濰坊市畜禽糞污土地承載力分析與風險評估

蘇成文 崔金霞 陳 焱 王邦磊 丁玉娟 郭洪梅*

（1山東畜牧獸醫職業學院，山東濰坊 261061；2山東省壽光市農業農村局，山東壽光 262700；3山東省昌邑市農業農村局，山東昌邑 261300）

濰坊市位于山東半島中部，土地總面積1.62萬平方千米，是全國著名的畜牧業大市。2018年，濰坊市畜牧業產值308.52億元，占農林牧漁業總產值的31.37%，年末家禽存欄1.08億只、生豬存欄361.54萬頭、羊存欄71.09萬只、大牲畜存欄17.05萬頭，全年糞污排泄總量1 350.28萬t。快速發展的畜牧業在增加農民收入的同時，也帶來了畜禽糞污亟需解決的難題。2017年6月，國務院辦公廳出臺了《關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》，隨后，2017年7月，農業農村部印發《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017-2020年）》，2017年9月，山東省人民政府辦公廳下發《關于印發山東省加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用實施方案的通知》。可見，畜禽生產與環境保護協調發展、養殖與種植相互結合、畜禽養殖數量與作物種植面積合理匹配，已成為畜牧業可持續發展的必由之路。

本文依據濰坊市畜禽養殖與作物種植規模，利用畜禽糞污土地承載力測算技術，分析了畜禽糞污排放量和農田負荷量，評估了各區市畜禽糞污污染風險，為濰坊市科學布局畜禽生產區域，合理確定畜禽養殖規模，有效推進種養結合與農牧循環，實現畜牧業健康、可持續發展提供技術指導和理論支撐。

1 數據來源

2018年，為貫徹鄉村振興戰略，實施畜牧業供給側結構性改革，促進全產業鏈新舊動能轉換，山東畜牧獸醫職業學院與濰坊市畜牧獸醫局聯合開展了濰坊市畜牧業發展情況的調查研究。本文數據主要來自該次調研及濰坊市2018年國民經濟和社會發展統計公報與2019年濰坊市統計年鑒。

2 濰坊市畜禽糞污養分含量分析

2.1 濰坊市各縣市區畜禽養殖量

調查發現，2018年末，濰坊市牛存欄16.89萬頭，馬屬動物存欄0.16萬頭，生豬存欄361.54萬頭，山羊存欄38.99萬只，綿羊存欄32.10萬只，家禽存欄1.08億只，家兔存欄34.01萬只。2018年濰坊市各縣市區畜禽存欄量見表1。

2.2 濰坊市各縣市區畜禽糞污排泄量與畜禽糞污養分含量分析

2.2.1 畜禽糞尿日排泄量與糞尿養分含量

影響畜禽糞尿日排泄量與糞尿中養分含量的因素較多，相關報道也存在差異[1-7]，本文中畜禽糞尿日排泄量根據調研結果確定，糞尿中養分含量參考文獻[1-3]。畜禽糞尿日排泄量與鮮糞尿中養分平均含量如表2。

2.2.2 各縣市區畜禽糞尿年排泄量及總氮與總磷量

畜禽糞尿年排泄量等于畜禽每日排泄的固體糞便和尿液量乘以該畜禽養殖數量，再乘以飼養周期，計算公式為：

式中，TM為畜禽糞污年排泄量，單位t，i為畜禽類型，Fi為某類畜禽糞污日排泄量，單位g/kg，Ui為某類畜禽尿液日排泄量，單位g/kg，Ai為某類畜禽飼養量。

畜禽年排泄糞肥養分（氮或磷）總量等于畜禽每日排泄的固體糞便和尿液量乘以該畜禽糞污和尿液養分（氮或磷）含量，再乘以飼養周期，計算公式為：

表1 2018年濰坊市各縣市區畜禽存欄量 單位：萬頭 （只）

表2 畜禽糞尿日排泄量與鮮糞尿中養分平均含量

式中，TMN為畜禽糞肥養分（氮或磷）含量，單位t，Nfi為某類畜禽糞污養分（氮或磷）含量，單位g/kg，Nui為某類畜禽尿液養分（氮或磷）含量，單位g/kg。

根據公式①和②計算出2018年濰坊市各縣市區畜禽糞尿排泄量及總氮與總磷量，見表3。

3 濰坊市土地糞肥養分需求量分析

3.1 濰坊市各縣市區農林果蔬產量

2018年濰坊市農林果蔬產量1 988.95萬t，其中，糧食作物427.69萬t，油料20.80萬t，棉花0.74萬t，煙葉1.86萬t，蔬菜和瓜類1449.15萬t，茶葉0.08萬t，水果88.62萬t；林類產量61.61萬m3。2018年濰坊市各縣市區農林果蔬產量見表4。

3.2 濰坊市土地糞肥養分需求量

3.2.1 濰坊市各縣市區植物養分需求量

各類植物形成相同產量需要吸收氮或磷量各報道有一定差異，本文主要參考農業農村部辦公廳印發的《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》[8]。不同植物形成100 kg產量需要吸收氮或磷量推薦值見表5。

表3 2018年濰坊市各縣市區畜禽糞尿排泄量及總氮與總磷量 單位：t

表4 2018年濰坊市各縣市區農林果蔬產量 單位：t

續表4 2018年濰坊市各縣市區農林果蔬產量 單位：t

續表4 2018年濰坊市各縣市區農林果蔬產量 單位：t

續表4 2018年濰坊市各縣市區農林果蔬產量 單位：t

植物養分（氮或磷）需求量等于植物產量乘以該植物形成100 kg產量需要吸收的養分推薦值。計算公式為：

式中，Nneed為植物養分（氮或磷）需求量，單位為t，Yi為不同植物的產量，單位為t，Ci為不同植物形成100 kg產量需要吸收的養分推薦值，單位為kg。

由公式③計算出2018年濰坊市各縣市區土地養分需求量，見表6。

3.2.2 濰坊市土地糞肥養分需求量

土地糞肥養分需求量等于植物養分（氮或磷）需求量乘以施肥供給養分占比，再乘以糞肥占施肥比例，除以糞肥當季利用率。計算公式為：

表5 不同植物形成100 kg產量需要吸收氮或磷量推薦值 單位：kg

表6 2018年濰坊市各縣市區植物養分需求量 單位：t

Nmanure為土地糞肥養分（氮或磷）需求量，單位為t，Pn施肥供給養分占比，Pm糞肥占施肥比例，Um糞肥當季利用率。

氮（磷）施肥供給養分占比根據土壤氮（磷）養分確定，根據調研，濰坊市各縣市區土壤氮磷養分水平下的施肥占比推薦值為45%，糞肥占施肥比例一般為50%，糞肥中氮素當季利用率取30%，磷素當季利用率取35%。由公式④計算出2018年濰坊市各縣市區土地糞肥養分需求量見表7。

4 濰坊市土地畜禽糞污負荷分析與環境風險評估

4.1 濰坊市各縣市區土地畜禽糞污負荷量分析

2018年，濰坊市各縣市區農林果蔬用地面積107.36萬hm2，其中，農作物播種面積100.95萬hm2，果園3.32萬hm2，當年造林1.01萬hm2，林木育苗1.54萬hm2，森林撫育0.54萬hm2。2018年濰坊市各縣市區農林果蔬用地面積見表8。

表7 2018年濰坊市各縣市區土地糞肥養分需求量 單位：t

⑴單位土地畜禽糞污負荷量：畜禽糞污排放量除以農林果蔬用地面積，便得到單位土地糞污負荷量。單位土地畜禽糞污負荷量計算公式為：

式中，Lm為單位土地糞污負荷量，單位為kg/hm2，TM為畜禽糞污年排泄量，單位為t，Sa為農林果蔬用地面積，單位為hm2。

⑵單位土地豬當量負荷量：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。1個豬當量的氮排泄量為11 kg，磷排泄量為1.65 kg。由于不同類型和不同階段畜禽糞尿的養分差異較大，依據農業農村部《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》，可以用豬糞肥土地施用量來計算土地負荷。先將不同畜禽糞污按含氮量統一換算成豬當量，然后統一用豬當量來計算土地畜禽糞污負荷量。豬當量系數計算公式為：

表8 2018年濰坊市各縣市區農林果蔬用地面積 單位：hm2

式中，EP為豬當量系數，Fi為某類畜禽糞污日排泄量，單位為kg/d，Nfi為某類畜禽糞污氮含量，單位為g/kg，Ui為某類畜禽尿液日排泄量，單位kg/d，Nui為某類畜禽尿液氮或含量，單位g/kg，Fp為豬糞便日排泄量，單位為kg/d，Nfp為豬糞便氮含量，單位為g/kg，Up為豬尿液日排泄量，單位kg/d，Nup為豬尿液氮或含量，單位g/kg。各類畜禽豬當量系數見表9。

總豬當量除以農林果蔬用地面積，便得到單位土地豬當量負荷量。單位土地豬當量負荷量計算公式：

式中，Lp為單位土地豬當量負荷量，EPi為某類畜禽豬當量系數，Ai為某類畜禽飼養量。

⑶單位土地糞肥養分負荷量：畜禽糞肥養分含量除以農林果蔬用地面積，便得到單位土地糞肥養分負荷量。單位土地糞肥養分負荷量計算公式為：

式中，Ln為單位土地糞肥養分負荷量，單位為kg/hm2，TMN為畜禽糞肥養分含量，單位為t，Rn養分（氮或磷）留存率，為65%，Sa為農林果蔬用地面積，單位為hm2。

⑷單位土地糞肥養分需求量：土地糞肥養分需求量除以農林果蔬用地面積，便得到單位土地糞肥養分需求量。單位土地糞肥養分負荷量計算公式為：

式中，Nn為單位土地糞肥養分需求量，單位為kg/hm2，Nmanure為土地糞肥養分需求量，單位為t，Sa為農林果蔬用地面積，單位為hm2。

由公式⑤、⑦、⑧、⑨計算得出2018年濰坊市各縣市區單位土地畜禽糞污負荷量、單位土地豬當量負荷量、單位土地糞氮負荷量、單位土地糞磷負荷量、單位土地糞氮需求量、單位土地糞磷需求量，見表10。

表9 各類畜禽豬當量系數

土地畜禽糞污負荷量可以間接衡量當地畜禽飼養密度及養殖布局的合理性。根據2000年《全國規模化畜禽養殖業污染情況調查技術報告》及相關文獻，從環境風險角度考慮，每公頃土地負荷的畜禽糞污不超過30 t為宜，如果高于這一水平會導致土壤富營養化[9-11]。濰坊市2018年土地畜禽糞污負荷量為12.58 t/hm2，其中昌樂縣糞污負荷量最高，為21.39 t/hm2，沒超過理論適宜量。歐盟農業政策中規定土地年施氮量170 kg/hm2、年施磷量35 kg/hm2[12]，濰坊市2018年土地畜禽糞污氮負荷量為56.57 kg/hm2，磷負荷量為24.89 kg/hm2，除臨朐縣磷負荷量36.94 kg/hm2和昌樂縣41.94 kg/hm2外，各縣市區和濰坊市總量均沒超過歐盟農業政策中規定的量。2018年，除昌樂縣土地畜禽糞污磷負荷量41.94 kg/hm2超過植物磷需求量34.76 kg/hm2外，各縣市區土地畜禽糞污氮、磷負荷量均沒超過植物需求量，濰坊市土地畜禽糞污氮負荷量為植物需求量的40.02%，磷負荷量為植物需求量的55.51%。

4.2 濰坊市土地環境風險評估

畜禽糞污是否對環境構成威脅可采用養分收支平衡法進行評估，即用某地區畜禽糞污養分（氮或磷）排放量與該地區植物養分（氮或磷）需求量進行比較，得出該地區畜禽糞污養分與植物養分需求量的比值，從而評估該地區現有土地是否能完全消納畜禽糞污[13]。畜禽糞污環境污染預警值公式為：

式中：R為畜禽糞污環境污染預警值，Rn為養分（氮或磷）留存率。

畜禽糞污環境污染預警值R與環境承受能力呈負相關，R值越大，該地區土地環境對畜禽糞污的承受能力越低，畜禽糞污對該土地環境造成污染的威脅也就越大。當R小于或等于0.4，即糞污氮、磷負荷量為其最大施用量0.4倍及以下時，畜禽糞污可完全被土地消納，不會造成環境污染[14-16]。畜禽糞污環境污染預警值分級及不同等級對環境的影響見表11。

表10 2018年濰坊市各縣市區土地畜禽糞污負荷量與養分需求量

由公式⑩計算濰坊市各縣市區畜禽糞污環境預警值，并根據表11評估畜禽糞污對環境的影響程度，見表12。

2018年，濰坊市畜禽糞污氮預警值0.40，說明濰坊市整體畜禽糞污氮可以完全被土地消納。但不同縣市區畜禽糞污氮對環境影響程度不平衡，昌樂縣畜禽糞污氮預警值最高，為0.77，對環境有影響，其次為臨朐縣畜禽糞污氮預警值為0.67，對環境稍有影響。濰坊市畜禽糞污磷預警值0.56，對環境稍有影響，其中，昌樂縣畜禽糞污磷預警值最高，為1.21，對環境影響較嚴重，臨朐縣畜禽糞污磷預警值為0.77，對環境有影響。

5 討論

許多國家因不合理的農業生產方式引發的農業源污染對生態環境造成了嚴重威脅，因此，土地畜禽糞污承載力方面的研究也較多，農業面源污染是美國地表水中氮和磷的主要來源[17]，澳大利亞、英國、荷蘭、日本等國因農業面源污染導致的地下水硝酸鹽超標問題也曾引起廣泛關注[18-19]。原環境保護部公布的《2015年環境統計年報》數據顯示，農業源化學需氧量排放量為1 068.60萬t，占我國廢水排放總量的48.06%，其中畜禽養殖業排放1 015.50萬t，占農業源化學需氧量排放量的95.03%。畜禽糞污利用主要通過土地消納，目前，我國有關于畜禽土地承載力方面的研究越來越多。張曉琴根據耕地面積以及畜禽糞污負荷量可以得出黃土高原地區畜禽糞污的平均負荷值為13.14 t/hm2[20]。王方浩等估算了我國2003年畜禽業排泄量超過31億t，畜禽糞污及其氮、磷養分的平均農田負荷為24 t/hm2、107 kg/hm2和29 kg/hm2[21]。李安萍等估算了成都市畜禽養殖糞尿產生量，得出全市平均豬當量負荷量為99.42 t/hm2[22]。彭里等通過估算得出重慶市畜禽糞污的理論適宜負荷量為44.37 t/hm2[23]。何建生計算了蕪湖市畜禽糞污土地承載力豬當量為12.48 t/hm2[24]。王磊等報道，2017年張掖市畜禽糞污負荷量平均為33.28 t/hm2[25]。馬良等估算桐鄉市畜禽糞污及氮、磷養分農田承載力分別為9.48 t/hm2、30.19 kg/hm2和16.64 kg/hm2[26]。2018年濰坊市土地畜禽糞污及氮、磷負荷量分別為12.58 t/hm2、56.57 kg/hm2和24.89 kg/hm2，雖不高于全國平均水平，但畜禽糞污磷預警值達0.56，如果不能合理利用，可能會對環境有一定影響。

6 建議

6.1 合理規劃全市養殖布局

畜禽糞污資源化利用主要是作為有機肥還田，許多畜牧業發達國家也將農田作為畜禽糞污的負載場所，用來消化其中的養分。由于畜禽糞污不便于長距離運輸，用于消納畜禽糞污的土地主要集中于養殖場附近。因此，濰坊市養殖布局要按照“以種定養、種養結合”原則，綜合考慮資源稟賦、土地承載力、種養配套情況等因素，做出科學規劃，根據全市城鎮和農村發展總體規劃，合理設定適養區、限養區和禁養區，科學確定養殖規模，實行畜禽養殖場建設環保前置審批制度。

6.2 構建畜禽糞污治理綜合服務體系

政府主導構建“收集-轉化-利用”畜禽糞污治理綜合服務體系，在養殖場較為集中的區域，建設畜禽糞污收集治理中心，將一定空間范圍內的畜禽糞污收集起來，進行多方式資源化利用。能源可用于發電，有機肥除用于周邊農田消納外，剩余部分可銷往外地，實現畜禽糞污多向循環利用。

6.3 大力推廣促進糞源有機肥

推廣應用有機肥，是促進畜禽糞污資源化利用的重要措施。積極研究出臺支持有機肥生產施用的優惠政策，開展有機肥的生產、運輸和施用等配套服務，鼓勵農民多用、用好有機肥。針對有糞源有機肥生產與施用過程中的難點問題，開展技術攻關，制定畜禽糞污資源化利用、糞源有機肥還田技術規范。宣傳綠色發展理念，提升農民節本增效和保護環境意識，促進有機肥合理廣泛應用。