海南省畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力及有機(jī)肥替代化肥潛力分析

楊 旭，黃艷艷，劉海林，茶正早，羅 微，林清火

（中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所∕省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地-海南省熱帶作物栽培生理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海口571101）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)由分散養(yǎng)殖轉(zhuǎn)向規(guī)?；?、集約化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[1]，伴隨著大量畜禽糞便的產(chǎn)生。畜禽糞便含有一定量的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分以及植物生長(zhǎng)所需的其他營(yíng)養(yǎng)元素[2]，但過(guò)量的還田會(huì)導(dǎo)致耕地和水源受到污染[3-4]。針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者已展開(kāi)相關(guān)系列工作。丹麥政府規(guī)定所有畜禽糞便應(yīng)施用于農(nóng)用地，農(nóng)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)畜禽糞便特性以及不同作物對(duì)氮、磷、鉀的需求量制定糞肥施用標(biāo)準(zhǔn)[5]；歐盟采用多種措施促進(jìn)“土壤-作物-畜牧業(yè)”系統(tǒng)氮的合理流動(dòng)和循環(huán)[6]；而德國(guó)主要根據(jù)農(nóng)場(chǎng)土地面積和消納能力來(lái)確定養(yǎng)殖環(huán)境承載力[7]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力和能源潛力展開(kāi)研究，蔡美芳等[8]根據(jù)土壤養(yǎng)分平衡計(jì)算江門(mén)市畜禽養(yǎng)殖承載力；耿維等[9]從縣域角度對(duì)安徽省16市77縣畜牧業(yè)氮磷鉀養(yǎng)分資源量和耕地負(fù)荷進(jìn)行估算，并基于安徽省化肥施用現(xiàn)狀，評(píng)估了糞便資源作為有機(jī)肥對(duì)化肥的替代潛力。

海南島作為中國(guó)第二大島，農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)，畜禽養(yǎng)殖業(yè)隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和政策扶持發(fā)展迅速，每年產(chǎn)生的畜禽糞便資源未得到充分利用，易造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。目前關(guān)于海南省畜禽糞便污染的研究報(bào)道中計(jì)算土壤養(yǎng)分負(fù)荷多基于耕地面積，而忽視林地和園地的消納能力。本文通過(guò)海南省2017 年養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，分析海南省畜禽糞便資源空間分布和養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，計(jì)算畜禽糞便農(nóng)用地負(fù)荷和畜禽養(yǎng)殖承載量，開(kāi)展環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，分析海南省秸稈、畜禽糞便養(yǎng)分總量替代化肥潛力，為海南省制訂化肥減施戰(zhàn)略、調(diào)整養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)和養(yǎng)殖布局提供參考。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1.1 飼養(yǎng)期、飼養(yǎng)量

本研究所用海南省畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)來(lái)源于《海南省統(tǒng)計(jì)年鑒》，畜禽養(yǎng)殖周期主要來(lái)源于國(guó)家環(huán)?？偩止紨?shù)據(jù)[10]。豬、家禽年出欄量為飼養(yǎng)量，牛（奶牛、肉牛）、羊年底存欄量為飼養(yǎng)量。牛、羊飼養(yǎng)期為365 d，妊娠豬年底存欄量為飼養(yǎng)量，飼養(yǎng)期為365 d，肉豬飼養(yǎng)期為199 d，肉雞55 d，鴨、鵝飼養(yǎng)期為210 d。

1.1.2 排污系數(shù)

本文畜禽產(chǎn)排污系數(shù)參考畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)[11]中南地區(qū)數(shù)據(jù)，其中生豬、奶牛、肉牛、肉雞數(shù)據(jù)產(chǎn)排污系數(shù)相關(guān)參數(shù)參照文獻(xiàn)。其中，豬產(chǎn)排污系數(shù)=1∕3 保育期產(chǎn)排污系數(shù)+2∕3 育肥期產(chǎn)排污系數(shù)，肉禽產(chǎn)排污系數(shù)以肉雞產(chǎn)排污系數(shù)計(jì)算，羊、鴨、鵝氮磷養(yǎng)分產(chǎn)排污系數(shù)參考相關(guān)文獻(xiàn)[11-12]。

表1 海南省畜禽產(chǎn)排污系數(shù)Table 1 Production and discharge coefficient of livestock and poultry in Hainan Province

1.1.3 農(nóng)用地面積

海南省18 個(gè)市縣2017 年耕地、園地、林地等面積、化肥施用量等數(shù)據(jù)來(lái)源于《海南省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

1.2 計(jì)算方法

1.2.1 畜禽糞便及氮磷養(yǎng)分產(chǎn)生量

（1）糞便年產(chǎn)生量

式中：Y是畜禽糞便總量，t；Ki代表第i種畜禽數(shù)量，千頭；H糞和H尿分別是畜禽糞和尿日排污系數(shù)，kg·d-1·頭-1；Ti為第i種畜禽飼養(yǎng)周期，d。

（2）畜禽糞便氮磷養(yǎng)分產(chǎn)生量

式中：Q 為畜禽糞便養(yǎng)分（總氮、總磷）產(chǎn)生量，t；B 為飼養(yǎng)量，萬(wàn)頭；T 為飼養(yǎng)期，d；H 為日產(chǎn)排污系數(shù)（TN、TP），g·d-1·頭-1，i為第i種畜禽；n為家禽種類(lèi)。

（3）畜禽糞便鉀養(yǎng)分產(chǎn)生量

由于缺少各類(lèi)畜禽鉀養(yǎng)分日排泄量，K 養(yǎng)分參照賈偉等[13]的研究，公式如下：

式中：TK為畜禽糞便鉀養(yǎng)分產(chǎn)生量，kg；Y為畜禽糞便總量，t；M為鉀含量，g·kg-1。

1.2.2 農(nóng)用地畜禽糞便氮磷養(yǎng)分負(fù)荷

海南省畜禽糞便消納場(chǎng)所主要是耕地、林地、園地等農(nóng)用地，根據(jù)調(diào)查結(jié)果2017 年海南省農(nóng)用地面積為79.8萬(wàn)hm2，其氮磷養(yǎng)分負(fù)荷計(jì)算公式如下：

式中：q 為畜禽糞便氮磷養(yǎng)分負(fù)荷，kg·hm-2；Q 為畜禽糞便氮磷養(yǎng)分總量，kg；A為農(nóng)用地面積，hm2。

1.2.3 畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力

根據(jù)金繼運(yùn)等[14]的研究，在糧食增產(chǎn)中，化肥的施用比例達(dá)到50%，同時(shí)加以配施有機(jī)肥，會(huì)增加土壤有機(jī)碳和全氮含量，并能降低土壤氮的淋溶。耿維等[9]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，50%畜禽糞便施用比例與實(shí)際管理需求更為接近，且對(duì)各地區(qū)畜禽養(yǎng)殖總量以及合理調(diào)整養(yǎng)殖布局更具有實(shí)際參考價(jià)值。因此，本文假定作物所需50%養(yǎng)分來(lái)自于畜禽糞便，另外50%來(lái)自于化肥配施。利用實(shí)際養(yǎng)殖數(shù)量和50%環(huán)境容量的比值作為風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，并對(duì)海南省各市縣進(jìn)行評(píng)估；同時(shí)參照耿維等[9]的研究，計(jì)算畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力，公式如下：

式中：Z 為農(nóng)用地氮、磷環(huán)境容量，t；A 為農(nóng)用地面積，103hm2；C為畜禽糞便養(yǎng)分年施用限量值，參照歐盟限量標(biāo)準(zhǔn)，即單位面積農(nóng)用地總氮磷負(fù)荷為220 kg（N）·hm-2和65kg（P）·hm-2；EC 為農(nóng)用地畜禽環(huán)境最大承載力，萬(wàn)頭豬當(dāng)量；r 為單位豬年糞便氮磷養(yǎng)分產(chǎn)生量，t·頭-1；Q 為養(yǎng)分含量，t；R 為實(shí)際養(yǎng)殖數(shù)量，萬(wàn)頭豬當(dāng)量；H 為排污系數(shù)，kg·頭-1·d-1；M 為養(yǎng)分百分含量，%；S為污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

根據(jù)張緒美等[15]的研究，以中國(guó)南北地理劃分線(xiàn)800 mm 等降水量線(xiàn)（秦嶺-淮河-喜馬拉雅山東南端一線(xiàn)）為界，以南以45 t·hm-2為有機(jī)肥最大承載量，以北則以30 t·hm-2為最大承載量。歐盟提出耕地畜禽糞便承載量限定值為30 t·hm-2，其中畜禽糞便年養(yǎng)分施用限量值與土壤質(zhì)地、降雨、氣候等因素相關(guān)，綜合考慮這些因素，歐盟糞肥年施用氮養(yǎng)分量是170 kg（N）·hm-2，超過(guò)這個(gè)限定值即會(huì)給土壤帶來(lái)硝酸鹽的淋洗，土壤糞便年施磷量限定值為35 kg（P）·hm-2，超過(guò)限定值會(huì)造成土壤磷污染[16-17]。由于國(guó)內(nèi)氣候條件和耕作方式與歐洲差異較大，且復(fù)種指數(shù)較歐洲較大，故采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致一定的誤差。潘瑜春等[18]計(jì)算得出北京市平谷區(qū)糧食作物氮磷年需求限量值分別為200 kg（N）·hm-2和40 kg（P）·hm-2；沈根祥等[19]計(jì)算得出上海地區(qū)糧食作物年氮磷養(yǎng)分需求量分別為219 kg（N）·hm-2和63 kg（P）·hm-2?？紤]到海南省年平均氣溫比上海高且復(fù)種指數(shù)大，農(nóng)作物需氮（磷）量高，故本文將海南地區(qū)年氮磷養(yǎng)分設(shè)置為220 kg（N）·hm-2和65 kg（P）·hm-2。

1.3 秸稈氮磷鉀含量及化肥施用量

海南省2017 年糧食作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)源于《海南省統(tǒng)計(jì)年鑒》，秸稈籽粒比數(shù)據(jù)來(lái)源于高利偉等[20]的研究結(jié)果，秸稈養(yǎng)分濃度數(shù)據(jù)參照中國(guó)有機(jī)肥養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)集[21]，見(jiàn)表2。

表2 海南省主要作物秸稈籽粒比及養(yǎng)分含量Table 2 Grain-to-grain ratio and nutrient content of main crops in Hainan Province

1.3.1 糧食秸稈氮磷鉀含量

糧食作物秸稈產(chǎn)生量可基于作物產(chǎn)量和秸稈籽粒比參數(shù)進(jìn)行計(jì)算[13]。作物秸稈計(jì)算方法參照公式（10）計(jì)算，作物秸稈養(yǎng)分含量可根據(jù)公式（11）計(jì)算。

式中：F 代表秸稈量，103t；d 代表作物種類(lèi)；Xl代表第l種作物產(chǎn)量，103t；tl代表第l 種作物籽粒比；G 代表秸稈N、P 養(yǎng)分總量，t；yl代表第l 種作物秸稈養(yǎng)分含量，g·kg-1。

1.3.2 化肥施用量

（1）化肥施用量

式中：Q化為化肥施用總折純量，t；QN為氮肥施用量，t；QP為磷肥施用量，t；QK為鉀肥施用量，t；Q復(fù)為復(fù)合肥施用量，t；α為復(fù)合肥氮磷鉀折純系數(shù)。

（2）化肥施用強(qiáng)度

式中：T 為化肥施用強(qiáng)度，kg·hm-2；A 為農(nóng)用地面積，hm2；Q化為化肥施用總折純量，t。

（3）有機(jī)肥替代化肥潛力

式中：I為有機(jī)肥替代化肥潛力，I1為畜禽糞便氮磷鉀養(yǎng)分替代化肥潛力，I2為秸稈氮磷鉀養(yǎng)分替代化肥潛力；Q 和G 分別為畜禽糞便和秸稈氮磷鉀養(yǎng)分總量，kg；Q化為化肥施用總折純量，t。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 海南省畜禽糞便總量及構(gòu)成分析

如圖1所示，海南省2017年畜禽糞便總排放量達(dá)到1 110.9 萬(wàn)t。從各市縣分析結(jié)果來(lái)看，畜禽糞便排放量最高的是澄邁縣，達(dá)到114.5 萬(wàn)t，占比10.3%，其后分別是儋州市、定安縣、樂(lè)東縣、?？谑小⑷f(wàn)寧市、文昌市，年畜禽糞便資源總量排放量均達(dá)到了75 萬(wàn)t，排放量較小的是保亭縣、白沙縣、瓊中縣和五指山市，均低于30萬(wàn)t。

圖1 2017年海南省畜禽糞便資源量和結(jié)構(gòu)組成Figure 1 Annual production and composition of feces of livestock and poultry in Hainan Province in 2017

從畜禽糞便來(lái)源來(lái)看，海南省2017 年各類(lèi)畜禽糞便產(chǎn)生量依次為豬＞牛＞家禽＞羊，糞便量依次為444.4萬(wàn)、550.4萬(wàn)、94.4萬(wàn)、21.7萬(wàn)t。不同種類(lèi)畜禽糞便產(chǎn)生量在海南省各市縣的分布也不相同，其中?？谑?、三亞市、瓊海市、臨高縣、儋州市、東方市、瓊中縣、保亭縣、白沙縣的豬糞便均超過(guò)了當(dāng)?shù)乜偧S便的60%，這9 個(gè)市縣也達(dá)到了海南省年總豬糞量的56.3%；牛糞便主要集中在五指山市、文昌市、萬(wàn)寧市、定安縣、屯昌縣、樂(lè)東縣、陵水縣、昌江縣這8個(gè)市縣，占總量62.1%；羊糞主要分布在?？谑小⑷齺喪小⑽牟?、樂(lè)東縣、瓊中縣、保亭縣、白沙縣、昌江縣，占總量53.2%，而家禽糞便主要集中在文昌市、瓊海市、定安縣、澄邁縣，占比為60.7%。

2.2 海南省畜禽糞便潛在污染

2.2.1 海南省畜禽糞便農(nóng)用地負(fù)荷

圖2 海南省各市縣畜禽糞便負(fù)荷量Figure 2 Load of livestock and poultry manure in each city（county）of Hainan Province in 2017

海南省各市縣畜禽糞便農(nóng)用地負(fù)荷如圖2 所示。海南省畜禽糞便農(nóng)用地負(fù)荷平均值為8.6 t·hm-2，遠(yuǎn)低于最大承載量。海南省果園和林地的糞便負(fù)荷量占據(jù)總負(fù)荷量的66.1%，是耕地負(fù)荷量的2 倍。由結(jié)果可知，僅將耕地作為消納場(chǎng)所，海南省全省耕地負(fù)荷平均值為25.3 t·hm-2，其中5 個(gè)市縣負(fù)荷量超過(guò)40 t·hm-2，其中定安縣超過(guò)最大承載量，達(dá)到46.0 t·hm-2，屬于高污染級(jí)別。將耕地、果園和林地等農(nóng)用地作為消納場(chǎng)所時(shí)，海南省各市縣畜禽糞便負(fù)荷變化顯著，負(fù)荷值不超過(guò)20 t·hm-2，10 個(gè)市縣負(fù)荷值不超過(guò)10 t·hm-2，其中五指山市最為突出，只考慮耕地的情況下，耕地負(fù)荷量達(dá)到44.1 t·hm-2，而把果園和林地也作為消納場(chǎng)所時(shí)，畜禽糞便負(fù)荷僅為5.5 t·hm-2，所以海南省年產(chǎn)畜禽糞便若合理施用，均能省內(nèi)消納。

2.2.2 海南省N、P養(yǎng)分污染潛勢(shì)分析

農(nóng)用地N、P 養(yǎng)分負(fù)荷可以明確畜禽糞便對(duì)農(nóng)用地潛在污染風(fēng)險(xiǎn)，海南省各市縣N、P養(yǎng)分及農(nóng)用地負(fù)荷如圖3 所示。海南省畜禽糞便N、P 養(yǎng)分總量分別為7.1 萬(wàn)t 和0.9 萬(wàn)t，N、P 養(yǎng)分最多的市縣為儋州市、澄邁縣、?？谑?，年排放量均超過(guò)了7000 t和900 t，其余市縣排放量均在6000 t 和800 t 以下。2017 年海南省畜禽糞便N、P 養(yǎng)分農(nóng)用地負(fù)荷并不高，分別為55.1 kg·hm-2和7.2 kg·hm-2，遠(yuǎn)低于歐盟規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)域角度來(lái)看，農(nóng)用地N 養(yǎng)分負(fù)荷最高的是定安縣，為107.8 kg·hm-2，海口市、澄邁縣農(nóng)用地N 養(yǎng)分負(fù)荷超過(guò)了80 kg·hm-2，其余市縣均在80 kg·hm-2以下，農(nóng)用地P 養(yǎng)分負(fù)荷最高的定安縣和?？谑?，分別為14.1 kg·hm-2和11.5 kg·hm-2，其余市縣磷負(fù)荷均在10 kg·hm-2以下。綜合結(jié)果可知，海南省農(nóng)用地N、P養(yǎng)分負(fù)荷都沒(méi)有超過(guò)限定值，沒(méi)有污染風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 海南省畜禽養(yǎng)殖承載力分析

畜禽糞便還田過(guò)程中，如果僅從作物需氮量考慮養(yǎng)殖容量，容易導(dǎo)致土壤中磷的富集，造成土壤污染，海南省畜禽糞便總氮含量遠(yuǎn)高于總磷，根據(jù)木桶理論，本文以氮負(fù)荷為限制因子，計(jì)算畜禽糞便全部還田情況下海南省各市縣畜禽養(yǎng)殖增加量，計(jì)算結(jié)果如圖4 所示。海南省所有市縣均具有較大養(yǎng)殖潛力，其中儋州市最大，增加量為590.7 萬(wàn)頭豬當(dāng)量，瓊中縣、白沙縣、瓊海市、樂(lè)東縣、東方市和澄邁縣6 個(gè)市縣增加量達(dá)到300萬(wàn)頭，定安縣、五指山市和陵水縣3個(gè)市縣養(yǎng)殖增加量在150 萬(wàn)頭以下，全省養(yǎng)殖容量為6 751.5 萬(wàn)頭，養(yǎng)殖空間剩余5 061.7 萬(wàn)頭豬當(dāng)量。通過(guò)評(píng)估50%還田與現(xiàn)有養(yǎng)殖量比值進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)如圖4 所示。其中海南省沒(méi)有市縣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)超過(guò)1；海口市和定安縣風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在0.76～1.00，農(nóng)用地風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高；文昌市、萬(wàn)寧市、澄邁縣、陵水縣風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在0.51～0.75 之間，此類(lèi)市縣農(nóng)用地污染屬于中等級(jí)別，其中澄邁縣和文昌市養(yǎng)殖業(yè)較為發(fā)達(dá)，在市縣GDP 中占據(jù)比例較大；其余市縣農(nóng)用地處于較低污染級(jí)別，可適時(shí)增加一定的養(yǎng)殖規(guī)模，有利于促進(jìn)海南省養(yǎng)殖布局以及養(yǎng)分管理。

2.3 海南省有機(jī)肥替代化肥潛力

如圖5所示，海南省2017年單位播種面積化肥施用量為616.4 kg·hm-2，遠(yuǎn)高于全國(guó)平均值352 kg·hm-2和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization，F(xiàn)AO）規(guī)定的化肥施用限值225 kg·hm-2[9]。從市縣角度看，白沙縣、屯昌縣、瓊中縣和五指山市處于全國(guó)平均值以下，只有瓊中縣和五指山市處于聯(lián)合國(guó)限定值以下，其余市縣均在全國(guó)平均值以上，大部分地區(qū)化肥施用量均在500 kg·hm-2以上，樂(lè)東縣、文昌市、東方市超過(guò)700 kg·hm-2，瓊海市超過(guò)1000 kg·hm-2?？梢?jiàn)海南省化肥施用量大，污染風(fēng)險(xiǎn)高，存在較大的化肥替代潛力。綜合計(jì)算各類(lèi)畜禽糞便和秸稈替代化肥潛力，貢獻(xiàn)率分別為秸稈（7.5%）＞豬糞（5.2%）＞牛糞（1.5%）＞家禽糞（1.2%）＞羊糞（0.06%）。其中，豬糞對(duì)氮肥、磷肥貢獻(xiàn)率最大，其次是秸稈，牛糞和秸稈對(duì)鉀肥貢獻(xiàn)率較高。

圖3 海南省農(nóng)用地畜禽糞尿氮、磷負(fù)荷Figure 3 Nitrogen and phosphorus load of agricultural land in Hainan Province

圖4 不同畜禽糞尿還田比例下海南省各市縣畜禽養(yǎng)殖增加量Figure 4 Increase in the amount of livestock and poultry under different return-to-soil rates of livestock and poultry manure in Hainan Province

圖5 海南省各市縣化肥施用量及施用強(qiáng)度Figure 5 Fertilizer application rate and application intensity in Hainan Province

表3 不同還田比例替代化肥潛力（%）Table 3 Potential of replacing chemical fertilizer with different returning ratios（%）

通過(guò)設(shè)置不同還田比例計(jì)算替代化肥的潛力，結(jié)果如表3 所示。海南省2017 年化肥施用總量為102.04 萬(wàn)t，同期海南省畜禽糞便總量和秸稈養(yǎng)分含量分別為8.1 萬(wàn)t 和6.4 萬(wàn)t，占化肥總量的14.1%。還田比例為1∕3 時(shí)，海南省替代化肥潛力為4.7%，各市縣替代化肥潛力均在15%以下；還田比例為2∕3 時(shí)，海南省替代化肥潛力為9.4%，各市縣五指山市潛力較大，為21.07%，其次是屯昌縣，為15.04%，其余市縣均在15%以下；還田比例為100%時(shí)，海南省18 個(gè)市縣中有8 個(gè)市縣替代化肥潛力高于全省平均值，處于15%以上，其中五指山市和屯昌縣最高，分別為42.1%和30.1%；最低的是瓊海市，替代潛力為8.0%；本文在計(jì)算有機(jī)肥替代化肥潛力時(shí)，將秸稈和畜禽糞便進(jìn)行綜合考慮，而在不考慮秸稈還田的情況下，海南省畜禽糞便替代化肥潛力僅為7.9%。從區(qū)域角度來(lái)看，假設(shè)海南省2017 年有機(jī)肥全部還田后，替代化肥潛力較小，大部分市縣化肥單位面積承載量依然在全國(guó)平均值以上，可見(jiàn)海南省大部分市縣化肥施用強(qiáng)度較大且具有較大的養(yǎng)殖潛力。

3 討論

3.1 畜禽糞便總量及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

本文依據(jù)2017 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算海南省畜禽糞便總量為1 110.9萬(wàn)t，N、P、K養(yǎng)分量分別為7.1萬(wàn)、0.9萬(wàn)t 和88.8 t。劉越等[22]依據(jù)國(guó)家環(huán)?？偩止紨?shù)據(jù)對(duì)海南省2011 年畜禽糞便量進(jìn)行計(jì)算，為1 741.8 萬(wàn)t，N、P 養(yǎng)分含量分別為9.8 萬(wàn)t 和2.8 萬(wàn)t；劉永豐[23]通過(guò)查閱文獻(xiàn)和實(shí)地調(diào)研估算海南省2011 年畜禽糞便量約1 748.0 萬(wàn)t，N、P 養(yǎng)分含量分別為11.7 萬(wàn)t 和1.7萬(wàn)t；劉曉永等[12]從省級(jí)角度估算海南省2010 年糞尿量為2 037.7 萬(wàn)t 和1 282.0 萬(wàn)t，養(yǎng)分量為6～15 萬(wàn)t，畜禽糞便單位耕地負(fù)荷和農(nóng)用地負(fù)荷分別為35.3 t·hm-2和28.2 t·hm-2。以上結(jié)論與本文研究結(jié)果有一定差異，除去參數(shù)選擇的不同，也因?yàn)楹Ｄ鲜?017 年養(yǎng)殖總量降低和大牲畜養(yǎng)殖比例大幅下降。海南省各市縣經(jīng)濟(jì)水平差異，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不同，地形地貌差異較大，海拔由中間往四周逐漸下降，中部地區(qū)種植高山茶葉、花卉，東南沿海城市旅游業(yè)發(fā)達(dá)，較少發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，故畜禽養(yǎng)殖業(yè)逐漸形成規(guī)?；?，造成海南省畜禽糞便地區(qū)差異性較大。研究表明畜禽糞便儲(chǔ)存過(guò)程中P、K 損失率在40%左右[13]，N 的損失率可高達(dá)60%[24]，影響耕地質(zhì)量和水資源環(huán)境，大量的糞便殘留是豐富的有機(jī)肥資源，因此在處理畜禽糞便時(shí)，需要考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，將畜禽糞便的處理、有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)以及當(dāng)?shù)胤N植業(yè)相結(jié)合，發(fā)展有機(jī)肥處理新工藝，實(shí)現(xiàn)資源高效充分利用。本文估算海南省農(nóng)用地畜禽糞便負(fù)荷為8.6 t·hm-2，遠(yuǎn)低于楊飛等[25]、朱建春等[26]計(jì)算結(jié)果，主要是前人忽視了林地和園地對(duì)糞便的消納。海南省屬于熱帶地區(qū)，經(jīng)濟(jì)作物和熱帶作物占地面積較大，是耕地面積的2 倍，故在評(píng)價(jià)海南省畜禽糞便對(duì)耕地污染風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，綜合考慮耕地、果園、林地和南藥等農(nóng)用地更加合理。同時(shí)本文在考慮畜禽糞便還田時(shí)，并未考慮農(nóng)作物的復(fù)種指數(shù)以及畜禽糞便還田時(shí)N養(yǎng)分的揮發(fā)損失率，導(dǎo)致文章研究結(jié)果與實(shí)際有一定誤差，但這并不影響對(duì)海南省畜禽糞便進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。畜禽養(yǎng)殖方式、飼料類(lèi)型、氣候條件等因素的存在，導(dǎo)致參數(shù)的偏差不可避免，實(shí)行每個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)也會(huì)造成養(yǎng)殖成本的增加，若要準(zhǔn)確系統(tǒng)地獲取畜禽糞便數(shù)據(jù)，亟需對(duì)畜禽糞便的計(jì)算方法進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)一。

3.2 海南省畜禽養(yǎng)殖承載力

本文根據(jù)農(nóng)用地承載養(yǎng)分限額計(jì)算海南省畜禽養(yǎng)殖承載力為6 751.5 萬(wàn)頭豬當(dāng)量。劉永豐[23]以耕地面積為消納場(chǎng)所計(jì)算海南省最大承載量2 451.1 萬(wàn)頭，而陳斌璽等[27]以農(nóng)用地為消納場(chǎng)所計(jì)算出海南省最大承載量為5 237.4萬(wàn)頭，與本文畜禽糞便100%還田計(jì)算結(jié)果相差較大，這是由于本文在估算畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力時(shí)，考慮到海南省屬于熱帶地區(qū)，氣候類(lèi)型不同于歐洲，復(fù)種指數(shù)較大，對(duì)畜禽糞便的消納能力更高，將農(nóng)用地氮磷養(yǎng)分負(fù)荷限定值設(shè)置為220 kg（N）·hm-2和65 kg（P）·hm-2。在后續(xù)研究中仍需進(jìn)一步考察海南省土壤對(duì)糞便的消納能力和海南省人口消費(fèi)等社會(huì)因素來(lái)綜合評(píng)估畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力。在計(jì)算50%畜禽糞便還田環(huán)境容量與實(shí)際養(yǎng)殖量比值時(shí)，?？谑泻投ò部h兩個(gè)區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值在0.76～1.00，農(nóng)用地承載風(fēng)險(xiǎn)較大，該地區(qū)應(yīng)根據(jù)土壤本底值、作物養(yǎng)分需求量和秸稈養(yǎng)分量等養(yǎng)分平衡參數(shù)進(jìn)行總量的管控，同時(shí)需要增加削減氮磷污染措施，加大畜禽廢棄物處理措施，通過(guò)產(chǎn)品化進(jìn)行銷(xiāo)售；文昌市、萬(wàn)寧市、澄邁縣、陵水縣風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在0.51～0.75之間，農(nóng)用地屬于中等污染風(fēng)險(xiǎn)，其中澄邁縣和文昌市養(yǎng)殖業(yè)較為發(fā)達(dá)，在市縣GDP 中占據(jù)比例較大，在此類(lèi)地區(qū)種養(yǎng)脫離的情況下，政府應(yīng)鼓勵(lì)種養(yǎng)結(jié)合模式并將畜禽糞便就地消納利用，加大種養(yǎng)結(jié)合模式的研發(fā)力度，并進(jìn)行推廣；其余市縣養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較小，此類(lèi)地區(qū)可適當(dāng)增加養(yǎng)殖規(guī)模，有助于推進(jìn)全省畜禽養(yǎng)殖布局合理規(guī)劃和畜禽糞便養(yǎng)分的管理。從全省角度來(lái)看，海南省雖為生態(tài)旅游城市，但是進(jìn)行適當(dāng)養(yǎng)殖，且對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)布局進(jìn)行合理規(guī)劃，妥善處理畜禽糞污，海南省仍然具有一定的養(yǎng)殖潛力，這也符合新近出臺(tái)《海南省畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020 年）》文件，是把海南省建設(shè)成為生態(tài)文明示范區(qū)和國(guó)際旅游島的重要措施。

3.3 有機(jī)肥替代化肥潛力分析

宋大利等[28]研究表明2015 年中國(guó)畜禽糞尿氮素養(yǎng)分達(dá)到1 478.0 萬(wàn)t，糞尿全部還田理論上可減少氮、磷、鉀肥37.3%、87.6%和65.9%；路國(guó)彬等[29]利用模型估算2014 年中國(guó)畜禽糞便替代氮、磷、鉀肥潛力分別為1 186.8 萬(wàn)、806.4 萬(wàn)t 和1 169.3 萬(wàn)t，分別占據(jù)化肥施用量的38.3%、52.0%和86.8%；本文研究發(fā)現(xiàn)海南省2017 年化肥施用總量為102.0 萬(wàn)t，化肥施用強(qiáng)度為616.4 kg·hm-2，遠(yuǎn)高于全國(guó)平均值。同期海南省畜禽糞便總量和秸稈養(yǎng)分含量分別為8.1萬(wàn)t和6.4萬(wàn)t，總數(shù)占化肥總量的14.2%，各類(lèi)有機(jī)肥替代化肥潛力大小為秸稈（7.5%）＞豬糞（5.2%）＞牛糞（1.5%）＞家禽糞（1.2%）＞羊糞（0.06%）。本文在估算海南省秸稈養(yǎng)分還田時(shí)，忽略了秸稈還田比例問(wèn)題。據(jù)劉曉永等[1，30]研究2016 年全國(guó)秸稈還田比例為61.3%，2010年?yáng)|南地區(qū)各類(lèi)畜禽糞便還田比例為53.3%～70.4%，導(dǎo)致本文估計(jì)有機(jī)肥替代化肥潛力偏大。相關(guān)研究表明[31]，2∕3 秸稈和畜禽糞便還田會(huì)增加土壤養(yǎng)分以及作物產(chǎn)量，故本文參考宋大利等[28]研究，設(shè)置1∕3、2∕3和100%還田3個(gè)情況，海南省有機(jī)肥替代化肥潛力分別為4.7%、9.5%和14.2%，秸稈由于碳氮比較高，分解速率較慢，因此還田時(shí)需要適當(dāng)補(bǔ)充氮磷養(yǎng)分，保證作物生長(zhǎng)所需，而畜禽糞便直接還田會(huì)導(dǎo)致重金屬、抗生素污染，其中畜禽糞便是土壤抗生素的主要來(lái)源，堆肥和沼氣可以有效去除抗生素影響，對(duì)重金屬的鈍化也具有一定效果。海南省復(fù)種指數(shù)大，導(dǎo)致海南省秸稈總量增長(zhǎng)空間不大，而海南省畜禽養(yǎng)殖潛力較大，畜禽糞尿養(yǎng)分增值空間大。隨著海南省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和政策扶持，海南省有機(jī)肥替代化肥潛力也會(huì)逐年增加，所以實(shí)現(xiàn)有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化已成為海南省有機(jī)肥發(fā)展的途徑之一，相關(guān)研究表明[32]，施用有機(jī)肥替代化肥，會(huì)降低環(huán)境酸化、全球變暖和富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)，同時(shí)畜禽糞便內(nèi)含有大量植物生長(zhǎng)所必需的礦質(zhì)元素，能夠抑制植物土傳病害，后續(xù)研究應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，進(jìn)行不同比例畜禽糞便還田，觀察海南省土壤理化性質(zhì)和作物生長(zhǎng)，確定海南省畜禽糞便最佳還田比例。

4 結(jié)論

（1）海南省2017 年畜禽糞便總量為1 110.9 萬(wàn)t，N、P、K 養(yǎng)分排放總量分別為7.1 萬(wàn)、0.9 萬(wàn)t 和88.8 t。農(nóng)用地氮、磷負(fù)荷量分別為55.1 kg·hm-2和7.2 kg·hm-2。

（2）海南省畜禽糞便全部還田時(shí)畜禽養(yǎng)殖總量為6 751.5 萬(wàn)頭豬當(dāng)量，定安縣和海口市環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值較大，分別為0.98 和0.81；其次是文昌市、萬(wàn)寧市、澄邁縣、陵水縣，農(nóng)用地污染風(fēng)險(xiǎn)屬于中等級(jí)別；其余市縣農(nóng)用地暫時(shí)沒(méi)有污染風(fēng)險(xiǎn)，因此部分市縣具有較大養(yǎng)殖空間。

（3）海南省有機(jī)肥替代化肥潛力大，秸稈和4 種畜禽糞便替代化肥潛力大小分別為秸稈（7.5%）＞豬糞（5.2%）＞牛糞（1.5%）＞家禽糞（1.2%）＞羊糞（0.06%）。秸稈和畜禽糞便按1∕3、2∕3 和100%還田替代潛力分別為4.2%、7.1%和14.1%。