濰坊市畜禽糞污土地承載力分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

蘇成文 崔金霞 陳 焱 王邦磊 丁玉娟 郭洪梅*

（1山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院，山東濰坊 261061；2山東省壽光市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東壽光 262700；3山東省昌邑市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東昌邑 261300）

濰坊市位于山東半島中部，土地總面積1.62萬(wàn)平方千米，是全國(guó)著名的畜牧業(yè)大市。2018年，濰坊市畜牧業(yè)產(chǎn)值308.52億元，占農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值的31.37%，年末家禽存欄1.08億只、生豬存欄361.54萬(wàn)頭、羊存欄71.09萬(wàn)只、大牲畜存欄17.05萬(wàn)頭，全年糞污排泄總量1 350.28萬(wàn)t?？焖侔l(fā)展的畜牧業(yè)在增加農(nóng)民收入的同時(shí)，也帶來(lái)了畜禽糞污亟需解決的難題。2017年6月，國(guó)務(wù)院辦公廳出臺(tái)了《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》，隨后，2017年7月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)《畜禽糞污資源化利用行動(dòng)方案（2017-2020年）》，2017年9月，山東省人民政府辦公廳下發(fā)《關(guān)于印發(fā)山東省加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用實(shí)施方案的通知》。可見，畜禽生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展、養(yǎng)殖與種植相互結(jié)合、畜禽養(yǎng)殖數(shù)量與作物種植面積合理匹配，已成為畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

本文依據(jù)濰坊市畜禽養(yǎng)殖與作物種植規(guī)模，利用畜禽糞污土地承載力測(cè)算技術(shù)，分析了畜禽糞污排放量和農(nóng)田負(fù)荷量，評(píng)估了各區(qū)市畜禽糞污污染風(fēng)險(xiǎn)，為濰坊市科學(xué)布局畜禽生產(chǎn)區(qū)域，合理確定畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，有效推進(jìn)種養(yǎng)結(jié)合與農(nóng)牧循環(huán)，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)指導(dǎo)和理論支撐。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2018年，為貫徹鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，實(shí)施畜牧業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，促進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院與濰坊市畜牧獸醫(yī)局聯(lián)合開展了濰坊市畜牧業(yè)發(fā)展情況的調(diào)查研究。本文數(shù)據(jù)主要來(lái)自該次調(diào)研及濰坊市2018年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)與2019年濰坊市統(tǒng)計(jì)年鑒。

2 濰坊市畜禽糞污養(yǎng)分含量分析

2.1 濰坊市各縣市區(qū)畜禽養(yǎng)殖量

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2018年末，濰坊市牛存欄16.89萬(wàn)頭，馬屬動(dòng)物存欄0.16萬(wàn)頭，生豬存欄361.54萬(wàn)頭，山羊存欄38.99萬(wàn)只，綿羊存欄32.10萬(wàn)只，家禽存欄1.08億只，家兔存欄34.01萬(wàn)只。2018年濰坊市各縣市區(qū)畜禽存欄量見表1。

2.2 濰坊市各縣市區(qū)畜禽糞污排泄量與畜禽糞污養(yǎng)分含量分析

2.2.1 畜禽糞尿日排泄量與糞尿養(yǎng)分含量

影響畜禽糞尿日排泄量與糞尿中養(yǎng)分含量的因素較多，相關(guān)報(bào)道也存在差異[1-7]，本文中畜禽糞尿日排泄量根據(jù)調(diào)研結(jié)果確定，糞尿中養(yǎng)分含量參考文獻(xiàn)[1-3]。畜禽糞尿日排泄量與鮮糞尿中養(yǎng)分平均含量如表2。

2.2.2 各縣市區(qū)畜禽糞尿年排泄量及總氮與總磷量

畜禽糞尿年排泄量等于畜禽每日排泄的固體糞便和尿液量乘以該畜禽養(yǎng)殖數(shù)量，再乘以飼養(yǎng)周期，計(jì)算公式為：

式中，TM為畜禽糞污年排泄量，單位t，i為畜禽類型，F(xiàn)i為某類畜禽糞污日排泄量，單位g/kg，Ui為某類畜禽尿液日排泄量，單位g/kg，Ai為某類畜禽飼養(yǎng)量。

畜禽年排泄糞肥養(yǎng)分（氮或磷）總量等于畜禽每日排泄的固體糞便和尿液量乘以該畜禽糞污和尿液養(yǎng)分（氮或磷）含量，再乘以飼養(yǎng)周期，計(jì)算公式為：

表1 2018年濰坊市各縣市區(qū)畜禽存欄量 單位：萬(wàn)頭 （只）

表2 畜禽糞尿日排泄量與鮮糞尿中養(yǎng)分平均含量

式中，TMN為畜禽糞肥養(yǎng)分（氮或磷）含量，單位t，Nfi為某類畜禽糞污養(yǎng)分（氮或磷）含量，單位g/kg，Nui為某類畜禽尿液養(yǎng)分（氮或磷）含量，單位g/kg。

根據(jù)公式①和②計(jì)算出2018年濰坊市各縣市區(qū)畜禽糞尿排泄量及總氮與總磷量，見表3。

3 濰坊市土地糞肥養(yǎng)分需求量分析

3.1 濰坊市各縣市區(qū)農(nóng)林果蔬產(chǎn)量

2018年濰坊市農(nóng)林果蔬產(chǎn)量1 988.95萬(wàn)t，其中，糧食作物427.69萬(wàn)t，油料20.80萬(wàn)t，棉花0.74萬(wàn)t，煙葉1.86萬(wàn)t，蔬菜和瓜類1449.15萬(wàn)t，茶葉0.08萬(wàn)t，水果88.62萬(wàn)t；林類產(chǎn)量61.61萬(wàn)m3。2018年濰坊市各縣市區(qū)農(nóng)林果蔬產(chǎn)量見表4。

3.2 濰坊市土地糞肥養(yǎng)分需求量

3.2.1 濰坊市各縣市區(qū)植物養(yǎng)分需求量

各類植物形成相同產(chǎn)量需要吸收氮或磷量各報(bào)道有一定差異，本文主要參考農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳印發(fā)的《畜禽糞污土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》[8]。不同植物形成100 kg產(chǎn)量需要吸收氮或磷量推薦值見表5。

表3 2018年濰坊市各縣市區(qū)畜禽糞尿排泄量及總氮與總磷量 單位：t

表4 2018年濰坊市各縣市區(qū)農(nóng)林果蔬產(chǎn)量 單位：t

續(xù)表4 2018年濰坊市各縣市區(qū)農(nóng)林果蔬產(chǎn)量 單位：t

續(xù)表4 2018年濰坊市各縣市區(qū)農(nóng)林果蔬產(chǎn)量 單位：t

續(xù)表4 2018年濰坊市各縣市區(qū)農(nóng)林果蔬產(chǎn)量 單位：t

植物養(yǎng)分（氮或磷）需求量等于植物產(chǎn)量乘以該植物形成100 kg產(chǎn)量需要吸收的養(yǎng)分推薦值。計(jì)算公式為：

式中，Nneed為植物養(yǎng)分（氮或磷）需求量，單位為t，Yi為不同植物的產(chǎn)量，單位為t，Ci為不同植物形成100 kg產(chǎn)量需要吸收的養(yǎng)分推薦值，單位為kg。

由公式③計(jì)算出2018年濰坊市各縣市區(qū)土地養(yǎng)分需求量，見表6。

3.2.2 濰坊市土地糞肥養(yǎng)分需求量

土地糞肥養(yǎng)分需求量等于植物養(yǎng)分（氮或磷）需求量乘以施肥供給養(yǎng)分占比，再乘以糞肥占施肥比例，除以糞肥當(dāng)季利用率。計(jì)算公式為：

表5 不同植物形成100 kg產(chǎn)量需要吸收氮或磷量推薦值 單位：kg

表6 2018年濰坊市各縣市區(qū)植物養(yǎng)分需求量 單位：t

Nmanure為土地糞肥養(yǎng)分（氮或磷）需求量，單位為t，Pn施肥供給養(yǎng)分占比，Pm糞肥占施肥比例，Um糞肥當(dāng)季利用率。

氮（磷）施肥供給養(yǎng)分占比根據(jù)土壤氮（磷）養(yǎng)分確定，根據(jù)調(diào)研，濰坊市各縣市區(qū)土壤氮磷養(yǎng)分水平下的施肥占比推薦值為45%，糞肥占施肥比例一般為50%，糞肥中氮素當(dāng)季利用率取30%，磷素當(dāng)季利用率取35%。由公式④計(jì)算出2018年濰坊市各縣市區(qū)土地糞肥養(yǎng)分需求量見表7。

4 濰坊市土地畜禽糞污負(fù)荷分析與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

4.1 濰坊市各縣市區(qū)土地畜禽糞污負(fù)荷量分析

2018年，濰坊市各縣市區(qū)農(nóng)林果蔬用地面積107.36萬(wàn)hm2，其中，農(nóng)作物播種面積100.95萬(wàn)hm2，果園3.32萬(wàn)hm2，當(dāng)年造林1.01萬(wàn)hm2，林木育苗1.54萬(wàn)hm2，森林撫育0.54萬(wàn)hm2。2018年濰坊市各縣市區(qū)農(nóng)林果蔬用地面積見表8。

表7 2018年濰坊市各縣市區(qū)土地糞肥養(yǎng)分需求量 單位：t

⑴單位土地畜禽糞污負(fù)荷量：畜禽糞污排放量除以農(nóng)林果蔬用地面積，便得到單位土地糞污負(fù)荷量。單位土地畜禽糞污負(fù)荷量計(jì)算公式為：

式中，Lm為單位土地糞污負(fù)荷量，單位為kg/hm2，TM為畜禽糞污年排泄量，單位為t，Sa為農(nóng)林果蔬用地面積，單位為hm2。

⑵單位土地豬當(dāng)量負(fù)荷量：豬當(dāng)量，指用于衡量畜禽氮（磷）排泄量的度量單位，1頭豬為1個(gè)豬當(dāng)量。1個(gè)豬當(dāng)量的氮排泄量為11 kg，磷排泄量為1.65 kg。由于不同類型和不同階段畜禽糞尿的養(yǎng)分差異較大，依據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《畜禽糞污土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》，可以用豬糞肥土地施用量來(lái)計(jì)算土地負(fù)荷。先將不同畜禽糞污按含氮量統(tǒng)一換算成豬當(dāng)量，然后統(tǒng)一用豬當(dāng)量來(lái)計(jì)算土地畜禽糞污負(fù)荷量。豬當(dāng)量系數(shù)計(jì)算公式為：

表8 2018年濰坊市各縣市區(qū)農(nóng)林果蔬用地面積 單位：hm2

式中，EP為豬當(dāng)量系數(shù)，F(xiàn)i為某類畜禽糞污日排泄量，單位為kg/d，Nfi為某類畜禽糞污氮含量，單位為g/kg，Ui為某類畜禽尿液日排泄量，單位kg/d，Nui為某類畜禽尿液氮或含量，單位g/kg，F(xiàn)p為豬糞便日排泄量，單位為kg/d，Nfp為豬糞便氮含量，單位為g/kg，Up為豬尿液日排泄量，單位kg/d，Nup為豬尿液氮或含量，單位g/kg。各類畜禽豬當(dāng)量系數(shù)見表9。

總豬當(dāng)量除以農(nóng)林果蔬用地面積，便得到單位土地豬當(dāng)量負(fù)荷量。單位土地豬當(dāng)量負(fù)荷量計(jì)算公式：

式中，Lp為單位土地豬當(dāng)量負(fù)荷量，EPi為某類畜禽豬當(dāng)量系數(shù)，Ai為某類畜禽飼養(yǎng)量。

⑶單位土地糞肥養(yǎng)分負(fù)荷量：畜禽糞肥養(yǎng)分含量除以農(nóng)林果蔬用地面積，便得到單位土地糞肥養(yǎng)分負(fù)荷量。單位土地糞肥養(yǎng)分負(fù)荷量計(jì)算公式為：

式中，Ln為單位土地糞肥養(yǎng)分負(fù)荷量，單位為kg/hm2，TMN為畜禽糞肥養(yǎng)分含量，單位為t，Rn養(yǎng)分（氮或磷）留存率，為65%，Sa為農(nóng)林果蔬用地面積，單位為hm2。

⑷單位土地糞肥養(yǎng)分需求量：土地糞肥養(yǎng)分需求量除以農(nóng)林果蔬用地面積，便得到單位土地糞肥養(yǎng)分需求量。單位土地糞肥養(yǎng)分負(fù)荷量計(jì)算公式為：

式中，Nn為單位土地糞肥養(yǎng)分需求量，單位為kg/hm2，Nmanure為土地糞肥養(yǎng)分需求量，單位為t，Sa為農(nóng)林果蔬用地面積，單位為hm2。

由公式⑤、⑦、⑧、⑨計(jì)算得出2018年濰坊市各縣市區(qū)單位土地畜禽糞污負(fù)荷量、單位土地豬當(dāng)量負(fù)荷量、單位土地糞氮負(fù)荷量、單位土地糞磷負(fù)荷量、單位土地糞氮需求量、單位土地糞磷需求量，見表10。

表9 各類畜禽豬當(dāng)量系數(shù)

土地畜禽糞污負(fù)荷量可以間接衡量當(dāng)?shù)匦笄蒿曫B(yǎng)密度及養(yǎng)殖布局的合理性。根據(jù)2000年《全國(guó)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查技術(shù)報(bào)告》及相關(guān)文獻(xiàn)，從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)角度考慮，每公頃土地負(fù)荷的畜禽糞污不超過30 t為宜，如果高于這一水平會(huì)導(dǎo)致土壤富營(yíng)養(yǎng)化[9-11]。濰坊市2018年土地畜禽糞污負(fù)荷量為12.58 t/hm2，其中昌樂縣糞污負(fù)荷量最高，為21.39 t/hm2，沒超過理論適宜量。歐盟農(nóng)業(yè)政策中規(guī)定土地年施氮量170 kg/hm2、年施磷量35 kg/hm2[12]，濰坊市2018年土地畜禽糞污氮負(fù)荷量為56.57 kg/hm2，磷負(fù)荷量為24.89 kg/hm2，除臨朐縣磷負(fù)荷量36.94 kg/hm2和昌樂縣41.94 kg/hm2外，各縣市區(qū)和濰坊市總量均沒超過歐盟農(nóng)業(yè)政策中規(guī)定的量。2018年，除昌樂縣土地畜禽糞污磷負(fù)荷量41.94 kg/hm2超過植物磷需求量34.76 kg/hm2外，各縣市區(qū)土地畜禽糞污氮、磷負(fù)荷量均沒超過植物需求量，濰坊市土地畜禽糞污氮負(fù)荷量為植物需求量的40.02%，磷負(fù)荷量為植物需求量的55.51%。

4.2 濰坊市土地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

畜禽糞污是否對(duì)環(huán)境構(gòu)成威脅可采用養(yǎng)分收支平衡法進(jìn)行評(píng)估，即用某地區(qū)畜禽糞污養(yǎng)分（氮或磷）排放量與該地區(qū)植物養(yǎng)分（氮或磷）需求量進(jìn)行比較，得出該地區(qū)畜禽糞污養(yǎng)分與植物養(yǎng)分需求量的比值，從而評(píng)估該地區(qū)現(xiàn)有土地是否能完全消納畜禽糞污[13]。畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值公式為：

式中：R為畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值，Rn為養(yǎng)分（氮或磷）留存率。

畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值R與環(huán)境承受能力呈負(fù)相關(guān)，R值越大，該地區(qū)土地環(huán)境對(duì)畜禽糞污的承受能力越低，畜禽糞污對(duì)該土地環(huán)境造成污染的威脅也就越大。當(dāng)R小于或等于0.4，即糞污氮、磷負(fù)荷量為其最大施用量0.4倍及以下時(shí)，畜禽糞污可完全被土地消納，不會(huì)造成環(huán)境污染[14-16]。畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值分級(jí)及不同等級(jí)對(duì)環(huán)境的影響見表11。

表10 2018年濰坊市各縣市區(qū)土地畜禽糞污負(fù)荷量與養(yǎng)分需求量

由公式⑩計(jì)算濰坊市各縣市區(qū)畜禽糞污環(huán)境預(yù)警值，并根據(jù)表11評(píng)估畜禽糞污對(duì)環(huán)境的影響程度，見表12。

2018年，濰坊市畜禽糞污氮預(yù)警值0.40，說(shuō)明濰坊市整體畜禽糞污氮可以完全被土地消納。但不同縣市區(qū)畜禽糞污氮對(duì)環(huán)境影響程度不平衡，昌樂縣畜禽糞污氮預(yù)警值最高，為0.77，對(duì)環(huán)境有影響，其次為臨朐縣畜禽糞污氮預(yù)警值為0.67，對(duì)環(huán)境稍有影響。濰坊市畜禽糞污磷預(yù)警值0.56，對(duì)環(huán)境稍有影響，其中，昌樂縣畜禽糞污磷預(yù)警值最高，為1.21，對(duì)環(huán)境影響較嚴(yán)重，臨朐縣畜禽糞污磷預(yù)警值為0.77，對(duì)環(huán)境有影響。

5 討論

許多國(guó)家因不合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式引發(fā)的農(nóng)業(yè)源污染對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅，因此，土地畜禽糞污承載力方面的研究也較多，農(nóng)業(yè)面源污染是美國(guó)地表水中氮和磷的主要來(lái)源[17]，澳大利亞、英國(guó)、荷蘭、日本等國(guó)因農(nóng)業(yè)面源污染導(dǎo)致的地下水硝酸鹽超標(biāo)問題也曾引起廣泛關(guān)注[18-19]。原環(huán)境保護(hù)部公布的《2015年環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)業(yè)源化學(xué)需氧量排放量為1 068.60萬(wàn)t，占我國(guó)廢水排放總量的48.06%，其中畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放1 015.50萬(wàn)t，占農(nóng)業(yè)源化學(xué)需氧量排放量的95.03%。畜禽糞污利用主要通過土地消納，目前，我國(guó)有關(guān)于畜禽土地承載力方面的研究越來(lái)越多。張曉琴根據(jù)耕地面積以及畜禽糞污負(fù)荷量可以得出黃土高原地區(qū)畜禽糞污的平均負(fù)荷值為13.14 t/hm2[20]。王方浩等估算了我國(guó)2003年畜禽業(yè)排泄量超過31億t，畜禽糞污及其氮、磷養(yǎng)分的平均農(nóng)田負(fù)荷為24 t/hm2、107 kg/hm2和29 kg/hm2[21]。李安萍等估算了成都市畜禽養(yǎng)殖糞尿產(chǎn)生量，得出全市平均豬當(dāng)量負(fù)荷量為99.42 t/hm2[22]。彭里等通過估算得出重慶市畜禽糞污的理論適宜負(fù)荷量為44.37 t/hm2[23]。何建生計(jì)算了蕪湖市畜禽糞污土地承載力豬當(dāng)量為12.48 t/hm2[24]。王磊等報(bào)道，2017年張掖市畜禽糞污負(fù)荷量平均為33.28 t/hm2[25]。馬良等估算桐鄉(xiāng)市畜禽糞污及氮、磷養(yǎng)分農(nóng)田承載力分別為9.48 t/hm2、30.19 kg/hm2和16.64 kg/hm2[26]。2018年濰坊市土地畜禽糞污及氮、磷負(fù)荷量分別為12.58 t/hm2、56.57 kg/hm2和24.89 kg/hm2，雖不高于全國(guó)平均水平，但畜禽糞污磷預(yù)警值達(dá)0.56，如果不能合理利用，可能會(huì)對(duì)環(huán)境有一定影響。

6 建議

6.1 合理規(guī)劃全市養(yǎng)殖布局

畜禽糞污資源化利用主要是作為有機(jī)肥還田，許多畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也將農(nóng)田作為畜禽糞污的負(fù)載場(chǎng)所，用來(lái)消化其中的養(yǎng)分。由于畜禽糞污不便于長(zhǎng)距離運(yùn)輸，用于消納畜禽糞污的土地主要集中于養(yǎng)殖場(chǎng)附近。因此，濰坊市養(yǎng)殖布局要按照“以種定養(yǎng)、種養(yǎng)結(jié)合”原則，綜合考慮資源稟賦、土地承載力、種養(yǎng)配套情況等因素，做出科學(xué)規(guī)劃，根據(jù)全市城鎮(zhèn)和農(nóng)村發(fā)展總體規(guī)劃，合理設(shè)定適養(yǎng)區(qū)、限養(yǎng)區(qū)和禁養(yǎng)區(qū)，科學(xué)確定養(yǎng)殖規(guī)模，實(shí)行畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)建設(shè)環(huán)保前置審批制度。

6.2 構(gòu)建畜禽糞污治理綜合服務(wù)體系

政府主導(dǎo)構(gòu)建“收集-轉(zhuǎn)化-利用”畜禽糞污治理綜合服務(wù)體系，在養(yǎng)殖場(chǎng)較為集中的區(qū)域，建設(shè)畜禽糞污收集治理中心，將一定空間范圍內(nèi)的畜禽糞污收集起來(lái)，進(jìn)行多方式資源化利用。能源可用于發(fā)電，有機(jī)肥除用于周邊農(nóng)田消納外，剩余部分可銷往外地，實(shí)現(xiàn)畜禽糞污多向循環(huán)利用。

6.3 大力推廣促進(jìn)糞源有機(jī)肥

推廣應(yīng)用有機(jī)肥，是促進(jìn)畜禽糞污資源化利用的重要措施。積極研究出臺(tái)支持有機(jī)肥生產(chǎn)施用的優(yōu)惠政策，開展有機(jī)肥的生產(chǎn)、運(yùn)輸和施用等配套服務(wù)，鼓勵(lì)農(nóng)民多用、用好有機(jī)肥。針對(duì)有糞源有機(jī)肥生產(chǎn)與施用過程中的難點(diǎn)問題，開展技術(shù)攻關(guān)，制定畜禽糞污資源化利用、糞源有機(jī)肥還田技術(shù)規(guī)范。宣傳綠色發(fā)展理念，提升農(nóng)民節(jié)本增效和保護(hù)環(huán)境意識(shí)，促進(jìn)有機(jī)肥合理廣泛應(yīng)用。