山西省主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力分析

閆熠峰，劉子勇，成錦霞

（山西省農業規劃設計研究院，山西太原030001）

十九大報告明確指出，要建設的現代化是人與自然和諧共生的現代化。隨著養殖業發展，畜禽糞污資源化利用越來越重要，雖然畜禽糞污作為有機肥還田用于作物的生產是最合適的去向，但當一定區域內畜禽養殖規模超過土地承載力時，就有可能對土壤、水體與大氣環境造成污染，因此，以資源環境承載力為基準，進一步優化種植業、養殖業結構，促進農業資源環境的合理開發與有效保護，才能進一步改善農村居民生產生活環境，促進農業綠色可持續發展，真正實現人與自然和諧共生。

山西省為全面貫徹落實黨的十九大精神，牢固樹立創新、協調、綠色、開放、共享發展理念，2017 年出臺了《山西省畜禽糞污處理和資源化利用工作方案（2017—2020 年）》[1]。方案要求堅持保供給與保環境并重，根據環境承載能力確定畜禽養殖的品種、規模總量，以種養結合、循環利用為主要推廣模式，全面推進畜禽糞污處理和資源化利用，加快全省畜牧業綠色發展步伐和全省生態文明建設步伐。關于畜禽糞污資源化利用國內學者開展了許多研究[2-4]。

本研究以2017 年山西省各市縣區主要糧食作物（小麥、玉米、谷子、高粱、大豆和馬鈴薯）產量和山西省各市縣區主要畜禽（牛、豬、羊和家禽）年末存欄量[5]，結合糧食作物吸收氮、磷養分的數量和各種畜禽糞肥養分供給量展開分析，從宏觀的角度，對山西省各市縣區畜禽糞肥供給量和土地承載力進行對比分析，為各市縣區以種定養和養殖規模調整提供依據。

1 山西省種植業和養殖業概況

山西省是我國內陸省份，位于黃河中游東岸，華北平原西面的黃土高原上，全省總面積15.67 萬km2，在氣候類型上屬于溫帶大陸性季風氣候，具有四季分明、雨熱同步、光照充足、南北氣候差異顯著、冬夏氣溫懸殊、晝夜溫差大的特點，全省各地年降水量介于358～621 mm，季節分布不均，夏季6—8 月降水相對集中，約占全年降水量的60%。

1.1 種植業現狀

2017 年，山西省的糧食作物總播種面積為317.159 萬hm2，比2015 年減少8.475 萬hm2，比2010 年減少3.869 萬hm2，但是主要糧食作物產量均有所增加。2017 年與2015 年相比，谷子和馬鈴薯產量增加較多，分別增產9.83 萬、13.92 萬t；2017 年與2010 年相比，小麥、玉米、谷子和馬鈴薯大幅度增產，分別增加15.51 萬、168.42 萬、22.26 萬、20.62 萬t（表1）。

表1 山西省主要年份主要糧食作物的產量[5] t

1.2 養殖業現狀

由表2 可知，2017 年山西省豬、牛的出欄量較2015 年均有下降，豬出欄量降幅較大，從2015 年的906.39 萬頭降至2017 年的822.80 萬頭；牛的降幅較小，從2015 年的40.23 萬頭降至2017 年的40.13 萬頭，減少0.10 萬頭。羊的出欄量從2015 年的537.86 萬頭增至2017 年的590.54 萬頭。而2017 年同2010 年相比，豬、牛、羊的出欄量均有較大增加，分別增加93.15 萬、5.15 萬、165.60 萬頭。2017 年牛、豬、羊、家禽的存欄量較2010 年均有所增加，而與2015 年相比，除牛的存欄量略有增加外，豬、羊、家禽的存欄量均有所下降（表3）。

表2 山西省主要年份主要畜禽的年出欄量[5]

表3 山西省主要年份主要畜禽的年末存欄量[5]

2 山西省各市縣區主要糧食作物對氮、磷素養分的需求量

根據2017 年各市縣區6 種主要糧食作物的產量數據和山西省土壤工作站提供的不同作物形成100 kg 經濟產量需要吸收氮、磷養分量的推薦值，計算出山西省各市縣區6 種主要糧食作物對氮、磷素養分的需求量（表4）。

2017 年山西省11 個地市對氮素養分的總需求量為40.59 萬t，其中，太原市0.80 萬t、大同市2.65 萬t、陽泉市0.65 萬t、長治市4.16 萬t、晉城市2.37 萬t、朔州市3.07 萬t、晉中市4.54 萬t、運城市8.50 萬t、忻州市4.27 萬t、臨汾市7.08 萬t、呂梁市2.50 萬t。

表4 形成100 kg 經濟產量所吸收的養分量 kg

2017 年山西省11 個地市對磷素養分的總需求量為14.29 萬t，其中，太原市0.27 萬t、大同市0.90 萬t、陽泉市0.22 萬t、長治市1.41 萬t、晉城市0.80 萬t、朔州市1.04 萬t、晉中市1.53 萬t、運城市3.20 萬t、忻州市1.50 萬t、臨汾市2.60 萬t、呂梁市0.82 萬t。

太原市的清徐縣和陽曲縣對氮、磷素的需求量較大，迎澤區和杏花嶺區需求量較小；大同市的陽高縣、天鎮縣、廣靈縣和渾源縣對氮、磷素的需求量較大，左云縣和開發區需求量較小；陽泉市的盂縣對氮、磷素的需求量較大，郊區需求量較小；長治市的屯留縣和長子縣對氮、磷素的需求量較大，城區需求量較小；晉城市的澤州和高平市對氮、磷素的需求量較大，開發區需求量較小；朔州市的朔城區和應縣對氮、磷素的需求量較大，開發區需求量較小；晉中市的壽陽縣、太谷縣、祁縣和平遙縣對氮、磷素的需求量較大，開發區需求量較小；運城市的聞喜縣、芮城縣和永濟市對氮、磷素的需求量較大，垣曲縣需求量較小；忻州市的忻府區和原平市對氮、磷素的需求量較大，五臺山風景名勝區需求量較小；臨汾市的襄汾縣和洪洞縣對氮、磷素的需求量較大，吉縣需求量較小；呂梁市的文水縣對氮、磷素的需求量較大，中陽縣需求量較小。

3 山西省各市縣區主要糧食作物對糞肥養分的需求量

3.1 主要糧食作物對糞肥養分需求量的測算方法

依據農業部制定的《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》[6]中的測算方法，對不同土壤肥力下區域內植物氮（磷）總養分需求量進行計算。

氮（磷）施肥供給養分占比根據土壤氮（磷）養分確定，土壤不同氮磷養分水平下的施肥供給占比不同（表5）。根據山西主要耕作土壤肥力的研究結果[6-7]，本研究的土壤肥力按Ⅱ級計算，施肥供給養分占比45%[7-8]計算。不同區域的糞肥占施肥比例應根據當地實際情況確定，本研究計算按50%取值；依據《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》，糞肥中氮素當季利用率推薦值為25%～30%，磷素當季利用率推薦值為30%～35%，具體根據當地實際情況確定，本研究計算均按中間值取。

表5 土壤不同氮磷水平下施肥供給養分占比[6]

3.2 主要糧食作物對糞肥養分需求量

按照3.1 計算方法得出，山西省11 個地市6 種主要糧食作物小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、馬鈴薯對糞肥養分氮的需求總量為33.21 萬t，其中，太原市0.65 萬t、大同市2.17 萬t、陽泉市0.53 萬t、長治市3.40 萬t、晉城市1.94 萬t、朔州市2.51 萬t、晉中市3.72 萬t、運城市6.96 萬t、忻州市3.50 萬t、臨汾市5.79 萬t、呂梁市2.04 萬t。

11 個地市對糞肥養分磷的需求總量為9.89 萬t，其中，太原市0.19 萬t、大同市0.62 萬t、陽泉市0.15 萬t、長治市0.98 萬t、晉城市0.55 萬t、朔州市0.72 萬t、晉中市1.06 萬t、運城市2.21 萬t、忻州市1.04 萬t、臨汾市1.80 萬t、呂梁市0.57 萬t。

計算分析中施肥供給養分占比、糞肥占施肥比例以及糞肥當季利用率均為確定的數值，故此計算結果所反映的不同市縣區糞肥養分的需求量的比較情況同市縣區主要糧食作物對氮、磷素養分的需求量的比較結果一致。

4 山西省各市縣區主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力

畜禽糞污土地承載力是指在土地生態系統可持續運行的條件下，一定區域內耕地、林地和草地等所能承載的最大畜禽存欄量。畜禽糞污土地承載力一般用豬當量來衡量。豬當量指用于衡量畜禽氮（磷）排泄量的度量單位，1 頭豬為1 個豬當量[6]。本研究主要探討各市縣區種植6 種主要糧食作物小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、馬鈴薯的耕地畜禽糞污土地承載力。綜合考慮畜禽糞污養分在收集、處理和貯存過程中的損失，單位豬當量氮養分供給量為7.0 kg，磷養分供給量為1.2 kg。

4.1 山西省各市縣區主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力（氮）

依據各市縣區6 種主要糧食作物小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、馬鈴薯對糞肥養分氮的需求量和單位豬當量氮養分供給量，計算得出各市縣區主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力（氮）總數量為4 744.67 萬個豬當量，其中，太原市92.90 萬個豬當量、大同市309.48 萬個豬當量、陽泉市75.88 萬個豬當量、長治市486.18 萬個豬當量、晉城市277.19 萬個豬當量、朔州市358.81 萬個豬當量、晉中市530.97 萬個豬當量、運城市994.06 萬個豬當量、忻州市499.40 萬個豬當量、臨汾市827.77 萬個豬當量、呂梁市292.03 萬個豬當量。

4.2 山西省各市縣區主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力（磷）

依據山西各市縣區6 種主要糧食作物小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、馬鈴薯對糞肥養分磷的需求量和單位豬當量磷養分供給量，計算得出各市縣區主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力（磷）總數量為8 241.82 萬個豬當量，其中，太原市154.70 萬個豬當量、大同市519.65 萬個豬當量、陽泉市127.34 萬個豬當量、長治市814.89 萬個豬當量、晉城市460.79 萬個豬當量、朔州市597.28 萬個豬當量、晉中市880.20 萬個豬當量、運城市1 843.80 萬個豬當量、忻州市864.69 萬個豬當量、臨汾市1 504.68 萬個豬當量、呂梁市473.80 萬個豬當量。

4.3 山西省各市縣區主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力

按照氮和磷計算得出山西省各市縣區主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力，2 組數值取最小值，得出山西省各市縣區主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力。山西省所有市縣區6 種主要糧食作物耕地的畜禽糞污土地承載力均取決于氮素的土地承載力。因此，各市縣區主要糧食作物耕地畜禽糞污土地承載力總數量為4 744.67 萬個豬當量，其中，太原市92.90 萬個豬當量、大同市309.48 萬個豬當量、陽泉市75.88 萬個豬當量、長治市486.18 萬個豬當量、晉城市277.19 萬個豬當量、朔州市358.81 萬個豬當量、晉中市530.97 萬個豬當量、運城市994.06 萬個豬當量、忻州市499.40 萬個豬當量、臨汾市827.77 萬個豬當量、呂梁市292.03 萬個豬當量。

山西省各市縣區主要糧食作物耕地畜禽糞污土地承載力由作物糞肥養分氮的需求量和單位豬當量氮養分供給量決定，單位豬當量的氮養分供給量是一確定數值，故此計算結果所反映的不同市縣區的主要糧食作物耕地畜禽糞污土地承載力比較情況同各市縣區主要糧食作物對糞肥養分的需求量比較結果一致。

5 山西省各市縣區主要畜禽年末存欄量豬當量折算

本研究對山西省各市縣區主要糧食作物糞污土地承載力和畜禽養分供給量比較分析時，選擇了4 種主要畜禽，畜禽分別是牛（奶牛、其他）、豬、羊和家禽。

依據《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》中的標準，按存欄量折算：100 頭豬相當于15 頭奶牛、30 頭肉牛、250 只羊、2 500 只家禽。根據2018 年《山西省統計年鑒》的數據，結合《2015 年度山西省奶業發展報告》[9]的數據，折算出山西省各市縣區主要畜禽牛（奶牛、其他）、豬、羊、家禽年末存欄量豬當量數量。各市縣區主要畜禽牛、豬、羊、家禽年末存欄量豬當量總數量為2 219.77 萬個豬當量，其中，太原市77.62 萬個豬當量、大同市277.74 萬個豬當量、陽泉市35.45 萬個豬當量、長治市168.70 萬個豬當量、晉城市156.85 萬個豬當量、朔州市211.89 萬個豬當量、晉中市279.30 萬個豬當量、運城市315.06 萬個豬當量、忻州市242.07 萬個豬當量、臨汾市213.92 萬個豬當量、呂梁市241.17 萬個豬當量。

太原市的清徐縣和陽曲縣主要畜禽年末存欄量折算成的豬當量數較大，迎澤區較小；大同市的陽高縣、渾源縣豬當量數較大，開發區較小；陽泉市的平定縣豬當量數較大，郊區較小；長治市的長治縣和長子縣豬當量數較大，城區較小；晉城市的澤州縣和高平市豬當量數較大，開發區較小；朔州市的山陰縣和應縣豬當量數較大，開發區較小；晉中市的太谷縣和平遙縣豬當量數較大，開發區較小；運城市的稷山縣和新絳縣豬當量數較大，河津市較小；忻州市的繁峙縣和原平市豬當量數較大，五臺山風景名勝區較小；臨汾市的襄汾縣豬當量數較大，大寧縣較小；呂梁市的文水縣豬當量數較大，石樓縣較小。

6 山西省各市縣區主要糧食作物耕地糞污土地承載力與主要畜禽年末存欄量（豬當量計）比較

山西省11 個地市6 種主要糧食作物小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、馬鈴薯耕地總的糞污土地承載力均比各市主要畜禽牛、豬、羊、家禽年末總的存欄量折算的豬當量要大，但是各個縣區的情況不同，除晉城市、運城市和臨汾市所有的區縣6 種糧食作物耕地糞污土地承載力均大于4 種畜禽年末存欄量折算的豬當量外，其余各市中都有區縣糞污土地承載力小于畜禽年末存欄量折算的豬當量的情況，如太原市的迎澤區、杏花嶺區、尖草坪區、萬柏林區、婁煩縣和古交市；大同市的南郊區、新榮區、靈丘縣、左云縣和大同縣；陽泉市郊區和長治市郊區；晉中市開發區；朔州市的平魯區和右玉縣；忻州市的繁峙縣、寧武縣、靜樂縣、岢嵐縣和五臺山風景名勝區；呂梁市的離石區、交城縣、方山縣、交口縣、中陽縣和孝義市。

7 結論

7.1 優化畜牧業區域布局

各市需要進一步調整優化畜禽養殖布局，堅持以土地承載能力定畜、以種定養，將養殖重點區域調整到土地承載能力較大的縣區，促使種養業在布局上相協調，在規模上相匹配。如太原市可以增加養殖規模的區縣有陽曲縣、清徐縣；大同市可以增加養殖規模的區縣有陽高縣、天鎮縣、廣靈縣；陽泉市的盂縣；長治市的襄垣縣、屯留縣、長子縣和沁縣；朔州市可以增加養殖規模的區縣有山陰縣、應縣等；忻州市可以增加養殖規模的區縣有定襄縣、五寨縣。

7.2 糞肥合理管理，科學調配施用

對于畜禽規模養殖場要按照本場條件選擇適合的畜禽糞污處理工藝，配備必要的糞污收集、貯存、處理、利用設施，減少糞污污染，提高糞污利用率；對于畜禽散養密集區，建議建設集中處理中心，將糞污全量收集，依托專業化的糞污收集企業、糞污處理企業和有機肥生產企業，集中收集糞污并進行無害化處理。各縣市區應重點推廣“糞污全量收集還田利用”、“糞污專業化能源利用”、“糞便墊料回用”、“污水肥料化利用”等模式[10-13]，對糞肥進行合理管理，科學調配施用，增加有機肥施用量，減少化肥使用量，推進種植業、畜牧業生產和生態環境保護協同發展，加快山西省生態文明建設。