張羽飛，邵 蕾，冷凇凝，龐力豪，姜?jiǎng)P陽，王麗霞

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙臺研究院，山東 煙臺 264670)

隨著國家政策的扶持以及城鄉(xiāng)居民對肉類需求的增加，養(yǎng)殖業(yè)特別是規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展。近年來，標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖水平不斷提高，綜合生產(chǎn)能力穩(wěn)步提升，畜禽排泄物污染總量也在不斷增加[1]。畜禽糞便既是污染源，又因其含有豐富的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的寶貴資源。習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議上提出要加快推進(jìn)畜禽糞污處理和資源化，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農(nóng)村能源和農(nóng)用有機(jī)肥為主要使用方向。2017年06月12日國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》中指出要以畜牧大縣和規(guī)模養(yǎng)殖場為重點(diǎn)，構(gòu)建種養(yǎng)循環(huán)發(fā)展機(jī)制，實(shí)行以地定畜，確保畜禽糞肥科學(xué)合理施用，鼓勵(lì)沼液和經(jīng)無害化處理的畜禽養(yǎng)殖廢水還田利用。

對山東省養(yǎng)殖業(yè)情況、畜禽糞便產(chǎn)生量的估算已有相關(guān)研究[2]，但對山東省下轄的17個(gè)市之間糞便資源區(qū)域的分布特征以及畜禽排泄物肥料化利用和沼氣潛力評價(jià)的研究未見相關(guān)報(bào)道。本文對2016年山東省各市以及全省畜禽種類的糞便總量進(jìn)行估算，結(jié)合耕地面積計(jì)算糞便耕地負(fù)荷，并依據(jù)畜禽糞便排泄系數(shù)、養(yǎng)分含量、干物質(zhì)含量、原料產(chǎn)氣率概算糞便肥料化利用潛力和沼氣潛力，對畜禽糞便所產(chǎn)生的資源能源環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行分析，為山東省發(fā)展畜禽糞便處理和資源化利用提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于山東省統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《2017年山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》，統(tǒng)計(jì)范圍包括2016年山東省17個(gè)地級市各類畜禽的飼養(yǎng)量。依據(jù)年鑒中統(tǒng)計(jì)的畜禽種類，本文選取豬、肉牛、奶牛、羊、家禽、兔進(jìn)行分析。

1.2 計(jì)算參數(shù)

1.2.1 計(jì)算原則

因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)年鑒中畜禽飼養(yǎng)量以存欄量和出欄量統(tǒng)計(jì)，為方便計(jì)算畜禽的數(shù)量，根據(jù)其飼養(yǎng)期以及出欄批次將存欄量、出欄量與飼養(yǎng)量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。參考侯世忠[2]、林源[3]、田宜水[4]的計(jì)算方法，飼養(yǎng)期低于一年的，按當(dāng)年出欄量作為當(dāng)年的飼養(yǎng)量；平均飼養(yǎng)期一年以上的，按年末存欄量作為當(dāng)年飼養(yǎng)量。但由于統(tǒng)計(jì)年鑒中未將牛和家禽進(jìn)行分類，因此本文綜合前人研究的計(jì)算方法，依據(jù)以下原則進(jìn)行存欄量、出欄量與飼養(yǎng)量的轉(zhuǎn)換：

(1)我國豬的平均飼養(yǎng)期為199天[5]，因此豬的出欄量即為當(dāng)年的飼養(yǎng)量。

(2)山東省牛的養(yǎng)殖種類分為奶牛、肉牛和役用牛，現(xiàn)階段山東省畜牧業(yè)中的役畜養(yǎng)殖快速退出，役用牛養(yǎng)殖數(shù)量很少[6]，因此本文選取肉牛和奶牛進(jìn)行分析。由于年鑒中只有牛的年末存欄量和當(dāng)年出欄量，沒有細(xì)分奶牛和肉牛的數(shù)據(jù)，所以采用以下原則進(jìn)行計(jì)算：對于肉牛飼養(yǎng)量的概算，雖然其飼養(yǎng)期長于一年，但因肉牛的主要作用是食用，且出欄的牛類大多是肉牛，所以選取牛的出欄量概算為肉牛的飼養(yǎng)量[5]；對于奶牛飼養(yǎng)量的概算，奶牛的飼養(yǎng)期長于一年，當(dāng)年不出欄，其年末存欄量即為當(dāng)年的飼養(yǎng)量，故奶牛飼養(yǎng)量=牛年末存欄量-肉牛飼養(yǎng)量。

(3)我國羊的平均飼養(yǎng)期長于1年[7]，因此羊的年末存欄量即為當(dāng)年的飼養(yǎng)量。

(4)山東省統(tǒng)計(jì)年鑒中只有家禽年末存欄量和當(dāng)年出欄量，其原因是自2012年以來，國家或行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對禽類生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)只有“家禽”[8]。家禽分為肉禽和蛋禽，肉禽主要分為肉雞、肉鴨、肉鵝，參考包維卿[9]等人對華東地區(qū)肉雞、蛋雞、鴨鵝排泄系數(shù)的研究，肉雞(0.14 kg·d-1)、蛋雞(0.12 kg·d-1)、鴨鵝(0.13 kg·d-1)的排泄系數(shù)相差不大，所以本文不細(xì)分肉雞、肉鴨、肉鵝，統(tǒng)一以“肉禽”來表示。山東省肉禽養(yǎng)殖主要是肉雞，蛋禽養(yǎng)殖主要是蛋雞，因此肉禽的排泄系數(shù)選取肉雞的排泄系數(shù)，蛋禽的排泄系數(shù)選取蛋雞的排泄系數(shù)。我國肉雞的平均飼養(yǎng)期為55天[5]，肉禽平均飼養(yǎng)期小于一年，因此當(dāng)年家禽的出欄量即為肉禽的飼養(yǎng)量；肉雞通常在50～60日齡出欄，肉鴨通常在60日齡左右出欄，肉鵝通常在60～70日齡出欄[10]。通過對肉雞養(yǎng)殖上市公司山東仙壇股份有限公司和山東民和牧業(yè)股份有限公司的實(shí)地調(diào)研，肉雞每批出欄后需進(jìn)行雞棚消毒清洗，兩批肉雞間有約10天的空欄期，每年肉雞出欄5次，故肉禽存欄量等于肉禽的出欄量除以5，因此蛋禽飼養(yǎng)量=家禽存欄量-肉禽出欄量/5。

(5)我國兔的平均飼養(yǎng)期為90天[11]，因此兔的出欄量即為當(dāng)年的飼養(yǎng)量。

1.2.2 參數(shù)確定

畜禽的糞便是畜禽排泄物的總稱，包括畜禽排泄的糞和尿[8]。糞便排泄量與體重、品種和飼料組成等均相關(guān)。國家尚未有統(tǒng)一計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，本文綜合包維卿[2,7,9,11-16]等總結(jié)的畜禽糞便排泄系數(shù)及其中的養(yǎng)分含量系數(shù)、有機(jī)質(zhì)含量系數(shù)進(jìn)行計(jì)算(見表1)。為方便比較各市養(yǎng)殖規(guī)模，本文引用陳天寶[17]等人研究的畜禽豬當(dāng)量折算系數(shù)進(jìn)行飼養(yǎng)量的折算(見表2)。由于本研究在概算畜禽糞便產(chǎn)量時(shí)選擇的是新鮮糞便，所以在選用畜禽糞便養(yǎng)分含量系數(shù)時(shí)以鮮基統(tǒng)計(jì)。通過糞便干物質(zhì)含量(TS)以及畜禽糞便的原料產(chǎn)氣率(C)[18～21]，對畜禽糞便沼氣潛力進(jìn)行計(jì)算(見表3)。雞和兔的糞便TS參考張?zhí)颷22]等的研究；目前的沼氣工程原料不僅包括固態(tài)糞便，也包括液態(tài)糞污，因此對于豬、牛糞便的TS計(jì)算包括糞和尿中干物質(zhì)，其計(jì)算公式為：

其中糞的日排放量、糞的干物質(zhì)含量、尿的日排放量、尿的干物質(zhì)含量參考張?zhí)颷22]等研究。

表1 畜禽糞便排泄系數(shù)及其養(yǎng)分含量與肥料常用量折算 (%)

表2 畜禽豬當(dāng)量折算系數(shù)

注：按照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18596-2001)折算

表3 畜禽糞便干物質(zhì)含量及原料產(chǎn)氣率

1.3 計(jì)算方法

1.3.1 畜禽糞便產(chǎn)生總量的計(jì)算

N=P×Q×T[2]

(1)

式中：N為年度糞便產(chǎn)生量，萬t；P為糞便排泄系數(shù)，kg·d-1或t·a-1；Q為畜禽數(shù)，頭或只；T為飼養(yǎng)期(飼養(yǎng)期超過1年的按照365 d計(jì)算)。

1.3.2 畜禽糞便中氮磷鉀含量以及折算成肥料量的計(jì)算

A氮=總氮含量(%)×N

式中：A氮為糞便中總氮量，萬t；N為年度糞便產(chǎn)生量，萬t。

A磷=總磷含量(%)×N

式中：A磷為糞便中總磷量，萬t；N為年度糞便產(chǎn)生量，萬t。

A鉀=總鉀含量(%)×N

式中：A鉀為糞便中總鉀量，萬t；N為年度糞便產(chǎn)生量，萬t。

A有機(jī)質(zhì)=有機(jī)質(zhì)含量(%)×N

式中：A有機(jī)質(zhì)為糞便中有機(jī)質(zhì)量，萬t；N為年度糞便產(chǎn)生量，萬t。

為便于比較，將糞便中養(yǎng)分(N-P2O5-K2O)換算成尿素(46-0-0)，過磷酸鈣(0-12-0)，硫酸鉀(0-0-50)，按照尿素價(jià)格每噸1600元、過磷酸鈣價(jià)格每噸1000元、硫酸鉀價(jià)格每噸3000元，折算出利用畜禽糞便替代化肥所減少的投入。

1.3.3 畜禽糞便產(chǎn)沼氣潛力的計(jì)算

畜禽糞便產(chǎn)沼氣潛力的計(jì)算見公式(2)：

畜禽糞便年產(chǎn)沼氣潛力=N×TS×C

(2)

式中：TS為糞便的干物質(zhì)含量，%；N為年度糞便產(chǎn)生量，萬t；C為每kg干物質(zhì)的原料產(chǎn)氣率，m3·kg-1TS。

2 結(jié)果與分析

2.1 畜禽飼養(yǎng)、糞便產(chǎn)量及其耕地負(fù)荷情況

根據(jù)公式(1)，以山東省2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)，計(jì)算出17地市各類畜禽飼養(yǎng)情況(見表4)。全省豬、肉禽、肉牛出欄量分別為5713.76萬頭，219417.14萬只，337.01萬頭，奶牛、羊、蛋禽、兔存欄量分別為136.28萬頭，2230.47萬只，34687.66萬只，4991.82萬只。畜禽養(yǎng)殖規(guī)模在各市之間分布不均，其中濰坊市豬、肉禽養(yǎng)殖規(guī)模最大，分別為821.47萬頭，42351.86萬只，占全省的14.38%和19.30%；德州市奶牛、肉牛、蛋禽養(yǎng)殖規(guī)模最大，分別為42.59萬頭，61.15萬頭，3922.23萬只，占全省的31.25%，18.14%，11.31%；菏澤市羊的飼養(yǎng)規(guī)模最大，為602.67萬只；濟(jì)寧市兔養(yǎng)殖規(guī)模最大，為1211.66萬只，占全省的24.27%。根據(jù)畜禽豬當(dāng)量折算系數(shù)計(jì)算出各地市畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，結(jié)果表明濰坊市畜禽養(yǎng)殖規(guī)模最大(1866.42萬頭)，占山東省總養(yǎng)殖量的12.89%；萊蕪最小(119.57萬頭)，占山東省總養(yǎng)殖量的0.83%。

從糞便的種類來看，不同種類畜禽所產(chǎn)生的糞便量差異大，牛(肉牛和奶牛)糞便量、豬糞便量、禽類糞便量、羊糞便量、兔糞便量分別為5238.89萬t，4150.19萬t，3208.83萬t，1940.51萬t，166.23萬t，各占全省糞便總量的35.63%，28.22%，21.82%，13.20%，1.13%(見表4)。

表4 山東省畜禽飼養(yǎng)情況及各類畜禽糞便產(chǎn)生量、耕地負(fù)荷概算

《種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)示范工程建設(shè)規(guī)劃》、《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》等政策鼓勵(lì)種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)，防治畜禽養(yǎng)殖污染，推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物的綜合利用和無害化處理。耕地畜禽糞便負(fù)荷量能夠直接反映該地區(qū)耕地消納畜禽糞便的能力，間接衡量該地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)布局的合理程度[23]。按照各地市畜禽飼養(yǎng)情況、畜禽糞便產(chǎn)生總量的計(jì)算公式算出各類畜禽糞便產(chǎn)生量，根據(jù)山東省耕地面積得出各市畜禽糞便耕地負(fù)荷量(見表5)。山東省畜禽糞便年度總產(chǎn)量為1.47億t，耕地負(fù)荷量為19.32 t·hm-2。從空間分布來看，德州市畜禽糞便產(chǎn)量最大，為2124.33萬t，占全省糞便總產(chǎn)量的14.45%；萊蕪市畜禽糞便產(chǎn)量最小，為123.24萬t，僅占全省糞便總產(chǎn)量的0.84%。根據(jù)《全國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查及防治對策》中提出的耕地能承載的畜禽糞便最大量為30 t·hm-2作為限值[24]，濟(jì)南市、德州市耕地負(fù)荷超過限值，分別為34.39 t·hm-2，33.00 t·hm-2；威海市畜禽耕地負(fù)荷值最小，為14.02 t·hm-2。

2.2 畜禽糞便肥料化利用分析

根據(jù)表4中對于畜禽糞便總量的概算，參照畜禽糞便養(yǎng)分含量系數(shù)，利用畜禽糞尿中總氮、總磷、總鉀和有機(jī)質(zhì)含量，計(jì)算出糞便中氮磷鉀和有機(jī)質(zhì)的含量，并分別折算為尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀，計(jì)算糞便還田替代化肥的經(jīng)濟(jì)折算，并根據(jù)《有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)》(NY525-2012)中規(guī)定有機(jī)質(zhì)含量≥45%，水分含量≤30%來計(jì)算畜禽糞便折算成有機(jī)肥的量。通過糞便折算成化肥和有機(jī)肥的量來分析糞便肥料化利用潛力(見表6)。

山東省全年禽畜糞便折算成有機(jī)肥的量為6182.48萬t(見表6)，前3位的市是菏澤市(780.85萬t)、德州市(703.15萬t)、濰坊市(609.53萬t)，萊蕪市折算成有機(jī)肥的量最小(64.17萬t)。全省糞便還田替代化肥可減少的投入為87.90億元(見表6)，前3位的市是德州市(10.96億元)、菏澤市(9.74億元)、濰坊市(8.97億元)，萊蕪市糞便替代化肥減少的投入最小(0.83億元)。

2.3 畜禽糞便沼氣潛力分析

2016年山東省畜禽糞便資源沼氣總潛力為197.70×108m3。根據(jù)每立方米沼氣的燃燒值相當(dāng)于0.71 kg的標(biāo)準(zhǔn)煤測算[25]，相當(dāng)于1403.37萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。菏澤市、濰坊市、德州市畜禽糞便沼氣潛力最大，分別為24.84×108m3，23.82×108m3，19.39×108m3，占山東省沼氣總潛力的12.57%，12.05%，9.81%；萊蕪市畜禽糞便沼氣潛力最小，為2.36×108m3，占山東省總潛力的1.20%(見表7)。

表5 山東省耕地面積得出各市畜禽糞便耕地負(fù)荷量

表6 山東省畜禽糞便養(yǎng)分產(chǎn)量及有機(jī)肥產(chǎn)生潛力

表7 山東省畜禽糞便沼氣潛力

3 討論與結(jié)論

3.1 山東省糞便資源情況分析

2016年山東省畜禽總量折合豬當(dāng)量為14484.74萬頭，畜禽糞便總產(chǎn)量為1.47億t。山東省各地市糞便資源分布差異顯著，山東省畜禽糞便年度資源量超過1000萬t的市為德州市、菏澤市、濰坊市、濟(jì)南市、臨沂市、濟(jì)寧市、泰安市，占山東省糞便資源總量的65.51%。濟(jì)南市、德州市的畜禽糞便耕地承載量超過30 t·hm-2限值，分別為34.39 t·hm-2和33.00 t·hm-2，泰安市畜禽糞便耕地承載量為27.91 t·hm-2。綜合評價(jià)，山東省糞便排放主要集中于中西部，德州市、濟(jì)南市、泰安市畜禽糞便還田利用壓力大?！渡綎|省加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的實(shí)施方案》指出：到2020年全省畜禽糞污綜合利用率達(dá)到81%以上，到2025年全省畜禽糞污基本全部處理利用，農(nóng)牧循環(huán)格局基本形成。山東省應(yīng)依據(jù)有關(guān)法律法規(guī)，科學(xué)劃定禁養(yǎng)區(qū)、限養(yǎng)區(qū)和適養(yǎng)區(qū)，尤其對海河淮河流域內(nèi)各市及畜禽養(yǎng)殖污染防治重點(diǎn)區(qū)域盡快完成養(yǎng)殖布局的優(yōu)化。德州市、濟(jì)南市部分地區(qū)屬于海河流域，泰安市部分地區(qū)屬于淮河流域，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丶S便耕地承載量確定畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，堅(jiān)持以地定畜，引導(dǎo)超過耕地承載能力的區(qū)域和規(guī)模養(yǎng)殖場，逐步調(diào)減養(yǎng)殖總量，引導(dǎo)規(guī)?；B(yǎng)殖基地向畜禽糞便耕地承載量小的地區(qū)轉(zhuǎn)移。

3.2 糞便肥料化利用潛力分析

山東省糞便折算成有機(jī)肥的量為6182.48萬t，利用糞便還田替代化肥可減少化肥投入87.90億元。濰坊市、德州市、菏澤市畜禽糞便折算有機(jī)肥的量和替代化肥的經(jīng)濟(jì)折算為全省前3位，應(yīng)利用當(dāng)?shù)刎S富的資源并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平、畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r推廣區(qū)域種養(yǎng)結(jié)合以及商品有機(jī)肥生產(chǎn)，從種植、養(yǎng)殖、加工3個(gè)環(huán)節(jié)建設(shè)現(xiàn)代化種養(yǎng)一體化基地。其中，德州市畜禽糞便耕地承載量高于限值，種養(yǎng)結(jié)合壓力大；菏澤市、濰坊市承載量低于全省平均值，實(shí)行種養(yǎng)結(jié)合具有優(yōu)勢。參考山東省《關(guān)于做好2017年果菜茶有機(jī)肥替代化肥試點(diǎn)工作的通知》，將養(yǎng)殖業(yè)與果蔬種植結(jié)合，大型養(yǎng)殖場利用畜禽糞便制作商品有機(jī)肥進(jìn)行銷售，小型養(yǎng)殖場可依托合作社、堆肥企業(yè)和沼渣沼液收集清運(yùn)社會化服務(wù)組織進(jìn)行糞便的收集儲存和運(yùn)輸，集中腐熟發(fā)酵后就近供應(yīng)農(nóng)戶使用。

3.3 糞便能源化利用潛力分析

山東省2016年全年沼氣潛力為197.70億m3，相當(dāng)于1403.37萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，山東省農(nóng)村總?cè)丝跒?076.1萬人，每人可獲得沼氣資源485.01 m3，按照每戶3.5人計(jì)算，每戶可擁有沼氣資源量1697.57 m3，高于全國戶均沼氣資源1184.3 m3[26]。其中，山東省畜禽糞便沼氣潛力前3位的市為菏澤市、濰坊市、德州市。山東省目前沼氣工程大多閑置，工程整體技術(shù)含量低[27]。對于大型畜禽養(yǎng)殖場，可進(jìn)行大中型沼氣工程的建設(shè)，加大沼氣發(fā)電并網(wǎng)扶持力度，落實(shí)沼氣發(fā)電并網(wǎng)補(bǔ)貼政策；對于小規(guī)模養(yǎng)殖區(qū)域，可建設(shè)黑膜沼氣池以降低建造和運(yùn)營成本。在能源化利用過程中需要考慮各種限制因素，進(jìn)行沼氣開發(fā)之前應(yīng)做詳盡的調(diào)查研究，因地制宜，采用不同的政策和方法利用沼氣資源。