基于種養(yǎng)平衡的中國耕地畜禽糞尿負荷預警與治理模式效果研究

李鵬程，韓成吉，石自忠，王明利

（中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所，北京 100081）

改革開放以來，中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)整體素質(zhì)實現(xiàn)了質(zhì)的飛越，現(xiàn)已成為世界上最大的肉、蛋生產(chǎn)國[1]。伴隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，養(yǎng)殖排放也隨之增多，至2015年中國畜禽糞尿排放已達到31.58億t[2]，如何對這大量的畜禽糞尿進行有效處理已成為社會各界關(guān)注的熱點。實踐表明，將畜禽糞尿作為養(yǎng)分進行還田利用，是最為經(jīng)濟可行的處理方式[3]。然而，其同時也是引起污染的重要因素，一旦耕地負荷量超過作物養(yǎng)分需求，則將造成地下水亞硝酸鹽污染、江河水體富營養(yǎng)化、土壤礦物質(zhì)損失等諸多危害[4-6]。因此，從連接種植業(yè)與畜牧業(yè)的種養(yǎng)平衡視角出發(fā)，進行耕地畜禽糞尿負荷污染風險預警，以及分析污染治理模式效果，對于防治相關(guān)污染具有重要的現(xiàn)實意義。

已有大量學者基于種養(yǎng)結(jié)合視角，對各地區(qū)耕地畜禽糞尿負荷情況進行了分析。一些學者基于畜禽糞尿與作物養(yǎng)分需求之間相對大小這一實際情況，對各地區(qū)耕地畜禽糞尿負荷污染風險進行了評價，并由此提出進行總量控制的政策建議；養(yǎng)分的揮發(fā)、損耗、土壤供氮能力、災害對作物養(yǎng)分需求的影響等情況相繼被納入到測算體系之中[7-10]。另有一些學者在現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，基于不同有機無機配施比例這一假設(shè)，運用比較靜態(tài)分析對各地區(qū)污染風險進行了預測，并認為在具有承載潛力的地區(qū)，可通過有機替代無機的方式擴大畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，而養(yǎng)分盈余地區(qū)則需要移除多余部分[11-12]。

上述研究對于摸清中國耕地畜禽糞尿負荷情況提供了堅實的基礎(chǔ)，但仍存在以下不足：一是研究方法上，現(xiàn)有文獻多是采用靜態(tài)或比較靜態(tài)分析，忽視了對中間過程的動態(tài)考量；二是研究對象上，現(xiàn)有研究主要圍繞種植業(yè)、畜牧業(yè)兩方面展開，忽視了社會、經(jīng)濟因素對于畜禽養(yǎng)殖排放污染存在的影響；三是研究內(nèi)容上，現(xiàn)有研究多是對現(xiàn)狀進行分析，或是在有機肥投入占總養(yǎng)分投入不同比例的假設(shè)下進行預測，缺乏對未來實際情況的預警，同時也缺乏對相關(guān)治理模式效果的評價。鑒于此，本研究基于種養(yǎng)結(jié)合視角，定義“畜禽糞尿污染風險指數(shù)”，同時將社會、經(jīng)濟、種植業(yè)、畜牧業(yè)納入風險指數(shù)核算體系，運用系統(tǒng)動力學方法構(gòu)建耕地畜禽糞尿負荷系統(tǒng)，動態(tài)分析系統(tǒng)各部分間存在的相互作用，預警2018—2025年中國耕地畜禽糞尿負荷污染風險，并從污染治理效果及對作物養(yǎng)分供給影響兩個方面，對治理模式的效果進行評價，最終為制定畜禽糞尿治理政策措施提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所涉及的經(jīng)濟社會發(fā)展狀況、畜禽養(yǎng)殖量和農(nóng)作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù)均來源于歷年《中國統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)業(yè)年鑒》《國民經(jīng)濟統(tǒng)計公報》《中國畜牧獸醫(yī)年鑒》以及《中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》。

1.2 方法

預警模型實質(zhì)上由評價模型和預測模型構(gòu)成[13]。本研究構(gòu)建畜禽糞尿污染風險指數(shù)評價耕地畜禽糞尿負荷污染風險，采用系統(tǒng)動力學模型預測風險指數(shù)、仿真污染治理模式效果。

1.2.1 基于種養(yǎng)平衡的耕地畜禽糞尿負荷污染風險評價模型

（1）評價指標設(shè)定

式中:ε為畜禽糞尿污染風險指數(shù)，依據(jù)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》，以氮素含量進行測算；L為耕地畜禽糞尿氮素負荷量，t；C為耕地畜禽糞尿氮素承載力，t；S為畜禽糞尿氮素含量，t；θ為有機肥氮素損失率；μ為草地畜禽糞尿負荷占比，用以排除草地承載的畜禽糞尿量；D為作物氮肥需求量，t；γ為作物在種植過程中因自然災害造成產(chǎn)量失真的氮肥需求校正系數(shù)；f為化肥氮施用量，t；δ為化肥氮素損失率；s為秸稈氮素含量，t；λ為秸稈養(yǎng)分還田率，p為農(nóng)村生活氮素排放，t；ω為農(nóng)村生活排放留存率；B為生物固氮量，t；E為經(jīng)大氣沉降、灌溉輸入到耕地的氮素量，t。根據(jù)相關(guān)文獻[14-15]及《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》將θ、δ分別設(shè)為36.5%、50%；以草地畜禽糞尿負荷量（根據(jù)草地最大載畜量測算[16]）與總排放之比為草地負荷占比，以減產(chǎn)面積（受災、成災、絕收面積與各級災害損失比例乘積之和）與播種面積之比為氮肥需求校正系數(shù)，取2008—2017年平均值，即令μ為8.50%、γ為7.66%；秸稈養(yǎng)分還田率隨時間變化存在較大提升，依據(jù)《到2020年化肥使用量零增長行動方案》將2008—2017年λ設(shè)為35%，2018—2025年λ設(shè)為60%；依據(jù)楊淑靜[17]的研究將ω設(shè)為78.1%。S、D、s、B、p、E的計算公式分別如下：

式中：ni為i種畜禽豬當量換算系數(shù)，Xi為i種畜禽存欄量，頭；u為單位豬當量氮素排泄量，kg。依據(jù)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》，按存欄量折算：100頭豬相當于15頭奶牛、30頭肉牛、250只羊、2500只家禽；1個豬當量的氮素排泄量為11 kg。

式中：mi、gi、hi、ki分為 i種作物氮肥需求系數(shù)（t·100 t-1）、谷草比、秸稈含氮量（kg·t-1）、固氮系數(shù)（kg·hm-2）；Yi、Zi分別為 i種作物產(chǎn)量（t）、播種面積或水田、旱地面積（hm2）。收集國內(nèi)公開發(fā)表的文章數(shù)據(jù)，確定作物相關(guān)系數(shù)（表1），此外旱地非共生固氮系數(shù)為 15，水田非共生固氮系數(shù)為 44.8[14-15，18]。

式中：r為常住人口城鎮(zhèn)化率；i為人均糞尿氮素排放量，kg；H為總?cè)丝?，人；依?jù)秦鐘等[12]的研究將i設(shè)為4.4。

式中：j、k分別為大氣降氮系數(shù)及灌溉供氮系數(shù)，kg·hm-2；W、Z分別為耕地面積和有效灌溉面積，hm2。根據(jù)李書田等[14]的研究，將j、k分別設(shè)為20.2、12.1。

（2）預警值級設(shè)定

沈根祥等[7]較早進行耕地畜禽糞尿負荷污染風險的警報分級研究，其依據(jù)種植過程中存在的有機無機配施比例在1∶5到1∶1之間這一實際情況，將預警級別設(shè)為5級，認為耕地畜禽糞尿負荷占到作物養(yǎng)分需求的0.4以上就對環(huán)境輕微污染，達到0.7、1、1.5以上分別造成稍有、較嚴重、很嚴重環(huán)境污染，這一分級標準被諸多學者采用[19-20]。馮愛萍等[21]依據(jù)農(nóng)作物實際消納情況及歐盟農(nóng)業(yè)政策，將預警級別設(shè)為4級，認為每公頃耕地畜禽糞尿負荷量超過100 kg即對環(huán)境構(gòu)成污染，超過170、225 kg分別構(gòu)成較高污染和高污染。陳天寶等[10]綜合上述研究，將預警級別設(shè)為5級，認為耕地糞尿負荷量占到作物養(yǎng)分需求的0.45以上就對環(huán)境構(gòu)成威脅，達到0.6、0.8、1以上分別構(gòu)成明顯、嚴重、重大污染威脅。通過對比上述3種分級方式可知，雖然各分級點絕對數(shù)值有所不同，但之間的相對比值十分接近，不同之處在于陳天寶等[10]對較低級別的污染作了更為詳細劃分。結(jié)合本研究需要，借鑒陳天寶等[10]研究，設(shè)置預警值級標準（表2）。

1.2.2 基于系統(tǒng)動力學的畜禽糞尿污染風險指數(shù)預測模型

（1）系統(tǒng)框架及因果關(guān)系圖

系統(tǒng)動力學（System dynamics，SD）以反饋控制理論為基礎(chǔ)，通過建立子系統(tǒng)間的因果關(guān)系，實現(xiàn)對具有多元性、動態(tài)性等特征的復雜系統(tǒng)的刻畫，以及實現(xiàn)對系統(tǒng)發(fā)展中行為和趨勢的研究，是一種研究地區(qū)環(huán)境承載及污染情況所常用的仿真方法[22]。本研究運用系統(tǒng)動力學構(gòu)建耕地畜禽糞尿負荷系統(tǒng)對2018—2025年中國畜禽糞尿污染風險指數(shù)進行預警，并仿真污染治理模式效果。

表1 作物氮肥消納系數(shù)、谷草比、秸稈含氮量Table 1 Nabsorption coefficient of crops，grains-straw ratio，nitrogen content

表2 畜禽養(yǎng)殖排放風險指數(shù)預警值級標準Table 2 Classification criteria of land bearing risk index of livestock emissions

環(huán)境承載系統(tǒng)研究一般由社會、經(jīng)濟、生態(tài)3個子系統(tǒng)構(gòu)成，本研究根據(jù)需要，按照各子系統(tǒng)功能將耕地畜禽糞尿負荷系統(tǒng)具體劃分為社會、經(jīng)濟、種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)4個子系統(tǒng)（圖1）。其中，種植業(yè)子系統(tǒng)主要反映耕地畜禽糞尿氮素承載力，畜禽養(yǎng)殖子系統(tǒng)主要反映耕地畜禽糞尿氮素負荷量，二者直接決定畜禽糞尿污染風險指數(shù)。社會子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)分別通過畜禽、作物需求量、農(nóng)村生活氮素排放和畜禽、作物貿(mào)易量、工業(yè)凈化量對種植業(yè)子系統(tǒng)、畜禽養(yǎng)殖子系統(tǒng)產(chǎn)生影響，是驅(qū)動畜禽糞尿污染風險指數(shù)發(fā)生變化的根本力量。

（2）存量流圖

根據(jù)各子系統(tǒng)間的相互作用，以及子系統(tǒng)內(nèi)部變量間的邏輯關(guān)系對因果關(guān)系圖進行適當拓展，同時結(jié)合畜禽糞尿污染風險指數(shù)相關(guān)公式，運用Vensim軟件建立存量流圖（圖2）。

各子系統(tǒng)變量、系統(tǒng)方程及參數(shù)設(shè)置如下：社會子系統(tǒng)以總?cè)丝跒闋顟B(tài)變量，包含新增人口流速變量、常住人口城鎮(zhèn)化率、各畜禽產(chǎn)品人均消費量7個表函數(shù)；同時包括計算各畜禽產(chǎn)品需求量、農(nóng)村常住人口和農(nóng)村生活氮素排放（公式7）的8個輔助方程，各畜禽人均需求量直接寫入輔助方程。經(jīng)濟子系統(tǒng)由各畜禽貿(mào)易量6個表函數(shù)、治理單價、工業(yè)凈化投入占比2個參數(shù)以及計算畜牧業(yè)總產(chǎn)值、環(huán)保治理投入、工業(yè)凈化量的3個輔助方程構(gòu)成，各肉類價格6個常數(shù)直接寫入輔助方程中；根據(jù)呂志奎[23]的調(diào)研數(shù)據(jù)，以含氮量計算，將工業(yè)凈化的治理單價設(shè)為39 000元·t-1，由于當前畜禽養(yǎng)殖場較少采用工業(yè)凈化的方式對畜禽糞尿進行處理[3]，故假定當前工業(yè)凈化投入占比為0，各肉類價格以2017年不變價格計算。種植業(yè)子系統(tǒng)包括化肥氮施用量1個狀態(tài)變量，化肥氮增量1個流速變量，水稻、玉米等作物預計產(chǎn)量以及根據(jù)公式5～7測算的預計氮肥需求量、秸稈供氮量、生物固氮量、沉降灌溉供氮量共15個表函數(shù)，同時還包括各作物氮肥產(chǎn)出彈性、其他養(yǎng)分需求占比、秸稈養(yǎng)分還田率等共15個參數(shù)，以及計算各作物產(chǎn)量、氮肥需求量、氮肥盈余情況等變量的24個輔助方程，各作物消納系數(shù)共11個常數(shù)寫入輔助方程；糧食作物氮肥產(chǎn)出彈性來源于史常亮等[24]測算結(jié)果，其他作物氮肥產(chǎn)出彈性根據(jù)各自“氮肥用量-作物產(chǎn)量關(guān)系函數(shù)”測算得出[25-30]，其他養(yǎng)分需求占比指煙草茶葉、豆類等其他作物養(yǎng)分需求占總養(yǎng)分需求的比例，取2008—2017年平均值表示，將其設(shè)定為5.9%，依據(jù)魏靜等[31]的調(diào)研數(shù)據(jù)，農(nóng)村生活氮素排放還田率設(shè)定為70%，依據(jù)《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015—2030年）》將2008年畜禽養(yǎng)殖排放還田率設(shè)定為32.5%，2008—2017年間每年提升3.5個百分點。畜禽養(yǎng)殖子系統(tǒng)，由其他畜禽養(yǎng)殖排放占比1個參數(shù)以及計算各肉類產(chǎn)量、各畜禽存欄量、各畜禽糞尿氮素含量、畜禽糞尿氮素含量（公式4）的19個輔助方程構(gòu)成，以每5年平均值表示的各單位畜禽產(chǎn)肉量、出欄率10個分段函數(shù)及排放系數(shù)5個常數(shù)寫入輔助方程；依據(jù)相關(guān)研究[2]，將驢等其他畜禽排放占比設(shè)為2.5%；以2008—2017年平均值表示產(chǎn)肉量、出欄率等變量。此外，存量流圖中還包括計算畜禽糞尿污染風險指數(shù)的3個輔助方程（公式1～公式3）。

圖1 耕地畜禽糞尿負荷系統(tǒng)因果關(guān)系圖Figure 1 Cause and effect of soil load of livestock emission system

（3）歷史性檢驗

從系統(tǒng)中選取生豬糞尿氮素含量、玉米氮肥需求量和氮肥需求量為檢驗變量，將2008—2017年的數(shù)據(jù)代入模型進行模型歷史性檢驗，結(jié)果見表3。

由表3可知，檢驗變量實際值與仿真值相關(guān)誤差均小于10%，表明模型運行結(jié)果與實際數(shù)據(jù)之間擬合度較高，模型能較為準確地描述研究系統(tǒng)的基本現(xiàn)狀，具有良好預測效果，可進行下一階段的模擬仿真。

1.3 情景設(shè)置

1.3.1 慣性趨勢設(shè)置

圖2 耕地畜禽養(yǎng)殖糞尿負荷系統(tǒng)流圖Figure 2 Flow diagramof soil load of livestock emission system

2018—2025年預測數(shù)據(jù)，如新增人口、人均畜禽消費量、畜禽貿(mào)易量、作物預計產(chǎn)量等變量均來源于中國農(nóng)科院“中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模型”（China Agricultural Sector Model，CASM）預測結(jié)果[32]；根據(jù)作物預計產(chǎn)量測算出預計氮肥需求量，并結(jié)合《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，假定氮肥施用量以每年0.3%的速度增長。其他變量預測值依據(jù)相關(guān)發(fā)展規(guī)劃進行假設(shè)，如依據(jù)《國家人口發(fā)展規(guī)劃（2016—2030年）》假設(shè)常住人口城鎮(zhèn)化率每年增長1%；依據(jù)《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015—2030年）》，設(shè)定2018—2025年畜禽糞尿還田率每年提升1.5個百分點，同時假定農(nóng)村生活氮素排放按照畜禽養(yǎng)殖排放還田率相同增速變化。

1.3.2 治理情景設(shè)置

（1）干預點選擇

減量化、資源化、達標排放是應對畜禽糞尿污染的3類主要辦法[33]?！皽p量化模式”主要通過限制地區(qū)養(yǎng)殖規(guī)模，從源頭降低畜禽糞尿排放總量，最終緩解由此造成的環(huán)境污染[34]；主要涉及系統(tǒng)中各畜禽人均消費量、貿(mào)易量2個變量，考慮到進行污染治理的同時應當保障畜禽產(chǎn)品充足供給，滿足中國社會飲食需求，故只選取貿(mào)易量作為“減量化模式”的干預點。“資源化模式”主要通過提升還田率，并等量調(diào)減化肥用量，以“有機替代無機”的方式提升耕地畜禽糞尿氮素承載力，最終避免排放污染[35]；主要涉及系統(tǒng)中化肥供氮量、畜禽糞尿還田率2個干預點。“達標排放模式”主要強調(diào)畜禽養(yǎng)殖場運用工業(yè)凈化等方式，對養(yǎng)殖排放進行深度處理，實現(xiàn)達標排放；主要涉及系統(tǒng)中工業(yè)凈化投入占比這一干預點。

（2）情景因子參數(shù)設(shè)置

在干預點選擇基礎(chǔ)上，設(shè)置“貿(mào)易因子”“還田因子”和“環(huán)保投入因子”，并結(jié)合相關(guān)規(guī)劃及現(xiàn)實約束，調(diào)整情景因子，改變相應干預點取值，以形成不同治理情景。具體而言，“貿(mào)易因子”主要影響禽肉產(chǎn)品自給率的調(diào)整，故以2025年我國畜禽產(chǎn)品自給率（總貿(mào)易量/總需求量）為參照，分別設(shè)置自給率80%、75%、70%3個情景，即相當于調(diào)整貿(mào)易因子，使所有畜禽產(chǎn)品貿(mào)易量均提升1.64、2.05、2.46倍?！斑€田因子”主要影響畜禽糞尿排放還田率的調(diào)整，設(shè)置還田率在相關(guān)規(guī)劃基礎(chǔ)上分別提升10%、20%、30%3個情景，與之對應的2025年畜禽糞尿還田率分別為74.25%、81.00%、87.75%?！碍h(huán)保投入因子”主要影響工業(yè)凈化投入占總產(chǎn)值比重的調(diào)整，依據(jù)《全國城市生態(tài)保護與建設(shè)規(guī)劃（2015—2020年）》中對環(huán)保投入占GDP比重的要求，以及畜禽養(yǎng)殖企業(yè)平均利潤率，分別設(shè)置環(huán)保投入占比2.5%、3.5%、4.5%3個情景。依據(jù)干預點選擇及情景因子設(shè)置，進行治理情景設(shè)置（表4）。

2 結(jié)果與分析

2.1 中國耕地畜禽糞尿負荷慣性趨勢預警

仿真結(jié)果顯示（表5），隨著畜禽需求的持續(xù)增長，中國畜禽糞尿氮素含量呈現(xiàn)持續(xù)上升態(tài)勢，到2025年，畜禽糞尿氮素含量將達到1.381 38×107t，較2017年增長11.59%，其中肉雞、肉羊、奶牛糞尿氮素含量增幅較大，分別達到35.76%、16.87%、14.88%；絕對數(shù)值方面，雖然生豬糞尿氮素含量增幅最小，僅為2.44%，但仍然是主要的氮素來源，占到氮素總量的35.98%，較2017年降低3.23%，其次是肉牛、蛋雞，糞尿氮素含量分別占到氮素總量的20.17%、13.17%，其他畜禽糞尿氮素含量占30.68%。2025年，化肥氮施用量、秸稈氮素含量、農(nóng)村生活氮素排放將分別達到2.275 71×107、7.748 2×106、2.174 0×106t，較2017年分別增長2.43%、4.89%、-14.31%。隨著社會農(nóng)作物需求及氮肥供給的增長，作物產(chǎn)量持續(xù)上漲，表現(xiàn)為氮肥需求量持續(xù)增長，至2025年，氮肥需求量將達到2.774 30×107t，約增長3.10%，其中糧食作物氮肥需求上升約2.80%，達到1.670 10×107t，占氮肥總需求的60.20%，飼料需求上漲帶動玉米產(chǎn)量大幅增長是糧食作物氮肥需求上漲的主要推動力量，玉米氮肥需求上升7.16%；蔬菜/瓜果氮肥需求上升4.32%，達到4.647 5×106t，占氮肥總需求的16.75%；油料、糖類氮肥需求上升3.38%，達到2.239 8×106t，占氮肥總需求的8.07%。2018—2025年畜禽糞尿污染風險指數(shù)持續(xù)下降，但始終高于1.83，表明預警區(qū)間內(nèi)耕地畜禽糞尿負荷將持續(xù)對環(huán)境構(gòu)成明顯污染風險。

表3 歷史檢驗結(jié)果（104t）Table 3 Historic inspection results（104 t）

表4 治理情景設(shè)置Table 4 Development scenario design

2.2 治理情景仿真

在對畜禽糞尿污染進行治理的過程中，須同時保障作物生長所需養(yǎng)分的充足供給，所以本研究將畜禽糞尿污染風險指數(shù)與氮肥盈余情況同時設(shè)為治理情景的輸出結(jié)果。

從表6仿真結(jié)果可知，通過提升“減量化模式”治理強度，可有效降低污染風險指數(shù)，但即便進行高強度治理，使畜禽產(chǎn)品自給率降低至70%，耕地畜禽糞尿負荷仍將對環(huán)境構(gòu)成明顯污染，同時將導致畜牧業(yè)總產(chǎn)值減少3693億元，這表明由于我國畜禽糞尿排放總量巨大，遠超過耕地承載力，若主要依靠“減量化模式”，需大幅進口國外畜禽產(chǎn)品，將極大降低我國畜禽產(chǎn)品的自給率，同時畜禽養(yǎng)殖是我國農(nóng)民的重要收入來源，簡單地進行源頭減量也不利于我國農(nóng)民脫貧、增收?！百Y源化模式”能夠在維持氮肥盈余不變的情況下，有效降低風險指數(shù)，但即便進行高強度治理，將2025年還田率提升到87.75%，耕地畜禽糞尿負荷仍將對環(huán)境構(gòu)成輕度污染，意味著畜禽糞尿氮素排放總量過大，超過了耕地的承載力，單憑提升資源化強度難以徹底消除污染風險?！斑_標排放模式”對于降低畜禽糞尿污染風險具有明顯效果，進行低強度治理就可達到“減量化模式”高強度治理效果，此時污染治理支出僅為754.05億元。但此模式同時會減少氮肥供給，當達到中等強度，氮肥供給將減少1.25×106t，此時氮肥供給將低于預計作物氮肥需求量，這表明，此模式難以在滿足作物氮肥需求的情況下，消除污染風險。同時意味著在化肥用量受到控制的情況下，畜禽糞尿?qū)⒊蔀橹匾牡使┙o來源，所以應當主要將其進行資源化利用以保障氮肥的充足供給，即“達標排放模式”只能作為畜禽糞尿污染治理的一種補充模式。

表5 主要仿真結(jié)果Table 5 Major simulation results

表6 2025年治理情景風險指數(shù)、氮肥盈余情況仿真結(jié)果Table 6 Simulation results of scenario risk index and nitrogen demand in 2025

3 討論

大量學者基于種養(yǎng)平衡視角，從畜禽存欄及作物產(chǎn)量或耕地面積的現(xiàn)狀出發(fā)，對某一區(qū)域或全國范圍的耕地畜禽糞尿負荷情況進行了測算，對評價畜禽糞尿環(huán)境污染風險具有重要意義。本研究則從中國禽肉產(chǎn)品、主要農(nóng)產(chǎn)品消費需求及貿(mào)易量的預測數(shù)據(jù)出發(fā)，對中國畜禽糞尿環(huán)境污染風險進行預警，還通過情景模擬，分析了不同污染治理模式的實際效果，對未來相關(guān)政策制定提供參考。

由于一旦畜禽糞尿排放總量超過當?shù)爻休d力，就將對環(huán)境構(gòu)成威脅[3]，所以與前人的研究相同，本研究在計算耕地畜禽糞尿負荷量時，只考慮了畜禽糞尿排放量及氮素損失率[9，11]。而與前人的研究不同，本研究還同時測算了氮肥盈余情況，并通過調(diào)整還田率，分析了“資源化模式”的治理效果。

本研究使用統(tǒng)一的畜禽糞尿排放系數(shù)測算了全國畜禽糞尿排放量，但不同地區(qū)畜禽糞尿排放系數(shù)存在一定差異，因此后續(xù)研究應分地區(qū)對畜禽產(chǎn)品需求等數(shù)據(jù)進行預測，并結(jié)合各地區(qū)畜禽糞尿排放系數(shù)，計算畜禽糞尿污染風險指數(shù)，從而使研究結(jié)果更具科學性和指導意義。

4 結(jié)論與政策啟示

4.1 結(jié)論

本文基于種養(yǎng)平衡視角，定義畜禽糞尿污染風險指數(shù)，并應用系統(tǒng)動力學方法進行中國耕地畜禽糞尿負荷污染風險預警研究，以之為基礎(chǔ)，通過情景分析，模擬不同治理模式的污染治理效果及對作物養(yǎng)分供給情況的影響。研究結(jié)果顯示：

（1）2018—2025年，慣性趨勢下我國耕地畜禽糞尿負荷始終將對環(huán)境構(gòu)成明顯污染。

（2）在滿足社會畜禽產(chǎn)品需求這一前提下，“減量化模式”主要通過增加畜禽產(chǎn)品進口量來減少國內(nèi)養(yǎng)殖規(guī)模，最終降低耕地畜禽糞尿負荷污染風險，但將導致我國畜禽產(chǎn)品自給率及總產(chǎn)值大幅下降。

（3）“資源化模式”通過有機替代無機的方式，能夠在維持氮肥盈余不變的情況下，有效降低污染風險，但由于氮肥供給過量，單憑提升“資源化”強度難以消除耕地畜禽糞尿負荷污染風險。

（4）“達標排放模式”主要采用工業(yè)凈化等方式，對畜禽糞尿進行深度處理，對于降低污染風險具有明顯效果，但進行相應處理的同時將減少氮肥供給，難以在滿足作物氮肥需求的情況下，消除耕地畜禽糞尿負荷污染風險。

4.2 政策啟示

（1）進一步采取措施進行污染治理。雖然在《到2020年化肥使用量零增長行動方案》作用下，2018—2025年我國“耕地畜禽糞尿負荷污染風險指數(shù)”將逐年降低，但耕地畜禽糞尿負荷始終將對環(huán)境構(gòu)成明顯污染，有必要進一步采取措施進行污染治理。

（2）我國耕地畜禽糞尿負荷污染治理應以“資源化模式”為主，“達標排放模式”作為補充。促進畜禽糞污資源化利用，能在緩解污染的同時，減少化肥用量，實現(xiàn)有機無機肥配施，提升作物產(chǎn)量、質(zhì)量，故應作為首選模式。在受到客觀條件制約，無法對畜禽糞尿進行資源化利用或超過當?shù)爻休d力的地方，采用“達標排放模式”進行治理。

（3）出臺激勵政策進一步促進畜禽糞尿養(yǎng)分還田?！百Y源化模式”順利開展的關(guān)鍵在于畜禽糞尿還田率的提升。首先，應當依據(jù)地區(qū)耕地承載力優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖業(yè)布局，為畜禽糞尿還田創(chuàng)造客觀條件。其次，應通過經(jīng)濟激勵等方式，鼓勵養(yǎng)殖戶開展種養(yǎng)結(jié)合，實現(xiàn)畜禽糞尿還田。第三，畜禽糞尿制成有機肥更便于長距離運輸、使用，故應當對有機肥的生產(chǎn)、流通進行補貼，加強有機肥市場建設(shè)，提升畜禽糞尿養(yǎng)分還田率。