海南島1988—2018年畜禽糞尿氮磷負(fù)荷量及環(huán)境效應(yīng)

丁尚，付陽，郭浩浩，宋晨陽，李博玲，趙洪偉

（1海南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院/海南省農(nóng)林環(huán)境過程與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/海南省熱帶生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程研究中心，?？?70228；2海南大學(xué)動物科技學(xué)院，?？?70228；3海南省畜牧技術(shù)推廣站，?？?70100）

0 引言

【研究意義】近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)集約化水平的提高，畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，在供給人們?nèi)忸惍a(chǎn)品的同時，畜禽廢棄物的管理不當(dāng)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題[1]，造成耕地氮磷負(fù)荷過高[2]，水生生態(tài)系統(tǒng)富營養(yǎng)化[3-4]，病原微生物污染[5]等一系列問題，聯(lián)合國糧農(nóng)組織已將畜禽養(yǎng)殖列為世界三大環(huán)境污染源之一[6]。因此對畜禽糞污的養(yǎng)分流動進(jìn)行研究，從資源和環(huán)境角度進(jìn)行優(yōu)化，對在國家和區(qū)域尺度上制定合理布局和方案至關(guān)重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，就畜禽糞尿資源化利用和環(huán)境問題的研究，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者做了大量工作。如MISHIMA等[7-8]通過明確家畜排泄物的去向估算了糞肥的施用量，提出了合理的施肥水平，并就畜禽糞污的資源化利用做了進(jìn)一步研究；而BASSANINO等[9]則從環(huán)境角度出發(fā)，基于氣候、土壤類型、作物生產(chǎn)力等數(shù)據(jù)，開發(fā)了一種對不同的農(nóng)業(yè)環(huán)境進(jìn)行空間描述的方法，據(jù)此分析了畜禽糞尿的環(huán)境效應(yīng)。也有學(xué)者[10]引入了畜禽糞尿耕地負(fù)荷預(yù)警值來評判畜禽糞尿?qū)ν恋氐沫h(huán)境風(fēng)險。在國家尺度上，王方浩等[11]通過確定估算方法和參數(shù)，估算了2003年我國養(yǎng)殖業(yè)糞尿產(chǎn)生量以及平均耕地負(fù)荷。在此基礎(chǔ)上，近年來研究人員就我國畜禽糞尿的能源潛力、還田總量和污染風(fēng)險進(jìn)行了系統(tǒng)研究[12-14]。在區(qū)域尺度上，易秀等[15]以陜西省為研究對象，估算了2006—2010年的畜禽糞尿排放量及負(fù)荷量，并評價了其對環(huán)境的污染壓力；李丹陽等[16]則從空間變化出發(fā)，研究了2016年山西省區(qū)域畜禽糞污產(chǎn)生量、養(yǎng)分負(fù)荷量、能源潛力及環(huán)境風(fēng)險?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】有研究指出，海南單位耕地面積養(yǎng)分污染負(fù)荷較高，污染情況較嚴(yán)重[12,17-18]。而《國家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)（海南）實(shí)施方案》[19]中對農(nóng)業(yè)的生態(tài)發(fā)展和土壤生態(tài)環(huán)境提出了高標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，明確畜禽糞污耕地負(fù)荷及其環(huán)境效應(yīng)對促進(jìn)海南島生態(tài)建設(shè)意義重大。而對于海南省，大多數(shù)學(xué)者[17,20-21]僅從某一年出發(fā)，研究中多探討?zhàn)B殖數(shù)量、耕地負(fù)荷情況，鮮有在時空尺度上針對該區(qū)域畜禽糞尿養(yǎng)分流動、耕地負(fù)荷及其環(huán)境風(fēng)險的具體研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以海南島為研究對象，核算1988—2018年海南島畜禽糞尿養(yǎng)分產(chǎn)生量以及單位耕地面積氮磷負(fù)荷，并通過畜禽糞尿耕地負(fù)荷預(yù)警值與環(huán)境風(fēng)險指數(shù)來綜合評價其對環(huán)境產(chǎn)生的影響，以期為區(qū)域畜禽養(yǎng)殖布局和環(huán)境治理提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

海南島是我國第二大島，位于東經(jīng) 108°37′—111°03′，北緯 18°10′—20°10′，面積約 3.39 萬平方千米。島內(nèi)年平均氣溫24—27℃，全年無霜凍期，畜禽飼養(yǎng)周期短，出欄率較高，全島適宜放牧的地區(qū)達(dá)30%，對發(fā)展畜牧業(yè)具有較好的潛力。2018年本地有效耕地面積為43.90萬公頃，主要集中在沿海平原地區(qū)，而中部為山地丘陵地區(qū)，耕地面積較小，林地面積相對較大。1988—2018年，海南島畜牧業(yè)快速發(fā)展，截至2018年底，畜牧業(yè)總產(chǎn)值達(dá)245.32億元，牲畜年出欄量666萬頭，家禽年出欄量16 011萬只，其中肉蛋奶類總產(chǎn)量達(dá)84.71萬噸[22]。

1.2 數(shù)據(jù)及參數(shù)

本研究所需歷年海南島畜禽養(yǎng)殖數(shù)量、耕地面積等數(shù)據(jù)來自1989—2019年《海南省統(tǒng)計年鑒》（通過第三次全國農(nóng)業(yè)普查，統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)有所修正，根據(jù)2019年海南省統(tǒng)計年鑒，畜禽養(yǎng)殖部分 2013—2018年為最新修正數(shù)據(jù)）?？紤]到不同時期及不同地區(qū)畜禽飼養(yǎng)周期的差異，選用豬年末出欄量、牛年末存欄量、羊年末存欄量、肉雞及鴨鵝年末出欄量、蛋雞年末存欄量作為養(yǎng)殖量進(jìn)行計算。

對于不同地區(qū)，畜禽糞尿的排泄系數(shù)和養(yǎng)分含量有所差異，不同文獻(xiàn)給出的數(shù)據(jù)也不盡相同，本文采用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科教司與第一次全國污染普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室于2009年聯(lián)合發(fā)布《第一次全國污染普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》[23]中南區(qū)域（含海南?。┑膮?shù)，并借鑒張建杰等[24]對參數(shù)的修訂原則：豬產(chǎn)排污系數(shù)=1/3保育期產(chǎn)排污系數(shù)+2/3育肥期產(chǎn)排污系數(shù)；奶牛產(chǎn)排污系數(shù)即為產(chǎn)奶階段；役用牛產(chǎn)排污系數(shù)按育成牛階段算；肉牛產(chǎn)排污系數(shù)按育肥期算；蛋雞產(chǎn)排污系數(shù)按產(chǎn)蛋期算；肉禽產(chǎn)排污系數(shù)按肉雞的產(chǎn)排污系數(shù)計算。其他數(shù)據(jù)，如羊的產(chǎn)排污系數(shù)來自耿維等[12]的研究，畜禽鮮重、飼養(yǎng)周期結(jié)合調(diào)研和文獻(xiàn)[24]獲得（表1）。

1.3 計算公式

1.3.1 畜禽糞尿養(yǎng)分產(chǎn)生量

式中，Q為畜禽糞尿養(yǎng)分產(chǎn)生總量；Qi為某一種畜禽糞尿產(chǎn)生量；Fi為飼養(yǎng)總量；Ri為該畜禽飼養(yǎng)周期；Wi為個體鮮重；Ni,N(P)為糞尿中氮或磷養(yǎng)分含量。

1.3.2 單位耕地面積氮磷負(fù)荷量LN(P)=QN(P)/A

式中，LN(P)為單位耕地面積氮磷負(fù)荷；QN(P)為糞尿氮磷產(chǎn)生量；A為有效耕地面積。

1.3.3 畜禽糞尿耕地負(fù)荷預(yù)警值 單位耕地面積氮磷負(fù)荷僅反映區(qū)域畜禽糞污是否超標(biāo)，為判定糞尿排放對環(huán)境產(chǎn)生的威脅程度，還需要進(jìn)一步劃分污染等級，參考沈根詳?shù)萚10]提出的方法對海南島畜禽糞尿單位耕地面積環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行預(yù)警和分級。

表1 畜禽糞尿排泄系數(shù)及養(yǎng)分含量Table 1 Animal manure parameters and their nutrient contents

式中，R為預(yù)警值，q為畜禽糞尿負(fù)荷量。其中，M各類畜禽糞尿量；T為各類畜禽糞尿換算成豬糞當(dāng)量的換算系數(shù)[10]；p為以豬糞當(dāng)量計的有機(jī)肥最大適宜施用量，根據(jù)沈根祥、刁曉平等[10,25]的研究，此處取45 t·hm-2。

本文的分級參考沈根祥等[10]的研究，將R值分為＜0.4、0.4—0.7、0.7—1.0、1.0—1.5、1.5—2.5和＞2.5共6個級別，預(yù)警級別分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ，對應(yīng)的污染程度分別為無、稍有、有、較嚴(yán)重、嚴(yán)重和很嚴(yán)重。R值越大，說明畜禽糞污對生態(tài)環(huán)境的潛在危害越大。

1.3.4 畜禽糞尿氮磷環(huán)境風(fēng)險評估 利用耕地對氮磷的承載力和單位豬的總氮磷排放量，將其他畜禽折算成豬當(dāng)量，得出畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境容量與實(shí)際養(yǎng)殖總量。

式中，EN/P為耕地總氮磷環(huán)境容量；A為有效耕地面積；SN/P為糞肥年施氮磷限量標(biāo)準(zhǔn)，SN=170 kg·hm-2，SP=35 kg·hm-2[26-27]；LE為畜禽養(yǎng)殖環(huán)境容量；r為單位豬年糞尿總氮磷排放量；CQ為畜禽養(yǎng)殖實(shí)際數(shù)量；DN(P)i為第i種畜禽糞尿年總氮磷排放量。

根據(jù)耿維、朱建春等[12,28]的研究，將實(shí)際畜禽養(yǎng)殖總量與50%環(huán)境容量比值作為風(fēng)險指數(shù)，對海南島氮磷污染進(jìn)行風(fēng)險評估。

2 結(jié)果

2.1 海南島畜禽糞尿氮磷養(yǎng)分流動情況

由圖1-A可以看出，1988—2018年海南島畜禽糞尿產(chǎn)生總量大致分為3個階段，1988—2005年呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢，總量由12.05×106t增至17.95×106t，在2006年后出現(xiàn)較大規(guī)模下降，降低至11.32×106t，而2008年后緩慢增長并趨于穩(wěn)定。這與海南省畜禽飼養(yǎng)量變化情況一致，此外，畜禽糞尿的總量也受畜禽排泄系數(shù)和飼養(yǎng)周期等因素影響，由于牛類飼養(yǎng)周期長，排泄系數(shù)大，雖然近30多年牛的養(yǎng)殖不占優(yōu)勢，但其糞尿產(chǎn)生量始終較高，同樣地，受養(yǎng)殖周期和排污系數(shù)影響，禽類排污總量較低，隨著豬的養(yǎng)殖總量增加，其排污占比逐漸升高。

就養(yǎng)分產(chǎn)生量來看（圖 1-B），糞尿氮磷年際間變化趨勢相似，1988—2005年糞尿氮由 5.82×104t增至10.10×104t，到2006年降至6.78×104t，此后緩慢增長，2013年以后，由于系數(shù)修正，養(yǎng)殖總量較2012年以前差距較大，但從總量變化來看，近年趨于穩(wěn)定，保持在 7.00×104t。1988—2005年糞尿磷由0.98×104t增至 1.56×104t，2006 年降至 1.01×104t，2007—2012年保持增長的趨勢，近年來維持在1.00×104t。

2.2 海南島畜禽糞尿單位耕地面積氮磷負(fù)荷量

畜禽糞尿單位耕地面積氮磷負(fù)荷在一定程度上反映畜禽糞污潛在的環(huán)境風(fēng)險[29]，即假定所有糞尿無損失的進(jìn)入耕地，將土地作為載體從而衡量整個區(qū)域水平上的畜禽污染。本文選取歐盟給出的數(shù)據(jù)（SN=170 kg·hm-2，SP=35 kg·hm-2[26-27]）作為糞肥施用限值，研究表明，超過此值即帶來氮磷的淋洗損失[27,30]。

1993—2005年、2008—2014年間單位耕地面積總氮負(fù)荷超標(biāo)，2005年最高，為 242.60 kg·hm-2。近年來，氮負(fù)荷有所下降，但也接近限量值，總體反映出較嚴(yán)重的氮素污染。就單位耕地面積磷元素負(fù)荷來看，除2002—2005年超過標(biāo)準(zhǔn)限值，其余年份均未超標(biāo)，近幾年更是呈現(xiàn)較低的水平，維持在22.00 kg·hm-2左右（圖2）。

從區(qū)域分布來看，2018年單位耕地面積氮磷負(fù)荷量區(qū)域差異較大，就氮負(fù)荷而言，定安、萬寧和澄邁數(shù)值較大，分別為288.50、277.28和269.52 kg·hm-2。而東方和臨高數(shù)值均低于100 kg·hm-2，分別為61.66和78.30 kg·hm-2，與氮元素相比，大部分市（縣）磷負(fù)荷在土壤限值以下，僅萬寧、定安、屯昌、澄邁數(shù)值超標(biāo)，其中定安磷元素負(fù)荷最高，為40.35 kg·hm-2，最低的為東方，僅為8.83 kg·hm-2（圖3）。

2.3 海南島畜禽糞尿耕地負(fù)荷預(yù)警值

q和R受糞尿產(chǎn)生量的影響，故總體趨勢與畜禽養(yǎng)殖糞尿產(chǎn)生趨勢一致。但從具體數(shù)值來看（圖4），1988—2018年海南島畜禽糞尿耕地負(fù)荷預(yù)警值始終處于較高水平，大多數(shù)年份在 1.0—1.5，分級標(biāo)準(zhǔn)中達(dá)到Ⅳ級，對環(huán)境有較嚴(yán)重的影響?？梢钥闯龊Ｄ?0多年來畜禽糞尿帶來的污染超過了耕地可承受負(fù)荷，對環(huán)境已經(jīng)有較嚴(yán)重的威脅。其中 2005年預(yù)警值最高，為1.58，嚴(yán)重影響環(huán)境，1990年數(shù)值最低，為0.75，對環(huán)境有一定影響，近年數(shù)值在1.23左右，對環(huán)境有較嚴(yán)重的威脅。

圖1 1988—2018年海南島畜禽糞尿排放變化及養(yǎng)分產(chǎn)生量Fig. 1 Changes of manure emissions and nutrient production in Hainan Island from 1988 to 2018

圖2 1988—2018年海南島單位耕地面積總氮和總磷負(fù)荷Fig. 2 Loads of total nitrogen and phosphorus in unit cultivated land of Hainan Island from 1988 to 2018

圖3 2018年海南各區(qū)域單位耕地面積總氮和總磷負(fù)荷Fig. 3 Loads of total nitrogen and phosphorus in unit cultivated land area in Hainan Island in 2018

圖4 1988—2018年海南島豬糞當(dāng)量負(fù)荷及耕地負(fù)荷預(yù)警值Fig. 4 Pig manure equivalent load and alarm value in Hainan Island from 1988 to 2018

空間分布上（表2），通過對各地區(qū)2018年預(yù)警值的計算，僅東方畜禽糞尿耕地負(fù)荷量對環(huán)境無威脅，R=0.36，此外，大部分市（縣）畜禽糞污均對環(huán)境帶來不同程度的影響，?？?、三亞、儋州等地對環(huán)境有影響，文昌、保亭影響較嚴(yán)重，而瓊海、萬寧、屯昌預(yù)警值已達(dá)到Ⅴ級，對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，所有地區(qū)中最嚴(yán)重的是定安（2.66）和澄邁（4.59），達(dá)到Ⅵ級水平。這在一定程度上反映了海南區(qū)域尺度上畜禽糞污總量超過有效耕地可承受范圍，多余的養(yǎng)分或通過徑流、淋溶損失，或不斷積累使土壤板結(jié)肥力下降，引發(fā)較嚴(yán)重的環(huán)境問題[2]，并且部分地區(qū)（如澄邁）潛在環(huán)境問題已達(dá)到十分嚴(yán)峻的地步。

2.4 海南島畜禽糞尿氮磷環(huán)境風(fēng)險

由 1.3.4中公式核算出海南島畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境容量和實(shí)際養(yǎng)殖總量，為保持種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的合理發(fā)展，實(shí)際養(yǎng)殖量應(yīng)達(dá)到或接近50%養(yǎng)殖容量[12]。過高即超過土壤環(huán)境實(shí)際容納量，其畜禽糞污有污染環(huán)境的風(fēng)險，利用實(shí)際畜禽養(yǎng)殖總量與50%環(huán)境容量比值作為風(fēng)險指數(shù)，對區(qū)域環(huán)境風(fēng)險進(jìn)行評估。

以氮為基準(zhǔn)（圖 5-A），受耕地面積限制，海南島1988—2018年耕地總氮的養(yǎng)殖容量保持在0.055億頭豬當(dāng)量，實(shí)際養(yǎng)殖總量在0.044—0.076億頭豬當(dāng)量之間；以磷為基準(zhǔn)（圖5-B），畜禽養(yǎng)殖容量在0.085億頭豬當(dāng)量左右，實(shí)際養(yǎng)殖總量在0.055—0.096億頭豬當(dāng)量之間，與耿維、朱建春等[12,28]在全國范圍研究上估算海南的數(shù)值差距較大，原因是在全國尺度上，前人基于《中國統(tǒng)計年鑒》，在核算耕地面積時使用

總耕地面積，而本文作者認(rèn)為使用有效耕地面積作為畜禽糞污承載場所更符合實(shí)際情況。由圖5可以看出，1988—2018年環(huán)境風(fēng)險指數(shù)均高于1.00，即海南島30多年來畜禽養(yǎng)殖均超過農(nóng)地合理的環(huán)境容量，存在環(huán)境風(fēng)險。其中數(shù)值較高的年份為2005年，環(huán)境風(fēng)險指數(shù)為2.85（以氮計）和2.14（以磷計）。近年隨著養(yǎng)殖總量的控制，2018年環(huán)境風(fēng)險指數(shù)下降到1.99（以氮計）和1.32（以磷計）。

表2 2018年海南各地區(qū)豬糞當(dāng)量負(fù)荷及對環(huán)境的威脅分級Table 2 Pig manure equivalent load and the classification of threat to the environment of Hainan in 2018

圖5 1988—2018年海南島畜禽養(yǎng)殖的養(yǎng)殖容量、實(shí)際養(yǎng)殖總量及環(huán)境風(fēng)險指數(shù)Fig. 5 Feeding capacity, actual amounts and environmental risk index of livestock and poultry in Hainan Island from 1988 to 2018

在空間分布上（表3），以氮為基準(zhǔn)，2018年各地區(qū)僅有東方和臨高畜禽養(yǎng)殖未超過當(dāng)?shù)?0%的養(yǎng)殖容量（即環(huán)境風(fēng)險指數(shù)在1.00以下），?？?、文昌等7個地區(qū)環(huán)境污染指數(shù)介于1.00—2.00，有較高的環(huán)境風(fēng)險，三亞、五指山、定安等9個地區(qū)環(huán)境風(fēng)險指數(shù)高于2.00，有嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險，其中定安在區(qū)域范圍內(nèi)風(fēng)險值最高，為3.39。以磷為基準(zhǔn)，2018年東方、臨高和昌江環(huán)境風(fēng)險指數(shù)在1.00以下，可認(rèn)為畜禽糞污對環(huán)境影響較小。?？凇⑷齺?、文昌等11個地區(qū)環(huán)境風(fēng)險指數(shù)介于 1.00—2.00，有較高的環(huán)境風(fēng)險，萬寧、定安等4個地區(qū)環(huán)境風(fēng)險指數(shù)高于2.00，有嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險，定安數(shù)值最高，為2.31。

表3 2018年各地區(qū)畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境容量、實(shí)際養(yǎng)殖總量及污染風(fēng)險指數(shù)Table 3 Feeding capacity, actual amounts and environmental risk index of livestock and poultry of different areas in 2018

3 討論

3.1 海南島畜禽糞尿氮磷產(chǎn)生變化分析

畜禽養(yǎng)殖規(guī)模和養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)在一定程度上影響了畜禽糞污總量。在不同歷史時期，畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)模不同，人們對蛋白質(zhì)的需求成為刺激畜牧業(yè)發(fā)展最重要的因素[31]，近年來畜牧業(yè)集約化水平的提高也促進(jìn)了養(yǎng)殖規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大。而在2007年后，畜牧業(yè)發(fā)展被賦予資源高效性和環(huán)境友好型等要求，單純追求量的突破已經(jīng)不適應(yīng)新的發(fā)展需求[32]。且在 2006年后，受疫病和臺風(fēng)等自然條件的影響，畜禽產(chǎn)量出現(xiàn)了較大幅度下降[18]，畜禽糞污含量隨之減少。此外由于養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)的不同，區(qū)域污染物排放也會有所差異，牛和豬的產(chǎn)排污系數(shù)較高，家禽的產(chǎn)排污系數(shù)較低，盡管近年家禽的養(yǎng)殖總量有較大增長，但氮磷排放量較前期未有明顯變化。正如YUAN等[33]研究表明，針對動物飲食結(jié)構(gòu)的調(diào)整可較好地控制畜禽糞污總量。

3.2 海南畜禽養(yǎng)殖的耕地負(fù)荷分析

研究表明，海南島30多年來耕地畜禽糞便氮負(fù)荷較高，有潛在的環(huán)境風(fēng)險，而磷負(fù)荷在合理范圍內(nèi)，這與武淑霞等[34]基于2015年全國尺度的研究相近（海南單位耕地面積氮負(fù)荷超過150 kg·hm-2，磷負(fù)荷低于30 kg·hm-2），而與劉越等[20]基于2011年對海南研究中的磷負(fù)荷有一定差異，原因是基于不同標(biāo)準(zhǔn)，劉越等采用的磷排污系數(shù)相對較高，這也反映出在不同的標(biāo)準(zhǔn)下研究結(jié)果會有所差異。就耕地負(fù)荷的風(fēng)險來講，耿維、朱建春等[12,28]研究也表明海南在全國范圍處于較嚴(yán)重水平。由于海南地區(qū)耕地面積較小，30多年來有效耕地面積維持在40萬公頃左右，而畜禽養(yǎng)殖過程中氮排污系數(shù)較高，隨著養(yǎng)殖總量的增加，其對耕地的壓力越來越大。就磷元素來講，則主要由于動物糞便中磷的排放系數(shù)較低使得耕地磷負(fù)荷量較小。在空間上，為優(yōu)化資源配置，海南劃分“西部優(yōu)勢畜牧業(yè)產(chǎn)區(qū)，中部生態(tài)畜牧區(qū)，東部畜牧適度發(fā)展區(qū)”[35]，因而澄邁（西部）畜牧業(yè)規(guī)模較大，畜禽糞污耕地負(fù)荷較高，而定安、萬寧等地雖在中東部，但由于耕地面積較小，氮磷負(fù)荷也保持在較高水平，故仍需進(jìn)一步控制當(dāng)?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖規(guī)模，東方、臨高等地（西部）由于耕地面積較大，對畜禽糞污有較好的承載能力，氮磷負(fù)荷較低，為滿足生產(chǎn)需求，可進(jìn)一步擴(kuò)大養(yǎng)殖規(guī)模。

3.3 海南畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境效應(yīng)分析

值得指出的是，為得出畜禽糞尿耕地負(fù)荷預(yù)警值和環(huán)境風(fēng)險指數(shù)，在計算過程中，使用的是畜禽糞污產(chǎn)生的總量，但在實(shí)際情況下，由于揮發(fā)、淋溶以及在運(yùn)輸過程中的損失，畜禽糞尿無法全部進(jìn)入耕地中，則基于公式得出的數(shù)值無法真正反映出其對環(huán)境的實(shí)際污染，但區(qū)域內(nèi)污染物總量保持不變，故以耕地作為載體，據(jù)此可以反映區(qū)域內(nèi)畜禽糞污總體的負(fù)荷量，進(jìn)而判斷對環(huán)境是否具有威脅。關(guān)于海南畜禽養(yǎng)殖的耕地負(fù)荷預(yù)警值，周祖光、劉越等[17,20]曾進(jìn)行相關(guān)研究，由于選擇的排污系數(shù)不同，結(jié)果與本文在對應(yīng)的年份數(shù)值不完全一致，但差異不大。在全國尺度上，前人就海南耕地負(fù)荷預(yù)警值和環(huán)境風(fēng)險指數(shù)也有研究[12,28,36]，不同年份的研究結(jié)果均顯示海南有較高的環(huán)境威脅，而本文研究結(jié)果顯示污染風(fēng)險更高。原因是基于不同年鑒，所得到的耕地面積不同（前人統(tǒng)計了總耕地面積，本文采用有效耕地面積），前人研究時，針對海南有較多的土地去承受畜禽糞污，故預(yù)警值和風(fēng)險值均較小。但從結(jié)果上，所有研究均指出海南地區(qū)耕地氮磷負(fù)荷量較高，環(huán)境威脅嚴(yán)重，因而有必要采取總量控制、污染預(yù)防和資源化利用等手段。在區(qū)域研究中，東部市（縣）的環(huán)境威脅要高于西部市（縣），這主要與區(qū)域耕地面積和養(yǎng)殖規(guī)模有關(guān)，而海南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃（2016—2020）中對東部地區(qū)作出了適度發(fā)展畜牧業(yè)的要求[35]，故在今后發(fā)展中應(yīng)進(jìn)一步通過總量控制和污染防治減輕其對環(huán)境的威脅。其中定安、澄邁等地數(shù)值更是處于較高水平，環(huán)境風(fēng)險較大，今后應(yīng)加強(qiáng)針對這兩個區(qū)域的污染預(yù)防。

3.4 關(guān)于海南島畜禽糞污控制的對策

由畜禽業(yè)快速發(fā)展產(chǎn)生的大量畜禽糞污已經(jīng)成為大多數(shù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境污染的直接或間接因素[37]，針對畜禽糞污帶來的問題，GARRETT等[38]認(rèn)為應(yīng)綜合作物-畜禽系統(tǒng)的發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性；馬林等[39]建議考慮生產(chǎn)布局并加強(qiáng)區(qū)域間協(xié)同發(fā)展。本文綜合前人研究和本地發(fā)展實(shí)際，認(rèn)為應(yīng)從管理和技術(shù)兩大方面出發(fā)，具體如下：（1）管理上首先統(tǒng)籌區(qū)域布局，不僅僅按照西部、中部和東部這種較寬泛的養(yǎng)殖區(qū)劃分，而是充分考慮耕地面積，以及中部林地面積對發(fā)展林下畜牧業(yè)的可能性，同時因地制宜推廣種養(yǎng)結(jié)合模式；其次是從立法和管理?xiàng)l例角度[40]，政府對集約化養(yǎng)殖場進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整、管理和排污限度劃分；此外，推進(jìn)畜禽糞污資源化、能源化途徑，如沼氣工程和有機(jī)肥廠建設(shè)。（2）針對一定規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖場可以考慮精細(xì)畜牧養(yǎng)殖模式（PLF），即采用相關(guān)電子設(shè)備監(jiān)控場內(nèi)環(huán)境（包括微環(huán)境和氣體排放）以達(dá)到及時處理的效果[41]，另外，按照“廢棄物+清潔能源+有機(jī)肥”三位一體技術(shù)路線，改造完善規(guī)模畜禽場基礎(chǔ)條件，對糞污進(jìn)行固液分離、厭氧消化和好氧生物處理[42]，同時推廣多原料全混式發(fā)酵、全自動高溫好氧發(fā)酵等技術(shù)。與此同時，基于循環(huán)利用的原則，開發(fā)畜禽糞污作為水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料的利用方式和處理技術(shù)，以及大力開發(fā)和推廣蚯蚓轉(zhuǎn)化畜禽糞便和秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物的蚯蚓糞肥技術(shù)。

4 結(jié)論

受養(yǎng)殖規(guī)模、飼養(yǎng)周期和排污系數(shù)等影響，1988—2018年海南島畜禽糞尿總量和氮磷養(yǎng)分產(chǎn)生量大致經(jīng)歷了上升、下降和穩(wěn)定3個發(fā)展階段。當(dāng)前海南島單位耕地面積氮負(fù)荷較嚴(yán)重，接近施用限值，區(qū)域間差異較大，呈現(xiàn)東高西低的特點(diǎn)，大多數(shù)市（縣）氮負(fù)荷超標(biāo)，而磷負(fù)荷總體在合理范圍內(nèi)。就環(huán)境風(fēng)險來看，畜禽糞尿耕地負(fù)荷預(yù)警值和環(huán)境風(fēng)險指數(shù)均反映出30多年來海南畜禽糞污潛在環(huán)境影響嚴(yán)重，東部地區(qū)對環(huán)境的威脅要高于中西部地區(qū)。

產(chǎn)生這一系列變化的原因與當(dāng)前畜禽養(yǎng)殖規(guī)模、有效耕地面積和區(qū)域養(yǎng)殖布局有關(guān)，當(dāng)前較為粗放式的畜禽養(yǎng)殖和管理方式已難以適用于海南島農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展要求，為減少畜禽糞污帶來的環(huán)境問題，應(yīng)著力于提升技術(shù)和管理水平，通過集中處置、循環(huán)利用等手段降低畜禽糞污向環(huán)境的排放量，推廣種養(yǎng)結(jié)合模式加快對糞肥的處理，以及針對區(qū)域發(fā)展合理布局養(yǎng)殖規(guī)模，保證土地對畜禽糞污的有效消納。