中國農(nóng)田畜禽糞尿磷負荷量及環(huán)境風險分析

劉曉永，王秀斌，李書田*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京100081；2.華南農(nóng)業(yè)大學，廣州510642）

改革開放以來我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速[1-3]，并形成區(qū)域特性[4-5]。畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞尿量不斷增加[6-7]，導致農(nóng)田土壤中畜禽糞尿負荷量增加，甚至過高[8-9]，若沒有足夠的土地資源對畜禽養(yǎng)殖廢棄物進行消納，則很容易對環(huán)境造成污染[10-11]。因此農(nóng)田對畜禽糞尿的消納容量和污染風險更應是人們普遍關注的焦點[10，12-14]。我國磷肥消費量逐年上升，部分地區(qū)和作物磷肥投入過量，導致磷肥利用率下降，并造成環(huán)境污染風險，在這種情況下若畜禽糞尿投入過量，則極易導致磷的投入過高，引起環(huán)境問題。因此，及時準確地了解畜禽糞尿資源、分布狀況、土地承載量和環(huán)境風險，對科學利用畜禽糞尿養(yǎng)分資源和合理規(guī)劃布局畜禽養(yǎng)殖具有重要的指導意義。

針對畜禽糞尿土地負荷量和環(huán)境污染問題，國內(nèi)外相關學者開展了很多工作。景棟林等[15]根據(jù)2009年佛山市畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)估算畜禽糞便產(chǎn)生量及其主要養(yǎng)分含量，得出當年佛山市農(nóng)田畜禽糞便負荷量[以豬糞當量（P）計]為74 t·hm-2，磷養(yǎng)分負荷量為187 kg·hm-2，已超出農(nóng)田的承載能力。朱建春等[16]通過估算1978—2011 年間我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)畜禽糞便產(chǎn)生量及其磷的變化，分析了我國畜禽糞便的來源結構、磷耕地負荷，表明我國大部分地區(qū)或省份畜禽實際養(yǎng)殖量已經(jīng)超過50%環(huán)境容量。Provolo[17]、Bassanino等[18]和Song 等[19]也依據(jù)耕地畜禽糞便養(yǎng)分負荷研究畜禽養(yǎng)殖對環(huán)境污染的影響。由此可見，從畜禽糞尿資源總量消納的角度分析土地負荷量和評價環(huán)境風險研究較多，而從畜禽糞尿資源實際還田的角度探討土地負荷和評價污染風險鮮有報道。為此，本文分析了1978—2016 年我國畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量的變化規(guī)律和還田量，以省級為單位分析當前我國畜禽糞尿豬糞當量（P）、磷量及其還田狀況，從耕地、農(nóng)作物播種面積和農(nóng)用地三方面分析畜禽糞尿還田的豬糞當量（P）和磷負荷量，并進行環(huán)境預警分析，以期為我國各省區(qū)畜禽養(yǎng)殖總量控制、合理布局和還田利用提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 估算方法

本文參照我國糧食主產(chǎn)區(qū)劃分將我國分為如下區(qū)域[6]：（1）東北地區(qū)，包括黑龍江、吉林和遼寧；（2）華北地區(qū)，包括北京、天津、河北、河南、山東、山西；（3）長江中下游地區(qū)，包括上海、江蘇、浙江、安徽、湖北、湖南、江西；（4）西北地區(qū)，包括內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆；（5）西南地區(qū)，包括重慶、四川、貴州、云南、西藏；（6）東南地區(qū)，包括福建、廣東、廣西、海南。本文未包括香港、澳門、臺灣的數(shù)據(jù)。

畜禽糞、尿產(chǎn)生量的估算多采用排泄系數(shù)法[20-21]。各類畜禽糞尿的年產(chǎn)生量由畜禽飼養(yǎng)量（年末存欄數(shù)、年內(nèi)出欄數(shù)）、飼養(yǎng)周期、排泄系數(shù)計算而得。參考之前的研究方法[7]，本文考慮畜禽年內(nèi)出欄數(shù)和年末存欄數(shù)的差異，以及各畜禽飼養(yǎng)周期的大小差異，分別確定飼養(yǎng)周期＞1a 和≤1a 畜禽年排泄量的估算方法，同時為避免糞和尿的種類差異，將畜禽糞、尿量分開估算。計算公式如下：

（1）畜禽糞尿（鮮質(zhì)量）：

QMi=Si×Pi×Mi∕103+Hi×365×Mi∕103

QMj=Hj×365×Mj∕103

QUi=Si×Pi×Ui∕103+Hi×365×Ui∕103

QUj=Hj×365×Mj∕103

式中：QM 和QU 分別為畜禽糞量和尿量，104t；i為豬、牛、羊和家禽的種類；j為馬、驢和騾的種類；S、H 分別為畜禽年內(nèi)出欄數(shù)、年末存欄數(shù)，104個（頭）；P 為飼養(yǎng)周期，d；365 為1 年365 d；M 和U 分別為畜禽糞和尿日排泄系數(shù)，kg·d-1·個（頭）-1；103為換算系數(shù)。

（2）畜禽糞尿磷（P）、豬糞當量（P）：

TPi（j）=QMi（j）×MPi（j）+QUi（j）×UPi（j）

TPPi（j）=QMi（j）×MEPi（j）+QUi（j）×UEPi（j）

式中：TP 為畜禽糞尿磷量，104t；TPP 為畜禽糞尿豬糞當量（P），104t；QM 和QU 分別為畜禽糞量和畜禽尿量，104t；MP 和UP 分別為畜禽糞磷和畜禽尿磷含量，%；MEP和UEP分別為畜禽糞豬糞當量（P）轉換系數(shù)和畜禽尿豬糞當量（P）轉換系數(shù)。

（3）畜禽糞尿磷養(yǎng)分和畜禽糞尿豬糞當量（P）還田量：

DPi（j）=TPi（j）×[1-LPi（j）]×Rdi（j）

BPi（j）=QMi（j）×MPi（j）×[1-LPi（j）]×Rdi（j）×Pr

DPPi（j）=TPPi（j）×[1-LPi（j）]×Rdi（j）

BPPi（j）=QMi（j）×MPi（j）×[1-LPi（j）]×Rdi（j）×Pr

式中：DP、BP分別為畜禽糞尿直接還田的磷量和糞便燃燒后還田的磷量，104t；DPP、BPP 分別為畜禽糞尿豬糞當量（P）直接還田量和燃燒后還田量，104t；Rd為畜禽糞尿直接還田率，%；LP 為磷損失率，%；Pr 為糞便燃燒后磷歸還率，%。

（4）單位面積畜禽糞尿磷和畜禽糞尿豬糞當量（P）：

AP=（ΣiITPi+ΣiITPj）∕A×104

ADP=（ΣiIDPi+ΣjIDPj+ΣiIBPi+ΣjIBPj）∕A×104

APP=（ΣiITPPi+ΣjITPPj）∕A×10

ADPP=（ΣiIDPPi+ΣjIDPPj+ΣiIBPPi+ΣjIBPPj）∕A×10

式中：AP為單位面積耕地（或農(nóng)用地或農(nóng)作物播種面積）畜禽糞尿磷，kg·hm-2；APP 為單位面積耕地（或農(nóng)用地或農(nóng)作物播種面積）畜禽糞尿豬糞當量（P），t·hm-2；ADP 為單位面積耕地（或農(nóng)用地或農(nóng)作物播種面積）畜禽糞尿磷還田量，kg·hm-2；ADPP 為單位面積耕地（或農(nóng)用地或農(nóng)作物播種面積）畜禽糞尿豬糞當量（P）還田量，t·hm-2；104和10 為轉換系數(shù)；TPP 為畜禽糞尿豬糞當量（P），104t；A為耕地面積（或農(nóng)用地或農(nóng)作物播種面積），hm2。

（5）畜禽糞尿負荷風險指數(shù)[22]：

式中：r為畜禽糞尿負荷風險指數(shù)，r值越大，環(huán)境對畜禽糞尿承受程度越低，對環(huán)境造成污染的威脅性越大；q為單位土地面積畜禽糞尿磷量，kg·hm-2；p為單位土地面積畜禽糞尿磷年施用限量，35 kg·hm-2[23]。

1.2 數(shù)據(jù)及參數(shù)

1.2.1 數(shù)據(jù)

本文中畜禽（豬、牛、羊、家禽、馬、驢、騾）年末存欄數(shù)和年內(nèi)出欄數(shù)，以及耕地、農(nóng)用地（主要包括耕地、草地、園地）和農(nóng)作物播種面積數(shù)據(jù)取自《中國統(tǒng)計年鑒》（1978—2016 年）[4]和《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒》（1978—2016 年）[5]，其中缺失的年份統(tǒng)計數(shù)據(jù)采用年均增長率反推算得之[24]。為避免畜禽種類和畜禽養(yǎng)殖量，以及農(nóng)用地年際間變化的影響，本文以2016 年當年數(shù)據(jù)為基礎，并用2010—2016 年數(shù)據(jù)進行矯正，以去除不合理數(shù)值。

1.2.2 參數(shù)

（1）畜（禽）糞尿日排泄系數(shù)

本文收集、整理和分析大量的文獻資料、書籍或研究報告等，采用加權均值計算各種畜（禽）的糞、尿日排泄系數(shù)（表1）。

（2）畜（禽）糞、尿豬糞當量（P）換算系數(shù)

本文估算的畜（禽）糞、尿量是以鮮質(zhì)量計，因此在估算畜（禽）糞、尿氮磷鉀養(yǎng)分含量時也是以鮮基計。本文采用之前的研究結果，即通過收集、整理和分析大量相關文獻資料、書籍或研究報告等，采用加權均值計算出各種畜（禽）糞、尿的磷含量，并根據(jù)各畜禽糞、尿的磷含量計算出各種糞尿的豬糞當量（P）換算系數(shù)（表1）。

（3）畜（禽）飼養(yǎng)周期

畜（禽）飼養(yǎng)周期指畜（禽）被飼養(yǎng)的天數(shù)，因畜（禽）種類及用途的差異，其飼養(yǎng)天數(shù)大不相同。一般飼養(yǎng)周期大于一年的，按365 d計算，飼養(yǎng)周期小于一年的，按實際天數(shù)計算。

1978—2016 年畜禽飼養(yǎng)周期參照《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》[25]（表2）。2016 年各省不同畜禽飼養(yǎng)周期以2016 年當年數(shù)據(jù)為基礎，并用2010—2016 年數(shù)據(jù)矯正，去除不合理數(shù)值（表3）。馬、驢、騾飼養(yǎng)周期都大于365 d，按365 d計。

（4）畜禽糞尿還田率

本文2016 年畜禽糞尿還田率參照前期研究的2010—2016年加權均值[7]（表4）。

（5）畜禽糞尿養(yǎng)分損失率

從養(yǎng)分循環(huán)利用角度考慮，畜禽糞尿還田利用是一種最為經(jīng)濟的資源化利用和處置方式，但由于資源化利用技術落后、產(chǎn)業(yè)化水平滯后等各種因素的制約，受困于資金、技術的限制，畜禽糞尿在施到農(nóng)田之前通常要經(jīng)歷“排泄-清掃-儲存-處理（堆積、高溫堆肥或厭氧發(fā)酵）-運輸和轉移”過程[26-27]，在處置、利用過程中氮磷鉀養(yǎng)分損失較大[2，27-30]，不可避免地造成畜禽糞尿磷的損失，豬、牛、羊、家禽、馬、驢和騾糞尿磷損失率分別為15%、15%、18%、15%、18%、18%和18%[31]。而用作燃料燃燒的糞便，燃燒后糞便磷的歸還率為82.5%[7，32]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel計算和繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同年份畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量

由于不同種類的畜禽糞、尿中養(yǎng)分含量差異較大，肥效也不相同，其農(nóng)田負荷量差異也較大，因此不能通過簡單累加各類畜禽糞、尿量來估算農(nóng)田畜禽糞便負荷量。為便于計算，根據(jù)各畜禽糞、尿的含磷量，將各種畜禽糞尿統(tǒng)一換算成豬糞當量（P）來計算[22]。結果表明，從1978年到2016年，我國畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量總體上呈“快速增加-保持穩(wěn)定”的變化趨勢，年均增長123%。1978 年到2005 年，畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量分別由9.52億t和244萬t增加到24.17 億t 和620 萬t，增加154%，并達到高峰，從2006 年至2016年，兩者均平穩(wěn)增加，增幅均約為9%。到2016 年畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量分別為21.23億t和545萬t（圖1）。

表1 畜禽的糞、尿日排泄量（鮮基）及其磷養(yǎng)分含量（鮮基）和豬糞當量（P）換算系數(shù)Table 1 Daily manure∕urine excretion and P content（FW）by various livestock∕poultry and pig manure equivalent（P）of phosphorus

表2 不同年份不同畜禽飼養(yǎng)周期（d）Table 2 Feeding periods of various livestock and poultry in different years（d）

表3 2016年各省份不同畜禽飼養(yǎng)周期（d）Table 3 Feeding periods of various livestock and poultry in different provinces in 2016（d）

表4 2016年不同省份畜禽糞尿還田率[7]（%）Table 4 Returning ratio of livestock and poultry faeces in different provinces in 2016[7]（%）

不同種類畜禽糞尿豬糞當量（P）所占的比例不同，表現(xiàn)為豬＞牛＞羊＞家禽（或＞家禽＞羊）＞馬＞驢＞騾，其不同年份糞尿豬糞當量（P）占當年總量的比例分別為34.2%～45.7%、22.7%～30.5%、11.9%～16.7%、6.1%～24.1%、0.7%～3.1%、0.5%～1.9% 和0.2%～0.8%（圖2）。可見，牛、豬、羊和家禽是畜禽糞尿豬糞當量（P）的主要來源，約占總量的94.5%～98.7%，而來自馬、驢、騾的比例極低（圖1），這與其他研究者的結果一致[16，33]，也與我國的畜禽養(yǎng)殖結構和需求有關。

39 年來各類畜禽糞尿豬糞當量（P）增幅大小依次為家禽＞羊＞豬＞牛＞驢＞騾＞馬，家禽、羊、豬和牛均呈增加趨勢，增幅分別約為806%、137%、86% 和84%，而驢、騾和馬則均呈下降趨勢，降幅分別約為39%、50%和51%（圖2）?？梢姡獾笆秤眉仪菔俏覈笄菁S尿豬糞當量（P）增長的主要來源，其占比逐年上升，增幅最明顯，而作為畜力資源的驢、騾和馬的糞尿豬糞當量（P）則大幅下降。

2.2 不同地區(qū)的畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量

為進一步明確當前我國各畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷養(yǎng)分地區(qū)間分布狀況，分析了2016年不同省份、不同區(qū)域的畜禽糞尿的豬糞當量（P）和磷量分布。結果表明，2016 年全國畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量分別為21.23 億t 和545 萬t。從空間分布分析，區(qū)域角度上，華北地區(qū)畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量占全國的比例較大，為22.9%，其次是長江中下游地區(qū)，均為21.0%，然后是西南和西北地區(qū)，而東北和東南地區(qū)較低。省級單元上，河南畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷養(yǎng)分量最多，分別約為1.91 億t 和49萬t，約占全國總量的8.8%，其次是四川，分別為1.76億t 和45 萬t，約占全國總量的8.1%，然后是山東、湖南、內(nèi)蒙古、云南、河北、廣西、湖北和遼寧，這些省份的畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷養(yǎng)分總量約占全國的58.7%，而上海、北京和天津糞尿量均較低（表5）。這與目前我國畜禽養(yǎng)殖布局和分布一致[4-5，14]，畜禽養(yǎng)殖集中布局導致畜禽糞尿量的高度集中分布。

圖1 不同年份畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量Figure 1 Pig manure equivalent（P）of various livestock and poultry faeces and their P in different years

圖2 不同年份各類畜禽糞尿豬糞當量（P）占全國總量的比例Figure 2 Ratio of pig manure equivalent（P）to national total for various livestock and poultry faeces in different years

各類畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量差異較大，其大小順序依次為豬＞牛＞家禽＞羊＞馬＞驢＞騾，畜禽糞尿豬糞當量（P）分別約為7.82 億、5.01 億、4.87 億、3.18 億、1 437.77 萬、978.76 萬、344.22 萬t，其磷量分別約為200.77 萬、130.23 萬、125.01 萬、81.59 萬、3.69萬、2.51萬、0.88萬t（表5）。

不同畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量的區(qū)域分布不同，64.9%的豬糞尿主要分布在四川、湖南、河南、山東、湖北、云南、廣東、廣西、河北和江西，59.5%的牛糞尿主要分布在河南、四川、云南、內(nèi)蒙古、山東、西藏、黑龍江、貴州、吉林和青海，73.1%的羊糞尿分布在內(nèi)蒙古、新疆、山東、河南、四川、甘肅、河北、青海、西藏和云南，70.8%的禽糞分布在山東、河南、廣東、廣西、遼寧、四川、河北、江蘇、湖北和安徽，90.3%的馬糞尿分布在新疆、內(nèi)蒙古、四川、貴州、云南、西藏、廣西、吉林、黑龍江和青海，91.0%的驢糞尿分布在甘肅、內(nèi)蒙古、新疆、遼寧、河北、云南、吉林、山西、山東和陜西，92.0%的騾糞分布在云南、甘肅、內(nèi)蒙古、河北、四川、遼寧、吉林、山西、青海和廣西（表5）。結果進一步說明畜禽養(yǎng)殖具有明顯的地域性和空間集中性，尤其集中于山東、河北、河南、江蘇、四川、安徽、湖北、廣東等省[34]。

2.3 2016年畜禽糞尿磷負荷量及其污染風險評價

長期以來，畜禽糞尿是我國農(nóng)田有機肥的主要來源，農(nóng)田也是消納的主要承載場所。通過計算單位面積承載場所的畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷養(yǎng)分量，直接反映畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的畜禽糞尿?qū)Τ休d土地的污染風險狀況[26，35]，也是間接衡量當前各地區(qū)畜禽養(yǎng)殖密集程度和養(yǎng)殖業(yè)布局合理程度的重要指標[36]。為進一步全面反映我國及各地畜禽糞尿磷負荷量是否過載，以及對環(huán)境是否構成污染威脅等，本研究對各地區(qū)畜禽糞尿磷負荷量進行警報值估算與分級評價。根據(jù)沈根祥等[22]的分級方法，將畜禽糞尿負荷量警報值r 分為5 級：r≤0.4 為Ⅰ級，無污染；0.4＜r≤0.7 為Ⅱ級，稍有污染；0.7＜r≤1.0 為Ⅲ級，有污染；1.0＜r≤1.5 為Ⅳ級，有較嚴重污染；r＞1.5為Ⅴ級，有嚴重污染。

通過計算，若畜禽糞尿承載場所僅為耕地時，全國單位耕地面積畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量分別為15.73 t·hm-2和40.37 kg·hm-2，r 值為1.15，Ⅳ級，有較嚴重污染風險。區(qū)域上，東南和西南地區(qū)單位耕地面積畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量較大，為Ⅴ級嚴重污染風險，其次是華北和長江中下游地區(qū)，為Ⅳ級較嚴重污染風險，然后是西北地區(qū)，為Ⅲ級有污染風險，而東北地區(qū)相對最低，為Ⅱ級稍有污染風險。省級單元上，西藏和青海單位耕地面積畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量最大，其次是廣東、湖南、福建、北京、四川、河南、海南、廣西、江西和山東，為Ⅴ級嚴重污染風險，而黑龍江相對最低，為Ⅰ級無污染風險（表6）。

若考慮農(nóng)作物復種指數(shù)，即畜禽糞尿承載場所為農(nóng)作物播種面積時，則全國平均單位播種面積畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量分別為12.74 t·hm-2和32.68 kg·hm-2，r 值為0.93，為Ⅲ級有污染風險。區(qū)域上，東南和西南地區(qū)單位播種面積畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量較大，為Ⅳ級較嚴重污染風險，其次是西北、華北、長江中下游和東北地區(qū)，這些地區(qū)為Ⅲ級有污染風險。省級單元上，西藏、青海、北京和遼寧單位播種面積畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量較大，這些省份為Ⅴ級嚴重污染風險，其次是海南、廣東、四川、福建、天津、廣西、云南、山東、內(nèi)蒙古和湖南，這些省份為Ⅳ級，有較嚴重污染風險，而黑龍江相對最低，為Ⅰ級無污染風險（表6）。

若畜禽糞尿承載場所為農(nóng)用地時，即除耕地外還包括草地、茶園和果園時，全國單位農(nóng)用地面積畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量分別為5.73 t·hm-2和14.71 kg·hm-2，r 值為0.42，Ⅱ級稍有污染風險。區(qū)域上，東南、長江中下游和華北地區(qū)單位農(nóng)用地面積畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量較大，為Ⅳ級較嚴重污染風險，其次是東北地區(qū)，為Ⅱ級稍有污染風險，而西南和西北地區(qū)相對較低，為Ⅰ級無污染風險。省級單元上，湖南省單位農(nóng)用地面積畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量最大，其次是北京、廣東和河南，這些省份為Ⅴ級嚴重污染風險，而西藏，青海、新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江、陜西、甘肅、寧夏和山西相對較低，為Ⅰ級無污染風險（表6）。

綜上所述，我國多數(shù)省份單位耕地面積、播種面積、農(nóng)用地面積的畜禽糞尿磷負荷量高于或接近單位面積畜禽糞尿磷年施用限量35 kg·hm-2[23]，尤其農(nóng)業(yè)資源豐富或經(jīng)濟發(fā)展程度較高的省份[7]糞肥資源多，因成本問題難以長距離外運，多就地消納，易造成這些區(qū)域存在較高的畜禽糞尿磷污染風險。另外，因為種植業(yè)保持高產(chǎn)的需要，當前及未來化肥仍然在我國作物增產(chǎn)中占主導地位，因此在評估畜禽糞尿磷的負荷量是否超過年施用限量時還應該考慮化肥磷的投入。實踐證明，有機無機肥以1∶1 比例配合施用較好，因此，為減少畜禽糞尿磷的環(huán)境污染風險，在當前生產(chǎn)條件下，通過畜禽糞尿施用的磷不超過50%年施用限量更加合理和可行。

表5 2016年畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量分布（萬t）Table 5 Distribution of pig manure equivalent（P）and their P for various livestock and poultry faeces in 2016（104 t）

表6 單位面積畜禽糞尿豬糞當量（P）和磷量負荷及其環(huán)境評價Table 6 Pig manure equivalent（P）and P loading rates per unit area from livestock∕poultry faeces and environmental risk assessment

2.4 畜禽糞尿磷還田量及其污染風險評價

前面討論的是各地區(qū)畜禽糞尿全部消納情況下土地磷負荷量及污染風險評價，實際上，不同地區(qū)畜禽糞尿?qū)嶋H還田率和數(shù)量不同，在實際還田的基礎上分析農(nóng)用地承載畜禽糞尿磷和風險評價更能夠反映當?shù)氐膶嶋H生產(chǎn)情況。通過計算，2016 年全國畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷還田量分別約為11.51 億t和295 萬t，折合成單位農(nóng)用地畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷還田量分別為3.1 t·hm-2和8.0 kg·hm-2，為Ⅰ級無污染風險?？臻g尺度上，全國各區(qū)域及各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）單位農(nóng)用地畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷還田量差異較大，區(qū)域上，東南地區(qū)單位農(nóng)用地還田量最大，畜禽糞尿豬糞當量（P）為10.26 t·hm-2，磷量為26.33 kg·hm-2，為Ⅲ級有污染風險，其次是華北和長江中下游地區(qū)，為Ⅱ級稍有污染風險，而東北、西南和西北地區(qū)相對較低，為Ⅰ級無污染風險。省級單元上，湖南單位農(nóng)用地畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷還田量最大，其次是北京，這兩省份為Ⅳ級較嚴重污染風險，然后是廣東、河南、遼寧、福建和海南，為Ⅲ級有污染風險，而西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江、山西、陜西、甘肅、寧夏、吉林和浙江相對較低，主要是由于這些省份草地面積較大，而畜禽養(yǎng)殖量較少（表7）。

華北、長江中下游和東南地區(qū)多數(shù)省份單位農(nóng)用地磷還田量均大于17.5 kg·hm-2（即50%的單位面積畜禽糞尿磷年施用限量），且安徽、貴州、云南、四川和浙江等省份也接近17.5 kg·hm-2。多數(shù)情況下，農(nóng)民習慣將有機肥投入到經(jīng)濟作物尤其是果樹和蔬菜上，若所有還田的畜禽糞尿磷都用在果樹和蔬菜上，則多數(shù)省份的果園和菜地磷的負荷量都會超過單位面積畜禽糞尿磷年施用限量（35 kg P·hm-2）?？梢?，各省份還田的畜禽糞尿磷量較高，磷污染風險形勢較為嚴峻。隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；?、集約化，畜禽糞尿污染從面源污染向點面結合和點源污染轉變，而且由于畜禽糞尿還田存在地域局限性，使得有些地區(qū)具有較高的磷污染風險。

3 討論

3.1 與其他研究比較

傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)多以農(nóng)家個體飼養(yǎng)為主，畜禽養(yǎng)殖數(shù)量不大，糞尿量和相應的磷量較少，幾乎全部就地施用，加上化肥用量不大，因此畜禽糞尿的施用不會產(chǎn)生環(huán)境污染[37]。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖不斷擴大，產(chǎn)生的糞尿及其磷量也急劇增長。本研究表明，2016 年全國畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量分別達到21.23億t和545 萬t，比1978年平均增長了123%，糞尿排放問題越來越突出，部分地區(qū)畜禽糞尿量超出了土地的消納能力，若沒有足夠的農(nóng)田進行消納，極易對環(huán)境造成污染[10，38]。另外，自然條件、經(jīng)濟發(fā)展水平和畜牧業(yè)布局等影響，導致我國畜禽養(yǎng)殖具有一定的區(qū)域性[24，39-41]，主要分布在華北和長江中下游地區(qū)，畜禽糞尿產(chǎn)生量分別約占全國的23%和21%，與其他諸多研究結果一致。

然而，在評估畜禽糞尿資源量對環(huán)境的影響時，不同的研究存在一定的差異。許俊香等[42]參照我國有機肥料養(yǎng)分志計算糞尿資源量的方法，得出2002年我國畜禽糞尿肥資源總量約33 億t，提供磷318.4萬t，主要分布在山東、河南、四川、河北、廣東、湖南等省，但北京和上海單位耕地面積承載磷量較高，分別為98.7 kg·hm-2和86.6 kg·hm-2。張?zhí)锏萚43]研究表明，2009年我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便排放總量為32.64億t，折合成單位面積農(nóng)用地畜禽糞便負荷為26.8 t·hm-2，磷素負荷為47.9 kg·hm-2，磷素污染風險在農(nóng)區(qū)普遍存在。耿維等[33]研究指出，2010年我國畜禽糞便總量約22.4 億t，山東等6 省市糞便資源超過1.0 億t；全國單位面積農(nóng)用地磷平均負荷為9.16 kg·hm-2，北京等6省市農(nóng)用地磷負荷超最高限量。

不同研究者估算結果差異較大的原因：（1）不同年代的畜禽養(yǎng)殖數(shù)量不同；（2）估算所用參數(shù)和估算方法不同；（3）畜禽糞尿污染評價的承載場所和計算面積不同；（4）是否考慮畜禽糞尿還田量及還田過程中磷的損失[31]等?，F(xiàn)有研究多以耕地面積計算糞便磷污染負荷，對林地、草地以及復種指數(shù)考慮不足，致使計算結果難以真實地反映各地區(qū)不同種植模式下畜禽糞尿磷負荷和評價其對土壤的污染風險。由此，本文畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量是依據(jù)我國官方統(tǒng)計數(shù)據(jù)和原農(nóng)業(yè)部的各類畜禽年內(nèi)出欄數(shù)、年末存欄數(shù)，以及各類畜禽的飼養(yǎng)周期，并利用排泄系數(shù)法[20-21]進行估算的，而且在對各地區(qū)畜禽糞尿磷負荷量進行預警分級和風險評價時，考慮了耕地、農(nóng)作物播種面積和農(nóng)用地3 種模式。此外，本文還參照大量資料，依據(jù)不同地區(qū)畜禽糞尿?qū)嶋H還田比例，分析討論了畜禽糞尿豬糞當量（P）和磷的實際還田量以及相應的農(nóng)用地負荷量，并評價污染風險。因此本文從理論負荷量到實際承載量兩方面分析畜禽糞尿磷的污染風險更加全面。

表7 2016年單位土地面積畜禽糞尿磷還田量及環(huán)境風險評價Table 7 Distribution of returned P per unit area from livestock∕poultry faeces in 2016 and environmental risk assessment

3.2 畜禽糞尿環(huán)境風險評價

由于畜禽糞尿?qū)嶋H投向不明，因此本文在3 種情形（耕地、播種面積、農(nóng)用地）下評價各地區(qū)的平均負荷量及相應的環(huán)境風險，旨在對各地區(qū)畜禽糞尿的分布和當?shù)氐男笄菁S尿消納能力有一個全面了解。但本文也具有一定的局限性，因為實際生產(chǎn)中畜禽糞尿大多被投入到蔬菜和果樹上，而在糧食作物上由于有機肥料運輸和施用費用高，農(nóng)村勞動力不足和成本較高，加上糧食作物經(jīng)濟效益低，種植戶很少甚至幾乎不施用有機肥料如畜禽糞尿。在這種情況下，如果畜禽糞尿大都用在果園和菜地，則負荷量和污染風險會大幅增加。研究發(fā)現(xiàn)（表7），華北、長江中下游、東南地區(qū)的多數(shù)省份和部分西南地區(qū)省份農(nóng)用地上畜禽糞尿磷還田量接近或大于50%單位面積畜禽糞尿磷的年施用限量。依據(jù)統(tǒng)計資料計算，31 個省（市、自治區(qū)）的果樹和蔬菜面積占農(nóng)用地面積的0.03%～41.9%，全國平均5.9%，主要糧食省份的果樹和蔬菜面積占農(nóng)用地比例多在10%～28%，特別是吉林、黑龍江兩省只有1.8%和0.8%，因此，果園和菜地上畜禽糞尿負荷量和污染風險相比其農(nóng)用地平均值增加幾倍甚至幾十倍。西部省份如青海、西藏、內(nèi)蒙古果樹和蔬菜面積雖然占農(nóng)用地比例只有不足0.5%，但這些地區(qū)的畜禽糞尿多數(shù)殘留在草場中，很少在作物上施用，即便如此這些省份的設施菜地中有機肥投入的磷依然占很大比例[44-45]。反之，糧田有機肥的投入不足，土壤有機質(zhì)和肥力維持面臨壓力。因此，政府應該加大畜禽糞尿等有機廢棄物資源處理和施用補貼，引導農(nóng)民把有機肥施在大田作物上，實現(xiàn)有機肥替代部分化肥，達到節(jié)本增效、土壤培肥和環(huán)境友好三方面統(tǒng)一。

3.3 畜禽糞尿還田后磷當季有效釋放量

畜禽糞尿還田后，相當一部分糞尿磷以有機態(tài)的形式存在，需經(jīng)礦化釋放出無機磷才能被作物吸收利用。因此，研究畜禽糞尿替代化肥磷時應考慮糞尿肥還田后磷的當季釋放量，避免簡單的等養(yǎng)分替代導致的養(yǎng)分供應不足，從而影響作物生長、產(chǎn)量和品質(zhì)。研究表明[46-51]，糞尿還田后，養(yǎng)分釋放前期快速，后期緩慢。趙明等[50]采用室內(nèi)培養(yǎng)法研究了雞糞、牛糞和豬糞等畜禽有機肥料的礦化率和速效磷養(yǎng)分釋放規(guī)律，結果表明，在一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)中（120 d），雞糞、牛糞和豬糞的速效磷釋放量分別為24.6%、61.3%和34.8%。楊蕊[51]選用腐熟的豬糞、雞糞有機肥和第四季紅土發(fā)育的典型紅壤為試驗材料，采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗、野外盆栽試驗以及土柱淋溶試驗，結果表明，有機肥中磷的礦化釋放主要發(fā)生在第3周，連續(xù)培養(yǎng)15周（相當于一個作物生長季）雞糞有效磷釋放率為30.2%～37.8%，豬糞有效磷釋放率為34.0%～41.6%。根據(jù)文獻資料加權平均得出各類畜禽糞磷當季釋放率[52]，牛、馬、驢和騾糞磷的當季釋放率為58.0%，豬糞磷當季釋放率為47.6%，羊糞為22.0%，家禽糞為37.4%，因此不同畜禽糞尿的當季釋放率差異很大。按照還田的畜禽糞尿磷當季釋放量=還田畜禽糞尿磷量×當季釋放率+畜禽糞尿磷燃燒還田量，估算出2016 年我國還田的畜禽糞尿磷的當季釋放磷量為131.1 萬t，約占還田磷量的44.3%（數(shù)據(jù)未列出）。各區(qū)域及各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）由于在畜禽養(yǎng)殖種類和結構上的差異，還田的畜禽糞尿磷當季釋放量也存在較大差異。因此，用畜禽糞尿磷替代化肥磷時，要考慮畜禽糞尿磷的當季釋放量，以正確計算其對化肥的替代量。

4 結論

（1）1978年至2016年畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷量經(jīng)歷快速增長-穩(wěn)定增加-保持穩(wěn)定，到2016 年達21.23 億t 和545 萬t。華北地區(qū)占比較大，其中河南最多。

（2）不同承載場所畜禽糞尿磷的負荷量和污染風險不同，以耕地和農(nóng)作物面積計算，東南和西南地區(qū)負荷量大，為Ⅳ和Ⅴ級較嚴重污染和嚴重污染，按農(nóng)用地計算，東南、長江中下游和華北地區(qū)負荷量較大，為Ⅳ級較嚴重污染。省級單元上湖南最大，其次是北京、廣東和河南，均為Ⅴ級嚴重污染風險。

（3）2016 年畜禽糞尿豬糞當量（P）及其磷還田量分別為11.51 億t 和295 萬t，相當于單位農(nóng)用地面積3.1 t·hm-2和8.0 kg P·hm-2，區(qū)域上東南地區(qū)最大，省級單元上湖南和北京較大。華北、長江中下游、東南地區(qū)的多數(shù)省份和西南地區(qū)部分省份農(nóng)用地上畜禽糞尿磷還田量接近或大于50%單位土地面積畜禽糞尿磷的年施用限量，磷污染風險形勢較為嚴峻。