武漢市高密度畜禽養(yǎng)殖區(qū)識別分析及糞污管控

陶利文，阮 征，代長云，劉志偉，鄧 兵，彭 霞，邵中保，濮振宇

（1.武漢市動物疫病預防控制中心，武漢430014；2.武漢市農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所，武漢430208）

畜牧業(yè)綠色發(fā)展是生態(tài)文明建設的重點工作，畜牧業(yè)高質量發(fā)展是助推鄉(xiāng)村振興的重要抓手。武漢市堅持保供給與保環(huán)境并重，堅持源頭減量、過程控制、末端利用的治理路徑，以綠色生態(tài)為導向，把農村能源建設與畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用結合起來，積極開展畜禽糞污綜合治理，推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理及資源化利用。目前，武漢市在農村面源污染綜合治理方面取得了很大的進步，在畜禽糞污治理方面，全市畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化綜合利用率達到了96.82%，規(guī)模養(yǎng)殖場糞污處理設施裝備配套率達到了98.28%。但與此同時，在糞污資源化利用（還田利用）的過程中，糞肥超負荷施用問題不容忽視。齊開等［1］研究表明武漢市禽畜糞便耕地負荷呈現(xiàn)出自中心向邊界逐漸增大的特點，北部的黃陂區(qū)和南部的漢南區(qū)、江夏區(qū)畜禽糞便耕地負荷較高，其中江夏區(qū)的畜禽糞便耕地負荷達到56.13 t/hm2。

糞肥過量輸入農田，可能導致土壤氮、磷超標，造成農作物生長異常，產量降低。而且長期氮、磷積累，將會縮短耕地利用年限，降低氮磷的利用效率，使得土壤中氮、磷元素揮發(fā)和淋失，污染大氣和水源［2，3］。為提高武漢市畜禽糞污資源化利用的安全性，有必要對武漢市養(yǎng)殖高密度區(qū)的糞肥還田進行合理管控。但目前有關武漢高密度養(yǎng)殖區(qū)的數(shù)據(jù)有待完善和更新，如養(yǎng)殖集中區(qū)的精確分布、畜禽糞污的土地承載量以及糞肥還田的作物選取等，在一定程度上影響了政府主管部門的科學決策。因此，本研究結合農業(yè)農村部直聯(lián)直報大數(shù)據(jù)平臺、2020年武漢市統(tǒng)計年鑒以及國家最新政策文件要求，對武漢市各養(yǎng)殖區(qū)域進行科學評估，篩選出當前武漢市高密度養(yǎng)殖區(qū)，并為其糞污還田過程提供科學建議。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來自于農業(yè)農村部直聯(lián)直報大數(shù)據(jù)平臺、2020年武漢市統(tǒng)計年鑒和2018年農業(yè)農村部印發(fā)的《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》［4］（以下簡稱《指南》）。其中，統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)為武漢市各行政區(qū)國土面積和耕地面積、農作物單位面積產量、畜禽存欄量和出欄量。來源于農業(yè)農村部直聯(lián)直報大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)包括各遠城區(qū)畜禽養(yǎng)殖場數(shù)量、畜禽存欄量和出欄量。引用《指南》中的數(shù)據(jù)包括單位豬當量的氮和磷供給量、不同畜種對應豬當量的換算關系、糞肥中氮（磷）的當季利用率、土壤不同氮（磷）養(yǎng)分水平下施肥供給養(yǎng)分占比和主要作物100 kg收獲物需氮、磷數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.1 畜禽糞污氮（磷）供給量的測算畜禽糞污氮（磷）供給量的計算公式如下。

其中，Q為糞污中氮（磷）的供給量（t）；Ni為第i種畜種的飼養(yǎng)量（只）；CN和CP為常數(shù)，分別為單位豬當量氮和磷的供給量（kg/豬當量），其中CN為7 kg/豬當量，CP為1.2 kg/豬當量；Pi為不同畜種的豬當量換算常數(shù)，豬為1，肉牛、奶牛、羊和家禽分別按照6.7、3.3、0.4、0.04計算。

1.2.2 養(yǎng)殖場需配套的作物種植面積測算規(guī)?；B(yǎng)殖場需配套的作物種植面積的計算公式如下。

其中，S為對應種植作物所需的配套面積（hm2）；Q為養(yǎng)殖場糞污的氮（磷）供給量（kg）；MR為糞肥當季利用率（%），糞肥氮素當季利用率取值范圍為25%~30%，取值30%，糞肥磷素當季利用率取值范圍為30%~35%，取值35%；Y0為對應種植作物的預期單產（kg/hm2）；M為該農作物每形成100 kg產量所需氮量（kg），W為該農作物每形成100 kg產量所需磷量（kg）；FP為農作物總氮（磷）需求量中施肥供給占比（%），與土壤中氮磷養(yǎng)分水平有關，占比35%、45%、55%分別對應土壤氮磷養(yǎng)分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，本研究參照任文海等［5］關于湖北省耕地地力等級的研究結果，F(xiàn)P取值45%。

1.2.3 氮、磷負荷測算區(qū)域耕地氮（磷）負荷=區(qū)域內糞便氮（磷）養(yǎng)分供應量/耕地面積。

2 結果與分析

2.1 武漢市畜禽養(yǎng)殖場數(shù)量分布特征

根據(jù)農業(yè)農村部直聯(lián)直報大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)，對武漢市1 117個規(guī)模養(yǎng)殖場進行了統(tǒng)計分析。畜禽養(yǎng)殖場比例分布如圖1所示，養(yǎng)殖場數(shù)量最多的為蛋禽養(yǎng)殖場，占所有養(yǎng)殖場數(shù)量的40.22%，肉禽養(yǎng)殖場占比31.12%，生豬養(yǎng)殖場占比23.73%，羊養(yǎng)殖場占比2.78%，牛養(yǎng)殖場占比2.06%，其他養(yǎng)殖場僅占0.09%。

圖1 武漢市不同畜禽養(yǎng)殖場比例

武漢市共有7個中心城區(qū)和6個新城區(qū)，7個中心城區(qū)已全面退出養(yǎng)殖，6個新城區(qū)按照市生態(tài)環(huán)境局聯(lián)合市農業(yè)農村局印發(fā)的《關于開展畜禽禁止養(yǎng)殖區(qū)劃定情況排查及超范圍劃定禁養(yǎng)區(qū)整改工作的通知》（武環(huán)〔2019〕102號）調整了養(yǎng)殖區(qū)域。對各行政區(qū)的養(yǎng)殖場進行了分析（圖2），新洲區(qū)的養(yǎng)殖場數(shù)量占全市養(yǎng)殖場數(shù)量的40.56%，主要為蛋雞養(yǎng)殖場；其次是江夏區(qū)，占37.78%，養(yǎng)殖場種類最多的是肉雞養(yǎng)殖場；黃陂區(qū)的養(yǎng)殖場數(shù)量占全市數(shù)量的19.96%，主要以蛋雞和生豬為主，這3個區(qū)占了全市養(yǎng)殖場數(shù)量的98.3%。

圖2 不同行政區(qū)養(yǎng)殖場比例分布

就養(yǎng)殖場分布密度而言，新洲區(qū)、江夏區(qū)和黃陂區(qū)位居前3，養(yǎng)殖場密度分別為0.310、0.209和0.099個/km2，是武漢市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場密度最高的區(qū)域（表1）。

表1 武漢市新城區(qū)養(yǎng)殖場分布密度

2.2 武漢市畜禽養(yǎng)殖當量分布特征

采用農業(yè)農村部印發(fā)的《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》方法，結合武漢市2020年統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，對武漢市不同種類畜禽的養(yǎng)殖量以豬當量為單位進行換算。

2019年底，全市生豬存欄86.28萬頭、年末家禽存籠1 776.95萬只（71.08萬頭豬當量）、奶牛存欄3 145頭（2.10萬頭豬當量）、肉牛存欄60 703頭（20.23萬頭豬當量）、羊存欄32 171頭（1.29萬頭豬當量），全市合計約180.98萬豬當量。

分區(qū)域進行分析，3個畜禽養(yǎng)殖場較為集中區(qū)域中新洲區(qū)和江夏區(qū)的畜禽養(yǎng)殖當量較為接近，總量都在63萬頭豬當量左右，明顯高于黃陂區(qū)（表2）。漢南區(qū)、蔡甸區(qū)和東西湖區(qū)的養(yǎng)殖當量明顯小于新洲區(qū)、江夏區(qū)和黃陂區(qū)。就不同畜種而言，新洲區(qū)的蛋雞養(yǎng)殖當量占據(jù)絕對優(yōu)勢，而江夏區(qū)和黃陂區(qū)則主要以生豬養(yǎng)殖當量為主，這也在一定程度上反映出3個養(yǎng)殖集中區(qū)域的畜禽產業(yè)結構特點。

表2 武漢各遠城區(qū)畜禽養(yǎng)殖總量及單位土地面積豬當量情況

就單位國土面積豬當量而言，新洲區(qū)、江夏區(qū)和黃陂區(qū)仍然位列前3，但是值得注意的是，盡管漢南區(qū)養(yǎng)殖總量較小，由于轄區(qū)國土面積較小，導致單位土地面積的養(yǎng)殖量偏大，需要對該區(qū)域內的畜禽糞污資源利用活動加強指導與管控。

2.3 武漢各區(qū)耕地的畜禽糞肥氮負荷分布情況

依據(jù)全市備案的養(yǎng)殖場設計存欄與出欄量計算滿負荷生產時養(yǎng)殖場的飼養(yǎng)量，利用式（1）計算每個養(yǎng)殖場氮肥養(yǎng)分供給量，然后得到各個行政區(qū)養(yǎng)殖糞污的總氮養(yǎng)分供給量，再計算出2019年各行政區(qū)耕地的畜禽糞污氮負荷（kg/hm2）。利用ArcMap軟件將各個區(qū)的畜禽糞污承載量劃為5個等級，得到各區(qū)畜禽糞污氮負荷分布圖（圖3）。由圖3可知，江夏區(qū)的耕地糞肥氮負荷最高，為121.96 kg/hm2，其次是新洲區(qū)的88.90 kg/hm2、黃陂區(qū)的52.22 kg/hm2，漢南區(qū)、東西湖區(qū)、蔡甸區(qū)依次遞減。

圖3 武漢市各區(qū)耕地畜禽糞污氮負荷分布

當各養(yǎng)殖場滿負荷生產時，江夏區(qū)、新洲區(qū)和黃陂區(qū)是武漢市內畜禽糞污氮負荷較大區(qū)域，某些街道可能面臨糞肥還田壓力較大的情況，需要進一步精細化分析。

2.4 武漢市畜禽養(yǎng)殖集中區(qū)域氮排放情況分析

為了更加精細評估養(yǎng)殖集中區(qū)域內糞污的氮排放情況，以街道為單位，統(tǒng)計江夏區(qū)、新洲區(qū)以及黃陂區(qū)內各街道畜禽養(yǎng)殖場滿負荷生產時的糞污氮排放情況。江夏區(qū)9個街道中氮排放較大的街道是烏龍泉街道、山坡街道以及鄭店街道，氮排放量占江夏區(qū)畜禽糞污氮總排放量的63.68%，養(yǎng)殖場數(shù)量占全區(qū)總量的83.41%，排放分布非常集中。而戶均氮排放量最大的為湖泗街，其次為舒安街和法泗街，其主要原因在于該街道養(yǎng)殖戶數(shù)較少，且以豬場為主。鄭店街道養(yǎng)殖場數(shù)量最多，戶均氮排放量最低2.75 t，主要以小而密集分布的肉雞養(yǎng)殖場為主（表3）。

表3 江夏區(qū)各街道畜禽養(yǎng)殖糞污氮排放量

對新洲區(qū)的氮排放情況進行了分析，發(fā)現(xiàn)新洲區(qū)13個街道中氮排放量較大的街道包括李集、三店、汪集和鳳凰，4個街道的氮排放總量占全區(qū)氮排放總量的67.39%，養(yǎng)殖場數(shù)量占全區(qū)總量的63.80%，是新洲區(qū)養(yǎng)殖場分布和氮排放的集中區(qū)域。就戶均氮排泄量而言，辛沖街道和徐古街道較高，而漲渡湖林場區(qū)域較?。ū?）。

表4 新洲區(qū)各街道畜禽養(yǎng)殖糞污氮排放量

對黃陂區(qū)的氮排放情況進行了分析，黃陂區(qū)氮排放量較大的街道主要集中在李集街、木蘭鄉(xiāng)和六指街道，氮排泄量均超過350 t。對戶均氮排放量分析發(fā)現(xiàn)，戶均氮排放量較大的地方為木蘭鄉(xiāng)、蔡榨街，主要原因是其養(yǎng)殖場單體的規(guī)模較大（表5）。小區(qū)域內大規(guī)模養(yǎng)殖場集中產生的糞污需要配套科學的處置方法、足夠的糞污消納土地。

表5 黃陂區(qū)各街道畜禽養(yǎng)殖糞污氮排放量

2.5 武漢市養(yǎng)殖集中區(qū)糞污還田適宜的農作物及配套土地面積

以年出欄1萬頭的豬場、存欄量500頭的奶牛場、存欄量1萬羽的蛋雞場、年出欄量5萬羽肉雞場以及存欄量5 000頭的羊場作為規(guī)?；B(yǎng)殖場參考對象，將2019年武漢市相應的農作物實際產量作為糞肥返田種植作物的預期產量（表6），利用式（3）計算出不同畜種糞污還田所需配套土地面積（表7、表8）。由表6可知，2019年武漢市單產最高的農作物是甘蔗，產量達到47 154 kg/hm2，其次是水稻和玉米。產量最低的農作物是茶葉，產量為442 kg/hm2。

表6 2019年武漢市主要農作物的產量及所需氮磷量

由表7可知，以當前武漢市內主要農作物的平均生產水平為基準，如果以農作物氮養(yǎng)分需求和糞肥氮養(yǎng)分供給平衡為基礎估算，僅使用糞肥作為種植肥料，選擇油料作物（花生、油菜、芝麻）作為種植品種，所需要的配套農田面積最小，其次是水稻和大豆。選擇種植茶葉需要的配套土地面積最大。

表7 武漢市規(guī)?；B(yǎng)殖場糞污還田所需匹配的土地面積推薦值（以N為基礎）

由表8可知，以農作物磷養(yǎng)分需求和糞肥磷養(yǎng)分供給平衡為基礎估算，僅使用糞肥作為肥料，水稻是武漢市主要農作物品種中最適宜選取的返田作物，其次是小麥、棉花以及油料作物。因此，綜合糞肥還田的土壤氮、磷養(yǎng)分平衡要求，武漢市畜禽養(yǎng)殖場最適宜選擇的糞污還田農作物為水稻。以保證糞肥氮、磷不過量為標準，在配套面積方面，年出欄量10 000頭的豬場所需的水稻種植面積至少在139.88 hm2以上，磷肥不足的部分可以化肥等形式補充。

表8 武漢市規(guī)?；B(yǎng)殖場糞污還田所需配套土地面積推薦值（以P為基礎）

在湖北省主要的農作物中，以磷平衡為基礎計算的配套面積和以氮平衡為基礎計算的面積都存在較大差異，對大多數(shù)農作物的生長需求而言，糞肥中的氮磷比都不適宜。在實際進行糞肥還田時，都必須根據(jù)土壤氮（磷）本底值和作物的實際生長狀況配合施用其他肥料。

3 小結與討論

武漢市畜禽養(yǎng)殖主要以家禽為主，家禽養(yǎng)殖場的數(shù)量占養(yǎng)殖場總數(shù)的71.34%，生豬養(yǎng)殖場數(shù)量僅占養(yǎng)殖場總量的23.73%。但是在考慮到畜種差異，將畜禽養(yǎng)殖量統(tǒng)一以豬當量為單位進行估算時，武漢市養(yǎng)殖當量最大的是生豬，其次是家禽和肉牛，而奶牛、羊在武漢市的養(yǎng)殖量相對較低。由此可知，生豬和家禽是武漢市畜禽養(yǎng)殖中主要構成板塊。

在養(yǎng)殖密度方面，對武漢市各區(qū)畜禽養(yǎng)殖場數(shù)量、養(yǎng)殖量以及對應糞污還田耕地氮負荷等數(shù)據(jù)的綜合評估發(fā)現(xiàn)，江夏區(qū)、新洲區(qū)和黃陂區(qū)是武漢市養(yǎng)殖高密度區(qū)和糞污還田壓力較大的區(qū)域，但這些區(qū)域的耕地氮負荷整體都尚在歐盟的限量標準［6］（單位面積耕地總氮負荷為170 kg/hm2）以下。在這3個區(qū)域內的糞污管控中，需要重點關注江夏區(qū)的烏龍泉街道、山坡街道以及鄭店街道，新洲區(qū)的李集、三店、汪集和鳳凰街道，以及黃陂區(qū)的李集街、木蘭鄉(xiāng)和六指街道。此外，在大型養(yǎng)殖場分布的街道需要防范小范圍的糞污過量還田，如江夏的湖泗街道、舒安街道，這些街道的養(yǎng)殖場戶均氮排放量較高。

目前，武漢市家禽養(yǎng)殖場的糞便處理通常是以集中收集轉運生產有機肥為主，而生豬養(yǎng)殖場的糞污則多數(shù)通過厭氧發(fā)酵處理，產生的沼渣、沼液用來作為種植肥料。因此，科學選擇種植作物以最大程度消納養(yǎng)殖糞污尤為關鍵。本研究發(fā)現(xiàn)，在養(yǎng)殖糞污還田的作物選擇方面，從糞肥的高效利用角度來說，武漢市最適宜的還田農作物是水稻。以一個萬頭豬場為例，至少需要配套140 hm2的水稻種植土地。但糞肥在還田過程中由于不同作物對于氮、磷的需求量各異，往往單純的糞肥無法滿足農作物的營養(yǎng)需要，需要額外補充其他形式肥料。

武漢市內的畜禽養(yǎng)殖整體呈現(xiàn)區(qū)域性集中分布特點，因此應針對糞污排泄集中區(qū)域進行重點指導及管控。在養(yǎng)殖糞污的還田利用方面要選擇適宜的農作物和適當?shù)呐涮淄恋孛娣e，在武漢市推薦選擇種植水稻作為消納糞肥的作物品種。