區域性畜禽養殖相對密度指標ARCI的構建

孫越鴻++吳永勝++楊雪++許禎瑩++邱時秀++李娟++李帥東

摘要 關于區域多畜種、多養殖類型的養殖規模量化為單因素的指標體系的研究尚屬空白，對區域性的畜牧業生產規模多以概念性文字描述為主，很難與環境風險評估策略相關聯，因而造成宏觀管理上的困惑。本文提出1種全新的以糞尿產生量為基礎的畜禽養殖相對密度指標（ARCI）體系，使用ARCA、ARCL、ARCH 3項指標值分別對畜禽養殖相對密度、畜禽養殖相對密度水平、畜禽養殖個體密度進行量化，相對全面地構建了區域性畜禽養殖密度狀態的量化和評價系統。以成都市2015年統計數據為例，使用ARCI指標分析。結果表明，畜禽標準類型為出欄生豬；畜禽養殖相對密度ARCA值為67.86%，單位面積耕地上的養殖密度和對應的環境壓力程度為67.86%，密度主導因素為糞尿；畜禽養殖相對密度水平ARCL值為3，養殖密度為3級，中高密度，對應環境壓力區間為（64%，80%]；畜禽養殖個體相對密度ARCH值為28.66頭/hm2，2015年成都市9種不同養殖類型構成的總體養殖規模為14 493 247頭，以出欄生豬計。

關鍵詞 區域性養殖規模；畜禽密度；相對密度；指標

中圖分類號 S815 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）17-0236-04

Abstract It was on the road that how to quantify the scale of varieties of cultivate type and kinds of livestock and poultry into an one element index system.The mass of regional raising was hardly relate with risk assessment，because that was described usually in word but not number.So that brought into confusion in macroscopic management.This article put forward a new Animal Relative Crowd Index（ARCI）based on the quantity of dung.Three index values ARCA， ARCL and ARCH were used to quantify the relative density，relative density level，and unit density of livestock and poultry cultivation.And so constructed an comprehensive quantify and evaluate system about regional relative density of livestock and poultry cultivation.Took statistical datas of Chengdu City of 2015 as example，analysed by ARCI.The resuts showed that standard type was slaughter rate of hogs；ARCA code was 67.86%，raising density and corresponding environmental stress in unit area was 67.86%，the main reason was dung；ARCL code was 3，raising density was three level，senior and middle level，corresponding environmental stress scope was 64%～80%；unit relative density of raising relative ARCH code was 28.66 head per hectare；total raising scale of Chengdu in 2015 was 14 493 247 head by slaughter rate of hogs.

Key words regional raising scale；animal density；relative density；index

近年來，中央和相關部委先后出臺了畜禽規模養殖污染防治條例[1]、中華人民共和國環境保護法（2014年修訂版）[2]、生態環境損害賠償制度改革試點方案[3]、畜禽養殖禁養區劃定技術指南[4]等重要法規與文件，全國生態環境保護力度不斷加強。

畜禽糞污是一種主要的環境污染源[5]，同時也是一種重要的再生肥料資源[6-7]。因此，畜禽糞污的環境污染主要表現為糞尿污染物以施肥形式向土地的過量輸出。由于糞尿內含的氮、磷不能被作物及時吸收，土壤中氮、磷營養鹽濃度不斷提高，并越來越容易在區域水環境的影響下向整個流域擴散，形成流域性的營養鹽污染[8-9]。耕地是畜禽糞污的主要消納用地，高效的農作物種植能夠有效利用并減少土壤中氮、磷含量；雖然荒山、草地、林區等土地上的植被同樣具備上述功能，但少有經常性的農業生產活動，肥料使用量遠遠低于耕地，因而就畜禽養殖糞污的實際消納能力幾乎可以忽略不計。耕地負荷能力和畜禽養殖產污量是當前畜牧業環境風險控制研究中最重要的2項核心參數。

已有大量基于耕地負荷力的環境風險控制研究，一些學者對全國畜禽養殖產排污量[10-13]與環境風險的相關性[14-18]進行了研究，也有學者提出了潛在環境風險的評估方法[19-20]。由于區域性的畜牧業生產往往包含多個畜種以及這些畜種派生的多種不同養殖類型，就區域整體測量的畜禽養殖糞尿產生量、氮、磷標志物之間很難形成較為穩定的平衡關系，分別使用上述3種標志物測算環境風險結果互不相同；又因畜禽養殖產污和排污事實上并不具備特定的相關性，理論上的耕地承載限量受作物種類、復種指數、降水和流域水環境影響[8，21-23]，基于畜禽養殖產污量的環境風險評估策略難以評價現實的畜禽養殖規模，其針對性和實用性無法保證。

目前針對動物密度的研究主要集中于同種動物的特定養殖技術和生存環境密度[24-27]，為畜牧業宏觀管理、環境風險控制等社會性需求服務的區域性畜禽養殖密度研究目前尚屬空白。由于沒有1種以單因素表達的區域性畜禽養殖規模量化參數，測算畜禽養殖產污量需要考慮多個畜種、多種養殖類型，計算過程相對復雜，僅適用于特定區域；基于環境風險評估的測算結果則難以界定區域整體的養殖規模。因此，長期以來對區域性養殖規模或密集程度的評價只能以概念性的“規模小”“很密集”等文字方式表達，往往對畜牧業宏觀管理造成困惑。

將多種畜禽構成的區域性養殖規模以一種具備環境評估相關性的單因素值來表達，可對禁養區劃分、養殖區域規劃、養殖規模調整、環境風險控制等畜牧業宏觀管理需求提供支撐，也更容易估算區域整體的畜禽養殖總規模量及總產污量[28]。

一種新的區域性畜禽養殖相對密度指標ARCI的提出，為解決上述問題提供了一種可能。ARCI指標使用了3項指標值，可分別對畜禽養殖相對密度、畜禽養殖相對密度水平、畜禽養殖個體密度進行量化，相對全面地構建了區域性畜禽養殖密度狀態的量化和評價系統。

1 畜禽養殖相對密度指標ARCI定義

1.1 指標定義

畜禽養殖相對密度指標ARCI（Animal Relative Crowd Index）由ARCA、ARCL、ARCH 3個指標值構成，用于對區域內單位耕地面積對應的畜禽養殖密度狀態進行定量和定性表征。

1.1.1 畜禽養殖相對密度ARCA（Animal Relative Crowd by Area）。其是指區域內單位耕地面積對應多種畜禽產生的糞尿、氮、磷3種標志物中最大的一項與區域內單位耕地面積相應的限量理論值的百分比。ARCA代表了區域內畜禽養殖規模的相對密度，當ARCA值處于[0，100%]區間時，表示基于理論耕地承載限量測算的養殖密度尚未飽和；當ARCA>100%時，表示基于理論耕地承載限量測算的養殖密度超過耕地理論承載能力。

1.1.2 畜禽養殖相對密度水平ARCL（Animal Relative Crowd by Level）。其是指區域內畜禽養殖相對密度水平，由ARCA所在的數字區間確定。畜禽養殖相對密度水平ARCL代表了區域內畜禽養殖密度水平的定性分級狀態，以數字級別1、2、3、4、5進行劃分，分別對應由低到高的排列的低密度、中低密度、中高密度、高密度、極高密度5種畜禽養殖相對密度水平。分級1：對應畜禽養殖相對密度空間[0，51.2%]，文字描述為低密度；分級2：對應畜禽養殖相對密度空間（51.2%，64%]，文字描述為中低密度；分級3：對應畜禽養殖相對密度空間（64%，80%]，文字描述為中高密度；分級4：對應畜禽養殖相對密度空間（80%，100%]，文字描述為高密度；分級5：對應畜禽養殖相對密度空間（100%，+∞），文字描述為極高密度。

1.1.3 畜禽養殖個體相對密度ARCH（Aniaml Relative Crowd by Head）。其是指以ARCA選擇的標志物為基準計算的區域內單位耕地上的標準類型個體密度，使用個體計量單位/hm2計量，ARCH代表了區域內單位耕地面積上對應的養殖個體數量。

1.2 指標原理

將1個或多個可信的機構提供的統計數據進行組合，形成可代表區域總體養殖規模的統計數據源。依據“主要性、重要性”概念特征、養殖個體數量相對較大、相互間糞尿產生量不重復3項條件同時滿足的要求，從數據源中選取至少5種主要養殖類型，該5種以上養殖類型的個體數量占數據源90%以上，定義為ARCI指標的計算樣本。

根據區域養殖習慣，以人工選擇的方式，在分析樣本中選擇1種具備“主要性”概念特征的養殖類型，將其定義為ARCI指標的標準類型。

將樣本中不同養殖類型個體按糞尿、氮、磷產生量換算為以標準類型個體單位計量的糞尿、氮、磷3項畜禽養殖相對單位量。

使用3項畜禽養殖相對單位量，結合與標準類型對應的產污系數、單位面積耕地的糞尿、氮、磷承載限量理論值、區域耕地面積3類已知參數，用公式計算對應的3項相對耕地負荷率，即單位面積耕地對應的畜禽糞尿、氮、磷產生量與單位面積耕地糞尿、氮、磷承載限量理論值的百分比。將3項相對耕地負荷率中的最大值在糞便、氮、磷3種標志物中的對應項定義為畜禽養殖相對密度主導因素；取3項相對耕地負荷率中的最大值，用區域畜禽養殖相對密度ARCA命名。

將畜禽養殖密度與耕地承載限量時剛好達到平衡時的理論養殖區域狀態對應的養殖密度空間值定義為100%，則低于該狀態的畜禽養殖相對密度空間為[0，100%]，高于該狀態的畜禽養殖相對密度空間為（100%，+∞）。

基于糞尿產生量與耕地承載限量理論值的平衡，將高于100%的畜禽相對養殖密度表述為超高密度，對應ARCA密度值空間（100%，+∞），定義為密度水平最高的畜禽相對養殖密度水平5級。根據帕累托最優法則原理，社會化的畜牧業生產活動中至少80%的主要生產規模和糞尿產生量集中于20%的生產單位，該20%生產單位所在的區域通常被視為高密度養殖區；假設區域畜禽養殖相對密度穩定在耕地承載限量理論值要求的臨界點時，可將ARCA密度值空間（80%，100%]定義為畜禽養殖相對密度水平4級，表述為高密度；同理，在剩余的80%密度空間內，將ARCA密度值空間（64%，80%]定義為畜禽養殖相對密度3級，表述為中高密度；同理，將ARCA密度值空間（51.2%，64%]定義為畜禽養殖相對密度2級，表述為中低密度；剩余的51.2%密度空間為相對最低的一種密度狀態，從區域性的宏觀狀態考慮已無再次拆分的必要，將ARCA密度值空間[0，51.2%]定義為畜禽養殖相對密度1級，表述為低密度。取上述5種密度值空間中包含ARCA值的空間數字序號，用畜禽養殖相對密度水平ARCL命名。

用畜禽養殖相對密度主導因素對應的畜禽養殖相對單位量除以區域耕地面積，得到對應標志物的單位耕地面積養殖個體數量，用畜禽養殖個體相對密度ARCH命名。

2 區域畜禽養殖相對密度指標ARCI的計算方法

2.1 樣本選擇

2.1.1 數據源取得。將1個或多個可信的機構提供的統計數據進行組合，形成可代表區域總體養殖規模的統計數據源。

2.1.2 養殖類型的選取。依據“主要性、重要性”概念特征、養殖個體數量相對較大、相互間糞尿產生量不重復3項條件同時滿足的要求，從數據源中選取至少5種主要養殖類型，其個體數量占數據源總個體數量的90%以上，將其定義為ARCI指標的計算樣本。

2.1.3 標準類型的確定。根據區域養殖習慣，以人工選擇的方式，在分析樣本中選擇1種具備“主要性”概念特征的養殖類型，將其定義為ARCI指標的標準類型。所述“主要性”指由區域養殖習慣確定的相對養殖最普遍的畜種、養殖個體數量最多的養殖類型、估計糞尿產生量最多的養殖類型。

2.2 畜禽養殖相對單位量計算

2.2.1 取得已知畜禽養殖類型產污系數。從已知研究中取得標準類型對應的產污系數。

2.2.2 計算標準類型換算系數。用以下公式計算標準類型數量換算系數：

糞尿標準類型換算系數：AEi=OEi /Pe；

氮標準類型換算系數：ANi=ONi /Pn；

磷標準類型換算系數：APi=OPi /Pp。

式中，AEi、ANi、APi分別為糞尿、氮、磷3項標準類型換算系數，OEi、ONi、OPi分別為第i種養殖類型的糞尿、氮、磷單位個體產生量，Pe、Pn、Pp分別為標準類型的單位體個體糞尿、氮、磷產生量。

2.2.3 計算畜禽養殖相對單位量。計算公式如下：

式中，Ue、Un、Up分別為以標準類型個體計量的糞尿、氮、磷3項不同的畜禽養殖相對單位量；Ti為樣本中第i個養殖類型個體數量；AEi、ANi、APi為Ti的糞尿、氮、磷標準類型換算系數。

2.3 相對耕地負荷率計算

2.3.1 取得標準類型對應的產污系數。從已知研究中取得產污參考系數中尋找與標準類型對應的養殖類型，分別為標準類型個體單位糞尿產生量Xe、標準類型個體單位氮產生量Xn、標準類型個體單位磷產生量Xp賦值。

2.3.2 取得單位面積耕地的糞尿、氮、磷承載限量理論值。從已知研究中取得單位面積耕地的糞尿、氮、磷承載限量理論值，分別為單位耕地面積糞尿承載限量Le、單位耕地面積氮承載限量Ln、單位耕地面積磷承載限量Lp賦值。

2.3.3 糞尿、氮、磷3項相對耕地負荷率，計算公式如下：

式中，Ce、Cn、Cp分別為糞尿、氮、磷3項相對耕地負荷率；Ue、Un、Up分別為糞尿、氮、磷3項畜禽養殖相對單位量；Xe、Xn、Xp分別為已知的標準類型個體對應的糞便、氮、磷單位產生量；Le、Ln、Lp分別為已知的單位耕地糞便、氮、磷承載限量；D為區域耕地面積。

2.4 畜禽養殖相對密度計算

畜禽養殖相對密度計算公式：

ARCA=Max（Ce、Cn、Cp）

式中，ARCA為畜禽養殖相對密度，以百分數計量；Ce、Cn、Cp分別為糞尿、氮、磷3項相對耕地負荷率。

將ARCA在糞便、氮、磷3種標志物中的對應項定義為畜禽養殖相對密度主導因素。

2.5 畜禽養殖相對密度水平確定

用ARCA值與指標原理定義的（0，51.2%]、（51.2%，64%]、（64%，80%]、（80%，100%]、（100%，+∞）5個區間密度區間進行比較，將包含ARCA值的區間號確定為畜禽養殖相對密度水平。

2.6 畜禽養殖個體相對密度計算

畜禽養殖個體相對密度計算公式：

ARCH=Ux/D

式中，ARCH為畜禽養殖個體相對密度，以個體計量單位/hm2計量；Ux為畜禽養殖相對密度主導因素對應的畜禽養殖單位量；D為區域耕地面積。

3 畜禽養殖相對密度指標計算過程實例

3.1 樣本選擇

將《成都統計年鑒2016》、成都市農委內部統計數據整合，形成可代表2015年成都畜禽整體養殖規模的數據源。

依據“主要性、重要性”概念特征、養殖個體數量相對較大、相互間糞尿產生量不重復3項條件同時滿足的要求，選取“出欄生豬”“存欄母豬”“存欄蛋雞”“出欄肉雞”“出欄鴨鵝”“出欄肉兔”“出欄肉羊”“存欄奶牛”“出欄肉牛”9種主要養殖類型構成樣本，其中“出欄鴨鵝”為鴨、鵝2項合并，9個養殖類型個體數量為樣本的100%。

根據成都市養殖習慣，以人工選擇的方式，確定以具備“主要性”概念特征的“出欄生豬”為標準類型。

3.2 畜禽養殖相對單位量計算

3.2.1 取得已知畜禽養殖類型產污系數。從已知研究中取得標準類型對應的產污系數見表1[10，28]。

3.2.2 計算標準類型換算系數。使用已知畜禽養殖類型產污系數，用公式計算標準類型數量換算系數：

糞尿標準類型換算系數：AEi=OEi /Pe；

氮標準類型換算系數：ANi=ONi /Pn；

磷標準類型換算系數：APi=OPi /Pp。

式中，AEi、ANi、APi分別為糞尿、氮、磷3項標準類型換算系數，OEi、ONi、OPi分別為第i種養殖類型的糞尿、氮、磷單位個體產生量，Pe、Pn、Pp分別為標準類型單位個體的糞尿、氮、磷產生量。結果見表2。

3.2.3 計算畜禽養殖相對單位量。2015年成都市主要養殖類型統計數據見表3。用以下公式計算，結果見表4。

3.3 計算3項相對耕負荷率

3.3.1 取得標準類型對應的產污系數。出欄生豬為已定義的標準類型，從表1中取得標準類型個體單位糞尿產生量Xe為710.43 kg/a、標準類型個體單位氮產生量Xn為3.353 kg/a、標準類型個體單位磷產生量Xp為0.772 kg/a。

3.3.2 取得單位面積耕地的糞尿、氮、磷承載限量理論值。已知的單位面積耕地的糞尿、氮、磷承載限量理論值分別為：糞尿耕地承載限量Le為30 t/hm2[29]，氮耕地承載限量Ln為170 kg/hm2 [10-12]，磷耕地承載限量為35 kg/hm2 [10-12]。

3.3.3 計算糞尿、氮、磷3項相對耕地負荷率。2016年成都市統計年鑒中取得成都市2015年含禁養區的總耕地面積D為505 741 hm2。

相對耕地負荷率計算公式：

3.4 計算畜禽養殖相對密度

3項相對耕地負荷率Ce為67.86%、Cn為66.03%、Cp為61.22%，Ce為最大值。ARCA=Max（Ce，Cn，Cp）=67.86%，畜禽養殖相對密度ARCA為67.86%，Ce對應的密度主導因素為糞尿。

3.5 確定畜禽養殖相對密度水平

ARCA值為67.86%，分別與指標原理定義的（0，51.2%]、（51.2%，64%]、（64%，80%]、（80%，100%]、（100%，+∞）5個密度區間進行比較，包含ARCA值的區間為（64%，80%]，畜禽養殖相對密度水平ARCL取值為3。

3.6 計算畜禽養殖個體相對密度

畜禽養殖相對密度主導因素為糞尿，選取對應的畜禽養殖相對單位量—糞尿Ue值14 493 247為Ux賦值，區域耕地面積D為505 741 hm2。ARCH=Ux/D=28.66，畜禽養殖個體相對密度為28.66頭/hm2。

3.7 利用ARCI指標對成都市2015年畜禽養殖相對密度狀態的評價

畜禽標準類型個體為出欄生豬，對ARCI測算結果進行判斷：

畜禽養殖相對密度ARCA值為67.86%，表示將成都畜禽養殖的各種不同養殖類型按出欄生豬合并后，單位面積耕地上的養殖密度和環境壓力程度為67.86%；密度主導因素為糞尿，即糞尿、氮、磷中潛在環境風險最大的標志物為糞尿。

畜禽養殖相對密度水平ARCL值為3，表示成都市 2015年整體養殖規模為3級，處于中高密度狀態，對應環境壓力區間為（64%，80%]。

畜禽養殖個體相對密度ARCH值為28.66，表示2015年成都市單位耕地面積標準類型個體數量為28.66 頭/hm2；成都市9種不同養殖類型構成的總體養殖規模以標準類型量化后為14 493 247頭，以出欄生豬計。

4 結論

畜禽養殖相對密度指標ARCI提供了3項分別對區域內畜禽養殖相對養殖密度、相對密度水平、單位耕地面積上的個體密度進行量化的數字指標值，可作為畜牧業宏觀管理基準數據使用，例如畜牧業保留區、限制區和重點發展區的界定，畜牧業養殖結構的調整以及調整幅度的確定，畜牧業產污量潛在的環境壓力程度等；亦可對常用“規模大”“密度高”等概念性的文字描述進行補充和規范，為不同區域間畜牧業生產規模相關信息的交換提供更為精確的表達形式。

區域內的人口對環境同樣具備與畜禽養殖相類似的排污壓力，從而擠占畜禽養殖空間，使基于耕地負荷平衡的畜牧業產業容量減少。有必要將人類也作為一種養殖類型代入指標進行測算，適宜社會發展的整體需求，但目前宏觀上的人口排污相關系數有待研究。

雖然各地耕地面積數據中包含法定禁止畜牧業生產的禁養區，但由于所有在耕土地均能用于畜牧業排污量的承載，因而使用耕地面積數據時不應剔除禁養區。

耕地承載限量受作物種類、復種指數、產量差異、收割還田比例、降水等因素的影響，不同地區的耕地承載限量實際值有較大變化幅度，且難以精確測算；又因畜禽養殖產污與排污并不具備一定的相關性，例如以商品肥料的形式將糞便向區域外輸出，從而降低本區域的耕地承載壓力等；區域性畜禽養殖密度值的量化結果并不具備環境風險的判定意義，但可從宏觀管理層面對區域潛在環境風險的預防起到積極作用。

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