吉林省畜禽糞污土地承載力測算及環(huán)境風險評價

劉美玲，王桂霞，楊義風

（吉林農業(yè)大學經濟管理學院，吉林 長春 130118）

隨著畜牧業(yè)規(guī)?；降牟粩嗵岣撸N養(yǎng)經營主體逐漸分離，隔絕了畜禽廢棄物天然還田通道，使得畜禽養(yǎng)殖排污量明顯升高，對環(huán)境造成嚴重污染[1]。當前，我國畜牧業(yè)污染已經超過鋼鐵和煤炭污染，其中畜禽糞污污染所占比重最高[2]。畜禽糞污中所含的氮、磷等營養(yǎng)成分若未經處理直接排放到土壤和水中，會對農作物和人的身體健康造成消極影響。由此可見，糞污污染已經成為畜牧業(yè)轉型升級和可持續(xù)發(fā)展過程中亟待解決的關鍵問題。

當前，我國已從過去畜禽糞污的治理轉向畜禽糞污的綜合利用[3]。對于畜禽糞肥土地承載力的測算，大體分為兩類，第一類是測算單位土地面積所能消納的畜禽糞污總量和污染風險的等級[4]，此種方法適合大環(huán)境下的污染風險評估。第二類是根據區(qū)域內土壤自身肥力、農作物養(yǎng)分需求量估算畜禽糞肥的施用量，也可以通過一定比例的化肥施用量來測算畜禽糞肥的養(yǎng)分供給量，建立養(yǎng)分平衡模型，從而估算出土地承載力[5]。此種方法需要大量的相關數據，但是可以科學地反映區(qū)域內種植單元與養(yǎng)殖單元的平衡關系和調控化肥與畜禽糞肥的配施比例[6]。

吉林省飼料的充足供給和資源環(huán)境優(yōu)勢為大力發(fā)展畜禽養(yǎng)殖業(yè)提供了良好的條件[7]。2016年6月農業(yè)部頒布的《全國生豬生產發(fā)展規(guī)劃（2016—2020）》中將南方多省區(qū)列為生豬約束發(fā)展區(qū)，將東北三省和內蒙古列為潛力增長區(qū)。那么，在“南豬北養(yǎng)”政策格局下，吉林省畜禽養(yǎng)殖業(yè)機會與挑戰(zhàn)并存，隨著畜禽養(yǎng)殖數量的增加和規(guī)模的大幅提高，畜禽糞污也會隨之增多，這勢必會對吉林省的環(huán)境造成一定的影響[8]，然而卻少有對吉林省土地承載力測算及環(huán)境風險評估的研究。為了進一步分析畜禽糞污對環(huán)境的影響程度，本文根據2018年農業(yè)部頒布的《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》中的土地承載力計算方法和《吉林統計年鑒》中的播種面積、畜禽年末存欄量和農作物產量等數據，對吉林省9個市（州）的農作物糞肥養(yǎng)分需求量和環(huán)境污染風險指數進行測算，分析畜禽糞污土地承載力情況，對環(huán)境風險進行評估。此種方法以養(yǎng)分平衡理論為基礎，可以科學地反映出種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)的平衡關系，監(jiān)測環(huán)境污染風險情況，為促進吉林省構建種養(yǎng)結合、農牧循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展畜牧業(yè)新格局提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 吉林省及其各市（州）2017年末養(yǎng)殖存欄數與豬當量 吉林省及省內9個市（州）的牛、豬、羊、家禽等年末存欄量、農作物化肥施用量、播種面積和產量等數據均來源于《吉林統計年鑒》，由于部分市（州）奶牛養(yǎng)殖量較少，所以將奶牛與肉牛養(yǎng)殖量合并，按照肉牛系數換算成豬當量。

將吉林省主要養(yǎng)殖畜種存欄量轉換成豬當量核算吉林省畜牧業(yè)生產概況。將豬、牛、羊和家禽換算成豬當量為2 871.25萬頭，豬的養(yǎng)殖比重為31.73%，肉牛為37.38%，家禽為22.08%，其中牛和豬的比重合計72.36%，為全省主要畜種（表1）。將存欄量換算成豬當量后可以看出長春市、松原市、四平市和吉林市畜禽養(yǎng)殖量較多（表2）。

表1 2017年吉林省畜禽養(yǎng)殖生產總體情況

表2 2017年吉林省各市（州）畜禽養(yǎng)殖生產情況

1.1.2 吉林省2017年農作物產量及養(yǎng)分需求量 2017年吉林省農作物總播種面積為6 086 170 hm2，其中主要農作物播種面積為6 013 830 hm2；全省主要農作物總產量為46 903 700 t；氮養(yǎng)分需求量為1 041 150.41 t，磷養(yǎng)分需求量為94 546.58 t（表3）。因吉林省內飼料和藥材等作物種植量較少，所以暫不計入。

表3 吉林省主要農作物生產及養(yǎng)分需求分析

1.1.3 吉林省土壤肥力指標及糞肥配施比例 吉林省土壤有效磷為26.7 mg/kg，根據吉林省土壤養(yǎng)分特征將吉林省土壤氮、磷養(yǎng)分定位為Ⅱ級[9]，結合當地農民生產實踐，區(qū)域糞肥占施肥比例取值為15%，施肥供給養(yǎng)分占比為45%，糞污氮素和磷素當季利用率分別取25%和30%。

1.2 方法

1.2.1 研究依據和計算公式 根據《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》所給出的土地承載力計算方法以及豬當量換算標準，100頭豬相當于15頭奶牛、30頭肉牛、250只羊、2 500只家禽，單位豬當量氮、磷養(yǎng)分供給量分別為7.0 kg和1.2 kg。

式（1）中：Mx為區(qū)域內農作物氮、磷養(yǎng)分需求量（t/a）；mi為區(qū)域內農作物i的產量；Bi,x為區(qū)域內農作物i每100 kg產量對氮、磷的養(yǎng)分需求量（kg），x為氮素或者磷素的數量。

式（2）中：Fx為區(qū)域內農作物氮、磷糞肥養(yǎng)分需求量（t/a）；Mx為區(qū)域內農作物氮、磷養(yǎng)分需求量（t/a）；e為施肥供給養(yǎng)分占比（%）；h為糞肥占施肥比例（%）；rx為區(qū)域內畜禽糞污氮素和磷素當季利用率（%）。

式（3）中：Gx為區(qū)域內畜禽糞污承載力（萬頭）；Qx為單位豬當量氮、磷養(yǎng)分供給量（kg）；Fx為區(qū)域內農作物氮、磷糞肥養(yǎng)分需求量（t/a）。

式（4）中：PI為區(qū)域畜禽糞便污染風險指數，具體可分為5級[10]，A為區(qū)域內實際畜禽養(yǎng)殖換算成豬當量的總數（萬頭）；G為區(qū)域內土地承載豬當量（萬頭）。

1.2.2 作物吸收養(yǎng)分的參數選擇 單位農作物對養(yǎng)分的吸收能力和需求情況可以反映出養(yǎng)分的含量和去向，體現出區(qū)域內土壤對糞肥養(yǎng)分的吸收能力。根據區(qū)域內主要農作物的種類和產量，參考《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》中每種農作物100 kg產量對氮、磷養(yǎng)分的需求系數，可以測算出農作物糞肥養(yǎng)分需求量。

2 結果與分析

2.1 農作物糞肥養(yǎng)分需求量測算結果

結合農作物養(yǎng)分需求量及公式（2），可以測算出全省及各市（州）農作物糞肥養(yǎng)分需求量。通過測算，2017年吉林省農作物糞肥氮需求量為281 110.61 t，糞肥磷養(yǎng)分需求量為21 272.98 t。從各市（州）的糞肥養(yǎng)分需求量來看，各市（州）對氮的糞肥需求量均大于對磷的糞肥需求量，其中長春市的氮、磷糞肥需求量最高，白山市最低（表4），可見2017年長春市農作物產量較高，對糞肥的需求量也較高。其中測算數據不含園林水果、飼料作物、藥材等作物養(yǎng)分需求量。

2.2 土地承載力分析

根據畜禽糞肥氮磷養(yǎng)分需求量結合公式（3），以畜禽糞污氮磷供給量測算，吉林省以氮計畜禽理論承載量為10 090.51萬頭豬當量，以磷計理論承載量為6 223.5萬頭豬當量，均高于吉林省實際養(yǎng)殖的2 871.25萬頭豬當量，可見，從省內布局看畜禽養(yǎng)殖還有較大的發(fā)展空間；但是從市（州）層面看，部分市（州）實際養(yǎng)殖的畜禽數量高于理論承載數量，雖從省域層面看可以消納省內糞污，但是將承載力尺度縮小至市（州）層面后，發(fā)現省內局部地區(qū)存在承載力風險。

2017年吉林省農用化肥施用總量為4 349 000 t，其中氮肥1 521 000 t、磷肥409 000 t、鉀肥301 000 t、復合肥2 118 000 t。根據上文測算分析，吉林省農作物化肥氮、磷需求量分別為281 110.61 t和21 272.98 t，其施用量已經遠遠超過需求量。

表4 2017年吉林省各市（州）農作物糞肥養(yǎng)分需求量 t

2.3 環(huán)境風險評價

根據公式（4）結合吉林省內實際養(yǎng)殖豬當量總數和土地承載力，測算畜禽糞便污染風險指數，其中以氮計風險指數為0.28，以磷計風險指數為0.46，均小于0.7，為Ⅰ級（表5），土地承載力情況有較大的發(fā)展空間（表6）。但是省內各市（州）存在超載情況，白山市以磷計算風險指數已經超過1.4，明顯超載；四平市和延邊朝鮮族自治州以磷計算風險指數超過1.0，已經超載；長春市以氮、磷計算的風險指數分別為0.76和0.95，尚有發(fā)展空間，但是即將超過臨界值（表7）。在吉林省9個市（州）中以磷計算風險指數，已經有3個市（州）超載，1個市即將超載，5個市有較大發(fā)展空間，說明從省內布局來看，畜禽養(yǎng)殖密度分布不均，造成局部市（州）超載。

表5 區(qū)域畜禽糞便污染風險指數分級

表6 2017年吉林省畜禽養(yǎng)殖承載力及污染風險指數

表7 2017年吉林省各市（州）畜禽養(yǎng)殖承載力及污染風險指數

3 結論與建議

3.1 結論

通過對吉林省及其9個市（州）畜禽糞污土地承載力的測算及環(huán)境風險評價，可以得出以下結論：吉林省從省內布局看畜禽糞污完全可以在省內消納，土地畜禽承載力有較大的發(fā)展空間，但是從地市層面看，局部市（州）已經超載；吉林省內氮、磷肥施肥量遠高于農作物對其的需求量，目前糞肥施肥比例過低，化肥施用量過高；縮小承載力計算的區(qū)域尺度發(fā)現吉林省內9個市（州）中白山市、四平市、延邊朝鮮族自治州已經超載，長春市已經接近臨界值即將超載，吉林、松原、遼源、通化、白城等市還有較大發(fā)展空間，可見省內養(yǎng)殖空間布局不科學。

3.2 建議

3.2.1 縮小承載力計算尺度，合理規(guī)劃養(yǎng)殖業(yè) 土地承載力的測算要綜合考慮各項環(huán)境因素，要以最短缺的因素為限制，以最小的承載力尺度放大極值，區(qū)域尺度過大可能會忽略局部情況。本文獲取數據受到約束，所以測算了一級地市的畜禽糞污土地承載力和污染風險指數。承載力尺度越小，越能反映種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)實際的污染風險情況。將承載力尺度盡可能縮小，以種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)結合為前提，合理規(guī)劃養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，將新增的養(yǎng)殖量投放到風險指數小的地區(qū)。

3.2.2 實施測土配方施肥，增加糞肥施用量 吉林省氮、磷肥的施用量已經超過了農作物對氮、磷的需求量。磷肥自身帶有少量重金屬，過多施用會造成土壤污染，不利于農作物的生長。測土配方技術根據區(qū)域氣候特征、土壤養(yǎng)分含量、農作化肥需求量，可以提供有針對性的配方肥，在維持土壤自身養(yǎng)分的基礎上，提供適宜的肥料，提高有機肥的施用率，改善土壤質量，增加農作物產量。調整糞肥施用比例，逐漸降低化肥施用量，發(fā)揮畜禽糞肥在一定程度上增強土壤養(yǎng)分的作用，實現糞污的資源化利用。

3.2.3 促進種養(yǎng)結合，實現糞污資源化利用 將經過處理的畜禽糞污化為含有養(yǎng)分的有機肥，以肥料的形式回歸農田，是形成農業(yè)生產內部物質和能量循環(huán)利用的最好模式。畜禽糞污的資源化利用的最終落腳點是實現種養(yǎng)結合，農牧循環(huán)，提高種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的生產潛力，構建綠色畜牧業(yè)的新格局。由于糞肥的處理加工過程繁瑣，所以農戶并不愿意利用糞肥，因此，需要政府通過經濟激勵和環(huán)境規(guī)制并舉的方式，規(guī)范和激發(fā)農戶糞污資源化利用行為的同時，培育畜禽糞污資源化利用社會化服務體系，組織養(yǎng)殖場（戶）與合作社、環(huán)境治理企業(yè)等的合作，形成多元治污格局。另外，政府要對養(yǎng)殖企業(yè)的糞肥資源利用效果進行定期考核，并對土地質量進行檢測，最終實現種養(yǎng)結合，提高糞肥資源利用率。