黃淮海地區(qū)不同作物生豬土地承載力估算

陳廣銀，董金竹，曹海南，吳 佩，黃 艷，汪 玉，鄭如婷，左 琳，方彩霞，肖 琦

(1.安徽省水土污染治理與修復(fù)工程實驗室，安徽 蕪湖 241002；2.安徽師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，安徽 蕪湖 241002)

隨著集約化養(yǎng)殖的快速發(fā)展，種養(yǎng)脫節(jié)問題日趨嚴(yán)重，以農(nóng)田消納豬場糞污成為豬場糞污處理最經(jīng)濟(jì)有效的方式之一，但不合理還田可能造成嚴(yán)重的二次污染[1-3]，甚至影響作物生產(chǎn)[4]。為制定科學(xué)合理的豬場糞污還田方案，確定豬場糞污農(nóng)田承載力是首要任務(wù)。目前，評價畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力的方法主要包括養(yǎng)分平衡法和指標(biāo)體系法2種，其中以養(yǎng)分平衡法的使用更廣泛[5]。研究人員以區(qū)內(nèi)所有畜禽養(yǎng)殖糞污為研究對象，以區(qū)內(nèi)所有耕地為消納對象，基于全國[6-7]、地區(qū)[8]、省份[9-10]、市[11-12]、縣[13-14]、養(yǎng)殖場[15]和家庭農(nóng)場[16]等不同區(qū)域范圍的畜禽土地承載力進(jìn)行了大量研究，其結(jié)果對指導(dǎo)區(qū)內(nèi)畜禽養(yǎng)殖規(guī)劃有一定指導(dǎo)作用，但對具體到某種畜禽糞污的承載力缺乏數(shù)據(jù)支持。我國畜禽養(yǎng)殖種類多樣，不同區(qū)域畜禽養(yǎng)殖種類存在較大差別，以區(qū)內(nèi)所有畜禽養(yǎng)殖糞污為對象開展研究存在一定的局限性。楊世琦等[17]在省域尺度下對畜禽糞便農(nóng)田消納量及承載負(fù)荷的研究發(fā)現(xiàn)，畜禽糞便污染的防治對象主要是生豬與肉雞，重點是生豬。生豬是我國居民生活最主要的肉類來源之一，在我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)中占有極其重要的地位，評價生豬土地承載力對指導(dǎo)生豬養(yǎng)殖糞污還田和豬場配套農(nóng)田面積測算有重要意義。冷碧濱等[18]研究了中國生豬大規(guī)模養(yǎng)殖的環(huán)境承載力；饒中秀等[19]估算了長沙市生豬養(yǎng)殖糞污產(chǎn)量，分析了豬場糞污主要養(yǎng)分含量，并對耕地畜禽承載量進(jìn)行了估算；賈玉川[20]估算了大慶市豬場糞污產(chǎn)量及糞便在處理過程中氮、磷的變化規(guī)律，并對耕地畜禽承載量進(jìn)行了估算；王誠等[21]估算了山東省生豬排污系數(shù)，在此基礎(chǔ)上計算出山東省生豬養(yǎng)殖污染物總產(chǎn)量及耕地負(fù)荷。在生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到具體某種畜禽糞污在某一種農(nóng)作物上的土地承載力問題，但目前這方面的研究較少。杜坤等[22-23]研究了基于玉米種植的生豬土地承載力；柳開樓等[24]評估了在水稻生產(chǎn)中長期施用豬糞的土地承載力。文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，基于我國某一地區(qū)研究不同類別農(nóng)作物種植時的生豬土地承載力還鮮有報道。

該研究以黃淮海地區(qū)為研究范圍，估算了該地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物產(chǎn)量及耕地負(fù)荷。在此基礎(chǔ)上，篩選黃淮海地區(qū)常見的6種農(nóng)作物，基于“以種定養(yǎng)、以需定養(yǎng)”的理念，參考《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》(以下簡稱《指南》)[25]中的相關(guān)參數(shù)及方法，估算黃淮海地區(qū)不同作物單位面積農(nóng)田的生豬承載力，為生豬養(yǎng)殖糞污還田提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃淮海地區(qū)包括北京、天津和山東三省(市)的全部，河南、河北兩省的大部，以及江蘇、安徽兩省的淮北地區(qū)，共53個地級市和2個直轄市，包含376個縣(市、區(qū))[26]，總面積46.95萬km2，是我國北方人口、產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)密集地區(qū)，也是全國政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心所在地，在全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。同時，黃淮海地區(qū)是我國四大平原之一，土壤肥沃，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，是我國重要的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地之一。2017年，該地區(qū)稻谷、小麥、玉米、豆類、薯類、油料、蔬菜和瓜果年產(chǎn)量分別占全國總產(chǎn)量的10.69%、72.17%、27.94%、13.71%、37.64%、29.41%、35.82%和49.86%[27]。

1.2 研究方法

1.2.1研究思路

按照“以種定養(yǎng)、以需定養(yǎng)”的思路確定黃淮海地區(qū)不同作物單位面積農(nóng)田糞肥氮、磷需求量，再根據(jù)單位生豬糞肥氮、磷養(yǎng)分提供量，估算出單位面積農(nóng)田的生豬承載量。具體計算過程如下：(1)在查閱大量文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，確定黃淮海地區(qū)主要的6種農(nóng)作物(水稻、小麥、玉米、大豆、油菜和棉花)，獲得單位面積農(nóng)田的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)《指南》中各類農(nóng)作物單位質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品的氮、磷養(yǎng)分需求量，計算單位面積農(nóng)田農(nóng)作物的氮、磷養(yǎng)分需求量；(3)通過查閱黃淮海地區(qū)豬糞替代化肥相關(guān)的研究資料，在保證農(nóng)作物不減產(chǎn)的前提下，確定豬糞氮、磷替代化肥的比例，結(jié)合《指南》中相關(guān)計算方法，計算出黃淮海地區(qū)單位面積農(nóng)田的糞肥氮、磷需求量；(4)結(jié)合單位生豬氮、磷養(yǎng)分供給量，估算出黃淮海地區(qū)不同作物單位面積農(nóng)田的生豬土地承載力。具體流程見圖1。

圖1 不同作物農(nóng)田的生豬承載力計算流程

1.2.2數(shù)據(jù)獲取與處理

黃淮海地區(qū)各省份耕地面積數(shù)據(jù)來自各省份2018年統(tǒng)計年鑒；生豬出欄量和農(nóng)產(chǎn)品單產(chǎn)數(shù)據(jù)來自各省份的統(tǒng)計年鑒和農(nóng)業(yè)部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，河南省漯河市和駐馬店市的數(shù)據(jù)來自2017年統(tǒng)計年鑒。收集的數(shù)據(jù)采用Office 2010軟件進(jìn)行處理。

1.2.3數(shù)據(jù)計算過程

1.2.3.1黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物產(chǎn)量估算

依據(jù)黃淮海地區(qū)各省份生豬年出欄量、飼養(yǎng)周期和日排泄系數(shù)，計算生豬養(yǎng)殖污染物產(chǎn)量，計算公式為

Y=m×T×υ×κ。

(1)

式(1)中，Y為生豬養(yǎng)殖糞便、污水、氮、磷、銅和鋅排放量，萬t或t；m為生豬年出欄量，萬頭；T為飼養(yǎng)周期，d；υ為日排泄系數(shù)，kg·頭-1·d-1或L·頭-1·d-1或mg·頭-1·d-1；κ為單位換算系數(shù)。生豬飼養(yǎng)周期參照王方浩等[28]及原國家環(huán)境保護(hù)總局[29]的方法，豬飼養(yǎng)周期為199 d，以年出欄量計。生豬日排污系數(shù)參照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》，并進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)[30]。具體如下：豬產(chǎn)污系數(shù)=1/3保育期產(chǎn)污系數(shù)+2/3育肥期產(chǎn)污系數(shù)。生豬養(yǎng)殖污染物日排泄系數(shù)見表1。

表1 生豬養(yǎng)殖污染物日排泄系數(shù)

1.2.3.2黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物耕地負(fù)荷

根據(jù)黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物產(chǎn)生情況，結(jié)合區(qū)內(nèi)耕地面積，計算生豬養(yǎng)殖污染物耕地負(fù)荷，評估區(qū)內(nèi)生豬養(yǎng)殖污染物農(nóng)田承載情況，計算公式為

(2)

式(2)中，η為生豬養(yǎng)殖污染物耕地負(fù)荷，t·hm-2或kg·hm-2；S為耕地面積，hm2。

1.2.3.3不同作物單位面積農(nóng)田的氮、磷需求量

以黃淮海地區(qū)水稻、小麥、玉米、大豆、油菜和棉花6種作物為對象，參考《指南》中的方法，估算單位面積農(nóng)田不同作物生長的氮、磷養(yǎng)分需求量，計算公式為

(3)

式(3)中，M為單位面積農(nóng)田作物生長的氮、磷養(yǎng)分需求量，kg·hm-2；A為某種作物單位面積產(chǎn)量，t·hm-2；β為單位產(chǎn)量氮、磷需求量，kg·(100 kg)-1。

1.2.3.4不同作物單位面積農(nóng)田的豬糞肥氮、磷需求量

查找近年來關(guān)于黃淮海生豬養(yǎng)殖糞污農(nóng)田利用方面的研究資料，在確保農(nóng)作物不減產(chǎn)的前提下確定豬糞替代化肥氮比例(表2)。文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前對土地承載力的研究大多基于氮進(jìn)行測算，基于磷的研究較少，故文中磷替代比例數(shù)據(jù)參考氮取值。

表2 黃淮海地區(qū)豬糞在不同作物生長中替代化肥的比例

表中數(shù)據(jù)均為基于氮的替代比例。未標(biāo)注參考文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)為參考相鄰地區(qū)的數(shù)據(jù)；大豆和棉花未見有黃淮海地區(qū)豬糞替代化肥相關(guān)的研究報道，其替代比例參考油菜。

不同作物單位面積農(nóng)田豬糞肥的氮、磷需求量參考《指南》，計算公式為

(4)

式(4)中，W為單位面積農(nóng)田糞肥氮、磷需求量，kg·hm-2；α為施肥供給養(yǎng)分占比，%；θ為糞肥占施肥量的比例，%；ω為糞肥當(dāng)季利用率。

由于黃淮海地區(qū)跨度較大，各地區(qū)間土壤類型、肥力等差別較大，通過查閱黃淮海各省份耕地質(zhì)量監(jiān)測報告發(fā)現(xiàn)，安徽[40]、山東[41]、北京和天津[42]耕地土壤養(yǎng)分等級為Ⅰ級，施肥供給養(yǎng)分占比為35%；河南耕地土壤養(yǎng)分等級為Ⅱ級，施肥供給養(yǎng)分占比為45%[43]；河北省除唐山和秦皇島耕地土壤養(yǎng)分等級為Ⅱ級，其余地市均為Ⅰ級[44]；江蘇鹽城和連云港耕地土壤養(yǎng)分等級為Ⅱ級，徐州、宿遷和淮安耕地土壤養(yǎng)分等級為Ⅰ級[45]。糞肥當(dāng)季利用率參考《指南》并取中間值，氮利用率為27.5%，磷利用率為32.5%[25]。

1.2.3.5不同作物單位面積農(nóng)田生豬承載力

綜合考慮豬場糞污養(yǎng)分在收集、處理和貯存過程中的損失，單位豬當(dāng)量氮養(yǎng)分供給量為7.0 kg，磷養(yǎng)分供給量為1.2 kg[25]。根據(jù)單位面積農(nóng)田糞肥氮、磷養(yǎng)分需求量及單位豬當(dāng)量氮、磷養(yǎng)分供給量，折算不同作物單位面積農(nóng)田的生豬承載力，計算公式為

(5)

式(5)中，B為單位面積農(nóng)田的生豬承載力，頭豬當(dāng)量·hm-2；δ為單位豬當(dāng)量的氮、磷養(yǎng)分供給量，kg·頭豬當(dāng)量-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 以區(qū)域尺度評價黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染情況

2.1.1黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖現(xiàn)狀及污染物產(chǎn)量

黃淮海地區(qū)是我國重要的生豬養(yǎng)殖基地，2017年該地區(qū)共出欄生豬18 071.25萬頭，占全國的23.98%。其中，僅山東省年出欄生豬達(dá)5 180.68萬頭，其次為河南，達(dá)4 963.72萬頭，兩省之和占該地區(qū)生豬出欄總量的56.14%，說明山東和河南是該地區(qū)生豬養(yǎng)殖最集中的地區(qū)。

生豬養(yǎng)殖在帶動農(nóng)民就業(yè)、增加農(nóng)民收入、提供肉產(chǎn)品的同時，也產(chǎn)生了大量養(yǎng)殖污染物，包括糞便、污水、TN、TP、Cu和Zn等。2017年黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物產(chǎn)量的計算結(jié)果見表3?？梢钥闯觯?017年該地區(qū)豬糞、污水、TN、TP產(chǎn)生量分別達(dá)3 886.84萬、28 769.43萬、96.44萬、13.62萬t，Cu和Zn分別為5 799.13和8 805.32 t，生豬養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染物不容忽視。受各地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物排泄系數(shù)差異影響，不同地區(qū)間污染物產(chǎn)量與養(yǎng)殖量并不一定成正比，黃淮海地區(qū)豬糞、污水、TN、TP、Cu和Zn產(chǎn)量最大的省份分別對應(yīng)河北、山東、河南、河南、山東、山東，說明在評價一個地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物時，不能僅根據(jù)糞污產(chǎn)量，還需結(jié)合氮磷和重金屬產(chǎn)量綜合判斷。

表3 黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物產(chǎn)量及耕地面積

2.1.2黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物耕地負(fù)荷

黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物耕地負(fù)荷的計算結(jié)果見表4?？梢钥闯?，如果不考慮其他畜禽，僅考慮生豬養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染物的耕地負(fù)荷，黃淮海各省份的耕地負(fù)荷均處于較低水平。安徽最低，僅為6.20頭豬當(dāng)量·hm-2，北京最高，但也僅為11.33頭豬當(dāng)量·hm-2，遠(yuǎn)低于《指南》中的推薦值。由于耕地負(fù)荷受生豬養(yǎng)殖量和耕地面積的雙重影響，其結(jié)果與養(yǎng)殖量不一定總成正比。從表4可知，生豬養(yǎng)殖各污染物耕地負(fù)荷均以北京最高、安徽最低，這與北京相對較大的養(yǎng)殖量和較少的耕地面積有關(guān)，而安徽皖北地區(qū)屬于平原，耕地面積大，生豬養(yǎng)殖污染物耕地負(fù)荷相對較小。

表4 黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物的耕地負(fù)荷

綜上所述，在不考慮其他畜禽養(yǎng)殖的前提下，以區(qū)域尺度評價黃淮海地區(qū)生豬養(yǎng)殖污染物的耕地負(fù)荷對指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并無實際意義。

2.2 基于不同作物的農(nóng)田生豬承載力

為更好地指導(dǎo)生豬養(yǎng)殖發(fā)展規(guī)劃和豬場糞污還田工作，以黃淮海地區(qū)常見的6種農(nóng)作物為基礎(chǔ)，研究不同作物單位面積農(nóng)田的生豬承載力。

2.2.1黃淮海地區(qū)單位面積農(nóng)田的農(nóng)作物產(chǎn)量

為估算不同作物單位面積農(nóng)田的生豬承載力，需獲得該地區(qū)農(nóng)作物單產(chǎn)數(shù)據(jù)(表5)。

表5 黃淮海地區(qū)單位面積農(nóng)田的農(nóng)作物產(chǎn)量

可以看出，受土壤類型、土壤肥力、氣候、施肥水平、種子和管理水平等因素影響，同一種農(nóng)作物不同地區(qū)間產(chǎn)量差異較大，如水稻單產(chǎn)最高的山東菏澤為9.56 t·hm-2，最低的河北邯鄲僅為4.38 t·hm-2，兩者相差1.18倍；大豆表現(xiàn)為河南濮陽單產(chǎn)最高，為3.50 t·hm-2，安徽亳州最低，僅為1.17 t·hm-2，前者是后者的3倍。農(nóng)作物單產(chǎn)的差別直接影響農(nóng)田氮素的投入水平，造成不同地區(qū)間農(nóng)田氮磷投入水平的巨大差別。

2.2.2不同作物單位面積農(nóng)田糞肥的氮需求量

農(nóng)作物生長過程中不僅需要二氧化碳、水和光照，還需要氮、磷等養(yǎng)分及各種微量元素，且在一定條件下，氮素水平與作物產(chǎn)量成正比[46]。因此，可通過作物產(chǎn)量逆向推算單位農(nóng)作物產(chǎn)量的氮素需求量。參考《指南》中關(guān)于農(nóng)田糞肥氮需求量的計算方法，計算黃淮海地區(qū)單位面積農(nóng)田的糞肥氮需求量(表6)。

表6 黃淮海地區(qū)主要農(nóng)作物單位面積農(nóng)田豬糞氮需求量

可以看出，不同地區(qū)同種作物單位面積農(nóng)田糞肥氮需求量差距較大，如江蘇鹽城單位面積稻田糞肥氮需求量為133.66 kg·hm-2，而河北邯鄲僅為36.77 kg·hm-2，前者是后者的3.64倍；同一地區(qū)不同作物間單位面積農(nóng)田糞肥氮需求量差距亦較大，如安徽淮北單位面積小麥田氮素需求量為144.60 kg·hm-2，而玉米地僅為28.54 kg·hm-2，前者是后者的5.07倍。就整個黃淮海地區(qū)而言，水稻、小麥、油菜、玉米、大豆和棉花單位面積農(nóng)田對豬糞氮的需求量分別為72.22、80.26、52.49、57.91、50.53和38.70 kg·hm-2。不同地區(qū)不同作物農(nóng)田對糞肥氮需求量的差別較大，這主要與各地農(nóng)作物產(chǎn)量和糞肥替代比差距較大有關(guān)，而農(nóng)作物產(chǎn)量受作物品種、土壤、施肥、氣候、管理水平等因素影響[34,47-48]。

考慮到論文篇幅，未附上基于磷的結(jié)果，其變化趨勢與基于氮的結(jié)果相似，不同地區(qū)不同輪作方式下糞肥磷的需求量差距較大，但與氮的變化規(guī)律不盡相同。如北京市小麥糞肥氮需求量是油菜的1.98倍，而小麥糞肥磷需求量是油菜的5.35倍。此外，同一地區(qū)不同作物對糞肥磷的需求量差距較大，如安徽淮北小麥豬糞磷需求量是大豆的14.16倍，遠(yuǎn)大于基于氮素的4.41倍。也就是說，如果基于氮素需求來施糞肥，存在糞肥磷過量施用，這在油菜、玉米和大豆上尤為突出。

2.2.3不同作物單位面積農(nóng)田的生豬承載力

根據(jù)《指南》中測算土地承載力的方法，分別求出基于氮和磷的農(nóng)田生豬承載力。其中，油菜、玉米和大豆基于氮的生豬承載力大于基于磷的承載力，其余均為基于磷的生豬承載力大于基于氮的結(jié)果，兩者取較小值，匯總后得到黃淮海不同作物單位面積農(nóng)田的生豬承載力(表7)。

表7 基于氮、磷的黃淮海地區(qū)不同作物單位面積農(nóng)田的生豬承載力

可以看出，黃淮海地區(qū)不同作物不同地區(qū)間農(nóng)田的生豬承載力差距較大，以安徽亳州的小麥地生豬承載力最大，達(dá)20.96頭豬當(dāng)量·hm-2；承載力最小的是安徽亳州的大豆地，單位面積農(nóng)田生豬承載力僅為1.58頭豬當(dāng)量·hm-2，前者是后者的13.27倍；同一地區(qū)不同作物農(nóng)田的生豬承載力也差距較大，如江蘇鹽城稻田的生豬承載力是大豆田的4.41倍；同種作物不同地區(qū)間的差距亦較大，如油菜，山東煙臺農(nóng)田的生豬承載力為11.26頭豬當(dāng)量·hm-2，而北京和安徽蚌埠僅為2.77頭豬當(dāng)量·hm-2，前者是后者的4.06倍。此外，受土壤、氣候、灌溉、農(nóng)田管理等因素影響，不同省份間農(nóng)田的生豬承載力存在較大差別，以小麥為例，安徽省單位面積農(nóng)田的生豬承載力為18.31頭豬當(dāng)量·hm-2，而山東省僅為6.40頭豬當(dāng)量·hm-2，前者是后者的2.86倍；區(qū)內(nèi)各省份單位面積棉花田承載力間的差異最小，承載力最高的江蘇僅為最低的北京的1.34倍；同種作物不同省份間農(nóng)田生豬承載力最高與最低值的比值范圍為1.34～2.86。總體而言，黃淮海不同作物農(nóng)田的生豬承載力大小順序為小麥>水稻>棉花≈玉米>油菜>大豆，部分地區(qū)稍有差異?？梢钥闯觯r(nóng)田生豬承載力受地域和農(nóng)作物種類的影響非常大，在進(jìn)行豬場糞污還田和豬場配套農(nóng)田面積測算時需綜合考慮這些因素的影響。

黃淮海地區(qū)水稻、小麥、油菜、玉米、大豆和棉花的單位面積農(nóng)田生豬承載力分別為10.32、11.47、4.72、5.39、3.77和5.53頭豬當(dāng)量·hm-2。

3 討論

目前對畜禽土地承載力的研究大多通過測算區(qū)域內(nèi)所有農(nóng)作物生長對氮素養(yǎng)分的需求總量除以耕地面積折算得到[6,7,10,14]，并未考慮不同作物的差異。楚天舒等[49]基于農(nóng)田土壤重金屬污染風(fēng)險估算畜禽糞污農(nóng)田承載力，發(fā)現(xiàn)黑龍江農(nóng)墾每 1 hm2水稻、玉米和大豆可承載的豬當(dāng)量分別為37、21和21頭，而新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)每1 hm2棉花、小麥和玉米可承載的豬當(dāng)量均為67頭，不同作物及不同地區(qū)間畜禽土地承載力存在較大差別。傳統(tǒng)的估算方式雖然簡單易操作，但估算結(jié)果對有些農(nóng)作物可能出現(xiàn)畜禽糞污過量施用的問題。黃淮海地區(qū)涉及5省2市，地區(qū)間農(nóng)作制度、土壤類型、作物品種和生豬品種等均有較大差異[50-51]，以單一的方式評價整個區(qū)域的生豬承載力不夠準(zhǔn)確。為此，選取黃淮海地區(qū)常見的6種農(nóng)作物，基于“以種定養(yǎng)、以需定養(yǎng)”的理念，研究不同作物生長對豬糞氮的需求量，測算單位面積農(nóng)田的生豬承載力，其難點在于豬場糞污在不同地區(qū)、不同農(nóng)作物上的替代比例存在差別[24,36]，且不同地區(qū)因土壤肥力差異造成施肥比也存在差異。

查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，該研究獲得的不同作物生豬承載力計算結(jié)果明顯低于部分學(xué)者的研究，如該研究估算出山東省單位面積玉米地生豬承載力僅為5.28頭豬當(dāng)量·hm-2，遠(yuǎn)低于杜坤等[23]的研究結(jié)果(95.2頭豬當(dāng)量·hm-2)，這與該研究中豬糞替代化肥比較低有關(guān)。筆者所用的各種農(nóng)作物豬糞替代化肥比均來自黃淮海地區(qū)豬場糞污還田的相關(guān)文獻(xiàn)，且豬糞替代化肥最優(yōu)比以不降低作物產(chǎn)量為基準(zhǔn)。此外，筆者通過查閱相關(guān)資料，獲得黃淮海各地市的施肥供給養(yǎng)分占比數(shù)據(jù)，而并非如一些研究中將作物生長氮素需求量等同于豬糞污氮素提供量，如李全新等[52]設(shè)定作物養(yǎng)分全部來自畜禽糞污，評估赤峰市2020年畜禽養(yǎng)殖承載量。在進(jìn)行豬糞還田時，需根據(jù)還田地塊的作物類型、作物產(chǎn)量、輪作制度、土壤地力及糞肥適合替代比綜合估算農(nóng)田生豬承載力。

該研究選擇的6種農(nóng)作物農(nóng)田生豬承載力大小順序為小麥>水稻>棉花≈玉米>油菜>大豆，故在畜禽養(yǎng)殖糞污處理壓力較大的地區(qū)，建議優(yōu)先種植小麥、水稻等生豬承載力較大的作物，尤其是小麥產(chǎn)量高、耐旱、耐寒，適于整個黃淮海地區(qū)種植。需要說明的是，作物種植受氣候、土壤、灌溉等多因素影響，故這6種農(nóng)作物在不同地區(qū)的種植量存在較大差別，如小麥適合整個黃淮海地區(qū)種植；水稻生長需要消耗大量水，在北方缺水地區(qū)(河北、豫北地區(qū))并不適合大規(guī)模種植，在江蘇、安徽和河南南部地區(qū)種植量較大；玉米在山東、河北、河南種植量較大；大豆在河南、安徽種植量較大；棉花在河北和山東種植較多；油菜在河北種植量較大。

為提高土地產(chǎn)出和生豬承載力，進(jìn)行不同農(nóng)作物輪作是最簡單易行的方式之一，在黃淮海地區(qū)被廣泛采用，如稻麥輪作、玉麥輪作、稻油輪作、玉油輪作、棉麥輪作等。從提高農(nóng)田生豬承載力的角度，采用稻麥輪作方式可以獲得最大的生豬承載力，但該模式對水資源的要求較高，在黃淮海大部分地區(qū)難以實現(xiàn)。根據(jù)該研究獲得的6種農(nóng)作物的土地生豬承載力，結(jié)合黃淮海地區(qū)主要農(nóng)作物種類，從提高土地生豬承載力的角度，建議在蘇北地區(qū)重點推廣稻麥輪作模式；在皖北地區(qū)、河南、山東、河北、北京和天津等地區(qū)重點推廣玉麥輪作模式；在北京、天津等黃淮海最北端局部地區(qū)，受氣候影響只能種植一季作物，該地區(qū)應(yīng)重點推廣棉花，其次是玉米；在河南、河北和山東等平原地區(qū)，可在玉麥輪作基礎(chǔ)上，進(jìn)行玉豆間作，提高土地生豬承載力，同時提高單位面積農(nóng)田產(chǎn)出。值得注意的是，該研究得出的數(shù)據(jù)是指單位面積農(nóng)田在不降低作物產(chǎn)量和不造成二次污染前提下的畜禽糞污最大承載量，且需分次施用糞污。豬糞需經(jīng)無害化、穩(wěn)定化處理后還田，污水需貯存至少3個月后還田。豬糞污用于水稻種植時，至少60%的糞污作為基肥，剩余40%作為追肥分次施用，避免造成二次污染。

4 結(jié)論

(1)2017年黃淮海地區(qū)共出欄生豬18 071.25萬頭，豬糞、污水、TN、TP排放量分別為3 886.84萬、28 769.43萬、96.44萬、13.62萬t，Cu和Zn分別為5 799.13和8 805.32 t，耕地負(fù)荷為6.22～11.33頭豬當(dāng)量·hm-2。

(2)整個黃淮海地區(qū)水稻、小麥、油菜、玉米、大豆和棉花的單位面積農(nóng)田生豬承載力分別為10.32、11.47、4.72、5.39、3.77和5.53頭豬當(dāng)量·hm-2。

(3)黃淮海地區(qū)農(nóng)田生豬承載力為1.58～20.96頭豬當(dāng)量·hm-2，作物和地域是重要的影響因素?？傮w而言，黃淮海不同作物農(nóng)田生豬承載力大小順序為小麥>水稻>棉花≈玉米>油菜>大豆，部分地區(qū)稍有差別。