需要保护环境敏感目标。这类目标一定范围内，是限制甚至禁止布局畜禽养殖场。

本次研究主要考虑五类敏感目标。一是生态保护红线，区域范围内，禁止部署畜禽养殖。赋值规则：保护区范围内，值为0；保护区范围外为1。二是禁养区，区域范围内，禁止部署畜禽养殖。赋值规则：禁养区内值为0；范围外为1；三是居民地，居民地及周围500 m范围内禁止部署畜禽养殖场。赋值规则：居民地及周围500 m范围内，值为0；范围外为1。四是黄河主干道，距离黄河主干道1 km范围内禁止部署畜禽养殖场。赋值规则：距离黄河主干道1 km范围内，值为0；范围外为1。五是其他主要河流，距离其他主要河流500 m范围内为限制部署养殖厂。赋值规则：距离其他主要河流500 m范围内值为0；范围外为1。六是坡度分布，坡度过大限制部署养殖厂。赋值规则：坡度大于45°赋值为0，坡度大于30°小于45°赋值为1，坡度大于15°小于30°赋值为2，坡度在15°范围内值为0。

（3）生态服务功能重要性：生态服务功能的保护是确保生态环境安全的重要手段和目标。具有重要生态环境服务功能的区域应减少畜禽养殖活动。

本次研究将宁夏全区的生态服务功能从重要性的角度分为3级。分别是极重要、较重要、一般重要。对于这3级重要的生态服务功能，分别对应适宜畜禽养殖的赋值为：极重要区赋值为0；重要赋值为1；一般重要赋值为2。

基于上述7个指标的选取，采用ArcGIS 10.0中的栅格计算器计算全区的畜禽养殖环境适宜性值。

1.3.3 畜禽粪污土地承载力计算 基于《禽粪污土地承载力测算技术指南》[10]，在土壤肥力为二级，粪肥比例为50%，且当季利用率为25%的情况下，结合2020年的《宁夏统计年鉴》中全区各类土地种植面积，测算全区畜禽粪污土地承载力。

1.3.4 养分承载力评估 畜禽养殖粪尿副产物中含有大量的有机质和无机养分，若无合理的利用措施不仅造成大量养分资源的浪费，同时造成环境污染。畜禽粪尿还田回用是改善土壤结构、培肥土壤和减少化学肥料施用的有效途径。根据2020年《宁夏统计年鉴》中各区域不同作物种植面积和宁夏测土配方施肥提出的各区域不同作物最佳施用量（表1），计算得到各区域的作物养分需求量，结合现有粪污可产生有机肥情况，估算出各区域有机肥的缺口量。

表1 不同区域不同作物最佳施肥量 kg/hm2

1.3.5 畜禽粪污环境污染预警值及判断标准 为便于对畜禽粪便耕地污染的控制，国家环保部生态司[13]建议，将畜禽粪便换算成猪粪当量，计算其耕地负荷(t/hm2)，计算公式如式(2)所示。

式中，R为预警值，q为猪粪当量耕地负荷值(t/hm2)，P为最大理论适用量，值为30 t/hm2[13]。按照耕地对畜禽粪尿承受程度，可以把预警值R分为6级，即当R值分别为＜0.4、0.4～0.7、0.7～1.0、1.0～1.5、1.5～2.5和＞2.5时，说明畜禽粪便对环境的影响程度分别为“无”、“稍有”、“有”、“较严重”、“严重”和“很严重”[16]。R值越大，说明环境对畜禽粪便负荷量承受能力越低，畜禽粪便对环境造成的污染威胁性越大。

2 结果与分析

2.1 宁夏畜禽养殖污染现状

2.1.1 宁夏畜禽养殖氮磷及COD排放现状 如表2所示，宁夏畜禽养殖带来的COD、氮、磷排放量分别为123万、6.86万、7440 t。据统计，宁夏回族自治区生猪、肉牛、奶牛和肉羊的养殖总量占全国的1.07%，单位畜禽污染物排放量却与全国水平相当。不同区域中以利通区的COD、氮、磷排放量最大，分别占全区的比例为19.56%、18.33%及16.81%，畜禽粪便带来的环境污染较大。

表2 宁夏各区县畜禽养殖污染物排放量和所占比重

2.1.2 畜禽养殖环境适宜性评估 基于耕地及园地分布（消纳粪便的土地）、生态保护红线、居民聚集地、重要河流、禁养区、地形、土地生态服务功能7个指标的选取及赋值，获得了宁夏全区畜禽养殖适宜性分布。如图1所示，适宜性值越大代表对畜禽养殖越适宜，宁夏畜禽养殖环境适宜性区域主要分布在南部山区，该区域适宜土地丰富，耕地和园地等消纳能力充足。而北部引黄灌区由于是居民聚集区，土地资源、水资源、环境容量较为有限，畜禽养殖环境适宜性区域较少。

图1 宁夏回族自治区适宜性评价

2.1.3 畜禽养殖土地承载力评估 根据2020年《宁夏统计年鉴》计算，自治区实际养殖量为1007.05万头，土地承载力为2727.43万头，实际养殖量占土地承载力的38.9%，自治区土地有较大的粪污消纳能力。

从各市种植情况看（图2），银川市现有种植面积17.37万hm2，畜禽粪污土地承载力349.5万头猪当量，实际养殖量对土地承载力占比58.53%；石嘴山市现有种植面积12.00万hm2，畜禽粪污土地承载力241.5万头猪当量，实际养殖量对土地承载力占比33.01%；吴忠市现有种植面积41.83万hm2，畜禽粪污土地承载力693.2万头猪当量，实际养殖量对土地承载力占比58.37%；固原市现有种植面积59.27万hm2，畜禽粪污土地承载力791.5万头猪当量，实际养殖量对土地承载力占比24.99%；中卫市现有种植面积33.63万hm2，畜禽粪污土地承载力650.4万头猪当量，实际养殖量对土地承载力占比26.93%。目前，各市畜禽粪污土地承载能力均大于畜禽养殖量。灵武市养殖状况同粪污土地承载能力基本持平，利通区养殖存栏量是粪污土地承载能力的3.1倍，超出当地土地承载能力，养殖污染风险极大（图3）。

图2 2019年土地承载力现状(万头，a)与实际养殖量对土地承载力占比图(b)

图3 2019年各县(区)土地承载力现状图

2.1.4 畜禽养殖养分承载力评估 如图4所示，将畜禽粪便肥料化，并作为有机肥养分进行农田回用可以减少养分损失。根据畜禽粪尿回田的养分可替代化肥养分施用量的百分比计算，银川市、利通区及泾源县无法实现粪肥全部还田，而利通区及泾源县甚至无法实现粪肥50%的粪肥还田，养分承载压力大。

图4 宁夏有机肥市场供需情况估算

2.2 “十四五”期间畜禽养殖污染评估

2.2.1 “十四五”期间畜禽养殖业趋势分析 如表3所示，2021—2025年畜禽养殖预估量逐年增加，在2025年全区的猪当量达2144.80万头，是2019年的2倍多，其中奶牛发展势头迅猛，在2025年达100万头，是2019年的2倍多。全区的畜禽养殖产业迅猛发展也给区域环境带来了严峻挑战。

表3 “十四五”全区畜禽养殖量 万头

2.2.2 “十四五”期间氮磷及COD排放情况 根据2021—2025年畜禽养殖量预估值，计算出全区畜禽养殖的氮磷及COD排放情况（表4）。在2025年，预计氮排放量达到122332 t，比2020年氮排放量增加5万t，奶牛养殖氮排放量最大，占宁夏畜禽养殖的55.5%；其次是肉牛养殖的氮排放量为47495.63 t，共占全区畜禽养殖的38.8%；而生猪和羊养殖的总氮排放量最小，其中生猪养殖氮的排放量不到宁夏全区畜禽养殖的1%，仅为49.38 t。

表4 宁夏2020—2025年畜禽养殖氮磷及COD排放量 t

2025年预计磷排放量达到12671.65 t，与2020年相比，是其的1.7倍，预计年均增速11.6%，奶牛养殖磷排放量最大，预计2025年奶牛养殖磷排放量为6540.8 t，超过宁夏全区畜禽养殖的50%；肉牛养殖的磷排放量为4640.06 t，磷排放量位居第二位，占宁夏畜禽养殖磷排放量的36.6%；羊养殖的磷排放量为1484.24 t，相比于2020年，磷排放量增加434.7 t；生猪养殖磷的排放量仅占宁夏全区畜禽养殖的0.05%，其氮排放量仅为49.38 t。

2025年预计COD排放量达到251.7万t，与2020年相比，是其COD排放量的1.5倍，其中奶牛养殖COD排放量最大，占宁夏畜禽养殖总计的52.2%；其次是肉牛养殖的COD排放量为109.6万t，共占全区畜禽养殖的43.5%；生猪和羊养殖的COD排放量最小，两者仅占宁夏全区畜禽养殖的4.3%，COD排放量分别为10.6万t和1484 t。

2.2.3 “十四五”期间耕地负荷预警评估 如表5所示，随着宁夏畜禽养殖业的迅猛发展，畜禽养殖粪尿排放量也急剧增加。在2020年，奶牛、肉牛、羊和生猪的粪便排放量分别约为353万、451万、33万、210万t，而奶牛、肉牛和生猪的尿排放量分别为243万、284万、51万t，折合成猪粪当量总计为1381.4万t，其耕地负荷量为62.98 t/(hm2·a)，对应的预警值为2.1（表6），对环境造成严重威胁。预计到2025年宁夏全区肉牛、奶牛、生猪和肉羊的粪便排放量分别是2020年的1.74、1.74、1.36、1.41倍，肉牛、奶牛和生猪的尿排放量更是比2020 年分别增加了 1609504、1886094、173345 t。在2025年宁夏畜禽养殖耕地负荷预警值更是达到了3.50的高度，因此必须对宁夏的畜禽养殖进行严格监控。

表5 宁夏2020—2025年畜禽养殖粪尿排放量 t

表6 宁夏2020—2025年畜禽养殖耕地负荷预警

2.3 “十四五”宁夏畜禽养殖污染防治对策

（1）加强源头减量，适当控制养殖规模。根据土地承载力评估结果，针对实际养殖量已经超过土地承载力的区县，应削减养殖规模，如利通区。针对土地资源较为丰富且具有养殖余量的县（市、区）可以适当扩大养殖规模，如盐池县、海原县、原州区和西吉县；针对土地承载力与实际养殖量接近的区县，应控制养殖规模，如灵武及银川市区。

（2）优化布局结构，严格执行生态消纳相关要求。根据全区畜禽养殖环境适宜性评估结果，优化畜禽养殖空间布局，南部山区有较大的消纳粪污能力及粪污处理水平，可作为未来宁夏北部畜禽养殖产能转移的重要承接区域。

（3）加强粪污肥料化利用，促进区域种养结合循环发展。为践行习近平总书记“绿水青山就是金山银山”理论，响应国家“粮食安全”及“双碳行动”的战略号召，建议宁夏自治区养殖场粪污资源化利用的主体方向是无害化后、肥料化还田利用。根据宁夏养分承载压力估算结果，在“十四五”期间，可优先启动利通区、银川市区、青铜峡市、贺兰县、灵武市、中宁县、沙坡头区、惠农区、大武口区、永宁县和平罗县有机肥替代化肥整县推进项目，推动区域绿色有机农业发展。

（4）坚持科学治污，大力强化科技支撑污染治理。“十四五”期间，养殖量迅猛增加，耕地负荷加大，对环境构成严重威胁，而且到2025年宁夏畜禽养殖耕地负荷预警值更是达到了3.50的高度，环境污染风险防范任务会越来越重。因此，完善粪污处理利用设施建设，改善清粪工艺、污水处理工艺，减少生产用水用量；改造管网运输系统、粪污储存空间及臭气处理设施，依据畜禽养殖污染物排放量估算，可优先完成利通区、银川市区、青铜峡市、贺兰县、灵武市、中宁县、沙坡头区、惠农区、大武口区、永宁县、平罗县、盐池县、泾源县和西吉县规模化养殖场改造项目。

（5）加强粪污集中处理中心及第三方组织建设，促进粪便有效利用。结合区域内氮、磷、COD排放及粪尿产生情况，在畜禽养殖污染物排放量大的区县加强粪污集中处理中心建设，支持第三方组织对一定区域内的养殖粪污进行回收、运输和集中堆沤发酵处理。在养殖大县和养殖密集区，分区建设粪污集中处理中心，实现畜禽粪污收集、存储、运输、处理等全程无害化、肥料化循环利用。可优先启动利通区、银川市区、青铜峡市、贺兰县、灵武市、中宁县、沙坡头区、惠农区、大武口区、永宁县、平罗县、盐池县、泾源县和西吉县粪污集中处理中心及第三方组织建设。

（6）加强政策扶持，建立健全农牧对接长效机制。针对养分承载压力较大的区县，如利通区、泾源县、银川市区，可给予肥料化利用和种养结合方面上政策重点倾斜。将粪污运输、收集、处理、利用相关设备纳入自治区农机购置补贴范围，粪污运输环节给予适当补贴。同时，加强政府引导和扶持养殖场和种植户之间的合作，并瞄准当地葡萄、枸杞、滩羊、黄花菜等特色农产品，以高附加值农产品对有机肥料的需求，来带动有机肥市场和粪水就近还田，从而促进“”乡村振兴“”工作的开展。

3 结论

（1）宁夏回族自治区2019年全区畜禽养殖所带来的COD、氮、磷排放量分别为123万、6.86万、7440 t。从全区畜禽养殖环境适宜性区域来看，适宜性区域主要分布在南部山区。从全区土地承载力来看，宁夏五市畜禽粪污土地承载能力均大于畜禽养殖量，而利通区养殖量是粪污土地承载能力的3.1倍，超出当地土地承载能力，养殖污染风险极大。从全区的养分承载力来看，银川市区、利通区及泾源县无法实现粪肥全部还田，养分承载压力大。“十四五”期间，畜禽养殖量逐年增加，在2025年氮排放量达12万t，比2020年增加了5万t；磷及COD排放量达1.2万、251.7万t，分别是2020年的1.7倍及1.5倍。在2025年耕地负荷预警值更是达到了3.50的高度，环境污染风险较大。

（2）针对畜禽粪污带来的污染风险及环境承载压力，本研究提出了6个方面的对策及建议，包括加强源头减量，适当控制养殖规模；优化布局结构，严格执行生态消纳相关要求；加强粪污肥料化利用，促进区域种养结合循环发展；坚持科学治污，大力强化科技支撑污染治理；加强粪污集中处理中心及第三方组织建设，促进粪便有效利用；加强政策扶持，建立健全农牧对接长效机制。