基于養(yǎng)分平衡的有機(jī)肥替代化肥潛力估算

路國彬 王夏暉

（環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012）

基于養(yǎng)分平衡的有機(jī)肥替代化肥潛力估算

路國彬 王夏暉

（環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012）

為畜禽糞肥替代化肥的可行性提供理論依據(jù)，本研究通過構(gòu)建畜禽糞肥替代化肥潛力的估算模型，并對畜禽糞肥替代化肥的潛力進(jìn)行了估算；結(jié)果表明：2014年，畜禽糞肥可替代氮肥、磷肥、鉀肥的潛力分別為1 186.78萬噸、806.41萬噸和1 169.25萬噸，分別占當(dāng)年實(shí)際化肥施用量的38.30%、52.00%、86.77%；我國不同地區(qū)畜禽糞肥可替代化肥潛力的差異較大，河南、四川、山東、湖南和湖北畜禽糞肥替代化肥潛力排在前五位，京津冀、長三角、珠三角和長江經(jīng)濟(jì)帶的部分地區(qū)替代潛力較大；不同畜禽糞肥中養(yǎng)分元素含量也存在一定差異，豬糞尿?qū)︹浄实奶娲鷿摿^大，雞糞對氮肥和磷肥的替代潛力較大。

養(yǎng)分平衡；有機(jī)肥；化肥；潛力；估算

農(nóng)業(yè)污染已經(jīng)成為繼城鎮(zhèn)生活污染的第二大污染源。數(shù)據(jù)顯示，2014年，農(nóng)業(yè)源COD、NH3-N排放量分別為1 102.4萬噸和75.5萬噸[1]，分別占全國污染物排放總量的48.04%和31.66%，其中，畜禽養(yǎng)殖源COD、NH3-N排放量分別占農(nóng)業(yè)源排放量的95%和77%[2]。“十二五”期間，我國化肥施用量持續(xù)增長，到2014年達(dá)到5 996.6萬噸[3]，創(chuàng)2010年以來的新高，化肥施用強(qiáng)度嚴(yán)重超過安全限值。為促進(jìn)化肥減量、推進(jìn)有機(jī)肥合理利用，國家制定出臺了一系列政策措施。本文基于養(yǎng)分平衡原理，初步構(gòu)建畜禽糞肥替代化肥潛力的估算模型，并對畜禽糞肥替代化肥的潛力進(jìn)行了試算，以期為有關(guān)部門制定相應(yīng)政策和有關(guān)企業(yè)開展畜禽糞污資源化利用工作提供參考。

1 材料與方法

本研究的畜禽指豬、牛、家禽，均以存欄量統(tǒng)計(jì)糞污排放量。畜禽養(yǎng)殖量數(shù)據(jù)來源于《中國畜牧獸醫(yī)年鑒（2015）》，化肥施用量（折純量）來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒（2015）》。畜禽糞肥可替代化肥的估算模型如下：

以上公式中，W：畜禽糞肥可替代化肥量（折純量），噸；Wi：i類畜禽糞肥可替代化肥量（折純量），噸；Mi：i類畜禽鮮糞量，噸/年/頭；Ni：i類畜禽尿含量，噸/年/頭；Pmi：i類畜禽糞含N（P/K）率，%；Pni：i類畜禽尿含N（P/K）率，%；α：沼肥中N（P/K）收集常數(shù)，沼氣工程中，每年每頭（只）畜禽糞便的氮、磷、鉀的收集率分別為95%、90%、95%。

畜禽糞尿中養(yǎng)分含量見表1[4]。

2 結(jié)果

2.1 畜禽糞尿產(chǎn)生情況分析

據(jù)計(jì)算，2014年，全國豬、牛、家禽糞尿產(chǎn)生總量超過20多億噸，其中糞、尿產(chǎn)生量分別約為13.68億噸和6.37億噸。從不同地區(qū)來看，河南、四川、湖南、山東和云南糞尿產(chǎn)生量排在全國前五位，分別達(dá)到1.92億噸、1.91億噸、1.36億噸、1.28億噸和1.13億噸，合計(jì)約占全國糞尿產(chǎn)生總量的38%，五省產(chǎn)生糞尿的主要畜禽皆為生豬。京津冀、長三角、珠三角糞尿產(chǎn)生量分別為1.03億噸、0.88億噸和0.79億噸，分別占全國畜禽糞尿產(chǎn)生量的5.14%、4.39%和3.94%。長江經(jīng)濟(jì)帶糞尿產(chǎn)生量為8.69億噸，占全國畜禽糞尿產(chǎn)生總量的43.34%，其中四川、湖南、云南排在全國前五位。從不同畜禽來看，豬糞尿產(chǎn)生量最多，達(dá)到9.78億噸，占畜禽糞尿產(chǎn)生總量的48.78%；其次為牛糞尿，禽糞產(chǎn)生量最小，僅占畜禽糞尿產(chǎn)生總量的16.16%。這說明我國畜禽糞尿產(chǎn)生量呈明顯區(qū)域特征，且重點(diǎn)區(qū)域間也存在明顯差異；全國畜禽糞尿主要貢獻(xiàn)源為生豬，全國各地區(qū)間基本一致。

表1 畜禽糞尿中養(yǎng)分含量 （%）

2.2 不同地區(qū)畜禽糞肥替代化肥潛力分析

全國產(chǎn)生的畜禽糞肥每年可以替代氮肥、磷肥和鉀肥分別為1 186.78萬噸、806.41萬噸和1 169.25萬噸，不同地區(qū)產(chǎn)生的畜禽糞肥替代化肥潛力見表2。從表2可以看出，河南產(chǎn)生的畜禽糞肥替代化肥潛力最大，達(dá)到323.18萬噸，占可替代化肥總量的10.22%，其次為四川、山東、湖南和湖北，分別占全國可替代化肥總量的8.77%、7.55%、6.61%和5.24%。重點(diǎn)區(qū)域中，京津冀、長三角、珠三角的河北、江蘇、廣東產(chǎn)生的畜禽糞肥替代化肥潛力較高，分別占全國可替代化肥總量的5.03%、3.72%和4.51%；長江經(jīng)濟(jì)帶產(chǎn)生的畜禽糞肥替代化肥潛力為1 354.54萬噸，約占全國可替代化肥總量的42.83%，其中，四川、湖南、湖北、云南產(chǎn)生的畜禽糞肥替代化肥潛力較大，合計(jì)約占長江經(jīng)濟(jì)帶可替代化肥潛力的60%。說明不同地區(qū)間畜禽糞肥替代化肥潛力存在差異，重點(diǎn)區(qū)域間及重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)不同地區(qū)間畜禽糞肥替代化肥潛力差異也較為明顯。

表2 不同地區(qū)糞肥可替代化肥潛力 （萬噸）

2.3 不同畜禽替代化肥潛力分析

不同畜禽糞尿可替代氮肥、磷肥和鉀肥等化學(xué)肥料潛力見表3。由表3可知，豬糞尿中養(yǎng)分含量可替代化肥潛力最大，占到可替代化肥潛力的40.45%，其次為家禽糞，牛糞尿中養(yǎng)分含量較低。從可替代的三種化學(xué)肥料來看，畜禽糞尿可替代氮肥和鉀肥的潛力較大，分別占總替代化肥潛力的37.53%和36.97%；豬糞尿中鉀肥含量較高，占可替代鉀肥潛力的55.24%，家禽糞中氮肥和磷肥含量較高，分別占可替代氮肥和磷肥總量的42.23%和55.62%，牛糞尿中三種肥料含量均較低。說明不同畜禽糞肥中養(yǎng)分含量不同，豬糞、家禽糞中養(yǎng)分含量較大，但對于單一養(yǎng)分貢獻(xiàn)率，不同畜禽間又存在一定差異。

2.4 畜禽糞肥替代能力與化肥實(shí)際施用對比分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年，全國化肥施用總量為5 996.6萬噸，將復(fù)合肥按含氮、磷、鉀養(yǎng)分比例折算后，氮肥、磷肥、鉀肥施用分別為3 098.37萬噸、1 550.77萬噸和1 347.47萬噸，分別占化肥總施用量的 51.67%、25.86%和22.47%；從各地區(qū)來看，化肥施用排在前五位的依次為河南、山東、湖北、安徽、河北，合計(jì)占全國總施用量的36.68%。從單位耕地面積化肥施用量來看，2014年全國化肥施用強(qiáng)度為443.63 kg/公頃，明顯高于225 kg/公頃的最高限值，其中，單位面積化肥施用量在最高限值以上的有25個省，占全部省份的80%以上；單位面積化肥施用量最大的為廣東，達(dá)到952.02 kg/公頃，其次為福建、河南、江蘇、海南，化肥施用強(qiáng)度均在680 kg/公頃以上；重點(diǎn)區(qū)域中，京津冀、長三角、珠三角、長江經(jīng)濟(jì)帶化肥使用強(qiáng)度均在最高限值以上。

據(jù)測算，2014年全國畜禽產(chǎn)生糞尿可替代氮肥、磷肥、鉀肥潛力總和為3 162.44萬噸，占化肥實(shí)際投入量的52.74%，其中，畜禽糞肥替代氮肥、磷肥、鉀肥占實(shí)際施用量的比例分別為38.30%、52.00%和86.77%。從各地區(qū)來看，畜禽糞肥替代潛力高于化肥實(shí)際施用量的有遼寧、四川、青海和西藏四省，占全國地區(qū)總數(shù)的12.90%；畜禽糞肥替代潛力占化肥實(shí)際施用量比例高于全國均值的有北京、天津、上海、江西、湖南、廣東、廣西、海南、重慶、貴州、云南和甘肅，占全國地區(qū)總數(shù)的38.71%。從可替代的不同肥料來看，畜禽糞肥替代潛力高于氮肥、磷肥、鉀肥實(shí)際施用量的地區(qū)分別有2個、4個和14個，分別占全國地區(qū)總數(shù)的6.45%、12.90%和45.16%；畜禽糞肥替代潛力占氮肥、磷肥、鉀肥實(shí)際施用量比例高于全國均值的地區(qū)分別有14個、14個和1個，分別占全國地區(qū)總數(shù)的45.16%、45.16%和3.23%。

3 討論

改革開放以來，隨著糧食產(chǎn)量的逐年增長，我國13億人口的溫飽問題基本得到解決，但隨之而來的是化肥等農(nóng)業(yè)投入品使用量的急速上升，給糧食安全、生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。根據(jù)世界糧農(nóng)組織（FAO）數(shù)據(jù)，目前世界平均每公頃耕地化肥施用量約120 kg，美國為110kg，德國為212 kg、日本為270 kg、英國為290 kg、荷蘭為623kg，我國的單位耕地面積化肥施用量為444kg，僅比荷蘭低[5]。賴力等[6]對1990—2005年我國化肥施用的環(huán)境成本分析表明，化肥施用對環(huán)境的影響比較顯著，且呈東強(qiáng)西弱的態(tài)勢，與本研究結(jié)果基本一致。欒江等[7]對我國化肥施用量持續(xù)增長的原因分析發(fā)現(xiàn)，化肥施用強(qiáng)度的增長是化肥施用總量增長的主因，但從2007年以來，施用強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不斷下降，播種面積調(diào)整的貢獻(xiàn)有所提高。楊帆等[8]對我國種植業(yè)化肥施用狀況的分析表明，糧食作物化肥施用量占種植業(yè)化肥施用總量的50.6%，但經(jīng)濟(jì)、園藝作物單位面積化肥施用量大于糧食作物，春耕、夏播、秋冬種化肥施用量分別占全年化肥施用量的34.2%、35.6%、30.2%。化肥施用量的持續(xù)增長給水體、土壤等環(huán)境帶來一系列問題。隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長和人民生活水平的不斷提高，人們對食品的要求已不再滿足于吃飽，食品安全越來越受到國家和人民群眾的重視。為遏制化肥施用持續(xù)增長的勢頭，《農(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見》中提出實(shí)施化肥零增長行動，并制定出臺了《到2020年化肥施用量零增長行動方案》，提出推進(jìn)種養(yǎng)結(jié)合、增施有機(jī)肥是實(shí)施化肥減量行動的有效手段之一。

表3 畜禽糞尿可替代化肥潛力 （萬噸）

據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，全國每年產(chǎn)生38億噸畜禽糞污，綜合利用率不到60%。畜禽糞尿本身不是廢物，其本身含有大量N、P、K等營養(yǎng)物質(zhì)，自古以來人們就有施糞于田的習(xí)慣。2014年，全國產(chǎn)生的畜禽糞肥可以替代氮肥、磷肥和鉀肥分別為1 186.78萬噸、806.41萬噸和1 169.25萬噸，分別占當(dāng)年實(shí)際化肥施用量的38.30%、52.00%和86.77%，說明鉀肥的替代潛力較大，其次為磷肥，而氮肥的替代潛力僅為三分之一。總體來看，遼寧、四川、青海和西藏四省產(chǎn)生的畜禽糞肥替代化肥潛力高于實(shí)際化肥施用量，可以重點(diǎn)推進(jìn)畜禽糞肥替代化肥行動。從單一肥料來看，除青海和西藏外，北京和遼寧磷肥替代潛力高于實(shí)際施用量，北京、天津、遼寧、上海、浙江、江西、湖南、重慶、四川、貴州、云南和甘肅鉀肥替代潛力高于實(shí)際施用量，在這些地區(qū)可以逐漸推進(jìn)畜禽糞肥對氮肥、磷肥或鉀肥的替代施用，并逐步降低化肥的施用量，在有條件的地區(qū)，可以開展畜禽糞肥對化肥的完全替代示范。同時，根據(jù)不同畜禽糞肥中養(yǎng)分元素含量的不同，如豬糞尿中鉀元素含量高、雞糞尿中N和P元素含量高的特點(diǎn)，在對地方耕地土壤營養(yǎng)元素需求測定的基礎(chǔ)上，開展有機(jī)肥配方研制，推進(jìn)有機(jī)肥的生產(chǎn)和使用，達(dá)到降低化肥和畜禽養(yǎng)殖污染的目的。本研究是以豬、牛、家禽等三類畜禽的存欄量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開展的畜禽糞尿替代化肥潛力估算，其計(jì)算結(jié)果勢必比實(shí)際情況小，所以畜禽有機(jī)肥研制與使用潛力巨大。

4 結(jié)論

當(dāng)前，我國化肥投入量大，造成較嚴(yán)重的污染問題，除部分省區(qū)外，全國80%以上的地區(qū)單位面積化肥施用量嚴(yán)重超標(biāo)，同時，畜禽糞肥未被有效利用，也造成嚴(yán)重的污染問題。本文的研究結(jié)果表明，畜禽糞肥對鉀肥的替代潛力最大，其次為磷肥，氮肥替代潛力僅為三分之一左右；不同地區(qū)畜禽糞肥可替代化肥潛力差異較大，河南、四川、山東、湖南和湖北畜禽糞肥替代化肥潛力排在前五位，京津冀、長三角、珠三角和長江經(jīng)濟(jì)帶的部分地區(qū)替代潛力較大；不同畜禽糞肥中養(yǎng)分元素含量也存在一定差異，豬糞尿?qū)︹浄实奶娲鷿摿^大，雞糞對氮肥和磷肥的替代潛力較大。建議開展有機(jī)肥配方研制，推進(jìn)有機(jī)肥的生產(chǎn)和使用，在有條件的地區(qū)，可以開展畜禽糞肥對化肥的完全替代示范。

[1]環(huán)境保護(hù)部.全國環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2014年)[EB/OL].http://zls. mep.gov.cn/hjtj/qghjtjgb/201510/t20151029_315798.htm. 2015-10-29.

[2]國家統(tǒng)計(jì)局.中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國環(huán)境年鑒社, 2015.

[3]國家統(tǒng)計(jì)局.中國統(tǒng)計(jì)年鑒—2015[EB/OL].http://www.stats. gov.cn/tjsj/ndsj/2015/indexch.htm.

[4]李書田,劉榮樂,陜紅.我國主要畜禽糞便養(yǎng)分含量及變化分析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(1):179-184.

[5]張智峰,張衛(wèi)峰.我國化肥施用現(xiàn)狀及趨勢 [J].磷肥與復(fù)肥, 2008,23(6):9-12.

[6]賴力,黃賢金,王輝,等.中國化肥施用的環(huán)境成本估算[J].土壤學(xué)報(bào),2009,46(1):63-69.

[7]欒江,仇煥廣,井月,等.我國化肥施用量持續(xù)增長的原因分解及趨勢預(yù)測[J].自然資源學(xué)報(bào),2013,28(11):1869-1878.

[8]楊帆,孟遠(yuǎn)奪,姜義,等.2013年我國種植業(yè)化肥施用狀況分析[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2015,21(1):217-225.

S811.5

A

1673-4645(2016)11-0015-04

2016-09-26

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2015ZX07103-007）

路國彬，河北容城人，工程師，主要研究方向：農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)；E-mail：lugb@caep.org.cn