汕尾市畜禽糞污土地承載力分析

熊振乾，鄧 盾，容 庭，宋 敏，李書宏，余 苗，馬現(xiàn)永，劉志昌,

（1.汕尾市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，廣東 汕尾 516600；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所/畜禽育種國家重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室/廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室/廣東畜禽肉品質(zhì)量安全控制與評定工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510640；3.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院汕尾分院，廣東 汕尾 516600）

【研究意義】畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，在滿足人類對肉蛋奶需求的同時，也產(chǎn)生了大量的畜禽糞污［1-4］。就畜禽糞污的處理而言，還田是最經(jīng)濟有效的處理方式。畜禽糞污含有豐富的氮、磷、鉀等農(nóng)作物生長所需的養(yǎng)分，合理利用畜禽糞污替代化學(xué)肥料的使用，能夠提高土壤有機質(zhì)、改善土壤質(zhì)量，實現(xiàn)減肥增效和農(nóng)田的可持續(xù)利用［5-7］。但是如果畜禽糞污施用量過大，也易造成環(huán)境污染［8-9］。對于不同地區(qū)，土壤的畜禽糞污消納能力受到農(nóng)作物種植布局、產(chǎn)量以及地塊土壤提供氮磷養(yǎng)分能力的影響，并且存在較大差異。因此，種養(yǎng)業(yè)的合理匹配對地區(qū)的養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護具有重要影響［10-11］。種養(yǎng)結(jié)合、綠色發(fā)展是中國未來農(nóng)業(yè)的必由之路，國家和地方政府對此十分重視，針對畜禽糞污循環(huán)利用、土地消納等方面多次出臺政策。其中，廣東省政府通過加強政策引導(dǎo)、提高準(zhǔn)入門檻、落實環(huán)境監(jiān)管，全盤謀劃扎實推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用工作，并取得了一定成效［12］?！厩叭搜芯窟M展】目前，我國關(guān)于畜禽糞污對環(huán)境的影響及資源化利用方面已有較多研究，主要集中于糞污的治理及土地承載量的相關(guān)研究［13-14］。此外，眾多研究人員通過對某一區(qū)域內(nèi)畜禽糞污土地承載力進行測算，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)布局調(diào)整及污染治理提供參考依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐［15-18］。【本研究切入點】汕尾市農(nóng)業(yè)資源豐富，土地面積約48.6 萬hm2，其中耕地面積10.9 萬hm2，常用耕地面積9.68 萬hm2，土地資源充足，土地開發(fā)率不到9%，未利用土地資源居粵東第一位。汕尾市畜禽養(yǎng)殖業(yè)具有較大發(fā)展?jié)摿?，可作為廣東省粵東地區(qū)重要的畜禽養(yǎng)殖區(qū)域。本研究根據(jù)2018 年1 月國家農(nóng)業(yè)部辦公廳頒布的《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》的規(guī)定［19］，通過分析汕尾市畜禽糞污排放量、養(yǎng)分供給量及農(nóng)作物糞肥養(yǎng)分需求量，估算汕尾市及各區(qū)縣的畜禽糞污土地承載力。【擬解決的關(guān)鍵問題】根據(jù)土地承載力合理確定畜禽養(yǎng)殖規(guī)模和區(qū)域分布，促進畜禽養(yǎng)殖數(shù)量與作物種植面積的有效匹配，達(dá)到養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)有機結(jié)合，為實現(xiàn)汕尾市畜牧業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

汕尾市畜禽養(yǎng)殖量和農(nóng)作物種植情況數(shù)據(jù)來源于汕尾市統(tǒng)計局［20-23］。本研究主要對比分析汕尾市城區(qū)（含紅海灣區(qū)）、海豐縣、陸豐市（含華僑區(qū)）、陸河縣等4 個縣（市、區(qū)）的相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

1.2.1 畜禽糞肥養(yǎng)分產(chǎn)生量 根據(jù)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》中豬當(dāng)量換算標(biāo)準(zhǔn)，按存欄量折算：100 頭豬相當(dāng)于15 頭奶牛、30 頭肉牛、250 只羊、2 500 只家禽；1 個豬當(dāng)量的氮排泄量為11 kg，磷排泄量為1.65 g。綜合考慮畜禽糞污養(yǎng)分在收集、處理和貯存過程中的損失，單位豬當(dāng)量氮養(yǎng)分供給量為7.0 kg，磷養(yǎng)分供給量為1.2 kg。區(qū)域內(nèi)畜禽糞污氮、磷的排泄量和供給量分別按以下公式計算：

QN,P=(A×10000×11)/1000

QP,P=(A×10000×1.65)/1000

QN,G=(A×10000×7.0)/1000

QP,G=(A×10000×1.2)/1000

式中，QN,P、QP,P分別為區(qū)域內(nèi)畜禽糞污氮、磷的排泄量，QN,G、QP,G分別為區(qū)域內(nèi)畜禽糞污氮、磷的供給量，t/年；A 為區(qū)域內(nèi)所有畜種換算成豬當(dāng)量總數(shù)，萬頭。

1.2.2 農(nóng)作物養(yǎng)分需求量 汕尾市各種植農(nóng)作物每形成100 kg 產(chǎn)量需要吸收氮、磷量推薦值參考《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》（表1）。區(qū)域內(nèi)種植農(nóng)作物的氮、磷養(yǎng)分需求總量分別按以下公式計算：

表1 土壤不同氮磷養(yǎng)分水平施肥供給養(yǎng)分占比推薦值Table 1 Recommended values of nutrients provided by fertilization at different nitrogen and phosphorus nutrient levels in soil

MN=Σ(mi/100×Bi,N)

MP=Σ(mi/100×Bi,P)

式中，MN、MP分別為區(qū)域內(nèi)所有農(nóng)作物的氮、磷養(yǎng)分的需求量，t/年；Bi,N、Bi,P分別為區(qū)域內(nèi)每種作物每形成100 kg 產(chǎn)量需要吸收氮、磷量的推薦值，kg；mi為區(qū)域內(nèi)每種農(nóng)作物當(dāng)年的產(chǎn)量，t/年。

1.2.3 農(nóng)作物糞肥養(yǎng)分需求量 參考《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》及汕尾市農(nóng)田土壤的地力情況資料［19,24-25］。按照土壤氮、磷養(yǎng)分水平Ⅱ的標(biāo)準(zhǔn)測算，設(shè)定施肥供給占比45%，糞肥比例為50%；當(dāng)季氮的利用率為25%，磷的利用率為30%。區(qū)域內(nèi)種植農(nóng)作物的氮、磷糞肥養(yǎng)分需求總量分別按以下公式計算：

FN=(MN×45%×50%)/25%

FP=(MP×45%×50%)/30%

式中，F(xiàn)N、FP分別為區(qū)域內(nèi)所有農(nóng)作物的氮、磷糞肥養(yǎng)分需求量，t/年；MN、MP分別為區(qū)域內(nèi)所有農(nóng)作物的氮、磷養(yǎng)分需求量，t/年。

1.2.4 區(qū)域畜禽糞污土地承載力 區(qū)域畜禽糞污土地承載力等于區(qū)域農(nóng)作物總的糞肥養(yǎng)分需求量除以單位豬當(dāng)量糞肥養(yǎng)分供給量，計算得到區(qū)域理論最大養(yǎng)殖量（以豬當(dāng)量計）。

R=NUrm/NSrm

式中，R 為區(qū)域畜禽以農(nóng)作物糞肥養(yǎng)分需求為基礎(chǔ)的最大養(yǎng)殖量，豬當(dāng)量；NUrm為區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物糞肥養(yǎng)分需求量，kg/年；NSrm為豬當(dāng)量氮、磷養(yǎng)分供給量，分別為7 kg/（豬當(dāng)量·年）、1.2 kg/（豬當(dāng)量·年）。

1.2.5 區(qū)域畜禽糞污土地承載力指數(shù) 區(qū)域畜禽糞污土地承載力指數(shù)等于區(qū)域各種畜禽實際存欄量（以豬當(dāng)量計）與區(qū)域畜禽最大養(yǎng)殖量（以豬當(dāng)量計）之間的比值。

I=A/R

式中，I 為區(qū)域畜禽糞污土地承載力指數(shù)；A 為區(qū)域內(nèi)飼養(yǎng)的各種畜禽根據(jù)豬當(dāng)量換算系數(shù)折算成豬當(dāng)量的養(yǎng)殖數(shù)；R 為區(qū)域畜禽以農(nóng)作物糞肥養(yǎng)分需求為基礎(chǔ)的最大養(yǎng)殖量，豬當(dāng)量。農(nóng)用地畜禽糞便土地承載力指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 農(nóng)用地畜禽糞便土地承載力指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Grading criteria for the carrying capacity indexe of livestock and poultry manure on agricultural land

2 結(jié)果與分析

2.1 汕尾市畜牧業(yè)與種植業(yè)概況

2.1.1 畜牧業(yè)概況 據(jù)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)（圖1）顯示，汕尾市內(nèi)畜禽養(yǎng)殖以生豬、家禽、牛和山羊為主。通過將畜禽存欄量轉(zhuǎn)換成豬當(dāng)量進行計算，2017—2020 年，汕尾市畜禽存欄量由66.41 萬頭增加到87.89 萬頭，豬、牛、羊等養(yǎng)殖數(shù)量在逐年增加，而家禽數(shù)量總體無明顯變化；豬、牛、羊的養(yǎng)殖數(shù)量分別增加65.14%、16.69%、18.01%，其中豬的占比由43.12%增加到53.82%，牛和家禽的占比分別由22.41%和33.88% 降到19.76% 和25.90%。由圖2 可知，汕尾市畜禽養(yǎng)殖主要分布在海豐縣、陸豐市和陸河縣，2017—2020 年各市（縣）畜禽養(yǎng)殖量占比分別為17.85%～23.35%、58.96%～60.05%和12.54%～16.40%，其中2020 年海豐縣和陸豐市的養(yǎng)殖規(guī)模與前3 年相比均有較大增長。

圖1 2017—2020 年汕尾市各種畜禽養(yǎng)殖規(guī)模變化Fig.1 Changes in the breeding scales of livestock and poultry in Shanwei City from 2017 to 2020

圖2 2017—2020 年汕尾市各縣區(qū)畜禽養(yǎng)殖量Fig.1 Breeding production of livestock and poultry in various districts of Shanwei City from 2017 to 2020

2.1.2 種植業(yè)概況 根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)測算，2017—2020 年汕尾市主要種植面積由17.6 萬hm2增加到18.6 萬hm2，農(nóng)作物及水果總產(chǎn)量由207.40 萬t增加到243.07 萬t。其中，稻谷、玉米和甘薯等糧食作物的種植面積為6.98 萬～8.11 萬hm2，甘蔗和花生等經(jīng)濟作物的種植面積為1.49 萬～1.60 萬hm2，蔬菜的種植面積為4.70 萬～5.29 萬hm2，荔枝、龍眼、青梅、李子和柑桔等水果種植面積為3.18 萬～3.29 萬hm2。由此測算出汕尾市2017—2020 年農(nóng)作物的氮磷養(yǎng)分需求量，各種農(nóng)作物總的氮養(yǎng)分需求量由1.69 萬t 增長到1.96 萬t，總的磷養(yǎng)分需求量由0.48 萬t 增長到0.55 萬t。

2.2 汕尾市畜禽糞污排泄量及養(yǎng)分供給量測算結(jié)果

根據(jù)2017—2020 年汕尾市的畜禽養(yǎng)殖量，可計算該市4 年的畜禽糞污氮、磷養(yǎng)分供給量。2020 年汕尾市畜禽糞污氮、磷養(yǎng)分供給量分別為6 152、1 055 t，均比2017 年增加32.33%，其中豬類的氮、磷供給量占比為42.69%～53.82%，遠(yuǎn)超家禽、牛和羊糞的養(yǎng)分供給量；2017—2020年汕尾市各區(qū)縣（市）畜禽糞污氮、磷養(yǎng)分供給量占比依次為陸豐市58.96%～60.05%、海豐縣18.06%～23.35%、陸河縣12.54%～16.40%、城區(qū)4.07%～6.08%。

2.3 汕尾市農(nóng)作物糞肥養(yǎng)分需求量測算結(jié)果

根據(jù)汕尾市種植業(yè)生產(chǎn)情況，測算出2017—2020 年該市各類農(nóng)作物及各區(qū)縣（市）的糞肥需求總量（圖3），其中農(nóng)作物糞肥氮養(yǎng)分需求總量為1.52 萬～1.76 萬t，糞肥磷養(yǎng)分需求量為0.36 萬～0.41 萬t。水稻作為汕尾市的主要糧食作物，其氮、磷養(yǎng)分需求量占汕尾市作物養(yǎng)分需求總量的42.60%～44.53%和55.53%～57.68%；其次是蔬菜、花生、番薯和荔枝等，氮養(yǎng)分需求量的占比分別為23.43%～24.63%、12.62%～13.08%、3.98%～4.92%和2.67%～2.84%，磷養(yǎng)分需求量的占比分別為19.22%～20.34%、5.55%～5.77%、2.50%～3.08%和4.16%～4.45%；其他農(nóng)作物的氮、磷養(yǎng)分需求量相對較少。對于各區(qū)縣（市）而言，陸豐市、海豐縣和陸河縣等3 個縣市的氮、磷養(yǎng)分需求總量占全市氮、磷養(yǎng)分需求量的95%左右。

圖3 2017—2020 年汕尾市各縣區(qū)作物糞肥養(yǎng)分需求量Fig.3 Manure nutrient demand for crops in various districts of Shanwei City from 2017 to 2020

2.4 汕尾市畜禽糞污土地承載力分析

2.4.1 汕尾市畜禽糞污土地承載力時間變化特征 根據(jù)2017—2020 年汕尾市農(nóng)作物種植養(yǎng)分需求量和畜禽養(yǎng)殖養(yǎng)分供給量，可測算出該市各區(qū)作物種植面積所能承載的最大畜禽存欄量(用豬當(dāng)量表示)和土地承載力指數(shù)，分析汕尾市畜禽糞污土地承載力時間分布特征。總體來看，分別以氮（圖4A）、磷（圖4B）為基準(zhǔn)的各曲線變化趨勢具有一致性。由于近幾年汕尾市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，農(nóng)作物和果樹等種植面積呈持續(xù)上升趨勢，從2017 年的8.23 萬hm2增加到2020 年的17.90 萬hm2；作物對畜禽糞肥氮、磷養(yǎng)分的需求量也呈穩(wěn)定上升趨勢，2017—2020 年，氮養(yǎng)分的需求量從1.53 萬t 增加到1.76 萬t、增長15.03%，磷養(yǎng)分的需求量從0.36 萬t 增加到0.41 萬t、增長13.89%；畜禽糞污氮、磷養(yǎng)分供應(yīng)量同樣呈上升趨勢，2020 年分別為0.62 萬和0.10 萬t。由圖4 可知，近4 年來汕尾市以氮、磷為基準(zhǔn)的畜禽糞污土地承載力指數(shù)I 均呈緩慢上升趨勢，其中以氮為基準(zhǔn)的I 值由2017 年的0.298 上升到2020 年的0.350，以磷為基準(zhǔn)的I 值由2017 年的0.219 上升到2020 年的0.258。整體來看，近4 年類汕尾市以氮、磷為基準(zhǔn)的畜禽糞污土地承載力指數(shù)小于1，說明汕尾州市自畜禽養(yǎng)殖排放的糞污資源中氮、磷沒有超過土地承載能力，而且汕尾市以氮、磷為基準(zhǔn)的畜禽糞污土地承載力指數(shù)位于較低水平，表明以汕尾市目前的農(nóng)作物種植情況，畜禽養(yǎng)殖規(guī)模還有較大發(fā)展空間。

圖4 2017—2020 年汕尾市畜禽糞污土地承載力時間變化特征Fig.4 Temporal variation characteristics of land carrying capacity of livestock and poultry manure in Shanwei City from 2017 to 2020

2.4.2 汕尾市各縣區(qū)畜禽糞污土地承載力變化特征 從圖5、圖6 可以看出，近4 年來，汕尾市各縣（市、區(qū)）的畜禽糞污土地承載力指數(shù)呈現(xiàn)出不一樣的變化趨勢。其中，城區(qū)的土地承載力指數(shù)從2019—2020 年明顯降低，這是由于汕尾市發(fā)展導(dǎo)致城區(qū)近年來逐步被劃歸為畜禽禁養(yǎng)區(qū)；海豐縣和陸豐市的土地承載力指數(shù)從2019—2020年明顯上升，這可能是由于這兩個縣市區(qū)的生豬養(yǎng)殖數(shù)量在2019—2020 年大幅增加，海豐縣和陸豐市年末生豬存欄量分別由5.46 萬頭和15.83 萬頭增加到13.20 萬頭和26.11 萬頭，從而導(dǎo)致整個汕尾市的畜禽糞污土地承載力指數(shù)出現(xiàn)明顯升高；陸河縣的畜禽糞污土地承載力指數(shù)從2017—2020 年呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢，這是由于陸河縣近年來的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模相對穩(wěn)定，而農(nóng)作物種植的規(guī)模則持續(xù)增加，因此可以根據(jù)其農(nóng)作物種植規(guī)模適當(dāng)提高該區(qū)域的畜禽養(yǎng)殖扶持力度。此外，海豐縣的畜禽糞污土地承載力指數(shù)雖逐年上升，但仍顯著低于其他幾個區(qū)域，說明其畜禽養(yǎng)殖規(guī)模仍有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖5 2017-2020 年汕尾市各縣區(qū)畜禽糞污土地承載力時間變化特征Fig.5 Temporal variation characteristics of land carrying capacity of livestock and poultry manure in various districts of Shanwei City from 2017 to 2020

圖6 2017—2020 年汕尾市各縣區(qū)畜禽糞污土地承載力空間分布Fig.6 Spatial distribution of land carrying capacity of livestock and poultry manure in various districts of Shanwei City from 2017 to 2020

3 討論

基于作物生長的氮、磷養(yǎng)分需求對汕尾市畜禽糞污土地承載力進行測算的結(jié)果表明，該市各區(qū)縣（市）現(xiàn)有耕地均能充分消納本區(qū)域內(nèi)畜禽糞污，相比于珠三角等經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)，汕尾市畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)仍有較大發(fā)展?jié)摿Α?jù)報道，佛山市2009 年農(nóng)田畜禽糞便總氮和總磷養(yǎng)分負(fù)荷量已超過限量值［26］，中山市的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模在2011 年就已達(dá)到了對環(huán)境影響的臨界點［27］。按照汕尾市各地區(qū)的土地承載力指數(shù)，其4 個縣（市、區(qū)）的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模均可在目前基礎(chǔ)上有所擴大。盡管汕尾市目前的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模并未對農(nóng)田土壤消納畜禽糞污造成太大壓力，但仍難以避免局部小范圍內(nèi)畜禽糞污超載，且隨著汕尾畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，畜禽糞污處理的壓力也將逐漸增加。近年來，隨著汕尾信民生休閑農(nóng)業(yè)有限公司、陸豐市兆穗種養(yǎng)有限公司等較大規(guī)模生豬養(yǎng)殖項目的實施建設(shè)，其在畜禽糞污資源化利用方面的壓力有所提升。通過政策引導(dǎo)、資金支持、技術(shù)引進、示范帶動等多方面舉措，目前汕尾市畜禽糞污資源化利用正在扎實推進。

面對汕尾市現(xiàn)在及未來的畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，應(yīng)結(jié)合汕尾市土地肥力狀況和種植結(jié)構(gòu)等方面，著力發(fā)展適合本地產(chǎn)業(yè)發(fā)展的畜禽糞污資源化利用和生態(tài)種養(yǎng)模式，大力發(fā)展畜禽糞污有機肥化-化肥農(nóng)藥減量增效-有機肥改良土壤等種養(yǎng)結(jié)合的配套技術(shù)體系并進行推廣。與此同時，由于在規(guī)?；B(yǎng)殖過程中，銅和鋅等微量元素以及抗生素常被作為添加劑應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖飼料中，從而導(dǎo)致以畜禽糞污為主要原材料制作的有機肥產(chǎn)品容易出現(xiàn)重金屬含量超標(biāo)和抗生素殘留等問題［28-31］。如果沒有采用有效方法將畜禽糞便中的重金屬和抗生素等有害物質(zhì)進行處理，施用其制作的有機肥將會對農(nóng)田土壤環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全造成嚴(yán)重影響［32］。因此在畜禽養(yǎng)殖業(yè)的未來發(fā)展過程中，不僅要從源頭上控制畜禽飼料中銅、鋅等微量元素的添加，同時在使用畜禽糞污制作有機肥產(chǎn)品的工藝流程中，采用生物瀝浸和化學(xué)浸提以及清潔堆肥等方法盡可能減少有機肥產(chǎn)品中的重金屬和抗生素等有害物質(zhì)的含量［33-35］。此外，為了更好地將畜禽糞污有機肥應(yīng)用于農(nóng)作物生產(chǎn)和土壤改良，需要對其向農(nóng)田土壤中輸入重金屬的環(huán)境風(fēng)險進行評估［36］。只有嚴(yán)格把控種養(yǎng)結(jié)合過程的全部環(huán)節(jié)，才能有效促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的綠色和可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

本研究通過對 2017—2020 年汕尾市畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力進行分析，得出以下結(jié)論：（1）2017—2020 年各縣（市、區(qū)）畜禽糞污氮、磷供應(yīng)量與作物生長的糞污養(yǎng)分需求量比值均在0.5 以下，汕尾市畜禽糞污耕地負(fù)荷總體較低，畜禽養(yǎng)殖規(guī)模仍有較大發(fā)展空間，其中海豐縣和陸河縣適合大力發(fā)展畜牧業(yè)；市城區(qū)畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力小，應(yīng)限制畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，避免環(huán)境污染；陸豐市現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)種植規(guī)模足夠消納其畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞污，未來發(fā)展畜牧業(yè)時，要優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖布局，走以地定畜、種養(yǎng)結(jié)合的發(fā)展模式。（2）汕尾市應(yīng)指導(dǎo)并鼓勵畜禽養(yǎng)殖場建設(shè)有機肥加工廠，提升全市畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用水平，同時對于畜禽糞污有機肥化過程中的無害化處理要加大監(jiān)督管理力度，推進農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。