基于環境承載力的畜禽糞污消納評價指標研究

王義鵬，趙幫泰，劉 宇，羅 俊，王 巍，左之才，易 軍，郭 曦*

(1.四川省農業機械研究設計院，四川 成都 610066；2.四川省畜牧科學研究院，四川 成都610066；3.四川農業大學動物醫學院，成都 溫江 611130)

四川是農業大省，種植業和養殖業的規模較大。截止2020年，全省畜禽糞污綜合利用率達75%，規模養殖場糞污處理設施裝備配套率達95%，畜禽養殖規?；蔬_50%，實現了畜牧業大省向強省的跨越，但隨著規模的不斷擴大，畜禽養殖量不斷增加，養殖產業廢棄物的處理與利用已經成為亟需解決的問題[1-3]。畜禽糞污不但會造成環境污染，而且大量的畜禽糞污及各種污染物，會對各類水體、土壤和大氣環境造成污染，并對人類健康構成威脅[4]。研究畜禽糞污耕地環境承載力及畜禽糞污消納評價指標對四川省畜牧業的可持續發展有深遠意義。

第二次全國污染源普查農業類畜禽規模養殖場37.88萬個。畜禽規模養殖場水污染物排放量：化學需氧量604.83萬t、氨氮7.50萬t、總氮37.00萬t、總磷8.04萬t[5]。近年的污染源普查動態更新數據顯示，畜禽養殖污染物排放量在全國污染物總排放量中的占比有所上升[6]?？梢?，畜禽養殖污染物減排已不容小覷，攸關國家節能減排目標的實現和生態環境質量的整體改善。本文建立的畜禽糞污消納評價指標，立足于四川省畜禽養殖業發展現狀，定量估算畜禽糞污的產生量、糞污耕地負荷污及主要污染物產生量，分析研究畜禽糞污耕地環境承載力及最佳種草養畜的配置參數[7]。

1 肉牛養殖場的糞污處理現狀分析

每頭肉牛每天可產生約30kg糞尿，若不及時清理，則會產生有害氣體，影響肉牛的健康及生產性能。為保證肉牛擁有最佳生長環境，養殖戶一天對圈舍內糞污處理2次，因場地建設原因，多數由人工用鐵鍬、斗車完成整個工作，耗費大量時間，且勞動強度高。一般在牛舍內暗溝用于排污收集液體，人工清理堆積濕糞，集中收集的濕糞含水率在75%～80%左右，若進行堆肥發酵則要求含水率降為65%～70%，經30d發酵后，可制成有機肥用于出售[8]。多數養殖場雖購買牛糞干濕分離機，但使用時機器多發故障，維修費用高，濕糞從牛舍中清理出來后僅在場區內堆積，經濟效益低，且對環境有一定影響，不利于牛糞的循環利用。一般在春季播種前，牛場內產生的糞污會集中堆放在種植青飼料的田間，若是青貯玉米播種后，養殖場內的只能糞污堆積在場區內，糞污的消納能力下降，造成了資源浪費[9]。因此，要實現肉牛養殖業的可持續發展，產業優化和升級，就必須做好廢棄物的綜合利用，走種養結合、種養平衡的模式。

2 畜禽糞污環境承載力

2.1 年糞污產生量

按照環境承載力的相關理論，畜禽糞污環境承載力是指在某一確定的時間段內和環境條件下，在不改變地區環境構成與其環境相互作用的條件下，該地區的環境系統對畜禽糞污消納和承載容量的承受程度[10]。由于不同區域的牛場建設環境、生產技術、供應資源、社會經濟發展水平不同，使得畜禽糞污環境承載力具有區域性、客觀性、動態性、多維性，畜禽糞污包括糞、尿及污水，但由于污水量測算難度較大，故只估算糞量和尿量，畜禽糞污日排泄系數和污染物排放系數，結合其養殖數量、飼養周期估算年糞污產生量Q。

式(1.1)中，Q表示畜禽糞污年產生量，單位為萬t；Ni為第i類畜禽年存(出)欄量，單位為萬頭、萬只；Ti為第i類畜禽的飼養周期，單位為d；Mi為第i類畜禽糞污日排泄系數，單位為g/d。畜禽糞污主要是依靠耕地進行消納。

2.2 地區內的畜禽糞污排放密度

畜禽糞污耕地負荷是指理論上將所有畜禽糞污平均到當年的有效耕地面積中，但在實際中全部耕地消納畜禽糞污的可能性不大，常態下應該是至少有30%的耕地來消納畜禽糞污。研究適度規模養殖場的畜禽糞污污染物耕地負荷有利于在宏觀上把握基于耕地消納的畜禽糞污中污染物承載力的大小[11]。畜禽糞污耕地負荷可較為客觀地反映某地區內的畜禽糞污排放密度，其估算公式為：

式(1.2)中，q為畜禽糞污耕地負荷，單位為t/hm2；S為年末有效耕地面積，Qi為第i類畜禽糞污產生量，單位為萬t，Pi第i類畜禽糞污量的豬糞當量換算系數，無單位。

3 畜禽糞污滯納評價指標

開展適宜性評價，需要將影響該模式或區域推廣和發展的主要因素進行量化，即選取合適的評價指標。不同的模式或區域具有其特殊性和復雜性，包含了資源、技術、社會、經濟、環境等多個子系統[12]。因此，選取畜禽糞污資源化利用模式的區域適宜性評價指標需要結合不同地區特點對各個子系統進行量化分析。本文通過文獻查詢、專家咨詢、信息統計處理和綜合歸納等方式，進行層層篩選、最終確定了一套科學有效，符合實際的評估指標體系。同時，指標篩選遵循綜合性、科學性、可比性、定性與定量評價的結合性、可操作性、簡易獲取性的原則。

3.1 畜禽糞污滯納評價指標

在正確認識畜禽糞污資源化利用模式的原理、結構和特點的基礎上，系統分析影響模式發展的主要區域因素，從資源、技術、社會經濟和建設環境4個方面總結了該模式推廣利用所需的基礎條件，并確定了評價指標[15]。

經過系統分析和篩選，本研究以畜禽糞污資源化利用模式為目標層，資源條件、技術條件、社會經濟條件和環境條件4個方面為準則層(B)，從準則層選取14個具體評價指標為次準則層(C)。其中資源條件準則層中包括畜禽糞污產生量(C1)、農村人均經營土地面積(C2)、經濟作物種植規模(C3)3個指標；技術條件包括養殖場(戶)糞污處理設施設備投資占比(C4)、村鎮平均配套技術人員數(C5)、農村污水處理率(C6)3個指標；社會經濟條件包括人均地方財政收入(C7)、養殖企業年均收益(C8)、農戶年均收入(C9)、農村受教育年限>10人數占比(C10)農村人均用電量5個指標(C11)；建設環境條件包括年平均溫度>12℃日數(C12)，鄉鎮公路建成率(C13)、村鎮規?；B殖場建成率(C14)3個指標，指標體系如圖1所示。

圖1 畜禽糞污滯納評價指標

3.2 相對一致性檢驗結果模型

將畜禽糞污處理能力、主要影響因素進行量化，得到個指標下相對一致性檢驗結果模型最終確定了一套科學有效、符合實際的畜禽糞污評估指標體系，可用來判斷當前糞污處理模式的適宜性[16]。通過上述步驟計算求得每個層次中全部評價因子的層次單排序，即可求出針對上一層次評價因子而言該層次中所有因子的排序結果，由此得到最低層中每個評價因子相對于決策目標的權重排序及其相對重要性，各指標的相對一致性檢驗結果模型為：

式(1.3)中CR為相對一致性檢驗結果；CIi為第i指標層次單排序的最大特征值；RIi為i指標層次單排序的平均一致性指標；w為層次總排序的權重值。

4 糞污供給需求模型

根據《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》，不同畜禽的氮(磷)養分日產生量可以根據實際測定數據獲得，無測定數據的可根據豬當量進行測算[17]。固體糞便和污水以沼氣工程處理為主的，糞污收集處理過程中氮留存率推薦值為65%(磷留存率65%)；固體糞便堆肥、污水氧化塘貯存或厭氧發酵后農田利用為主的，糞污收集處理過程中氮留存率推薦值62%(磷留存率72%)。根據規模養殖場飼養畜禽存欄量、畜禽氮(磷)排泄量、養分留存率測算，得到糞肥養分供給量模型為：

P養份供給量=Σ(N存欄欄×E排泄量)×0.62 (1.4)

式(1.4)中P為糞肥養分供給量；N為規模養殖場肉牛存欄數量；E為規模養殖場肉牛排泄量；0.62為氮留存率。

單位土地養分需求量為規模養殖場單位面積配套土地種植的各類植物在目標產量下的氮(磷)養分需求量之和，各類作物的目標產品可以根據當地平均產量確定，具體參照區域植物養分需求量計算。施肥比例根據土壤中氮(磷)養分確定，土壤不同氮磷養分水平下的施肥比例。糞肥比例、當季利用率分別為50%、30%，單位土地養分需求量、施肥比例、糞肥占施肥比例和糞肥當季利用效率測算，得到區域面積糞肥養分需求模型為：

N養分需求量=3.3×(ΣS×n單位面積需求養分)×50%(1.5)

式(1.5)中N為總糞肥養分需求量；n為單位面積；E為規模養殖場肉牛排泄量；3.3為氮留存率。

5 結論

本文以畜禽糞污生產與消納的內部循環為研究對象，通過建立畜禽糞污滯納評價指標、畜禽糞污滯納評價指標，最終形成了一套科學有效，符合當前模式的評價體系。開展了肉牛種養循環經濟養殖園區的研究，配套牛場周圍的種植規模、處理能力，讓肉牛產生的糞便、污水在特定區域內實現生產的循環流動，依據《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》，建立了單位牛場糞污養分供給量模型，區域面積糞肥養分需求模型，以環境保護促進產業優化和升級，為畜禽糞污處理及建設種養循環的綠色生態畜牧養殖技術體系提供參考。