基于氮磷農(nóng)田利用的黃淮海地區(qū)畜禽糞尿土地承載力研究

陳廣銀，曹海南，丁同剛，霍偉潔，潘義欣

(1.安徽省水土污染治理與修復(fù)工程實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241002；2.安徽師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，安徽 蕪湖 241002)

將養(yǎng)殖糞污還田可同時(shí)處理畜禽糞污、減少化肥用量、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，符合循環(huán)農(nóng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展要求[1-2]，但不合理還田可能造成嚴(yán)重的二次污染[3]。為充分挖掘土地消納畜禽糞污的潛力，降低還田造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，歐美國家在20 a前開始建立基于氮磷養(yǎng)分管理的畜禽糞污還田農(nóng)田面積匹配制度，以期從源頭規(guī)范畜禽糞污還田行為，有效降低二次污染風(fēng)險(xiǎn)。我國在這方面也做了大量工作，沈根祥等[4]提出畜禽糞便還田時(shí)農(nóng)田面積匹配應(yīng)基于作物磷養(yǎng)分需求，不足的氮通過化肥氮補(bǔ)充；蔡美芳等[5]基于養(yǎng)分平衡模型，通過量化核算區(qū)域內(nèi)氮磷的輸入和輸出，判斷氮磷盈余或缺損，并將區(qū)內(nèi)可承受的輸入量轉(zhuǎn)化為豬當(dāng)量以評(píng)價(jià)該區(qū)域的畜禽承載力；肖琴等[6]研究了長江中下游地區(qū)畜禽糞污總量、耕地畜禽糞污氮磷負(fù)荷和耕地畜禽養(yǎng)殖環(huán)境容量；張緒美等[7]分析了我國不同省份畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)變化及畜禽糞便污染結(jié)構(gòu),結(jié)合耕地面積求出不同地區(qū)畜禽糞便耕地負(fù)荷量及其分布；劉曉永等[8]估算了中國各地區(qū)畜禽糞尿量、養(yǎng)分量及各種畜禽糞尿所占比例，分析了不同時(shí)期畜禽糞尿養(yǎng)分還田量的地區(qū)間差異。2018年1月22日，原農(nóng)業(yè)部頒布了《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》(以下簡稱《指南》)[9]，我國畜禽養(yǎng)殖糞污還田量測算有了國家級(jí)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，《指南》對(duì)我國畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)布局、畜禽養(yǎng)殖規(guī)模調(diào)控有很好的指導(dǎo)作用。

黃淮海地區(qū)是我國種養(yǎng)殖業(yè)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，2017年該地區(qū)存欄生豬、牛、羊和出欄家禽分別占全國總量的23.98%、13.47%、17.67%和32.90%，年產(chǎn)稻谷、小麥、玉米、豆類、薯類、油料、蔬菜和瓜果分別占全國總量的10.69%、72.17%、27.94%、13.71%、37.64%、29.41%、35.82%和49.86%[10]。為調(diào)查黃淮海地區(qū)畜禽糞污土地承載情況，趙路[11]以黃淮海區(qū)域內(nèi)三省兩市豬、牛、雞糞尿中氮素的環(huán)境去向?yàn)檠芯繉?duì)象，根據(jù)RAINS模型的理念以及養(yǎng)分流動(dòng)的特點(diǎn)，分析不同養(yǎng)殖規(guī)模、不同環(huán)節(jié)上糞尿氮的去向，并對(duì)土壤中氮素資源的可利用量進(jìn)行了核算；楚天舒等[12]以山東、河南和河北的玉米-小麥輪作模式為基礎(chǔ)，根據(jù)作物生長養(yǎng)分需求及農(nóng)田環(huán)境氮素污染風(fēng)險(xiǎn)，估算該地區(qū)單位面積農(nóng)田可承載的畜禽養(yǎng)殖量。從文獻(xiàn)調(diào)研看，關(guān)于黃淮海地區(qū)畜禽糞污土地承載力的研究很少，以整個(gè)黃淮海地區(qū)為對(duì)象的研究鮮見報(bào)道。

筆者以整個(gè)黃淮海區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，在大量查閱相關(guān)統(tǒng)計(jì)年鑒的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、單位質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品氮磷需求量，結(jié)合區(qū)內(nèi)畜禽糞尿氮、磷含量，估算黃淮海地區(qū)畜禽糞尿土地承載力，為優(yōu)化區(qū)域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖分布和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、推動(dòng)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供理論參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

黃淮海地區(qū)包括北京、天津和山東3個(gè)省(市)，河北、河南兩省的大部，以及江蘇、安徽兩省的淮北地區(qū)，共轄2個(gè)直轄市和53個(gè)地級(jí)市，共計(jì)376個(gè)縣(市、區(qū))[13]。全區(qū)土地總面積為46.95萬km2，是我國北方人口、產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)密集地區(qū)，在全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。

1.2 研究方法

1.2.1黃淮海地區(qū)畜禽糞尿及氮磷產(chǎn)量估算

選取豬、牛、羊、兔和家禽為研究對(duì)象，依據(jù)畜禽年飼養(yǎng)量、飼養(yǎng)周期和日排泄系數(shù)計(jì)算畜禽糞尿和氮磷產(chǎn)量，計(jì)算公式為

(1)

式(1)中，Y為畜禽糞尿、氮、磷產(chǎn)量，萬t；mi為畜禽i的飼養(yǎng)量，萬只(萬羽)；Ti為畜禽i的飼養(yǎng)周期，d；υi為畜禽i的日排泄系數(shù)，kg·d-1；κ為單位換算系數(shù)；n為畜禽種數(shù)。

不同畜禽的飼養(yǎng)周期、排污系數(shù)差別較大，參照文獻(xiàn)[14-15]，豬飼養(yǎng)周期為199 d，以年出欄量計(jì)；牛飼養(yǎng)周期為365 d，以年末存欄量計(jì)；羊飼養(yǎng)周期為365 d，以年末存欄量計(jì)；兔飼養(yǎng)周期為90 d，以年出欄量計(jì)；肉禽飼養(yǎng)周期為55 d，以年出欄量計(jì)；蛋禽飼養(yǎng)周期為365 d，以年末存欄量計(jì)。

畜禽日排污系數(shù)參照耿維等[16]基于《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》的改進(jìn)結(jié)果。具體如下：豬產(chǎn)污系數(shù)=1/3保育期產(chǎn)污系數(shù)+2/3育肥期產(chǎn)污系數(shù)；奶牛產(chǎn)污系數(shù)以產(chǎn)奶階段產(chǎn)污系數(shù)計(jì)；肉牛產(chǎn)污系數(shù)以育成牛階段產(chǎn)污系數(shù)計(jì)；家禽產(chǎn)污系數(shù)以肉雞的產(chǎn)污系數(shù)計(jì)。其中，兔、羊產(chǎn)污系數(shù)參照文獻(xiàn)[8，17]?？紤]到部分地區(qū)未將奶牛、肉牛和蛋禽、肉禽分開統(tǒng)計(jì)，故這些地區(qū)牛產(chǎn)排污系數(shù)以肉牛計(jì)，家禽產(chǎn)排污系數(shù)以肉雞計(jì)。部分地市家禽、兔出欄量數(shù)據(jù)缺失，用相應(yīng)的年末存欄量代替。各類畜禽日產(chǎn)污系數(shù)見表1。

華北區(qū)適用于北京、天津、河北，華東區(qū)適用于山東、江蘇、安徽，中南區(qū)適用于河南。

1.2.2黃淮海地區(qū)種植業(yè)生產(chǎn)對(duì)畜禽糞尿的需求量估算

黃淮海地區(qū)種植業(yè)生產(chǎn)對(duì)畜禽糞尿的需求量估算參考《指南》。在估算區(qū)域作物糞肥養(yǎng)分需求量前，需估算區(qū)域作物養(yǎng)分需求總量，計(jì)算公式為

(2)

式(2)中，M為區(qū)域作物養(yǎng)分需求總量，萬t；Ai為作物i的年產(chǎn)量，萬t；βi為作物i單位產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量，kg·(100 kg)-1；n為作物種數(shù)。

區(qū)域作物糞肥養(yǎng)分需求量的計(jì)算公式為

(3)

式(3)中，W為區(qū)域植物糞肥氮(磷)需求量，萬t；α為施肥供給養(yǎng)分占比，%；θ為糞肥占總施肥量的比例，%；ω為糞肥當(dāng)季利用率，%。

研究選取在黃淮海地區(qū)種植量最大、分布最廣的9類作物來測算區(qū)域作物養(yǎng)分需求量，作物單位產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量參考《指南》?？紤]到研究區(qū)域較大，區(qū)域內(nèi)土壤養(yǎng)分參差不齊，為便于計(jì)算，假設(shè)該區(qū)域土壤氮磷養(yǎng)分為Ⅱ級(jí)，施肥供給養(yǎng)分占比為45%，糞肥占總施肥量的比例為50%，糞肥中氮素當(dāng)季利用率取28.50%，磷素當(dāng)季利用率取32.50%[9]。

1.2.3黃淮海地區(qū)耕地畜禽糞尿負(fù)荷估算

以1.2.1節(jié)計(jì)算出的黃淮海地區(qū)畜禽糞尿及氮、磷產(chǎn)量為基礎(chǔ)，結(jié)合該地區(qū)耕地面積數(shù)據(jù)，計(jì)算黃淮海地區(qū)畜禽糞尿及氮磷耕地負(fù)荷，計(jì)算公式為

(4)

式(4)中，η為黃淮海地區(qū)單位面積耕地的畜禽糞尿(或氮磷)負(fù)荷，t·hm-2或kg·hm-2；E為黃淮海地區(qū)畜禽糞尿(或氮磷)年產(chǎn)量，萬t；B為黃淮海地區(qū)耕地面積，hm2。

1.2.4黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

為進(jìn)一步評(píng)估畜禽養(yǎng)殖氮磷排放對(duì)環(huán)境的影響風(fēng)險(xiǎn)，引入畜禽養(yǎng)殖環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其計(jì)算公式為

(5)

式(5)中，ρ為畜禽養(yǎng)殖環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。當(dāng)ρ<0.20時(shí)，表明實(shí)際畜禽糞尿氮磷產(chǎn)量不到環(huán)境容量的20%，發(fā)展?jié)摿O大；當(dāng)ρ為0.20～0.50時(shí)，表明尚有較大發(fā)展?jié)摿?；?dāng)ρ為>0.50～1.00時(shí)，表明需控制畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，存在污染風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)ρ>1.00時(shí)，表明養(yǎng)殖規(guī)模已超過環(huán)境容量，需嚴(yán)格控制養(yǎng)殖規(guī)模，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)大。

1.2.5基于氮磷農(nóng)田利用的畜禽糞尿土地承載力和畜禽發(fā)展?jié)摿?/p>

為更直觀地反映黃淮海地區(qū)基于氮磷農(nóng)田利用的畜禽糞尿土地承載力情況，引入豬當(dāng)量的概念，計(jì)算公式為

(6)

式(6)中，C為畜禽糞尿土地承載力，萬頭豬當(dāng)量；δ為豬糞氮磷折算為豬當(dāng)量的換算系數(shù)，氮折算系數(shù)為11 kg·頭-1，磷折算系數(shù)為1.65 kg·頭-1 [9]。

為更好地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，獲得各地區(qū)可進(jìn)一步擴(kuò)容的畜禽養(yǎng)殖量非常重要，其計(jì)算公式為

(7)

式(7)中，λ為黃淮海地區(qū)可進(jìn)一步擴(kuò)容的畜禽養(yǎng)殖量，萬頭豬當(dāng)量。

1.3 數(shù)據(jù)來源

黃淮海地區(qū)各省(市)的耕地面積數(shù)據(jù)來自各省(市)2018年統(tǒng)計(jì)年鑒；各省(市)畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)來自各省(市)統(tǒng)計(jì)年鑒和農(nóng)業(yè)部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，河南省漯河市和駐馬店市使用2017年的統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)。收集的數(shù)據(jù)包括豬、牛、羊、家禽、兔等主要畜禽年末存欄量、出欄量，區(qū)域耕地面積，小麥、水稻、玉米、豆類、油類、蔬菜、瓜果、棉花、薯類等產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與圖像繪制

采用Office 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用ArcGIS 10.5軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)狀及糞污產(chǎn)量

2017年，黃淮海地區(qū)出欄生豬16 877.41萬頭、家禽418 392.88萬羽、兔5 977.38萬只，年末存欄牛1 196.34萬頭、羊5 168.61萬只。畜禽養(yǎng)殖在為居民提供肉蛋奶產(chǎn)品的同時(shí)也產(chǎn)生了數(shù)量龐大的養(yǎng)殖廢物(表2)。2017年，黃淮海地區(qū)共各類畜禽糞尿、氮和磷產(chǎn)量分別為31 434.18萬、172.90萬和31.10萬t。

畜禽糞尿產(chǎn)量分布對(duì)指導(dǎo)區(qū)內(nèi)畜禽養(yǎng)殖污染治理有重要參考價(jià)值，黃淮海地區(qū)畜禽糞尿產(chǎn)量分布見圖1。由圖1可見，畜禽糞尿產(chǎn)量在各地區(qū)間的分布差別較大，山東萊蕪和安徽淮北2市年畜禽糞尿產(chǎn)量均低于100萬t；山東臨沂、德州、菏澤、濰坊和河南周口、駐馬店6市畜禽糞尿年產(chǎn)量均超過1 000萬t，畜禽養(yǎng)殖污染治理壓力大；有21個(gè)市畜禽糞尿年產(chǎn)量在500萬～1 000萬t之間，剩余26個(gè)市在100萬～500萬t之間。

從表3可知，各省(市)畜禽養(yǎng)殖污染物的分布極不均衡。

表3 黃淮海地區(qū)不同省(市)畜禽養(yǎng)殖污染物總量

山東畜禽養(yǎng)殖糞尿、氮和磷總量均遠(yuǎn)高于其他省(市)，年產(chǎn)糞尿、氮和磷量分別達(dá)10 914.03萬、57.95萬和12.04萬t，分別占黃淮海地區(qū)總量的34.72%、33.51%和38.70%；其次為河南，年產(chǎn)糞尿、氮和磷量分別占黃淮海地區(qū)總量的26.13%、27.94%和21.25%；北京各類型污染物總量均為最低。山東與河南畜禽養(yǎng)殖糞尿、氮和磷量之和分別占黃淮海區(qū)域總量的60.85%、61.25%和59.95%，說明黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖的重心在山東和河南，兩省為畜禽養(yǎng)殖污染治理的重點(diǎn)地區(qū)。糞尿的N/P比可以間接反映畜禽養(yǎng)殖種類，除河南(7.31)和山東(4.81)外，其他省份畜禽糞尿N/P比相近，均在5.10～5.75之間。查閱山東和河南不同畜禽養(yǎng)殖量占黃淮海地區(qū)總量的比值可知，山東家禽養(yǎng)殖量占比高達(dá)56.92%，河南僅為15.81%，而豬、牛、羊的比例兩省接近，這可能是導(dǎo)致兩省養(yǎng)殖糞尿N/P比差別較大的原因。

2.2 黃淮海地區(qū)耕地畜禽糞尿負(fù)荷

黃淮海地區(qū)耕地畜禽糞尿負(fù)荷見表2。由表2可知，無論是耕地畜禽糞尿負(fù)荷，還是耕地氮磷負(fù)荷，地域間的差異均較大。養(yǎng)殖類型不同造成各地區(qū)畜禽氮磷產(chǎn)量存在差異，加上各地耕地面積差異較大，造成地區(qū)間氮磷負(fù)荷存在明顯差異，如山東德州耕地畜禽糞尿負(fù)荷和磷負(fù)荷均為區(qū)內(nèi)最高，氮負(fù)荷排第2位，而同期河南漯河耕地的畜禽糞尿、氮和磷負(fù)荷分別為區(qū)內(nèi)第4、1和3位，說明養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)對(duì)耕地氮磷負(fù)荷存在明顯影響。

將各市畜禽糞尿、氮和磷耕地負(fù)荷按照負(fù)荷量進(jìn)行了分級(jí)統(tǒng)計(jì)(表4)?？梢钥闯?，區(qū)內(nèi)畜禽污染物耕地負(fù)荷的差異非常大，但總體上仍處于較低水平。有1個(gè)市畜禽糞尿耕地負(fù)荷超過20 t·hm-2，有9個(gè)市介于>15～20 t·hm-2之間，剩余45個(gè)市(占比達(dá)81.82%)畜禽糞尿耕地負(fù)荷不高于15 t·hm-2；從氮負(fù)荷看，有5個(gè)市氮負(fù)荷超過100 kg·hm-2，有11個(gè)市介于75～100 kg·hm-2之間，其余39個(gè)市(占比達(dá)70.91%)都低于75 kg·hm-2；有2個(gè)市磷負(fù)荷超過20 kg·hm-2，有10個(gè)市介于15～20 kg·hm-2之間，其余43個(gè)市(占比達(dá)78.18%)磷負(fù)荷均低于15 kg·hm-2，所有地區(qū)畜禽氮磷負(fù)荷均未超過歐盟糞肥年施氮磷量標(biāo)準(zhǔn)限值(氮和磷分別為170和35 kg·hm-2)。

表4 黃淮海地區(qū)各市畜禽糞尿耕地負(fù)荷分級(jí)統(tǒng)計(jì)

2.3 黃淮海地區(qū)畜禽糞尿農(nóng)田利用環(huán)境容量和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

2.3.1黃淮海地區(qū)畜禽糞尿農(nóng)田利用環(huán)境容量分析

根據(jù)黃淮海地區(qū)農(nóng)作物播種面積和產(chǎn)量，利用《指南》中區(qū)域農(nóng)作物生長氮、磷及糞肥氮、磷需求量的估算公式，計(jì)算得出2017年黃淮海地區(qū)種植業(yè)氮和磷需求量分別為737.88萬和197.67萬t，其中糞肥氮和磷分別為582.52萬和136.79萬t。由表3可知，2017年黃淮海地區(qū)畜禽糞尿氮和磷產(chǎn)量分別為172.90萬和31.11萬t，均小于該地區(qū)種植業(yè)對(duì)糞肥氮磷的需求量，表明總體上黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖氮磷污染物可通過農(nóng)田全量消納。

2.3.2黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

將黃淮海地區(qū)各市畜禽糞污氮、磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)后繪制成圖，見圖2～3。從基于氮平衡的黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(圖2)來看，區(qū)內(nèi)55個(gè)市中，僅北京超過1，天津、秦皇島、德州、濱州、煙臺(tái)、洛陽、許昌和漯河8個(gè)市在0.5～1.0之間，其余46個(gè)市均小于0.5，表明黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖規(guī)模整體上仍有較大的發(fā)展空間，尤其是蘇北、皖北、冀南和豫東地區(qū)。

從基于磷平衡的黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(圖3)來看，區(qū)內(nèi)55個(gè)市中僅北京超過1，天津、秦皇島、煙臺(tái)、威海和日照在0.5～1.0之間，其余49個(gè)市均小于0.5，表明黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖規(guī)模整體上仍有較大發(fā)展空間，尤其是蘇北、皖北、冀南、豫東和豫南地區(qū)。但受養(yǎng)殖類型和結(jié)構(gòu)影響，養(yǎng)殖量與畜禽糞尿氮、磷產(chǎn)量之間并不一定成正比，如山東德州、濱州和河南洛陽、許昌、漯河基于氮平衡的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在0.5～1.0之間，基于磷平衡的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于0.5，而山東威海和日照基于氮平衡的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于0.5，基于磷平衡的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均在0.5～1.0之間。黃淮海地區(qū)基于磷的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)明顯低于氮，但個(gè)別地區(qū)受養(yǎng)殖類型影響較大。故在評(píng)價(jià)某地區(qū)畜禽養(yǎng)殖污染風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，不能單以畜禽糞污氮或磷產(chǎn)量為依據(jù)，需結(jié)合氮磷的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果綜合考慮。

2.4 基于氮磷農(nóng)田利用的畜禽糞尿土地承載力和畜禽發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>

為更好地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，將黃淮海地區(qū)作物生長對(duì)糞肥氮磷的需求量按照豬當(dāng)量折算成畜禽糞尿土地承載力?？紤]到秸稈還田、施用有機(jī)肥等帶入了一定量氮素，需將這些影響扣除。2017年全國秸稈還田帶入總氮約350萬t，施用有機(jī)肥帶入總氮約30萬t，兩者之和約占作物糞肥氮需求量的20%，故筆者將作物對(duì)糞肥的需求量定為理論需求量的80%。2017年黃淮海地區(qū)基于氮和磷的土地承載力分別為42 262.70萬和66 197.83萬頭豬當(dāng)量，取兩者中的較小值，即整個(gè)黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖土地承載力為42 262.70萬頭豬當(dāng)量。

為進(jìn)一步明確各地區(qū)畜禽養(yǎng)殖發(fā)展?jié)摿χ?，以作物生長對(duì)糞肥氮磷需求量與現(xiàn)有畜禽養(yǎng)殖糞尿氮磷量的差值，按照一定系數(shù)折算成各地區(qū)可進(jìn)一步擴(kuò)大的畜禽養(yǎng)殖量(表5)。除北京為負(fù)值外，其余地區(qū)均有一定的發(fā)展?jié)摿?。整個(gè)黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖發(fā)展?jié)摿?6 647.81萬(基于氮)和47 498.26 萬頭豬當(dāng)量(基于磷)，取兩者中的較小值，即整個(gè)黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖發(fā)展?jié)摿?6 647.81 萬頭豬當(dāng)量。各地間的分布極不平衡，以基于氮的結(jié)果看，北京需削減66.34萬頭豬當(dāng)量，天津、安徽、江蘇、河北、河南和山東的畜禽發(fā)展?jié)摿Ψ謩e為104.56萬、3 569.14萬、3 691.77萬、4 199.70 萬、8 371.26 萬和6 777.72萬頭豬當(dāng)量，河南和山東仍然是畜禽養(yǎng)殖進(jìn)一步擴(kuò)容的主要區(qū)域。除秦皇島、煙臺(tái)、威海和日照外，其余城市均表現(xiàn)為基于磷估算的畜禽養(yǎng)殖潛力大于氮。按照取最小值的原則，秦皇島、煙臺(tái)、威海和日照畜禽養(yǎng)殖發(fā)展?jié)摿σ粤坠浪愕慕Y(jié)果為準(zhǔn)，故山東省、河北省和黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖潛力值分別調(diào)整為6 609.53萬、4 189.90萬和26 469.82萬頭豬當(dāng)量。

表5 黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖發(fā)展?jié)摿?/p>

3 討論

3.1 總量控制，優(yōu)化布局

黃淮海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖整體上仍有較大發(fā)展?jié)摿?，但分布極不均衡。有些城市(如河南漯河)耕地面積不大，但畜禽養(yǎng)殖規(guī)模大、種類多，；有些城市(如河北邢臺(tái))耕地面積大，但養(yǎng)殖規(guī)模小。因此，下一步調(diào)控應(yīng)以各地區(qū)作物生長對(duì)氮磷養(yǎng)分的需求為基礎(chǔ)，調(diào)控畜禽養(yǎng)殖量及其分布。按照各地區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度，可將黃淮海地區(qū)分為畜禽養(yǎng)殖削減區(qū)、嚴(yán)格控制區(qū)、適當(dāng)控制區(qū)、一般發(fā)展區(qū)和重點(diǎn)發(fā)展區(qū)。北京屬削減區(qū)，天津、秦皇島、煙臺(tái)屬嚴(yán)格控制區(qū)，威海、日照、德州、濱州、洛陽、許昌、漯河屬適當(dāng)控制區(qū)，邢臺(tái)、安陽、商丘、棗莊、亳州、淮北、徐州、連云港、鹽城、淮安屬重點(diǎn)發(fā)展區(qū)，其他地市屬一般發(fā)展區(qū)。

3.2 進(jìn)一步優(yōu)化畜禽發(fā)展?jié)摿υu(píng)價(jià)方法

目前，用于評(píng)價(jià)耕地畜禽糞污承載力的方法有多種，如彭里[18]以土壤氮平衡為基礎(chǔ)，估算重慶市畜禽養(yǎng)殖土壤負(fù)荷；沈根祥等[4]基于畜禽糞污氮素提供量與區(qū)域作物生長對(duì)氮素需求量的比值，分級(jí)評(píng)價(jià)不同區(qū)域的畜禽養(yǎng)殖發(fā)展?jié)摿?；郭珊珊等[19]以畜禽糞尿產(chǎn)量與單位面積耕地最大可承受的畜禽糞尿量(取37.50 t·hm-2)的比值，作為評(píng)價(jià)畜禽養(yǎng)殖污染耕地承載力的指標(biāo)。這些研究極大地豐富了耕地畜禽糞污承載力評(píng)價(jià)方法，但也存在一些問題，如實(shí)際操作困難，一些關(guān)鍵參數(shù)難以獲得，同一地區(qū)不同區(qū)域土壤本底養(yǎng)分可能存在較大差別等。

該研究采用基于作物氮磷養(yǎng)分需求的畜禽養(yǎng)殖發(fā)展?jié)摿υu(píng)價(jià)方法，可以規(guī)避因種植結(jié)構(gòu)和作物產(chǎn)量差異造成的誤差，更接近實(shí)際需求。對(duì)比基于氮和磷估算出的畜禽發(fā)展?jié)摿χ蛋l(fā)現(xiàn)，各地區(qū)基于氮和基于磷得出的結(jié)果差別很大，絕大部分地區(qū)基于磷的畜禽發(fā)展?jié)摿χ荡笥诘?，個(gè)別地區(qū)則剛好相反，究其原因在于各地區(qū)養(yǎng)殖類型、作物種類和產(chǎn)量存在差異。因此，在評(píng)價(jià)區(qū)域畜禽養(yǎng)殖發(fā)展?jié)摿r(shí)需同時(shí)基于氮素和磷素進(jìn)行估算，取最小值作為區(qū)域畜禽養(yǎng)殖發(fā)展?jié)摿χ蹈侠怼?/p>

3.3 畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)核查矯正

該研究涉及北京、天津、河南、河北、山東、安徽和江蘇7個(gè)省(市)的種植、養(yǎng)殖和耕地?cái)?shù)據(jù)，涉及面廣且數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)來源以國家和省(市)統(tǒng)計(jì)年鑒為主，部分指標(biāo)來自縣市統(tǒng)計(jì)年鑒，不同來源的數(shù)據(jù)可能存在不一致的情況。在肖琴等[6]的研究中，鹽城和徐州基于氮的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均為0.5～1.0，基于磷的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.5～1.0和1.0～2.0，筆者研究結(jié)果為<0.2，差別較大。對(duì)比兩者研究方法發(fā)現(xiàn)，該文所用數(shù)據(jù)為2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)為2015年，而筆者所用數(shù)據(jù)為2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；在計(jì)算區(qū)域糞肥需求量時(shí)，肖琴等[6]對(duì)糞肥中氮素和磷素的當(dāng)季利用率分別以25%和30%計(jì)，而筆者分別以28.5%和32.5%計(jì)，加之近幾年非洲豬瘟和畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)調(diào)整，畜禽養(yǎng)殖量變化較大，這可能是導(dǎo)致兩者結(jié)果差異較大的原因。受農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和畜禽產(chǎn)品市場波動(dòng)影響，畜禽養(yǎng)殖量波動(dòng)較大，加之各部門統(tǒng)計(jì)口徑不同，需及時(shí)更新畜禽養(yǎng)殖量及其分布數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

(1)2017年黃淮海地區(qū)畜禽糞尿、氮和磷產(chǎn)量分別為31 434.18萬、172.90萬和31.10萬t。各地區(qū)間差異較大，萊蕪和淮北畜禽糞尿產(chǎn)量均低于100萬t，而臨沂、德州、菏澤、濰坊、周口、駐馬店產(chǎn)量均超過1 000萬t，山東省畜禽糞尿產(chǎn)量遠(yuǎn)高于其他省(市)。

(2)黃淮海絕大部分地區(qū)畜禽糞尿耕地負(fù)荷仍處于較低水平，有81.82%的城市畜禽糞尿耕地負(fù)荷低于15 t·hm-2，70.91%的城市畜禽糞尿氮負(fù)荷低于75 kg·hm-2，78.18%的城市磷負(fù)荷低于15 kg·hm-2。

(3)從畜禽養(yǎng)殖環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)看，北京屬削減區(qū)，天津、秦皇島、煙臺(tái)屬嚴(yán)格控制區(qū)，威海、日照、德州、濱州、洛陽、許昌、漯河屬適當(dāng)控制區(qū)，邢臺(tái)、安陽、商丘、棗莊、亳州、淮北、徐州、連云港、鹽城、淮安屬重點(diǎn)發(fā)展區(qū)，其他地區(qū)屬一般發(fā)展區(qū)。

(4)黃淮海地區(qū)基于氮磷農(nóng)田利用的土地承載力為42 262.70萬頭豬當(dāng)量，畜禽養(yǎng)殖潛力值為26 469.82 萬頭豬當(dāng)量，但分布極不平衡。除北京需削減66.34萬頭豬當(dāng)量外，其他省市均有較大發(fā)展空間，河南和山東是區(qū)內(nèi)畜禽養(yǎng)殖進(jìn)一步擴(kuò)容的主體。