山東省畜禽糞污土地承載力時(shí)空分異特征分析

鄭 莉，張晴雯*，張愛平，劉杏認(rèn)，劉士清，韓 聰

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081；2.濱州市污染物排放總量控制辦公室，山東 濱州 256600）

畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)甚至整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分[1]。然而，隨著近年來畜牧業(yè)特別是規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，由畜禽養(yǎng)殖帶來的環(huán)境污染問題日益顯現(xiàn)[2]。2010年國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布第一次全國污染源普查公報(bào)，其中對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)196萬個(gè)對(duì)象進(jìn)行普查，數(shù)據(jù)顯示畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生糞便約2.43億t，尿液約1.63億t。主要水污染物排放化學(xué)需氧量1 268.26萬t，總氮102.48萬t，總磷16.04萬t，占全國排放總量的37.90%、21.67%和41.87%[3]。畜禽養(yǎng)殖業(yè)成為環(huán)境污染的主要來源之一[4]。高投入、高消耗、高污染的畜牧業(yè)發(fā)展方式不僅嚴(yán)重影響了我國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，還限制了畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。種養(yǎng)結(jié)合模式將作物種植與畜禽養(yǎng)殖結(jié)合在一起，兩者的協(xié)同效應(yīng)可以促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)，提高畜禽糞污資源利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[5]。種養(yǎng)結(jié)合模式有望成為禽畜養(yǎng)殖業(yè)糞污處理未來的發(fā)展方向[6]，但畜禽糞污養(yǎng)分產(chǎn)生量與農(nóng)田消納量是否匹配影響了養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。分析評(píng)價(jià)畜禽糞便有效N、P養(yǎng)分量和作物N、P養(yǎng)分需求之間匹配關(guān)系對(duì)減少污染實(shí)現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)具有重要意義[7]。

山東省是我國農(nóng)業(yè)大省，糧食主產(chǎn)區(qū)之一，其畜牧產(chǎn)業(yè)規(guī)模多年位居全國第一。孫晨曦等[8]通過計(jì)算山東省各市畜禽養(yǎng)殖COD、氨氮的排放量，評(píng)價(jià)了山東省畜禽糞污環(huán)境污染現(xiàn)狀，楊軍香等[9]以山東省統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，確定了不同種植模式下的土地適宜載畜量，吳金欣等[10]以資源利用最大化和環(huán)境影響最小化原則，分析了山東省種植與養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置量化關(guān)系，但是均未進(jìn)行時(shí)空演變特征的比較和分析。由于養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)以及糞污收集處理方式的差異，不同區(qū)域和不同時(shí)期畜禽糞便的產(chǎn)生量不一致，對(duì)環(huán)境的污染存在差異，這也就產(chǎn)生了畜禽糞便的時(shí)間和空間分布差異[11]。因此，有必要摸清不同時(shí)期山東省各市畜禽糞尿及其養(yǎng)分資源量的分布特征和變化規(guī)律，旨在為畜禽糞尿養(yǎng)分資源利用提供數(shù)據(jù)支撐。

目前國內(nèi)對(duì)于畜禽養(yǎng)殖量較大區(qū)域的農(nóng)田畜禽糞便環(huán)境承載力的評(píng)估已有較多研究，多采用負(fù)荷警報(bào)值分級(jí)[12-14]、灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)估[15-17]。為推進(jìn)畜禽糞污資源化利用，優(yōu)化調(diào)整畜牧業(yè)區(qū)域布局，促進(jìn)農(nóng)牧結(jié)合、種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展，原農(nóng)業(yè)部制定了《畜禽糞污土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》，為定量評(píng)估畜禽糞污土地承載力提供了計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。本文在結(jié)合前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合山東省的實(shí)際情況，時(shí)間分布選取近十年山東省年鑒數(shù)據(jù)，空間分布選取山東省2017年分市年鑒數(shù)據(jù)，對(duì)畜禽糞便養(yǎng)分供給量、植物糞污養(yǎng)分需求量進(jìn)行核算，采用畜禽糞污土地承載力指數(shù)對(duì)各區(qū)域農(nóng)田畜禽糞污負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估，分析山東省不同時(shí)間不同區(qū)域畜禽糞便年排放量及負(fù)荷的差異，并進(jìn)行分析比較，揭示不同區(qū)域的畜禽糞便負(fù)荷與污染特征及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，推動(dòng)區(qū)域畜禽養(yǎng)殖綠色發(fā)展，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 農(nóng)作物糞污養(yǎng)分需求量

農(nóng)作物種類、播種面積、產(chǎn)量來自于山東省2017年統(tǒng)計(jì)年鑒[18]。每100 kg產(chǎn)量N、P養(yǎng)分的需求量參考《土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》[19]（表1）。

山東省區(qū)域植物氮（磷）養(yǎng)分需求總量計(jì)算公式如下：

式中：An,i代表區(qū)域內(nèi)植物氮（磷）養(yǎng)分需求總量，t·a-1；Pr,i代表區(qū)域內(nèi)第i種作物總產(chǎn)量，t·a-1；Qi代表區(qū)域內(nèi)第i種作物的100 kg收獲物需氮（磷）量，kg；At,j代表區(qū)域內(nèi)第j種人工林地總的種植面積，hm2；Qj代表區(qū)域內(nèi)第j種人工林地的單位面積年生長量需要吸收的氮（磷）養(yǎng)分量，kg·hm-2。

植物的糞污養(yǎng)分需求量按公式（2）計(jì)算。

式中：An,m代表區(qū)域內(nèi)植物糞污養(yǎng)分需求量，t·a-1；An,i代表區(qū)域內(nèi)植物氮（磷）養(yǎng)分需求量，t·a-1；FP代表作物總養(yǎng)分需求中施肥供給養(yǎng)分占比，%；MP代表農(nóng)田施肥管理中，畜禽糞污養(yǎng)分需求量占施肥養(yǎng)分總量的比例，%；MR代表糞污當(dāng)季利用率，%。糞污N素利用率25%～30%，P素當(dāng)季利用率30%～35%。

根據(jù)山東土壤養(yǎng)分特征（表2）和表3，確定土壤N、P養(yǎng)分分級(jí)為Ⅰ級(jí)，施肥供給占比為35%。有機(jī)肥與化肥配施比例按25%計(jì)算[20]。糞污N、P素當(dāng)季利用率參考《土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》分別取30%、35%。

1.2 畜禽糞污總養(yǎng)分供給量

山東省畜禽數(shù)量數(shù)據(jù)來源于2017年山東省統(tǒng)計(jì)年鑒[18]、中國統(tǒng)計(jì)年鑒（2008—2017）[21]、中國畜牧業(yè)年鑒（2008—2017）[22]，畜禽種類主要包括豬、奶牛、肉牛、山羊、綿羊、家禽、兔。不同畜禽的N、P日排泄量參考《土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》（表4）。

表1 山東省主要作物產(chǎn)量及形成100 kg產(chǎn)量吸收的氮、磷、鉀養(yǎng)分量Table 1 Main crop yields in Shandong Province and nitrogen，phosphorus and potassium nutrients absorbed by 100 kg production

表2 山東省耕地土壤養(yǎng)分特征Table 2 Characteristics of soil nutrients of arable land in Shandong Province

表3 土壤不同N、P養(yǎng)分水平下施肥供給養(yǎng)分占比推薦值Table 3 The nutrient proportion of fertilizing under different nitrogen and phosphorus nutrient levels in soil

畜禽糞便養(yǎng)分產(chǎn)量按公式（3）計(jì)算：

式中：Qr,p代表區(qū)域內(nèi)畜禽糞便養(yǎng)分產(chǎn)生量，t·a-1；Qr,p,i代表區(qū)域內(nèi)第i種畜禽糞便養(yǎng)分產(chǎn)生量，t·a-1；APr,i代表區(qū)域內(nèi)第i種動(dòng)物年均存欄量，頭（只）；MPr,i代表第i種動(dòng)物糞便中N、P的日產(chǎn)生量，g·d-1·頭-1。

畜禽糞污養(yǎng)分收集量按公式（4）計(jì)算：

式中：Qr,C代表區(qū)域內(nèi)畜禽糞污養(yǎng)分收集量，t·a-1；Qr,C,i代表區(qū)域內(nèi)第i種畜禽糞污養(yǎng)分收集量，t·a-1；Qr,p,i代表區(qū)域內(nèi)第i種畜禽糞污養(yǎng)分產(chǎn)生量，t·a-1；PCi,j代表區(qū)域內(nèi)第i種動(dòng)物在第j種清糞方式所占比例，%；PLj代表第j種清糞方式氮（磷）養(yǎng)分收集率，%，見表5。

表4 2016年山東省不同畜禽（不區(qū)分畜禽生長階段）的日排泄N、P量Table 4 Daily excretion of nitrogen and phosphorus of different livestock and poultry in Shandong Province（Does not differentiate livestock and poultry growth stages）

不同清糞比例按全國的干清糞占72%，水沖清糞占28%[24]。

不同畜禽糞污的處理方式N、P養(yǎng)分留存率參考《土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》，見表6。

畜禽糞污總養(yǎng)分供給量按公式（5）計(jì)算。

式中：Qr,Tr代表區(qū)域內(nèi)畜禽糞污處理后養(yǎng)分供給量，t·a-1；Qr,Tr,i代表區(qū)域內(nèi)第i種畜禽糞污處理后養(yǎng)分供給量，t·a-1；PCi,k代表區(qū)域內(nèi)第i種動(dòng)物在第k種處理方式所占比例，%；PLk代表第k種處理方式氮（磷）養(yǎng)分留存率，%。

不同畜禽糞污處理方式按全國厭氧發(fā)酵占7%，固體貯存占92%，堆肥占1%計(jì)算[25]。

1.3 區(qū)域畜禽糞污土地承載力

將山東省的總糞污養(yǎng)分供給量按公式（6）折算成單位豬當(dāng)量養(yǎng)分供給量。

式中：NSr,a代表單位豬當(dāng)量糞污養(yǎng)分供給量，kg·豬當(dāng)量-1·a-1；Qr,Tr代表區(qū)域內(nèi)畜禽糞污總養(yǎng)分供給量，t·a-1；A代表區(qū)域內(nèi)飼養(yǎng)的各種動(dòng)物根據(jù)豬當(dāng)量換算系數(shù)，折算成豬當(dāng)量的飼養(yǎng)總量，豬當(dāng)量。

將不同的畜禽換算成豬當(dāng)量，1頭豬按存欄量折算：100頭豬相當(dāng)于15頭奶牛、30頭肉牛、250只羊、2500只家禽[26]，1頭豬相當(dāng)于60只兔[27]。

表5 不同畜禽糞污收集工藝的N、P收集率（%）Table 5 Nitrogen and phosphorus collection rate of different livestock manure collection methods（%）

表6 不同畜禽糞污的處理方式N、P養(yǎng)分留存率（%）Table 6 Nitrogen and phosphorus retention rate of different livestock manure treatments（%）

區(qū)域畜禽糞污土地承載力按公式（7）計(jì)算，得到山東省理論最大養(yǎng)殖量（以豬當(dāng)量計(jì)）。

式中：R代表區(qū)域畜禽以作物糞污養(yǎng)分需求為基礎(chǔ)的最大養(yǎng)殖量，豬當(dāng)量；NUr,m代表區(qū)域內(nèi)植物糞污養(yǎng)分需求量，kg·a-1；NSr,a代表豬當(dāng)量糞污養(yǎng)分供給量，kg·豬當(dāng)量-1·a-1。

將山東省各種畜禽實(shí)際存欄量（以豬當(dāng)量計(jì)）除以區(qū)域最大養(yǎng)殖量（以豬當(dāng)量計(jì)）得到區(qū)域畜禽糞污土地承載力指數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中：I代表區(qū)域畜禽糞污土地承載力指數(shù)；A代表區(qū)域內(nèi)飼養(yǎng)的各種動(dòng)物根據(jù)豬當(dāng)量換算系數(shù)，折算成豬當(dāng)量的飼養(yǎng)總量，豬當(dāng)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 山東省畜禽糞污土地承載力空間分布特征

由于各市養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)差異，其畜禽糞便的產(chǎn)生和糞便中養(yǎng)分排放也隨空間分布出現(xiàn)差異性。選取2016年數(shù)據(jù)，對(duì)山東省17個(gè)市的作物養(yǎng)分需求量、畜禽糞污養(yǎng)分供應(yīng)量進(jìn)行估算，將不同畜種產(chǎn)生的畜禽糞便量統(tǒng)一換算為豬糞當(dāng)量，計(jì)算各市畜禽糞污土地承載力指數(shù)，分析山東省畜禽糞污土地承載力空間分布特征。

2.1.1 山東省畜禽糞污N、P養(yǎng)分供給量空間分布特征

2016年山東省畜禽糞便N、P養(yǎng)分總量分別為101.7萬t和15.5萬t，主要來源于豬、肉牛、家禽糞便的供給，分別占總養(yǎng)分量的29.7%、14.3%和28.3%。根據(jù)不同畜禽種類不同糞污收集方式下N、P養(yǎng)分的收集率，估算實(shí)際畜禽糞污N、P養(yǎng)分收集量分別為89.2萬t和14.7萬t。由于不同畜禽種類在不同糞污處理方式下N、P養(yǎng)分的留存率不同，估算山東省2016年畜禽糞污產(chǎn)生的可供植物利用的N、P養(yǎng)分量分別為58.7萬t和11.7萬t。山東省有機(jī)肥資源量巨大，降低化肥施用量的潛力大。

圖1為各市畜禽糞便中N、P養(yǎng)分量的分布。從各市的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模來看，規(guī)模大的地區(qū)主要分布在魯西南、魯中南區(qū)域。濰坊市、德州市和菏澤市達(dá)到了千萬級(jí)別，分別為1 059.9萬、1 078.9萬頭和1 034.2萬頭，是山東省養(yǎng)殖大市，分別占全省的11.3%、11.5%、11%。萊蕪市養(yǎng)殖規(guī)模屬山東最小，為101.2萬頭，僅占全省的1.1%。

圖1 山東省畜禽糞污養(yǎng)分供給量空間分布圖Figure 1 Spatial distribution of livestock manure nutrients in Shandong Province

由于不同區(qū)域養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖類型的分布不同，其畜禽糞便的產(chǎn)生以及糞污N、P養(yǎng)分供給量也存在差異。綜合來看，畜禽糞尿養(yǎng)分資源量的空間分布與畜禽養(yǎng)殖規(guī)?？臻g分布相似。畜禽糞便N養(yǎng)分供應(yīng)量排名前五的市與P養(yǎng)分供應(yīng)量排名前五的市具有一致性，分別是：濰坊市、濟(jì)寧市、臨沂市、德州市、菏澤市，5個(gè)市的畜禽糞尿N、P養(yǎng)分總量約占全省總量的50.5%、50.9%。其中N養(yǎng)分供應(yīng)量最高是德州市，P養(yǎng)分供應(yīng)量最高是菏澤市，分別為7.2萬t·a-1和1.5萬t·a-1，占全省畜禽糞便N、P養(yǎng)分供應(yīng)量的11.1%和11.2%。N、P養(yǎng)分供應(yīng)量最低是萊蕪市，分別為0.75萬t·a-1和0.16萬t·a-1，占全省畜禽糞便N、P養(yǎng)分供應(yīng)量的1.2%、1.3%。畜禽糞便N、P養(yǎng)分在局部地區(qū)的集中產(chǎn)生和排放，給當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境造成了很大的壓力。

2.1.2 山東省各市農(nóng)作物N、P養(yǎng)分需求量空間分布特征

根據(jù)2016年山東省各種作物播種面積和產(chǎn)量，以及中等肥力和中等產(chǎn)量下的糧食作物和蔬菜作物N、P養(yǎng)分需求量，估算山東省適宜N、P養(yǎng)分需求量分別為205.4萬t和54.6萬t。根據(jù)山東的施肥習(xí)慣，計(jì)算出區(qū)域內(nèi)植物通過畜禽糞污途徑的N、P養(yǎng)分需求量分別為59.9萬t和13.7萬t。在不考慮糧田秸稈還田的條件下，來自畜禽糞污的N、P養(yǎng)分供給量未超過植物糞污需求量，還需要施用化肥進(jìn)行N、P素的補(bǔ)充。

山東省是農(nóng)業(yè)大省，2016年農(nóng)作物總播種面積約1 097.3萬hm2，其中排名前五的城市分別為：菏澤市134.4萬hm2、濰坊市102.0萬hm2、臨沂市100.9萬hm2、德州市100.3 萬hm2、聊城市 96.9萬 hm2，分別占總播種面積的12.2%、9.3%、9.2%、9.1%、8.8%。從山東省植物糞污N、P養(yǎng)分需求量空間分布圖（圖2）可以看出，植物糞便N養(yǎng)分需求量排名前五的市分別為：濰坊市、濟(jì)寧市、臨沂市、德州市、菏澤市；植物糞污P養(yǎng)分需求量排名前五的市分別為：聊城市、濟(jì)寧市、臨沂市、德州市、菏澤市。其中植物糞污N、P養(yǎng)分需求量最高是菏澤市，分別為7.1萬t·a-1和1.7萬t·a-1，占全省植物糞污N、P養(yǎng)分需求量的12.7%和12.6%。

2.1.3 山東省農(nóng)田畜禽糞污土地承載力空間分布特征

將山東省作物糞污養(yǎng)分需求量換算成以豬當(dāng)量計(jì)的最大養(yǎng)殖量，來表示畜禽糞污土地承載力。2016年山東省以N、P養(yǎng)分為基準(zhǔn)的土地承載力分別為8576萬頭和9809萬頭。計(jì)算區(qū)域畜禽糞污土地承載力指數(shù)I，以N養(yǎng)分為基準(zhǔn)時(shí)IN=0.98＜1，以P養(yǎng)分為基準(zhǔn)時(shí)IP=0.86＜1。分別以N、P養(yǎng)分為基準(zhǔn)時(shí)，該區(qū)域內(nèi)土地消納畜禽糞污均不超載。對(duì)基于N和P測(cè)算的結(jié)果進(jìn)行比較，取兩種計(jì)算結(jié)果的較低值為該區(qū)域的承載量，即山東的最大承載量為8576萬頭。2016年山東省的養(yǎng)殖規(guī)模為8401萬頭，相較于最大畜禽承載量還有一定的發(fā)展空間。

分別對(duì)山東省17個(gè)市的土地承載力指數(shù)I進(jìn)行估算，如圖3。各市畜禽糞便污染風(fēng)險(xiǎn)差異較大，其中青島、淄博、聊城、菏澤以N、P為基準(zhǔn)的I值均小于1，土地不超載，還能容納一定量的畜禽糞污。濟(jì)南、棗莊、煙臺(tái)、泰安、威海、日照、萊蕪、臨沂、德州以N、P為基準(zhǔn)的I值均大于1，畜禽糞污量超過了農(nóng)田的承受能力，農(nóng)田畜禽污染風(fēng)險(xiǎn)較大。而萊蕪市土地承載力指數(shù)I均超過2，分別為2.14和2.36，這說明萊蕪市的畜牧業(yè)排放的糞污遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過農(nóng)田消納的量，畜禽固液糞便的N、P必須部分外輸?shù)狡渌袡C(jī)肥缺乏的區(qū)域，才能解決萊蕪市農(nóng)田土壤N、P負(fù)荷過量問題。而東營、濰坊、濟(jì)寧、濱州4市以N為基準(zhǔn)的I值均大于1，以P為基準(zhǔn)的I值均小于1，說明該市來自畜禽糞污的N素盈余明顯，而P素的供給量低于農(nóng)田作物P養(yǎng)分需求量，還需要來自于化肥的P素補(bǔ)充。

圖2 山東省植物糞污養(yǎng)分需求量空間分布圖Figure 2 Spatial distribution of crop manure nutrients demand in Shandong Province

2.2 山東省畜禽糞污土地承載力時(shí)間分布特征

由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，近年來山東省養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，山羊、兔養(yǎng)殖量逐年減少，豬、奶牛、肉牛、綿羊、家禽養(yǎng)殖量逐年增加，其中綿羊的養(yǎng)殖量從2007年的324.35萬只增加到2016年的1 023.8萬只，十年間增加了215.6%?？傮w來看，近十年山東省的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模總體呈上升趨勢(shì)，增幅達(dá)19.3%。選取2008—2017年山東省統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，對(duì)山東省作物糞污養(yǎng)分需求量、畜禽糞污養(yǎng)分供應(yīng)量以及歷年畜禽糞污土地承載力指數(shù)進(jìn)行估算，分析山東省畜禽糞污土地承載力時(shí)間分布特征。

總體來看，分別以N、P養(yǎng)分為基準(zhǔn)的各曲線變化趨勢(shì)具有一致性。由于山東省種植業(yè)的發(fā)展，近年來全省種植面積呈小幅上升的趨勢(shì)，從2007年的1 072.4萬hm2增加到2016年的1 097.3萬hm2，增長了2.3%。植物對(duì)糞污養(yǎng)分的需求量也呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)，從2007年到2016年，N養(yǎng)分的需求量從54.1萬t·a-1增加到了59.9萬t·a-1，增長了10.6%；P養(yǎng)分的需求量從 12.1 萬 t·a-1增加到了 13.7 萬 t·a-1，增長了13.1%。畜禽糞污N、P養(yǎng)分供應(yīng)量在2008至2010年間下降，在2010年存在一個(gè)最低值分別為54.2萬t·a-1和11.16萬t·a-1，在2010年至2012年間迅速增加，總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。由圖4可以看出，畜禽糞污N、P養(yǎng)分供應(yīng)量隨時(shí)間變化特征曲線在2010年到2012年間均有上升趨勢(shì)，這是由于在該段時(shí)間內(nèi)山東省畜禽養(yǎng)殖規(guī)模大幅增加，導(dǎo)致畜禽糞便量增加，畜禽糞污N、P養(yǎng)分供應(yīng)量急劇增加，其中N養(yǎng)分供應(yīng)量增加8.4%，P養(yǎng)分供應(yīng)量增加7.5%。從指數(shù)I隨時(shí)間變化特征曲線來看，以N、P為基準(zhǔn)的畜禽糞污土地承載力指數(shù)I均呈下降趨勢(shì)，以N為基準(zhǔn)的I值在1上下浮動(dòng)，以P為基準(zhǔn)的I值始終小于1，并且兩者在2010年至2012年間均有小幅增加。

3 討論

由于2007年至2009年受禽流感的影響，山東各地區(qū)畜禽養(yǎng)殖量顯著下降，2010年山東省政府加大對(duì)現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的扶持力度，出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)畜牧業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策，使山東省畜禽養(yǎng)殖業(yè)得到快速發(fā)展，養(yǎng)殖規(guī)模在2010年以后呈迅速增加的趨勢(shì)。由于煙臺(tái)、青島、威海地處沿海，發(fā)展旅游業(yè)和漁業(yè)，畜牧業(yè)相對(duì)較弱。通過計(jì)算看出山東省畜禽養(yǎng)殖主要集中在魯西南、魯中南以及德州、濰坊等區(qū)域，而魯東地區(qū)畜禽養(yǎng)殖規(guī)模整體較小，這與吳金欣等[10]的結(jié)果一致。在2010至2012年期間以N、P為基準(zhǔn)的山東省畜禽糞污土地承載力指數(shù)均緩慢增加，其原因可能與這一時(shí)期畜禽養(yǎng)殖規(guī)模大幅增加有關(guān)，根據(jù)計(jì)算得出在此期間N、P養(yǎng)分供應(yīng)量增幅均大于養(yǎng)分需求量增幅，導(dǎo)致土地需要消納的畜禽糞污量增加，畜禽糞污土地承載力指數(shù)增大。整體來看，近十年山東省以N、P為基準(zhǔn)的畜禽糞污土地承載力指數(shù)均呈下降趨勢(shì)，說明山東省畜禽養(yǎng)殖排放的糞便資源中N、P沒有超過土地的承載能力，仍具有一定的消納空間，而植物所需的N、P養(yǎng)分不能由糞污提供的那部分，需要通過秸稈還田、化肥施用等方式進(jìn)行額外的養(yǎng)分補(bǔ)充。

圖3 山東省畜禽糞污土地承載力指數(shù)空間分布圖Figure 3 Spatial distribution of loading capacity of livestock manure in Shandong Province

圖4 山東省區(qū)域畜禽糞污土地承載力時(shí)間變化特征Figure 4 Time variation characteristics of loading capacity of livestock manure in Shandong Province

目前，中國畜牧業(yè)正處在由傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)向畜禽廢棄物資源化利用的現(xiàn)代生態(tài)養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期[28]。種養(yǎng)結(jié)合生產(chǎn)模式有利于保持生態(tài)平衡，緩解集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖帶來的環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[29]。以農(nóng)牧結(jié)合、種養(yǎng)平衡、生態(tài)循環(huán)為原則，加快發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)養(yǎng)殖，促進(jìn)畜牧產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，推動(dòng)養(yǎng)殖環(huán)境問題有效解決，是對(duì)實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求[30]。山東作為我國的養(yǎng)殖大省，推廣種養(yǎng)結(jié)合生產(chǎn)模式對(duì)我國畜禽養(yǎng)殖廢物資源化利用具有示范意義。

為保障山東省各市畜禽糞污被安全消納，最大限度減少畜禽養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境的影響，促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展，針對(duì)山東省畜禽養(yǎng)殖潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，對(duì)各市發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)以及養(yǎng)殖廢棄物處理做出以下建議：

（1）調(diào)整優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖區(qū)域布局。近十年山東省畜禽糞污土地承載力逐漸提高，可容納的畜禽養(yǎng)殖量增加，但根據(jù)估算山東省所產(chǎn)生的畜禽糞污已接近于土地所能承載的上限值，故不建議繼續(xù)擴(kuò)大養(yǎng)殖規(guī)模。其中淄博、濟(jì)寧、聊城、菏澤等市農(nóng)田土地對(duì)于畜禽糞污還具有一定的消納空間；東營、濰坊、濟(jì)寧、濱州等市養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的畜禽廢物中N素超過了農(nóng)田消納能力，而P素不超載，應(yīng)在維持畜禽養(yǎng)殖量不變的基礎(chǔ)上增加化肥P素的投入；對(duì)于濟(jì)南、棗莊、煙臺(tái)、泰安、威海、日照、萊蕪、臨沂、德州等市，畜禽糞便的產(chǎn)生量超過了其農(nóng)田系統(tǒng)消納能力，在運(yùn)用種養(yǎng)結(jié)合模式時(shí)，應(yīng)對(duì)養(yǎng)殖場進(jìn)行合理選址和設(shè)計(jì)，確定種養(yǎng)結(jié)合模式中養(yǎng)殖場養(yǎng)殖規(guī)模與周邊農(nóng)田的合理配置，以保障有足夠的農(nóng)田對(duì)產(chǎn)生的畜禽糞污進(jìn)行安全消納，多余的畜禽糞污可以采用異地消納的方式擴(kuò)大畜禽糞污的消納半徑，如將畜禽糞污運(yùn)至淄博、濟(jì)寧、聊城、菏澤等仍具有一定消納空間的城市進(jìn)行處理，同時(shí)科學(xué)管理和引導(dǎo)合理利用有機(jī)肥，控制有機(jī)肥施用比例，減少化肥的投入；對(duì)于青島、威海、煙臺(tái)等沿海旅游城市，應(yīng)減小畜禽養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)模，盡可能降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，減少養(yǎng)殖廢棄物對(duì)大氣、水環(huán)境的污染。

（2）嚴(yán)格控制對(duì)畜禽糞污的收集處理。常規(guī)養(yǎng)殖廢棄物生化處理的運(yùn)行費(fèi)用較高，需要重建養(yǎng)殖系統(tǒng)，通過清潔生產(chǎn)減少糞污用水量，增加養(yǎng)分含量，提高肥效，恢復(fù)種植與養(yǎng)殖系統(tǒng)之間物流平衡，促進(jìn)種植與養(yǎng)殖平衡發(fā)展，經(jīng)濟(jì)有效地解決養(yǎng)殖場糞污問題。對(duì)政府部門而言，可以在建立對(duì)畜禽養(yǎng)殖無害化處理扶持制度的同時(shí)，通過政府補(bǔ)貼的方式引導(dǎo)、鼓勵(lì)畜禽養(yǎng)殖企業(yè)對(duì)畜禽糞污的處理，減少畜禽糞污的直接還田。對(duì)規(guī)?；B(yǎng)殖廠產(chǎn)生的大量畜禽糞污統(tǒng)一收集，經(jīng)過畜禽糞污的預(yù)處理后，可以由專門的有機(jī)肥企業(yè)進(jìn)一步加工為商品有機(jī)肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥或生物有機(jī)肥，這些產(chǎn)品轉(zhuǎn)入市場后，即可打破地域間畜禽養(yǎng)殖不平衡的問題；鼓勵(lì)畜禽養(yǎng)殖企業(yè)在沼氣發(fā)酵后對(duì)產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行脫硫、除濕處理，進(jìn)一步將沼氣充分利用起來。

在計(jì)算過程中，我們假定將山東省年產(chǎn)生的所有畜禽糞便均勻分布到所有耕地面積上，且沒有考慮畜禽糞污省外施用以及畜禽糞便運(yùn)輸條件的影響，而在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，畜禽養(yǎng)殖往往集中在某些區(qū)域，各地區(qū)實(shí)際的承載力將與本文計(jì)算得到的畜禽養(yǎng)殖承載力存在差別；并且在估算山東省植物糞污養(yǎng)分需求量時(shí)，沒有考慮人工林對(duì)畜禽糞污的消納。如果考慮將人工林地作為消納畜禽糞污的對(duì)象，將提高土地對(duì)畜禽糞污的消納量，進(jìn)一步擴(kuò)大山東省的畜禽養(yǎng)殖潛力。

4 結(jié)論

通過對(duì)2007—2016年山東省以及2016年各市的畜禽糞污養(yǎng)分供給量、植物糞污養(yǎng)分需求量以及畜禽糞污土地承載力進(jìn)行估算，得到以下結(jié)論：

（1）近十年來，整體來看山東畜禽養(yǎng)殖規(guī)模呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。山東省畜禽養(yǎng)殖主要集中在魯西南、魯中南、以及德州、濰坊等區(qū)域，畜禽糞尿資源豐富，魯東地區(qū)畜牧業(yè)不發(fā)達(dá)，畜禽養(yǎng)殖規(guī)模整體較小。

（2）山東省作物糞污N、P養(yǎng)分需求量呈逐年上升的趨勢(shì)，這就需要越來越多的畜禽糞便以有機(jī)肥、沼渣沼液等形式施入農(nóng)田，對(duì)畜禽糞便安全還田提出了考驗(yàn)。

（3）青島、淄博、聊城、菏澤等市產(chǎn)生的畜禽糞污未超載，濟(jì)南、棗莊、煙臺(tái)、泰安、威海、日照、萊蕪、臨沂、德州的畜禽糞污量超過了農(nóng)田的承受能力，有潛在的N、P污染風(fēng)險(xiǎn)，而萊蕪市畜禽糞污土地承載力指數(shù)超過2，農(nóng)田畜禽污染風(fēng)險(xiǎn)較大。但總體上看，山東省畜禽糞污土地承載力有增加的趨勢(shì)，山東省農(nóng)田消納畜禽糞便仍然有一定消納潛力。