浙江省畜禽糞便產生量估算及替代化肥潛力

應多，陳曉龍，呂桂華

(浙江省農業(yè)科學院東陽玉米研究所，浙江 東陽 322100)

改革開放以來，糧食產量的快速增長在保障人民對糧食需求的同時，帶來了化肥等農業(yè)投入品使用量的急速上升，給糧食安全、生態(tài)環(huán)境造成嚴重威脅。中國化肥施用總量從1980年的1 296.4萬t增至2010年的5 561.7萬t，年均增長5%，農作物化肥用量328.5 kg·hm-2，遠高于世界平均水平(120 kg·hm-2)[1]。為遏制化肥施用持續(xù)增長的勢頭，農業(yè)農村部提出實施化肥零增長的行動，并制定出臺了《到2020年化肥施用量零增長行動方案》，提出推進種養(yǎng)結合、增施有機肥是實施化肥減量行動的有效手段之一[2]。浙江省2009—2013年化肥施用強度較全國高6.8%～13.0%，因此，降低化肥施用量，深入推進浙江省化肥減量增效工作，對促進浙江省農業(yè)農村發(fā)展由過度依賴資源消耗向綠色生態(tài)可持續(xù)方向轉變具有重要意義。

目前，我國是世界上最大的畜牧產品生產國，畜禽糞便含有大量的有機質和豐富的N、P、K等營養(yǎng)元素，在傳統(tǒng)農業(yè)中一直被視作農作物寶貴的有機肥源而被利用，維系著土壤肥力和作物產量的穩(wěn)定提升[3]。畜禽糞便肥料化處理是較為合理的處理出路之一，農用有機肥是當前畜禽糞污的主要利用方向[4]。國務院辦公廳印發(fā)了《關于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》，推行種養(yǎng)結合，鼓勵將畜禽糞便通過沼氣工程或者堆肥等措施處理后還田利用[5]。政府對有機肥的補貼逐年增加，2018年的補貼總額已達到600多億元。浙江省積極響應國家政策，從2010年實施畜禽商品有機肥補貼政策以來，全省累計推廣有機肥600多萬t，近3年推廣量均穩(wěn)定在100萬t以上[6]。

了解畜禽糞便的產生量和分布是精準推進其資源化利用的基礎，而畜禽糞便資源化利用的最終去向是要實現還田利用，目前對浙江省畜禽糞便資源利用以及種養(yǎng)結合等方面的研究較少，特別是評估當地畜禽糞肥替代化肥施用的研究尚未見報道。本研究擬以浙江省2015—2019年的畜禽養(yǎng)殖基本數據，采用畜禽糞便排泄系數法，估算各區(qū)縣的畜禽糞污產量，同時估算當地各作物的化肥施用情況，比較分析畜禽糞肥替代當地化肥施用量的潛力，為促進養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)的協(xié)調發(fā)展提供基礎數據和建議。

1 材料與方法

1.1 養(yǎng)殖業(yè)存欄量

研究豬、牛、羊、兔和家禽等5類畜禽養(yǎng)殖糞便對環(huán)境的影響，畜禽養(yǎng)殖數據來源于《浙江省統(tǒng)計年鑒》公布的統(tǒng)計資料[7]。通過對上一年年末和當年年末畜禽存欄量算術平均，計算當年浙江省畜禽平均存欄量。

1.2 參數計算

排泄系數參考王方浩等[8]的計算方法。按公式Q=N×P估算畜禽糞便產生總量，式中，Q為年糞便產生量，N為畜禽平均存欄量，P為年排泄系數。本研究畜禽糞便養(yǎng)分含量采用《中國有機肥料養(yǎng)分志》[9]中新鮮樣品的養(yǎng)分含量。

1.3 種植業(yè)主要數據來源

浙江省種植業(yè)作物播種面積和化肥施用量來源于2015—2019年浙江統(tǒng)計局統(tǒng)計年鑒公開數據。調查包括小麥、玉米、稻谷、豆類、花生、油菜、設施蔬菜、果園、棉花、甜菜、甘蔗、薯類、茶園和煙草(不含麻類作物)。

1.4 堆肥和沼氣條件下畜禽糞尿養(yǎng)分損失率數據來源

畜禽糞尿在堆肥和沼氣過程中會產生一定的養(yǎng)分損失率，根據文獻[10]可得畜禽糞便堆肥和沼氣條件下堆肥和沼氣養(yǎng)分損失比例。

2 結果與分析

2.1 2015—2019年浙江省畜禽糞便總量

表1顯示，2015—2019年浙江省主要畜禽糞便的排放總量呈現逐年遞減的趨勢，年平均降幅為10.3%，2015年畜禽糞便的排放量最高，達到2 242.7萬t。其中家禽的糞便排放總量有所起伏，但變化不大，其他4類畜禽糞便排放總量均為逐年遞減。在各類糞便排放量中，貢獻率高低順序為生豬>家禽>牛>羊>兔。

2.2 2015—2019年浙江畜禽糞便養(yǎng)分總量

圖1顯示，在2015—2019年，隨著浙江省畜禽糞便資源產生量的減少，畜禽糞便的養(yǎng)分總量也逐年減少，2015年畜禽糞便養(yǎng)分含量最高，其中氮、磷和鉀的含量分別為13.38萬、7.08萬和8.30萬t。畜禽糞便中氮養(yǎng)分含量始終保持最高，在2015—2019年占總養(yǎng)分含量的46.1%；鉀次之，磷含量最低。

圖1 2015—2019年浙江省畜禽糞便養(yǎng)分總量

畜禽糞便養(yǎng)分總量取決于畜禽糞便資源總量及其養(yǎng)分含量，分析2015年浙江省各類畜禽糞便養(yǎng)分含量，由圖2可知，養(yǎng)分含量貢獻率高低順序為生豬>家禽>羊>牛>兔，生豬糞便產生的養(yǎng)分含量最高，氮、磷、鉀含量分別占總養(yǎng)分含量的67.0%、56.7%和58.1%，其次為家禽，分別為19.6%，36.9%和29.7%。

圖2 2015年浙江省各類畜禽糞便養(yǎng)分含量

2.3 畜禽糞便替代化肥潛力

表2顯示，2015—2019年浙江省農作物播種面積平均為97.43萬hm2，平均化肥施用總量為80.97萬t，單位面積平均施肥量為378.97 kg·hm-2。2015—2019年化肥施用總量呈穩(wěn)定下降的趨勢，平均降幅為4.58%，單位面積施肥量年均降幅為4.79%?？偟膩砜矗?015—2019年畜禽糞便可替代化肥潛力的變化幅度不大，呈小幅下降趨勢。由于2015年畜禽糞便排放量最高，養(yǎng)分含量達到最高，相應的可替代化肥潛力也最高，其中氮磷鉀的替代比例分別為0.25，0.39和0.56。2015—2019年，鉀的替代潛力均為最高，平均替代潛力為0.46；磷次之，平均替代潛力為0.33；氮替代潛力最低。

表2 2015—2019年浙江省化肥施用總量及畜禽糞便替代化肥潛力

2.4 堆肥和沼液條件下畜禽糞便養(yǎng)分替代化肥潛力

從實際可操作性、發(fā)展程度等方面綜合考慮，經過堆肥和沼氣處理的畜禽糞便養(yǎng)分總量發(fā)生一定的損耗。本研究(表3)發(fā)現，通過高溫好氧堆肥和沼液發(fā)酵處理后，畜禽糞便養(yǎng)分平均損耗分別為20.20%和5.83%，平均損耗養(yǎng)分含量為4.61萬和1.33萬t?？商娲蕽摿σ蚕鄳慕档?，經過堆肥處理后降低幅度比沼氣處理大，糞肥可替代化肥潛力保持逐年下降的趨勢。

表3 畜禽糞便經堆肥和沼氣處理后剩余養(yǎng)分含量以及替代化肥潛力

3 小結與討論

2015—2019年浙江省主要畜禽糞便養(yǎng)殖數量與排放總量均呈逐年遞減的趨勢，這與浙江省開展“五水共治”行動相關，自2014年起浙江省畜禽養(yǎng)殖規(guī)模大幅縮減，畜禽養(yǎng)殖趨于規(guī)范，環(huán)境也相應得以改善[7]。這5年間浙江省化肥施用總量呈穩(wěn)定下降的趨勢，單位面積施肥量年平均降幅為4.79%，年均單位面積施肥量為378.97 kg·hm-2，在全國處于中等水平，但仍遠高于世界水平(120 kg·hm-2)。浙江省自2013年大力推進化肥減量增效工作以來，經過強制實施與政策引導相結合，化肥用量已連續(xù)6年為負增長，截至2018年全省化肥施用強度連創(chuàng)新低，但對標發(fā)達國家施肥水平以及國家對農業(yè)綠色發(fā)展先行區(qū)的考核要求而言，化肥減量工作仍須重視[11]。

本研究綜合作物播種面積，化肥施用量以及畜禽糞便總量及養(yǎng)分總量，計算畜禽糞便養(yǎng)分替代化肥潛力，2015—2019年呈現小幅度下降趨勢，畜禽糞便中養(yǎng)分年平均替代化肥潛力為氮肥21.2%，磷肥33.2%，鉀肥46.6%，該數據遠遠低于全國平均水平[12]。據統(tǒng)計，目前中國畜禽糞便綜合利用率不到60%，然而不論是經過堆肥處理、沼渣還田還是直接施用，畜禽糞便中養(yǎng)分含量都會有一定的損耗，后期應注重結合實際情況進行畜禽養(yǎng)殖區(qū)域布局的調整優(yōu)化，優(yōu)化種養(yǎng)結合的養(yǎng)殖方式，建立種植和養(yǎng)殖的合理生態(tài)平衡。