麻城市畜禽糞污對(duì)主要作物氮磷供給潛能及環(huán)境的影響

管鵬鵬，屈佳君，鮑五洲，胡紅衛(wèi)，馬自波，詹 冬，王瑞芳，常艷勤

（1.麻城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖北麻城 438300；2.麻城市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖北麻城 438300）

麻城市位于東經(jīng)114°40′—115°28′，北緯30°52′—31°36′，地處湖北省東北部，鄂豫皖三省交界處［1］，是全國(guó)產(chǎn)糧大縣、生豬調(diào)出大縣和畜牧大縣，主要種植水稻、小麥、蔬菜、油料等作物，養(yǎng)殖生豬、牛羊、家禽等，農(nóng)業(yè)廢棄物資源豐富，包括農(nóng)作物殘茬、秸稈、畜禽糞污和林木廢棄物，其中畜禽糞污是麻城市最主要的農(nóng)業(yè)廢棄物資源。研究表明，畜禽糞污是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥來(lái)源，能增加土地有機(jī)質(zhì)含量，含有豐富的有機(jī)物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，能為作物生長(zhǎng)供給所需的營(yíng)養(yǎng)［2，3］，有提供氮、磷養(yǎng)分的潛勢(shì)［4，5］，但大量的畜禽糞污若不經(jīng)處理隨意排放，會(huì)破壞生態(tài)平衡，污染環(huán)境［2，6］，造成面源污染。同時(shí)，由于種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)缺乏協(xié)調(diào)規(guī)劃，“種養(yǎng)分離”日趨明顯，影響了種養(yǎng)系統(tǒng)間物質(zhì)循環(huán)利用［7］，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)畜禽糞便空間上不均衡，造成區(qū)域土壤和水體氮、磷污染［8］。麻城市作為農(nóng)業(yè)種養(yǎng)大縣、全國(guó)畜禽糞污資源量大縣和全國(guó)綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點(diǎn)縣，對(duì)該區(qū)域作物施肥量、施肥方式的研究比較集中，而對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用和環(huán)境污染方面的研究甚少，因此，探究麻城市農(nóng)業(yè)廢棄物資源的科學(xué)合理利用至關(guān)重要，也勢(shì)在必行。

統(tǒng)計(jì)2017—2019 年3 年相關(guān)數(shù)據(jù)的平均數(shù)作為數(shù)據(jù)，分析了麻城市主要作物氮、磷養(yǎng)分的需求量、畜禽糞污氮、磷養(yǎng)分的排泄量和供給量及畜禽糞污氮、磷環(huán)境污染預(yù)警值，旨在初步探明麻城市畜禽糞污對(duì)主要作物氮、磷供給潛能及環(huán)境的影響，意在為當(dāng)?shù)貎?yōu)化農(nóng)業(yè)種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和功能分區(qū)、推進(jìn)農(nóng)業(yè)資源綜合利用和化肥農(nóng)藥減量增效提供參考依據(jù)和決策支持。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)采集

作物種植面積和總產(chǎn)量、畜禽存欄數(shù)據(jù)來(lái)源于2018 年和2019 年《麻城統(tǒng)計(jì)年鑒》［9，10］。

1.2 分析方法

1.2.1 區(qū)域作物氮、磷養(yǎng)分需求量 區(qū)域內(nèi)各種農(nóng)作物的氮、磷養(yǎng)分需求量，按照區(qū)域植物養(yǎng)分需求量［11］計(jì)算。

式中，單位產(chǎn)量養(yǎng)分需求量為各類(lèi)植物形成100 kg產(chǎn)量需要吸收的氮、磷量，計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 各類(lèi)植物形成100 kg 產(chǎn)量需要吸收的氮、磷量參數(shù)

1.2.2 區(qū)域畜禽糞污氮、磷排泄量 區(qū)域內(nèi)各類(lèi)畜禽糞污氮、磷排泄量，按豬當(dāng)量折算標(biāo)準(zhǔn)和1 個(gè)豬當(dāng)量氮磷排泄量［11］計(jì)算。

式中，豬當(dāng)量指用于衡量畜禽氮（磷）排泄量的度量單位，即1 頭豬為1 個(gè)豬當(dāng)量；1 個(gè)豬當(dāng)量的年氮、磷排泄量參照《畜禽糞便還田技術(shù)規(guī)范》［13］《畜禽糞污土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》［11］、付敏等［14］推薦值和研究成果，綜合取《畜禽糞污土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》［11］中的推薦值，即1 個(gè)豬當(dāng)量的年氮排泄量為11 kg，磷排泄量為1.65 kg；豬當(dāng)量折算［11，13］按存欄量折算，100 頭豬相當(dāng)于15 頭奶牛、30 頭肉牛、250 只羊、2 500 羽家禽。

1.2.3 區(qū)域畜禽糞污氮、磷供給量 區(qū)域內(nèi)各類(lèi)畜禽糞污氮、磷供給量，按豬當(dāng)量折算標(biāo)準(zhǔn)和單位豬當(dāng)量氮、磷養(yǎng)分供給量［11］計(jì)算。

式中，單位豬當(dāng)量氮養(yǎng)分供給量為7.0 kg，單位豬當(dāng)量磷養(yǎng)分供給量為1.2 kg。

1.2.4 區(qū)域畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值（R） 區(qū)域畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值（R）參照國(guó)家環(huán)境總局［15］、王恩玲等［12］、杜娟等［16］研究方法，用區(qū)域畜禽糞污氮（磷）排泄量與區(qū)域植物氮（磷）養(yǎng)分需求量比值表示（不考慮化肥）。

式中，R為區(qū)域畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值，NQ（PQ）為區(qū)域畜禽糞污氮（磷）排泄量，NZ（PZ）為區(qū)域植物氮（磷）養(yǎng)分需求量。R值越小，說(shuō)明該區(qū)域耕地對(duì)畜禽糞污的承受力越強(qiáng)。污染程度的判斷標(biāo)準(zhǔn)參照王恩玲等［12］畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警區(qū)間及對(duì)環(huán)境的影響判斷標(biāo)準(zhǔn)（表2）。當(dāng)R≤0.4 時(shí)，畜禽糞污可完全被所在區(qū)域耕地消納，不會(huì)造成環(huán)境污染，當(dāng)R≥2.5 時(shí)，畜禽糞污對(duì)所在區(qū)域耕地造成極大污染。

表2 畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警區(qū)間及對(duì)環(huán)境的影響

2 結(jié)果與分析

2.1 主要作物氮、磷養(yǎng)分需求量分析

以各類(lèi)植物形成100 kg 產(chǎn)量需要吸收氮、磷量為植物單位產(chǎn)量氮磷需求（表1），根據(jù)區(qū)域植物氮（磷）養(yǎng)分需求量計(jì)算，麻城市主要作物總產(chǎn)量為110.117 433萬(wàn)t，主要作物氮總需求量為18 032.56 t，磷總需求量為4 473.10 t，氮總需求量是磷總需求量的4 倍多（表3）。從氮需求量看，水稻和油料氮需求量較高，分別為7 350.89 和6 703.43 t，分別占總氮需求量的40.76%和37.17%。蔬菜次之，需求量為2 446.03 t、占總氮需求量的13.56%；從磷需求看，水稻需求量最高，為2 673.05 t、占總磷需求量的59.76%；蔬菜和油料次之且需求相當(dāng)，分別為604.87和826.97 t。麻城市主要作物氮、磷需求量主要集中在水稻、油料和蔬菜，3 種作物氮需求量占總需求量的91.49%、磷需求量占總需求量的91.77%。氮、磷需求量均表現(xiàn)為大田作物>經(jīng)濟(jì)作物>蔬菜>果樹(shù)，主要作物氮、磷需求量均表現(xiàn)為水稻>油料>蔬菜>其他。

表3 麻城市主要作物氮、磷養(yǎng)分需求量

2.2 畜禽糞污氮、磷養(yǎng)分排泄量和供給量及對(duì)主要作物養(yǎng)分供給潛能分析

基于豬當(dāng)量衡量折算，麻城市主要畜禽生豬、家禽、肉牛、奶牛和山羊合計(jì)存量為815.235 3 萬(wàn)頭（只），相當(dāng)于125.374 3 萬(wàn)個(gè)豬當(dāng)量（表4），其中，肉牛最高，相當(dāng)于45.874 3 萬(wàn)個(gè)豬當(dāng)量，生豬次之，為43.525 0 萬(wàn)個(gè)豬當(dāng)量，家禽為29.495 2 萬(wàn)個(gè)豬當(dāng)量、奶牛為56 913 個(gè)豬當(dāng)量，山羊最小，相當(dāng)于7 885 個(gè)豬當(dāng)量。畜禽氮、磷排泄總量分別為13 791.17 和2 068.68 t，供給總量分別為8 776.2 和1 504.49 t，氮磷排泄、供給量均為肉牛>生豬>家禽>奶牛>山羊，其中，肉牛氮、磷排泄量分別為5 046.17和756.93 t，供給量分別為3 211.2 和550.49 t，均占總排泄、供給量的36.59%；生豬氮、磷排泄量分別為4 787.75 和718.16 t，供給量分別為3 046.75 和522.30 t，均占總排泄、供給量的34.72%。從表5 分析看，畜禽與作物的氮、磷供需比為48.67%和33.64%，其中，肉牛供給量最大，氮、磷供需占比分別為17.81%和12.31%，其次為生豬，氮、磷供需占比分別為16.90%和11.68%，家禽氮、磷供需占比分別為11.45%和7.91%，奶牛和山羊氮、磷供需占比均低于2.5%。

表4 麻城市畜禽糞污氮、磷排泄量和供給量

表5 麻城市畜禽糞污氮、磷供給與主要作物氮、磷需求比

2.3 畜禽糞污對(duì)環(huán)境影響分析

由式（5）可得，麻城市畜禽糞污氮、磷環(huán)境污染預(yù)警值R（N）和R（P）分別為0.76 和0.46（表6），由表2 可知，R（N）0.76 在0.7～1.0，R（P）0.46 在0.4～0.7，說(shuō)明麻城市畜禽糞污排放對(duì)環(huán)境有影響。從畜禽種類(lèi)看，生豬、家禽、肉牛、奶牛和山羊的預(yù)警值均為R＜0.4，可見(jiàn)單個(gè)畜禽糞污排放物對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響，不會(huì)造成污染；其中生豬、家禽和肉牛的R值較高，R（N）兩兩加和值分別為0.45、0.46 和0.55，R（N）和R（P）值三者加和分別為0.73 和0.44，可見(jiàn)麻城市生豬、家禽和肉牛混養(yǎng)時(shí)R值在0.4～1.0，且三者加和的R（N）和R（P）對(duì)畜禽總R（N）和總R（P）的貢獻(xiàn)率分別達(dá)96.05%和95.65%，說(shuō)明麻城市畜禽主要污染源為生豬、家禽和肉牛，畜禽糞污排泄的氮素對(duì)環(huán)境表現(xiàn)為有影響、磷素表現(xiàn)為稍有影響。

表6 麻城市畜禽糞污氮、磷環(huán)境污染預(yù)警值

3 小結(jié)與討論

麻城市主要作物年產(chǎn)量為110 萬(wàn)t 左右，主要作物氮、磷總需求量分別為18 032.56 和4 473.10 t，其中，水稻、蔬菜和油料三者總產(chǎn)量占全域主要作物總產(chǎn)量的96.2%，三者氮磷總需求量占比91.49%左右，說(shuō)明水稻、蔬菜和油料是麻城市最主要農(nóng)作物，也是氮和磷需求最主要作物；畜禽糞污排泄的氮、磷環(huán)境污染預(yù)警值分別為0.76 和0.46，在預(yù)警區(qū)間值0.7～1.0 和0.4～0.7，說(shuō)明當(dāng)畜禽糞污不經(jīng)過(guò)處理隨意排泄時(shí)，排泄的氮和磷對(duì)所在區(qū)域環(huán)境分別表現(xiàn)為有影響和稍有影響，麻城市不經(jīng)處置隨意排放的畜禽糞污中氮、磷不能被耕地作物完全消納，導(dǎo)致輕微的氮、磷環(huán)境污染，Zubair 等［2］和王方浩等［7］研究表明畜禽糞污隨意排泄會(huì)導(dǎo)致所在區(qū)域環(huán)境污染。如果排泄的糞污通過(guò)科學(xué)方式處理綜合利用，不僅可為麻城市主要作物提供總氮、磷需求量的30%～50%，而且剩余的畜禽糞污氮、磷環(huán)境污染預(yù)警值R（N/P）遠(yuǎn)小于0.4，說(shuō)明經(jīng)處理綜合利用后畜禽糞污可完全被所在區(qū)域耕地消納，不會(huì)對(duì)所在區(qū)域環(huán)境造成污染。另外，生豬、家禽和肉牛排泄糞污中氮、磷量占畜禽排泄總氮、磷量的94.8%，說(shuō)明生豬、家禽和肉牛為麻城市最主要的畜禽糞污氮、磷排泄源，也是麻城市重要的農(nóng)業(yè)面源污染源。說(shuō)明麻城市在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中要優(yōu)化平衡種植業(yè)水稻、蔬菜、油料產(chǎn)業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)生豬、家禽、肉牛產(chǎn)業(yè)之間的功能分區(qū)和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。