“十三五”與“十四五”期間寧夏畜禽養殖污染評估

黃亞捷，廖志宏，崔艷智*

(1.生態環境部環境發展中心，北京 100029；2.中國農業大學，北京 100193)

近年來隨著人民生活水平的提高和對肉類產品的需求增長，養殖數量持續增加、養殖規模不斷擴大。據2020年《第二次全國污染源普查公報》[1]顯示，畜禽養殖業已成為環境污染的主要來源之一，畜禽養殖業排放的化學需氧量(COD)占農業源污染物排放中COD的93.76%；氮和磷污染的排放量分別占農業源污染物氮和磷排放總量的42.14%、56.46%。寧夏回族自治區是我國優勢農產品區域布局中重要的優勢畜牧業生產基地，該自治區肉牛、肉羊和奶牛產業也是西北優勢區的重要組成部分。在“十四五”期間，寧夏畜禽產能預計將翻1倍，導致畜禽養殖廢棄物排放持續增加，養殖污染問題日益凸顯，成為制約畜牧業可持續發展的主要因素。

目前，國內外在畜禽糞便方面的研究主要集中于對畜禽糞便產生量的估算、畜禽糞便氮磷耕地負荷、畜禽糞便所帶來的面源污染問題以及資源化利用等方面[2-6]。但是，針對寧夏畜禽養殖所帶來污染問題的研究較少。由于數據來源的限制，目前的研究還沒有系統地對比分析“十三五”與“十四五”期間寧夏畜禽糞便產生量及污染程度。因此，該研究以寧夏回族自治區為研究區域，通過收集“十三五”期間的養殖數據及預估的“十四五”期間的養殖數據，分析“十三五”與“十四五”期間寧夏畜禽養殖量的變化情況，采用排泄系數法，估算畜禽糞便的產生量及糞污中氮、磷、COD含量，評估寧夏畜禽養殖環境污染風險，分析區域內畜禽養殖承載力及耕地預警情況，以期為當地生態環境保護提供理論依據，也為合理規劃區域內畜禽飼養密度與空間布局提供直觀且科學的指導。

1 資料與方法

1.1 研究區概況寧夏回族自治區是我國5個少數民族自治區之一，總面積為6.64×104km2，位于我國東西軸線中心、黃河中上游，連接華北與西北的重要樞紐，自南北朝以來便以“塞上江南，魚米之鄉”聞名于世。基于自身生態資源和資源條件等特色，寧夏是我國重要的優勢畜牧業生產基地，近年來寧夏畜禽養殖業迅猛發展。2020年，寧夏畜禽存欄總量達2 044.4萬頭(萬只、萬羽)，折合豬當量1 158.0萬頭(測算依據《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》[7])，較“十二五末”增加325.3萬頭。快速增加的畜禽養殖給生態環境帶來了嚴重污染，寧夏畜禽養殖污染物產生量和排放量分別占農業源污染的99.1%和88.3%。“十四五”期間，寧夏畜禽產能進一步提升，畜禽糞便量持續增加對生態環境安全構成了極大威脅。

1.2 數據來源2016—2019年的畜禽養殖數據主要來源于《寧夏統計年鑒》(2017—2020年)，考慮到《寧夏統計年鑒》(2021年)數據尚未公布，因此，2020年寧夏畜禽養殖數據來源于《寧夏回族自治區畜牧獸醫事業發展十四五規劃(2021—2025年)》。“十四五”期間預估的寧夏畜禽養殖數據來源于《寧夏回族自治區畜牧獸醫事業發展十四五規劃(2021—2025 年)》。

1.3 研究方法

1.3.1寧夏畜禽糞尿及氮磷COD排放量估算。選取生豬、奶牛、肉牛和肉羊為主要研究對象，依據畜禽年飼養量、飼養周期和日排泄系數計算畜禽糞尿和氮、磷、COD排放量，計算公式如下：

(1)

式中，Y為畜禽糞尿、氮、磷及COD排放量(t)；mi為畜禽i的飼養量(只、羽);Ti為畜禽i的飼養周期(d);vi為畜禽i的日排泄系數(kg/d);k為單位換算系數;n為畜禽種數。對于畜禽的飼養周期，豬為199 d[8]，肉羊、奶牛及肉牛為365 d[9]，排污系數主要參考文獻[10]。

1.3.2畜禽養殖承載潛力計算。基于《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》[7]，在土壤肥力為二級、糞肥比例為50%且當季利用率為25%的情況下，以氮為基礎，當季的每畝種植小麥的土地承載力為豬當量1.2頭，折算為每年每公頃的土地承載力為豬當量36頭。因此，考慮到全區種植作物主要是以小麥為主，不同土地面積下的承載力計算公式如下：

C=Z×G

(2)

式中，C為區域內每年折算為豬當量的土地承載力(頭/a)；Z為單位面積下折算為豬當量的土地承載力[36頭/(hm2·a)]；G為耕地面積(hm2)，耕地面積數據來源于遙感解譯。基于不同的土地承載力，計算區域內飽和度，計算公式如下：

Ai=Q/Ci

(3)

式中，i值為1、2、3、4，其中，理想承載力C1為考慮全部耕地使用有機肥情況下的承載力，理想承載力C2為考慮全部耕地、林地和牧草地使用有機肥情況下的承載力,理論承載力C3為全部耕地、林地和牧草地按有機肥化肥1∶1的使用量下的承載力，實際承載力C4為耕地和園地按有機肥化肥1∶1的使用量下的承載力；Q為全區折合的豬當量；A1、A2、A3和A4是分別對應的飽和度。

1.3.3畜禽糞污環境污染預警值及判斷標準。為便于對畜禽糞便耕地污染的控制，環境保護總局自然生態保護司[10]建議，將畜禽糞便換算成豬糞當量，計算其耕地負荷，計算公式如下：

R=q/P

(3)

式中，R為預警值；q為豬糞當量耕地負荷值(t/hm2)；P為最大理論適用量，值為30 t/hm2[11]。按照耕地對畜禽糞尿承受程度，可以把預警值R分為6級，即當R值分別為≤0.4、>0.4～0.7、>0.7～1.0、>1.0～1.5、>1.5～2.5和>2.5時，畜禽糞便對環境的影響程度分別為無、稍有、有、較嚴重、嚴重和很嚴重[10]。R值越大，說明環境對畜禽糞便負荷量承受能力越低，畜禽糞便對環境造成的污染威脅性越大。

2 結果與分析

2.1 “十三五”期間畜禽養殖污染評估

2.1.1“十三五”期間畜禽養殖現狀。從圖1可以看出，全區畜禽養殖主要集中分布在引黃灌區的西南部，而南部山區和引黃灌區北部養殖量分布較為均勻。寧夏全區基本以肉羊、奶牛養殖為主。全區畜禽規模化養殖場主要分布在吳忠市，其次是銀川市、中衛市、固原市，石嘴山市規模化養殖場數量比例最小。其中，規模化奶牛養殖場主要分布在吳忠市和銀川市；規模化肉牛養殖場數量最多的是吳忠市，約占全區的36%，其次是固原市、銀川市和中衛市；規模化生豬養殖場數量中衛市最多，其次是銀川市、吳忠市，石嘴山市數量最少，不足全區規模化生豬養殖場的3%；規模化羊養殖場主要集中分布在吳忠市，約占全區的42%，其次是銀川市、中衛市、石嘴山市，固原市養殖量最小，不足全區的10%。

圖1 2019年全區畜禽養殖數量(a)及規模化養殖場(b)分布Fig.1 Distribution of livestock and poultry breeding quantity(a)and large-scale farms(b)in the whole region in 2019

2.1.2“十三五”期間畜禽養殖業發展趨勢分析。統計全區2016—2020年養殖量動態變化(圖2)發現，2016—2020年全區奶牛養殖量呈現緩慢的遞增趨勢，肉牛養殖量呈先緩慢增加后緩慢減少的趨勢，肉羊養殖量呈先減后增趨勢，生豬養殖量呈先增后減趨勢。生豬、肉牛、奶牛和肉羊的年均增速分別為-25%、-15%、170%和8%。5年間，生豬、肉牛養殖量均呈現負增長趨勢，而奶牛增長勢頭迅猛，這主要是因為區域政策導向對產業的影響；除此之外，不同的養殖量統計途徑也可能會帶來一些增速的偏差。統一換算成生豬當量，全區養殖量總體上呈上升趨勢，2016—2020年養殖量總體上漲60%，平均以每年12%速度遞增。

圖2 “十三五”期間畜禽養殖業發展趨勢Fig.2 Development trend of livestock and poultry breeding industry during the 13th Five Year Plan Period

2.1.3“十三五”期間氮磷及COD排放情況估算。如表1所示，以2019年為例，寧夏畜禽養殖帶來的COD、總氮、總磷排放量分別為123.84萬、6.84萬和7 387.61 t，其中以利通區的COD、總氮、總磷排放量最大，分別占全區的比例為19.56%、18.40%、16.93%。除此之外，基于《寧夏統計年鑒-2017》計算2016年畜禽養殖污染狀況，結果發現，除固原市外，其他市區畜禽養殖帶來的COD、總氮、總磷排放量與2016年相比都有所增加。而在2019年固原市的COD、總氮和總磷的排放量分別占全區的17.88%、17.00%和17.00%，相比2016年，固原市畜禽養殖COD、總氮、總磷的排放量均有所減少。但是寧夏南部是六盤山景區所在地，禁養區分布較多，更應加強監管。

表1 2019年寧夏各區縣畜禽養殖污染物排放量和所占比重

2.1.4“十三五”期間耕地負荷預警評估。由表2可知，全區的承載力C1、C2、C3和C4分別為6 292.02萬、15 745.73萬、7 872.87萬和3 377.48萬頭，其飽和度A1、A2、A3和A4分別為16.88%、6.74%、13.49%和31.44%。當考慮全部耕地使用有機肥的情況下，全區有多數區縣畜禽承載力壓力較小，其飽和度A1均小于50%，有繼續擴大養殖量的空間，而利通區飽和度A1超過了100%，處于嚴重超載狀態。

由于種植業保持高產的需要，有機肥∶化肥為1∶1的使用量與實際管理需求更為接近，對各地區控制畜禽養殖總量及合理調整養殖布局更具有參考價值。因此，該研究計算了耕地和園地按有機肥∶化肥為1∶1的使用量下的實際承載力C4及飽和度A4，結果發現利通區已嚴重飽和，處于嚴重超載狀態，養殖污染風險極大。

表2 2019年寧夏畜禽養殖耕地承載情況

2.2 “十四五”期間畜禽養殖污染評估

2.2.1“十四五”期間畜禽養殖業趨勢分析。由表3可知，2021—2025年畜禽養殖預估量逐年增加，在2025年全區的豬當量達2 144.80萬頭，是2019年(1 061.80萬頭)的2.02倍，其中奶牛發展勢頭迅猛，在2025年達100.00萬頭，是2019年(43.73萬頭)的2.29倍。全區的畜禽養殖產業迅猛發展也給區域環境帶來了嚴峻挑戰。

表3 “十四五”全區畜禽養殖量

2.2.2“十四五”期間氮磷及COD排放情況。根據2021—2025年畜禽養殖量預估值，計算出全區畜禽養殖的氮磷及COD排放情況(表4)。在2025年，預計總氮排放量達到122 332.05 t，比2020年總氮排放量增加了51 087.03 t，奶牛養殖總氮排放量最大，占寧夏畜禽養殖的55.46%；其次是肉牛養殖，其總氮排放量為47 495.63 t，占全區畜禽養殖的38.83%；而生豬和肉羊養殖的總氮排放量較小，其中生豬養殖總氮排放量占寧夏全區畜禽養殖的0.04%，僅為49.38 t。

表4 2020—2025年寧夏畜禽養殖氮磷及COD排放量

2025年預計總磷排放量達到了12 671.65 t，是2020年的1.69倍，奶牛養殖總磷排放量最大，為6 540.80 t，是寧夏全區畜禽養殖的51.62%；肉牛養殖總磷排放量為4 640.06 t，總磷排放量位居第二位，占寧夏畜禽養殖總磷排放量的36.62%；肉羊養殖總磷排放量為1 484.24 t，相比于2020年，總磷排放量增加了434.70 t；生豬養殖總磷排放量僅占寧夏全區畜禽養殖的0.05%，其總磷排放量僅為6.55 t。

2025年預計COD排放量達251.74萬t，與“十三五”期間的2020年相比，是其COD排放量的1.54倍，其中奶牛養殖COD排放量最大，占寧夏畜禽養殖的52.20%；其次是肉牛養殖，其COD排放量為109.57萬t，占全區畜禽養殖的43.53%；生豬和肉羊養殖的COD排放量較小，兩者僅占寧夏全區畜禽養殖的4.28%，COD排放量分別為10.61萬和1 484.24 t。

2.2.3“十四五”期間耕地負荷預警評估。如表5、6所示，隨著寧夏畜禽養殖業的迅猛發展，畜禽養殖糞尿排放量也急劇增加。在2020年奶牛、肉牛、肉羊和生豬的糞便排放量分別為403.52萬、317.99萬、198.50萬和30.61萬t，而奶牛、肉牛和生豬的尿排放量也分別達254.14萬、218.65萬和47.88萬t，折合成豬糞當量總計達1 381.42萬t，其耕地負荷量為62.98 t/(hm2·a)，對應的預警值為2.10，對環境造成嚴重威脅。預計到2025年寧夏全區肉牛、奶牛、生豬和肉羊的糞便排放量分別是2020年的1.74、1.74、1.36和1.41倍，肉牛、奶牛和生豬的尿排放量比2020年分別增加了160.95萬、188.61萬和17.33萬t。在2025年寧夏畜禽養殖耕地負荷預警值達到了3.50的高度，因此必須對寧夏的畜禽養殖進行嚴格監控。

表5 2020—2025年寧夏畜禽養殖糞尿排放量

表6 2020—2025年寧夏畜禽養殖耕地負荷預警

3 結論

(1)“十三五”期間，寧夏畜禽養殖主要集中分布在引黃灌區的西南部，畜禽養殖量總體上呈上升趨勢。全區畜禽養殖所帶來的COD、總氮、總磷排放量分別為123.84萬、6.84萬和7 387.61 t。利通區處于嚴重超載狀態，養殖污染風險極大。

(2)“十四五”期間，全區畜禽養殖量逐年增加，在2025年全區的豬當量達2 144.80萬頭，是2019年的2.02倍。2025年預計總氮排放量達到122 332.05 t，比2020年總氮排放量增加了51 087.03 t。總磷及COD排放量分別達到12 671.65、251.74萬t，分別是2020年的1.69和1.54倍。2021—2025年豬糞當量迅猛增加，在2025年寧夏畜禽養殖耕地負荷預警值達到了3.50的高度，因此必須對寧夏的畜禽養殖進行嚴格管控。