基于氮平衡的鹽城市畜禽養殖環境承載力分析

鄒晨昕, 趙冬萍, 徐新悅, 王文超, 楊文慧, 劉麗麗, 李建國

基于氮平衡的鹽城市畜禽養殖環境承載力分析

鄒晨昕, 趙冬萍, 徐新悅, 王文超, 楊文慧, 劉麗麗*, 李建國*

江蘇師范大學地理測繪與城鄉規劃學院, 徐州 221116

濱海地區為海陸交互地帶, 具有明顯的過渡性與環境的脆弱性。江蘇省濱海是江蘇省畜禽養殖最為集中的區域, 其巨大的環境風險給區域生態環境造成巨大壓力。種養平衡是約束區域養殖規模, 緩解其環境風險的主要策略之一。現以鹽城市為例, 借助Truog的養分平衡法, 以種養平衡為前提, 結合政府統計資料和實地調研踏勘與采樣數據分析鹽城市種植業生產農作物氮養分年消耗總量和耕地土壤氮養分供給量, 對鹽城市亭湖區和鹽都區各鎮的畜禽養殖環境承載力進行分析, 結果表明: (1)研究區土壤氮養分含量較為緊缺, 農作物氮需求總量為1.44×104t, 土壤氮養分供給量僅為0.97×104t; (2)研究區合理承載規模為7.20×104頭豬當量, 基于氮的畜禽環境承載力均值為氮5.77頭豬當量·hm-2, 在區域內處于較低水平, 承載潛力較大, 并未對環境造成威脅, 各鄉鎮畜禽養殖發展存在顯著差異; (3)畜禽養殖空間分布錯位, 局部地區污染嚴重。當前研究區畜禽養殖規模總體較為合理, 研究結果可為濱海地區畜禽養殖的種養結合、畜禽產業結構調整、實現畜禽養殖業現代化提供支持。

濱海地區; 種養平衡; 畜禽養殖; 承載力

0 前言

畜禽養殖業的蓬勃發展帶來了日益嚴重的污染問題。《第一次全國污染源普查公報》顯示, 農業源已成為中國污染物的主要來源[1]; 2013年環境統計年報數據顯示, 農業源COD排放量占我國廢水排放總量的43.7%, 其中95.8%的排放量來源于養殖業。濱海地區土地資源豐富, 成本低廉, 是江蘇畜禽養殖業發展的主要集中區。畜禽產品的巨大需求所帶來的利潤使大量江蘇濱海地區農戶投入到畜禽養殖業的發展當中。禽畜養殖已經成為當地一部分農戶生計的主要來源。2015年鹽城市畜牧業總產值298億元, 占全市農林牧漁業總產值的28%。但養殖戶畜禽養殖空間分布分散、畜禽排泄物處理不合理, 大量的畜禽糞尿不經處理就被排放到環境中, 全國90%以上的規模化養殖場沒有經過環境影響評價, 90%的規模化養殖場缺乏必要的污染治理設施[2]。種養結合是國內外解決畜禽養殖業環境問題的主要思路。美國重視畜禽養殖業的污染問題, 從種養計劃安排到生產、銷售等環節都有法可依, 種植業與養殖業能進行合理結合[3]; 丹麥和比利時主要采用糞水－發酵－還田、糞水－沼氣發電－沼液還田、糞水－固液分離－有機肥和電極分解－還田等模式實現種植業和養殖業之間的良性循環[4]; 加拿大對養殖業治污是以當地畜禽糞便的土地消化利用為主, 并會規定該地區具體的畜禽糞便使用方法、使用量、使用次數和使用時期[5]。

中國不同于國外廣泛存在的種養一體的大農場, 家庭作坊式的養殖業發展方式受到很大的局限。畜禽糞便除作為有機肥投入使用外, 很難有其他用途。在已有的調研中發現, 畜禽糞便所生產的有機肥在與化肥的競爭中, 因其水分高、肥效低、氣味難聞、使用不便、易造成二次污染而劣勢明顯, 推廣難度很大。沈其榮等的研究表明, 在1960年、1980年、2000年、2010年我國有機肥施用量分別占總施肥量的80%、60%、30%、10%, 呈大幅遞減趨勢[6]。同時, 農戶普遍受“施肥越多, 產量越高”等觀念的影響, 在農業生產中更偏向于大量施用化肥。在我國, 畜禽糞便的主要處理途徑是經發酵腐熟后還田用作有機肥料, 農田是畜禽糞便的主要消納場所[7]。而不合理的畜禽糞便農田施用使得農業污染成為我國環境污染的第一大污染源。隨著我國2020年達到化肥使用量零增長目標的制定, 畜禽養殖糞便的資源化利用終將成為未來中國農業主流趨勢。因此, 將養殖業與種植業相結合進行畜禽養殖合理規模測算是控制區域畜禽養殖污染、加速畜禽糞便資源化的基礎工作[8]。

對于畜禽養殖承載規模, 國外多根據農田養分平衡理論, 采用逐級測算方法來制定有關規章制度進行限制[9], 國內則還未形成系統的規劃。眾多學者對這一熱點問題也開展了一定的研究。如, 許翼等運用系統分析方法中灰色預測模型, 對沈陽市自然狀態下和處理部分糞污情況下的畜禽養殖環境承載能力進行了分析和預測, 對市域內畜禽養殖達到警戒限的年限進行了測算[10]; 李帷等基于GIS等空間分析方法進行北京市空間畜禽糞便分布與耕地空間可達性分析, 對北京市畜禽養殖業空間布局進行安排, 能有效降低市域內畜禽糞便耕地承載壓力[11]; 陳天寶等設計建立農區耕地畜禽承載能力評估數學模型(N-LSCM)對四川農區畜禽養殖規模進行分析, 評估出畜禽發展潛力, 評價結果較為真實地反映四川農區的客觀實際[12]。這些研究主要是基于省級等大中尺度的研究, 能在宏觀尺度上反映我國各地區畜禽養殖環境承載力的大致狀況。但農用地對禽畜糞便的消納能力除受耕地本身影響外, 還受當地農戶行為偏好、耕地區位與種植結構等微觀自然或人文因素的制約。因此, 在微觀尺度上對畜禽養殖業承載能力進行研究更具有現實的指導意義[13]。研究表明, 畜禽廢棄物的轉運距離不宜超過10 km[14]。因此, 對區域小尺度的種養平衡進行研究能更好地反映區域的畜禽養殖規模風險, 也能在大尺度上配合政策的落實。微觀尺度在數量和結構上具有較為明顯的空間異質性, 制約著畜禽糞便承載力研究的實踐指導意義, 是阻礙畜禽養殖業科學發展的“最后1公里”。因此, 以區(縣)、鎮(鄉)層面的實證研究對區域畜禽養殖業可持續發展具有更好參考價值。同時, 大量的研究主要集中于我國的傳統農區, 對于濱海灘涂地區的畜禽養殖業發展關注明顯不足。濱海地區處于海陸交互區域, 與傳統農區相比具有更多的污染物擴散通道和更大的環境風險。同時, 這一區域土壤質量低下, 借助種養結合模式可以較好地解決畜禽養殖與糧食生產的問題。本文選擇養殖業較為集中的鹽城地區, 以江蘇省鹽城市為實證調研對象, 開展以種養結合為目標的畜禽養殖業承載力與合理規模測算研究。借鑒Truog的養分平衡法, 結合相關調研和統計數據, 對鹽城主要區、鎮畜禽養殖環境承載力與合理規模進行測算, 可為濱海地區合理畜禽養殖業的空間布局、降低畜禽養殖帶來的環境污染、實現濱海地區可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

鹽城市位于東經119.57°—120.45°, 北緯32.34°—34.28°, 居于中國東部、江蘇省中北部, 瀕臨黃海。作為江蘇省土地面積最大、海岸線最長的地級市, 全市總面積16972 km2, 灘涂資源豐富, 是典型的淤泥質海岸。沿海灘涂面積45.53×104hm2, 占全省沿海灘涂面積的70%, 沿海灘涂耕地后備資源面積占全市灘涂總面積的44%。在氣候上, 屬于北亞熱帶氣候向南暖溫帶氣候過渡的地帶, 四季分明, 季風盛行, 雨熱同季, 光照充足, 降水充沛, 年降水量為785.2—1309.5 mm, 年平均氣溫為13.7—14.5℃, 全年光照平均時長約為2280 h。本次調研地主要為鹽城中東部地區的亭湖區和鹽都區, 均屬鹽城主城區。種植業和養殖業是當地農戶收入的主要來源之一。2015年, 亭湖區和鹽都區城鎮人口分別占全市總城鎮人口的16.76%、9.45%, 肉類總產量分別占全市的5.95%、7.19%, 農作物播種面積分別占全市的4.09%、7.13%, 其中糧食產量各占亭湖區、鹽都區農林牧漁業總產值的38.14%、70.99%。在作物種植上, 當地農戶主要以大小麥和油菜為主。因土壤和水源等問題, 研究區圍墾初期不種植水稻。但隨著土地質量達到大面積種植的要求以及土地流轉政策的推行, 經調查有很多承包商選擇在圍墾區承包大面積的土地進行水稻種植, 種植面積非常龐大, 也帶動了當地散戶農戶進行了種植水稻的生產活動,致使研究區土地在周而復始的干濕交替活動中, 土壤性質愈加趨近于水稻土和潮土。農戶畜禽養殖主要以雞、豬養殖為主。鹽都區畜禽養殖主要集中在東部, 多為團狀分布; 亭湖區畜禽養殖則偏重于北部, 條帶狀分布為多, 以養雞為主。根據每年畜禽排泄的糞便(包括糞尿)中的氮產生量, 將其他畜禽折算成豬當量, 進而估算各地區畜禽的環境承載力。研究區禽類基于氮的折算系數是62.64只禽類相當于1頭豬, 基于磷的折算系數是42.5只禽類相當于1頭豬。

圖1 研究區行政區劃及養殖點分布

Figure 1 Distribution of administrative divisions and farms in the study area

本研究以研究區農戶耕地作為畜禽糞便消納地。畜禽糞便經科學處理得到的有機肥富含豐富的養分, 而土壤在進行作物生產時, 由化肥或有機肥補充除土壤地力之外作物所需的養分是必要的, 故由耕地土壤消納是最為經濟可行的手段。調查研究中農戶種植農作物的耕地和畜禽養殖的圈養地基本處于同一區域或為相鄰區域, 將畜禽產生的糞便在耕地就近消納也是處理畜禽養殖廢棄物的有效方式(黃海街道辦事處經調查無農用耕地, 所以下文對該處不予考慮)。

1.2 研究方法

本研究參照Truog提出的養分平衡法, 以研究區種養平衡為前提, 即耕地農作物生長以施用有機肥(畜禽糞便)來補充除土壤地力之外作物所需的養分。主要的思路是利用轉換系數, 根據研究區主要農作物的產量估算氮元素的需求總量(公式1); 根據地區土壤地球化學調查樣點數據(圖2c), 利用矯正系數獲得區域土壤養分供給總量(地力)(公式2-3), 進而獲取區域土壤養分需求總量(公式4)。利用畜禽排污系數和養分轉化系數將不同畜禽養殖類型轉換頭豬當量和養分物質釋放量。借助公式4測算區域的頭豬承載當量。

研究區域種植業生產農作物氮養分年消耗總量計算公式如下:

式中:Y為2015年研究區域類農產品年產量,表示農作物種類,=1, 2, 3……n;m為第類農產品100 kg產量所需的氮養分量。

研究區域耕地土壤氮養分供給量計算公式如下:

式中:為研究區域耕地土壤有效氮測定值; 2.25為土壤養分換算系數, 是將研究區域耕地的有效氮的測定值()換算成每公頃耕地的土壤的有效氮養分含量;為土壤有效養分校正系數, 通過測定土壤有效氮養分含量來計算農作物施肥量, 是對作物實際吸收的土壤的有效養分進行校正。土壤有效氮數據來自于當地地球化學調查數據庫。土壤有效氮校正系數Y可依據土壤有效氮測定值X計算。計算公式借助曹連福等[16]對 “3414”試驗數據[17]進行Excel數據分析得到土壤有效養分與校正系數之間的回歸方程式:

畜禽養殖承載力的計算公式如下:

式中:為每頭豬年排泄糞便(包括糞尿)中的總氮含量。參照《全國規模化畜禽養殖業污染情況調查及防治對策》, 確定豬糞便的氮排放量為4.51 kg·a-1。M為研究區域內用于消納畜禽糞便的農用地面積(本研究中實為耕地面積)。

表1 主要農作物形成100 kg經濟產量所需的氮養分量

數據來源: 肥料實用手冊高祥照等編著[15]

2 結果與分析

2.1 畜禽養殖規模

根據調查的結果, 研究區養殖調查點中農戶畜禽養殖多以個體散養為主, 散養比率達67.70%; 畜禽種類主要以雞、豬養殖為主, 共養殖雞3750960只、豬52157頭。雞的品種最為豐富, 包括羅曼雞、海蘭雞、三黃雞、北農大雞等, 其中蛋雞有1965350只、肉雞有1785610只, 以蛋雞養殖為主。從整體上看, 鹽都區畜禽養殖以生豬為主, 調查生豬頭數占總調查生豬頭數的87.68%, 空間上主要集中在東部, 多為團狀聚集分布; 亭湖區畜禽養殖空間分布偏重于北部, 條帶狀分布為主, 農戶側重于養雞, 雞只數占總養殖調查總數的51.87%。依據《2017年畜禽養殖標準化示范創建活動工作方案》, 研究區生豬養殖均達不到規模化標準, 蛋雞養殖規模化率為0.47, 肉雞養殖規模化率為0.40。研究區的禁養區主要集中在通榆河等河流的一級水源保護區內, 在《江蘇省通榆河水污染防治條例》實施后, 禁養區仍存在39家規模養殖場。在中央環境保護督查組和省市環保部門的督察下, 截至2017年6月, 鹽城市已全部完成2016年度禁養區關閉搬遷任務。

2.2 農作物氮養分消耗總量

由于地處亞熱帶與暖溫帶的過渡地帶, 鹽城市可耕種農作物種類繁多。由于缺乏具體的鄉鎮農產品產量數據, 根據2015年鹽都區和亭湖區各鄉鎮的種植業農作物總產量, 排除小面積范圍內的各項干擾因素, 核算2015年不同鄉鎮各類農作物生長所需要消耗的氮養分總量。亭湖區和鹽都區種植業農產品生產消耗總氮分別為5472.97 t和8961.37 t, 鹽都區氮的消耗總量明顯高于亭湖區。整體上, 研究區農作物種植主要以小麥為主, 其次是油菜和大麥, 這三類農作物氮消耗總量也占比較高。其中, 小麥的氮消耗量是8231.58 t, 占各類農作物氮消耗總量的57.03%, 遠遠大于油菜籽、大麥的氮消耗量占比, 而其余農作物氮消耗量均不超過總量的10%。除小麥、油菜、大麥這三種主要作物外, 稻谷產量也較高, 達到18770 t; 僅次于稻谷氮消耗的是玉米, 產量為16731 t。鹽都區內, 小麥的氮消耗量遠超于其他農作物的氮消耗量, 占該區年消耗氮總量的72.06%; 相較于鹽都區農作物氮消耗的不平衡, 亭湖區農作物氮消耗主要以小麥、大麥、油菜為主, 小麥、大麥、油菜的氮消耗量分別占亭湖區氮消耗總量的32.41%、20.45%和18.72%。空間分布上, 研究區氮消耗量分布分散, 主要集中在大岡鎮、秦南鎮、龍岡鎮、鹽東鎮、步鳳鎮這五個鎮, 中部和西南部地區氮養分消耗量最少(圖2a)。

農戶種植的作物類型雖會因市場變化而做調整, 但大體仍以小麥、油菜、大麥這三種作物為主。這與鹽城灘涂圍墾, 墾區土壤質量在達到傳統農業區水平后, 主要以小麥等大宗農作物為主的耕作模式密不可分。圍墾活動下沿海灘涂土壤在圍墾后30年左右趨于穩定[18], 研究區灘涂圍墾較早, 至今約80年, 符合大面積種植的要求。且市場對大小麥和油菜有需求, 當地農戶出于經濟考慮也多選種這三類作物。而鹽都區農作物種植量遠大于亭湖區農作物種植總量, 所以消耗的氮養分含量也明顯高于亭湖區。

2.3 土壤供肥能力

土壤氮養分供肥總量在耕地面積和土壤氮養分年供給能力的影響下, 土壤氮養分年供給總量最多的鎮是鹽都區的大岡鎮, 為797.31 t; 氮養分年供給總量最少的鎮是亭湖區的毓龍街道辦事處, 為0.02 t。亭湖區和鹽都區的土壤氮養分供給量分別為4428.76 t、5225.07 t, 兩個區的土壤氮養分供給量相差不大, 這與兩個區的耕地面積大小、土壤氮養分年供給能力有關。鹽都區內各鎮土壤氮養分供給量多集中于200—300 t, 土壤供肥能力最大的鎮是大岡鎮, 土壤氮養分供給量是797.31 t, 是土壤供肥能力最小鎮大縱湖鎮的3.64倍; 亭湖區各鎮土壤氮養分供給能力差異較大, 其中, 鹽東鎮土壤氮養分供給能力最大, 氮養分供肥量為716.04 t; 毓龍街道辦事處土壤氮養分供給量最小, 僅占亭湖區各鎮土壤氮養分供給量均值的0.007%。空間分布上, 研究區土壤氮養分供肥能力中部地區較弱, 與中部各街道耕作面積較少有關, 供肥能力較強的主要是大岡鎮、鹽東鎮、秦南鎮、步鳳鎮、龍岡鎮、青墩鎮這六個鎮, 其余地區土壤供氮能力差距不大, 較為均衡(圖2b)。

2.4 各區鎮農用地畜禽承載力

通過農作物養分消耗總量和土壤供肥能力, 可以分別計算出鹽城市亭湖區和鹽都區各鎮的畜禽環境承載力(圖3)。其中, 基于氮養分的畜禽環境承載力可以劃分為3個層次。第一層是基于氮的承載力位于10頭豬當量·hm-2及以上的城鎮, 包括鹽都區的尚莊鎮、大岡鎮、葛武鎮、北蔣鎮、秦南鎮、樓王鎮、郭猛鎮、學富鎮、新都街道、潘黃鎮。其中, 潘黃鎮基于氮的畜禽環境承載力最大, 為11.81頭豬當量·hm-2。第二層包括鹽都區的大縱湖鎮、義豐鎮、北龍港鎮和龍岡鎮, 承載力范圍在5—10頭豬當量·hm-2。第三層是承載力位于5頭豬當量·hm-2以下的城鎮, 而亭湖區的所有城鎮承載力普遍偏低, 故均屬第三層。其中, 新洋街道辦事處基于氮的畜禽環境承載力最小, 為0.016頭豬當量·hm-2。亭湖區和鹽都區各鎮基于氮的畜禽養殖環境承載力分別為0.016—4.01頭豬當量·hm-2和9.03—11.81頭豬當量·hm-2, 兩區基于氮的畜禽環境承載力差異顯著。因為兩個區產業結構等因素的不同, 鹽都區畜禽養殖業發展明顯優于亭湖區。總體上看, 鹽都區各鎮畜禽環境承載力的平均值為10.5頭豬當量·hm-2, 發展平穩、差距不大, 畜禽承載力最大值的鎮(潘黃鎮)與最小值的鎮(大縱湖鎮)間僅是每公頃2頭豬的差距; 亭湖區各區鎮畜禽環境承載力的平均值為2.1頭豬當量·hm-2, 遠小于鹽都區的環境承載力均值, 且各鎮數值落差較大, 畜禽承載力最大的鎮是黃尖鎮(4頭豬當量·hm-2), 值最小的鎮是新洋街道辦事處, 僅占黃尖鎮畜禽承載力的0.4%。武蘭芳等[13]基于養分平衡理論, 以氮素為基準, 測算山東禹城耕地的畜禽環境承載力為13.8頭豬當量·hm-2, 而湖南桃源的畜禽承載力為14.6頭豬當量·hm-2[13], 可以看出本研究區基于氮的畜禽環境承載力處于較低的水平(5.77頭豬當量·hm-2)。

根據基于氮養分的畜禽養殖環境承載力和各區鎮的耕地面積, 計算出各區鎮的畜禽養殖合理規模, 即該鎮適宜養殖畜禽的數量。研究區整體的合理規模為72037頭豬當量, 其中亭湖區的合理規模是12863頭豬當量, 鹽都區則是59174頭豬當量。鹽都區的畜禽容納量遠遠高于亭湖區, 其中大岡鎮的合理規模最大, 大縱湖鎮的畜禽養殖合理規模最小, 為1980頭豬當量; 鹽都區各鎮合理規模的均值是3902.73頭豬當量, 是亭湖區各鎮畜禽合理規模均值的5.33倍。在研究區中, 鹽都區大岡鎮畜禽養殖合理規模值最大, 為122487.13頭豬當量; 亭湖區的毓龍街道辦事處合理規模值最小, 為0.19頭豬當量。從實地調查的結果來看, 各鎮整體上畜禽承載量并不太高, 養殖密度也存在較大差異。本研究的結果主要依據土壤和養殖規模等客觀數據, 但種養平衡需要農戶與養殖戶的積極參與。從我們的調查情況來看, 研究區農戶由于有機肥養分含量低、氣味大, 轉運不便等因素, 對于使用畜禽糞污積極性普遍不高。加之研究區養殖戶環保意識較低, 隨意堆放等粗放式糞污處理方式較為常見, 導致研究區實際畜禽污染風險比測算結果更為嚴重。

a. 農作物氮養分消耗量; b. 土壤供氮肥總量; c. 土壤有效氮測定值

Figure 2 Nitrogen demand, soil supply of nitrogen and available nitrogen of study area

a. 為農作物生長需要氮值; b. 為土壤供應氮的值; CN. 為氮元素的畜禽承載力; TCN. 為畜禽養殖承載水平

Figure 3 Livestock and poultry carrying capacity in Yancheng

3 討論

3.1 研究區農業生產及其對種養平衡的影響

土壤作為農業生產的主要自然資源, 以土壤為中心由土壤與其環境條件組成的土壤生態系統的好壞決定了農業的可持續發展[19], 故必須引起重視。作為江蘇重要的生態涵養區, 鹽城市2015年農用地109.48×104hm2, 耕地為83.71×104hm2, 耕地仍是它土地利用的重要方式之一。糧食的產量雖與化肥施用緊密相關, 但也離不開自然環境、農戶耕種經驗、政策幫扶和科技進步等因素的作用。不可否認, 隨著人口增多, 糧食需求量增大, 給作物提供養分的化肥投入量也在逐年增加, 但逃不脫邊際效益遞減的規律的影響。而隨著國家更加注重生態文明, 有機肥添加及其種養結合必將得到有效實施。這一過程在提升經濟效益的同時, 更多的是提升區域的生態效益, 也能從根本上改變人們固有的經濟效益邊際遞減的傳統認識。鹽城市濱海灘涂墾區作為典型的淤泥質海岸, 圍墾初期墾區土壤鹽分含量高, 養分含量不足, 不能直接用于作物種植, 必先經過海水養殖或拋荒來加速土壤脫鹽[20]。亭湖區和鹽都區屬于圍墾較早的地區, 當前, 土壤質量也達到了大面積種植的要求[21–22], 大小麥、水稻、玉米等糧食作物和經濟作物被廣泛種植。墾區土壤鹽分大多低至1%以下, 已達到傳統農業區的水平[23]。圍墾后土壤養分種類中氮、磷養分含量呈顯著增加的趨勢, 但是仍然不能像傳統農區那樣進行長期的大田作物輪作。在研究區大麥–玉米、大麥–棉花、小麥–油菜是較多的輪作方式。但是由于地力低下, 人們只能輪作一到兩年之后進行一次拋荒或者牧草培肥以增強土壤養分水平。其中, 氮是研究區土壤中較為緊缺的養分, 已有的研究表明, 南通市如東縣墾區圍墾60年之后的土壤表層氮含量也僅有0.07%, 相當于國家第二次土壤普查土壤養分分級的第五級[24]。畜禽糞便及其有機肥是氮含量較高的肥料來源, 市面上傳統的有機肥和復合肥的氮含量都超過了15%, 甚至到了20%以上。合理添加有機肥和畜禽糞便可以使土壤總氮和硝態氮的提升明顯[25]。

3.2 濱海地區畜禽養殖可持續發展對策

不同于傳統的大農場, 研究區的畜禽養殖方式多是小規模家庭作坊式的養殖方式。根據課題組在鹽城調查獲得的數據表明, 研究區近一半的養殖戶豬存欄數小于100頭, 雞少于5000只(表2)。但是由于養殖場周邊耕地數量有限, 且農村青壯年勞動力流失嚴重, 大量的畜禽糞便被隨意堆放。加之研究區河溝縱橫, 造成了非常嚴重的水體污染。同時, 養殖場氣味較為難聞, 周邊普通住戶對此意見非常大, 合理布局畜禽養殖空間也是目前亟需解決的重要問題[26]。濱海地區嚴重的畜禽養殖污染問題必須依靠種養結合的方式去解決。在種植區與養殖區空間協調分布的前提下, 對畜禽養殖廢棄物進行多渠道開發(生產有機肥、還田、生產沼氣等)。基于此認識, 2017年8月中國農業部發布《種養結合循環農業示范工程建設規劃(2017—2020年)》(簡稱“規劃”), 規劃中重點發展以“以種帶養, 以養促種”為特點的種養結合循環農業。強調以就地消納、能量循環和綜合利用為主線, 采取政府支持、企業運營、社會參與和整縣推進為方式的新一輪種養結合循環農業試點和改革。力爭到2020年, 列入國家支持的200個畜牧大縣, 全縣畜禽糞污綜合利用率需達到90%以上, 規模養殖場糞污處理設施裝備配套率達到100%。由于市場調節作用在畜禽糞污處理環節效果不明顯, 在推行機制上應實行政府主導、農戶考核、市場參與為原則的種養結合措施。對于市場不能充分調節到位的糞污轉運、有機肥施用、沼氣池建設等方面進行政府補貼、技術指導和資金支持。對于農戶和養殖戶也要接受政府考核、監管甚至處罰。初期收益歸農戶和養殖戶, 后期形成規范和規模擴大后, 收益政府與農戶按比例分紅。

相比于內陸的傳統農區, 鹽城市鹽都區和亭湖區的禽畜養殖環境承載力較低, 發展潛力較大。但鹽城市地處蘇北, 經濟并不發達, 畜禽養殖區大多為養殖戶自行發展而成, 養殖點分布較為零散, 缺少規劃布局的指引。從養殖戶的空間分布的調查情況看, 養殖戶多在市區等人口密集區或主要河流附近進行畜禽養殖, 對局部地區造成了嚴重的污染。作為全國重點關注的畜禽污染控制區, 不能盲目擴展畜禽養殖的規模, 而應對現有的養殖規模進行約束, 合理規劃畜禽養殖的空間分布, 嚴格管制局部環境污染嚴重的地區。在規模上推行集約化養殖, 摒棄家庭作坊式的小規模養殖方式。同時, 鹽城市的禁養區主要集中在通榆河等河流的一級水源保護區內, 應嚴格落實禁養區方案。研究區內河流眾多, 多處被劃為禁養區, 故不能“一刀切”地發展畜禽養殖業。而應因地制宜發展多種養殖、規模養殖、生態養殖, 積極發揮種養結合循環利用模式、技術型生態養殖模式、畜禽糞尿綜合利用模式等生態養殖模式。鼓勵專業人員到養殖戶間進行有效推廣, 使之成為鹽城市畜禽養殖的三大主要類型。在養殖戶生產生活中, 不僅要落實各類沼氣工程和畜禽糞便處理中心的建立, 更要切實發揮功效實現利民便民和環境保護。在政策上, 應建立高標準畜禽養殖示范區, 對單位面積土地畜禽承載量嚴格控制, 對超過土地承載力的鎮(街道)進行合理規模養殖, 對局部養殖污染較嚴重的地區進行整改。同時, 應對禁養區內的養殖戶給予一定補償, 幫助他們實現再就業, 對仍在從事養殖的農戶給予政府養殖補貼, 并進行科學技術指導, 幫助他們解決養殖過程中遇到的切實問題。

表2 樣本養殖戶個體特征及養殖基本情況描述

注: 數據來自于2017年課題組養殖戶調研數據。

4 結論

1)研究區農作物氮需求總量為1.44×104t, 其中亭湖區和鹽都區種植業農產品生產消耗總氮分別為5472.97 t和8961.37 t, 鹽都區氮消耗量明顯高于亭湖區。總體上, 大岡鎮氮需求量最高, 達1349.73 t, 其次是秦南鎮, 為1221.49 t, 接著依次是龍岡鎮、鹽東鎮、步鳳鎮; 中部和西南部地區氮養分消耗量最少, 毓龍街道辦事處氮消耗量僅達0.019 t。

2)研究區土壤氮養分供給量為0.97×104t, 其中亭湖區土壤氮養分供給量為4428.76 t, 鹽都區土壤氮養分供給量為5225.07 t。土壤氮養分供給量最高的是大岡鎮, 達797.31 t, 是土壤供肥能力最小的大縱湖鎮的3.64倍; 然后依次是鹽東鎮、秦南鎮、步鳳鎮、龍岡鎮、青墩鎮, 其余地區土壤供氮能力較為均衡。

3)研究區基于氮的畜禽環境承載力均值為5.77頭豬當量·hm-2, 在全國處于較低水平, 承載潛力較大; 畜禽養殖合理承載規模為7.20×104頭豬當量, 亭湖區的養殖合理承載規模是12863頭豬當量, 鹽都區是59174頭豬當量, 鹽都區的畜禽容納量遠遠高于亭湖區, 其中又以鹽都區大岡鎮的畜禽養殖合理承載規模為最大, 亭湖區的毓龍街道辦事處合理承載規模為最小。

4)研究區土壤氮養分含量較為緊缺, 應通過合理添加有機肥和畜禽糞便使土壤總氮和硝態氮得到提升; 研究區鄉鎮間畜禽養殖的差異較大, 且空間分布錯位, 局部地區污染嚴重, 后續發展中應結合各地實際, 確定適宜的養殖規模與畜禽結構, 通過種養結合實現有效平衡, 以此加快現代畜禽養殖業發展進程。

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Analysis of environmental carrying capacity of livestock and poultry breeding in Yancheng City based on nitrogen balance

ZOU Chenxin, ZHAO Dongping, XU Xinyue, WANG Wenchao, YANG Wenhui, LIU Lili*, LI Jianguo*

School of Geography, Geomatics, and Planning, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China

Coastal areas are the special areas characterized by land-sea interaction and fragile environment. Jiangsu’s coastal areas are the most concentrated regions for livestock and poultry breeding in Jiangsu Province, which generally causes higher environmental risks and big pressure on regional ecological environment. The balance of planting and breeding is one of the main strategies for restricting the scale of regional breeding and further relieving environmental risks. In this study, Yancheng City is chosen as an case study to estimate the environmental carrying capacity of livestock and poultry breeding using Truog's nutrient balance framework. Data from local government statistics, field survey and sampling are all collected to analyze the N stock in soil, N demands of crops production and N-supplying capacity of livestock and poultry breeding. The results show that: (1) Soil N content in the study area is relatively low, and total N demands for crops growth is up to 14400 tons. However, the scale of N-supplying capacity of soil is merely 0.97 million tons. (2) The reasonable scale of breeding in the study area is about 72000 pigs equivalent, and the average environmental carrying capacity of livestock and poultry breeding is about 5.77 pigs equivalent per hm2, which is in a low level through country. Nevertheless, the potential of carrying capacity of livestock and poultry breeding is large, and is produced a threat to the environment. Additionally, there are significant differences among towns in livestock and poultry breeding development. (3) The livestock and poultry breeding in the study area is not co-located with planting and consequently resulting in pollution in some zones. The results can provide support for combinating planting and breeding in coastal areas, adjusting the structure of breeding, and modernizing of animal husbandry.

coastal area; breeding-planting balance; livestock and poultry breeding; carrying capacity

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.04.023

S811.5

A

1008-8873(2019)04-169-09

2018-06-28;

2018-07-27

江蘇省高校自然科學研究項目(17KJB170006); 教育部人文社會科學研究一般項目(17YJCZH085);國家自然科學基金項目(41701371);江蘇省高等學校大學生創新創業訓練計劃項目(201610320043Z); 江蘇高校優勢學科建設工程資助項目

鄒晨昕(1996—), 女, 浙江溫州人, 主要從事灘涂養殖戶行為研究, E-mail: 787493241@qq.com

李建國(1986—), 男, 博士, 副教授, 主要從事海岸帶開發及其生態環境效應研究, E-mail:lijianguo531@126.com

劉麗麗(1984—), 女, 碩士, 助理研究員, 主要從事濱海畜禽養殖環境效應研究, E-mail:huanyin728@126.com

鄒晨昕, 趙冬萍, 徐新悅, 等. 基于氮平衡的鹽城市畜禽養殖環境承載力分析[J]. 生態科學, 2019, 38(4): 169-177.

ZOU Chenxin, ZHAO Dongping, XU Xinyue, et al. Analysis of environmental carrying capacity of livestock and poultry breeding in Yancheng City based on nitrogen balance[J]. Ecological Science, 2019, 38(4): 169-177.