王恩玲,張永翠,王元臻,伏桂華,劉建勝,胡文平*
(1.山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院,山東 濰坊 261061; 2.山東棗莊市畜牧漁業(yè)技術(shù)推廣中心,山東 棗莊 277800)
棗莊市位于山東省南部,處于中緯度暖溫帶大陸性氣候區(qū),適宜畜禽養(yǎng)殖。近年來,棗莊市畜牧業(yè)發(fā)展迅速,逐步成為農(nóng)村經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)??焖侔l(fā)展的畜牧業(yè)在增加農(nóng)民收入的同時,也帶來了畜禽糞污亟需解決的問題。因此,根據(jù)土地承載力合理確定畜禽養(yǎng)殖規(guī)模和區(qū)域分布,促進畜禽養(yǎng)殖數(shù)量與作物種植面積的有效匹配,達到養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)有機結(jié)合,實現(xiàn)畜牧業(yè)保發(fā)展、保增收、保供給、保生態(tài)的“四?!蹦繕?biāo),已成棗莊市畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的緊迫任務(wù)。本文利用畜禽糞污土地承載力測算技術(shù),對棗莊市畜禽糞污土地承載潛力進行核算,對畜禽糞便環(huán)境污染狀況進行預(yù)警分析,為棗莊市加快推進畜禽糞污資源化利用,優(yōu)化畜牧業(yè)區(qū)域布局,推進種養(yǎng)結(jié)合與農(nóng)牧循環(huán),實現(xiàn)畜牧業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。
本文所采用的畜禽存欄、農(nóng)作物種植面積與總產(chǎn)量等數(shù)據(jù)主要來自棗莊市畜牧業(yè)發(fā)展情況調(diào)研及2018年、2019年棗莊市統(tǒng)計年鑒[1-2]。
1.2.1 畜禽全年日平均存欄量 畜禽全年日平均存欄量為上一年年底畜禽存欄量與當(dāng)年年底畜禽存欄量的平均值。計算公式為:
某年畜禽全年日平均存欄量=(上年底畜禽存欄量+當(dāng)年底畜禽存欄量)÷2
(1)
1.2.2 豬當(dāng)量折算 豬當(dāng)量指用于衡量畜禽氮(磷)排泄量的度量單位,1頭豬為1個豬當(dāng)量。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只家禽[3-4]。本文中畜禽糞污土地承載力采用豬當(dāng)量計算。
1.2.3 畜禽糞污土地承載力 畜禽糞污土地承載力指在土地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)運行的條件下,一定區(qū)域內(nèi)耕地、林地和草地等所能承載的最大畜禽存欄量。本文主要對耕地的畜禽糞污承載力進行相關(guān)研究。計算公式為:
區(qū)域畜禽糞污土地承載力=區(qū)域植物糞肥養(yǎng)分需求量÷單位豬當(dāng)量糞肥養(yǎng)分供給量。
(2)
1.2.3.1 區(qū)域植物氮(磷)養(yǎng)分需求量 根據(jù)區(qū)域內(nèi)各類植物的氮(磷)養(yǎng)分需求量測算,計算公式為:
區(qū)域植物氮(磷)養(yǎng)分需求量=∑(每種植物總產(chǎn)量×單位產(chǎn)量氮(磷)養(yǎng)分需求量)
(3)
式中:單位產(chǎn)量養(yǎng)分需求量為各類植物形成100 kg產(chǎn)量需要的吸收氮(磷)量。
1.2.3.2 區(qū)域植物糞肥氮(磷)養(yǎng)分需求量 根據(jù)不同土壤肥力下,區(qū)域內(nèi)植物氮(磷)總養(yǎng)分需求量中需要施肥的比例、糞肥占施肥比例和糞肥當(dāng)季利用效率測算,計算公式為:
區(qū)域植物糞肥氮(磷)養(yǎng)分需求量=區(qū)域植物養(yǎng)分需求量×施肥供給養(yǎng)分占比×糞肥占施肥比÷糞肥當(dāng)季利用率
(4)
氮(磷)肥施肥供給養(yǎng)分占比根據(jù)土壤氮(磷)養(yǎng)分確定,土壤不同氮(磷)養(yǎng)分水平下的施肥占比推薦值見表1。
表1 土壤不同氮(磷)養(yǎng)分水平下施肥供給養(yǎng)分占比推薦值Table 1 Recommendation of nutrient proportion of fertilizer under different nitrogen levels in soil
1.2.3.3 單位豬當(dāng)量養(yǎng)分排泄量和養(yǎng)分供給量 參照《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》推薦值,單位豬當(dāng)量氮養(yǎng)分排泄量為11 kg,磷養(yǎng)分排泄量為1.65 kg,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[3]。
1.2.4 畜禽養(yǎng)殖承載潛力 畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力根據(jù)畜禽糞污土地承載力和全年平均存欄豬當(dāng)量計算。計算公式為:
畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力=(畜禽糞污土地承載力-全年平均存欄豬當(dāng)量)÷畜禽糞污土地承載力×100%
(5)
1.2.5 畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值 畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值(R)采用養(yǎng)分收支平衡法評價,參照國家環(huán)??偩諿5]、杜娟等[6]研究方法,用畜禽糞污養(yǎng)分排泄量與區(qū)域作物養(yǎng)分需求量進行比較(不考慮化肥),根據(jù)所得比值,評價區(qū)域耕地能否完全消納畜禽糞污及畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值。計算公式為:
R=區(qū)域畜禽糞污氮(磷)排泄量÷區(qū)域植物氮(磷)養(yǎng)分需求量
(6)
區(qū)域畜禽糞污氮(磷)排泄量=∑(區(qū)域畜禽全年日平均存欄量×單位畜禽日氮(磷)排泄系數(shù)×365)
(7)
式中:單位畜禽日氮(磷)排泄系數(shù)參照國家環(huán)??偩滞扑]標(biāo)準(zhǔn)[5]。
1.2.6 畜禽糞污氮(磷)排泄量對環(huán)境污染程度的判斷標(biāo)準(zhǔn) 畜禽糞污氮(磷)排泄量對環(huán)境的污染程度根據(jù)畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值(R)判斷, R值越小,說明該區(qū)域土地對畜禽糞污的承受能力越高,畜禽糞污對該區(qū)域土地環(huán)境造成污染的威肋也就越小。當(dāng)R小于或等于0.4,畜禽糞污可完全被土地消納,不會造成環(huán)境污染。畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值區(qū)間及對環(huán)境的影響見表2。
表2 畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值區(qū)間及對環(huán)境的影響Table 2 The influence of early warning value range of animal manure pollution on the environment
2018年棗莊市全年畜禽日平均存欄量分別為豬73.72萬頭、奶牛0.91萬頭、肉牛3.92萬頭、羊71.09萬只、家禽1533.96萬只,折算成豬當(dāng)量后,合計為182.65萬頭。從表3可見,2018年棗莊市畜禽糞污總氮排泄量為1.85×104t,總磷排泄量為0.65×104t。依據(jù)2019年棗莊市統(tǒng)計年鑒中植物種植播種面積總產(chǎn)量,按照公式(3)計算,2018年棗莊市播種總面積44.22×104hm2,全市植物總氮養(yǎng)分需求量8.67×104t、總磷養(yǎng)分需求量1.7×104t。
表3 畜禽糞污氮(磷)養(yǎng)分排泄量Table 3 N (P) nutrient excretion of livestock manure
目前,棗莊市缺乏土壤氮(磷)養(yǎng)分水平的基礎(chǔ)資料,且作物的單產(chǎn)水平差異較大,很難推測全市土壤質(zhì)量狀況,因此,本文參照農(nóng)業(yè)部辦公廳印發(fā)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》[3],單位豬當(dāng)量糞肥氮和磷養(yǎng)分供給量分別為7 kg和1.2 kg,糞肥中氮和磷當(dāng)季利用率分別為25%和30%。按施肥供給養(yǎng)分占比35%、45%和55%三個水平,糞肥占施肥比例50%和55%兩個水平,根據(jù)公式(4)分別測算土地承載力。棗莊市的畜禽糞污土地承載力見表4。計算畜禽糞污土地承載力時,為避免造成環(huán)境污染,土地承載力一般取最小值。由表4可見,在施肥供給養(yǎng)分占35%、糞肥占施肥比例50%、按磷養(yǎng)分測算時,畜禽糞污土地承載力最小,為834.56萬頭豬當(dāng)量。因此,棗莊市制定當(dāng)?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖規(guī)劃時,養(yǎng)殖規(guī)模應(yīng)控制在約834.56萬頭豬當(dāng)量以下。
表4 畜禽糞污土地承載(萬頭豬當(dāng)量)Table 4 Land carrying capacity of livestock manure (ten thousand pig on hand equivalent)
棗莊市畜禽糞污土地承載力834.56萬頭豬當(dāng)量,全年平均存欄182.65萬頭豬當(dāng)量,根據(jù)公式(5)計算,棗莊市畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力為78.11 %,說明就畜禽糞污土地承載力而言,棗莊市養(yǎng)殖業(yè)仍有較大的發(fā)展空間。根據(jù)公式(6)計算,棗莊市畜禽糞污氮和磷對環(huán)境污染的預(yù)警值分別為0.21和0.38,都小于0.4,判斷棗莊市畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值為Ⅰ級,對環(huán)境無影響。
由表5可見,棗莊各區(qū)(市)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)都有發(fā)展空間,各區(qū)(市)畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力不均衡,市中區(qū)和山亭區(qū)較小,分別為51.00%和62.61%,而薛城區(qū)和嶧城區(qū)較大,分別為82.55%和82.33%。
表5 日平均存欄量、土地承載力及其承載潛力(2018)Table 5 Annual average daily stock, land carrying capacity and potential carrying capacity
由表6可見,棗莊各區(qū)(市)畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值有較大差異,以氮計算的畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值,以市中區(qū)最高,為0.52,該區(qū)畜禽糞污對環(huán)境稍有影響,其他區(qū)(市)畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值都小于0.4,對土地環(huán)境沒有影響;以磷計算的畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值,也以市中區(qū)最高,為0.93,該區(qū)畜禽糞污對環(huán)境有影響,臺兒莊區(qū)、山亭區(qū)和滕州市的環(huán)境污染預(yù)警值分別為0.41、0.61和0.41,畜禽糞污對環(huán)境稍有影響。
表6 畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警分析Table 6 Early warning analysis of livestock manure pollution t
按農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》,就棗莊市畜禽糞污土地承載力和畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力而言,除市中區(qū)外,其他區(qū)(市)發(fā)展畜禽養(yǎng)殖仍有較大潛力。但從棗莊市畜牧業(yè)發(fā)展情況調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前棗莊市土地糞肥占施肥比例不高,其中,蔬菜與果樹的糞肥占比略好,為50%,而大田作物的糞肥占比很低,僅為10%,這樣就降低了畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力。裴占江等報導(dǎo),黑龍江省富??h糞肥占施肥比例為40%[7];王建華等[8]報導(dǎo),青島市蔬菜施用有機肥占50%,水果、茶葉有機肥占 40%,其他作物有機肥占30%??梢?,棗莊市應(yīng)進一步提高糞源有機肥施用占比。
本研究結(jié)果表明,棗莊市各區(qū)(市)養(yǎng)殖密度不均衡。市中區(qū)養(yǎng)殖密度較大,畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力僅為40.5%,且畜禽糞污氮(磷)環(huán)境污染預(yù)警值較高,分別處于II級、III級預(yù)警,達到對環(huán)境“稍有影響”和“有影響”的程度;其他各區(qū)(市)畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力較大,糞污環(huán)境污染的預(yù)警值不高。建議以鄉(xiāng)鎮(zhèn)或行政村為單位進一步細(xì)化土地承載力和所需配套土地面積測算,以便于糞污就近資源化利用。以糞肥氮養(yǎng)分核算畜禽糞污土地承載力的文章較多[9-11],本文同時以氮養(yǎng)分和磷養(yǎng)分核算畜禽糞污土地承載力,發(fā)現(xiàn)二者有一定差異,以氮養(yǎng)分核算的畜禽糞污土地承載力偏高,且環(huán)境污染預(yù)警值偏低。建議各地在核算畜禽糞污土地承載力和環(huán)境污染預(yù)警值時,充分考慮當(dāng)?shù)赝寥赖?磷)養(yǎng)分含量與作物氮(磷)養(yǎng)分需要量[12],選擇合理的測算依據(jù)。
棗莊市畜禽養(yǎng)殖業(yè)仍有較大發(fā)展空間,但各區(qū)(市)畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力不均衡,市中區(qū)畜禽養(yǎng)殖土地承載潛力小,應(yīng)該采取限制擴大規(guī)?;?qū)嵤┺D(zhuǎn)型升級等措施,促進種養(yǎng)平衡,避免環(huán)境污染。其他各區(qū)(市)應(yīng)注意在加速畜牧業(yè)發(fā)展的同時,要優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖布局,走以地定畜、種養(yǎng)結(jié)合的畜牧業(yè)發(fā)展模式。資源化利用是解決畜禽糞污的主要措施,棗莊市應(yīng)積極研究出臺支持糞源有機肥生產(chǎn)與施用的優(yōu)惠政策,強化有機肥的運輸和施用配套服務(wù),開展農(nóng)作物施肥技術(shù)培訓(xùn),鼓勵農(nóng)民多用、用好有機肥,加快有機肥替代化肥的步伐。同時,要加強養(yǎng)殖場糞污無害化處理與資源化利用管理[13],指導(dǎo)養(yǎng)殖場(戶)根據(jù)畜禽類型、養(yǎng)殖場規(guī)模、養(yǎng)殖模式及配套土地的情況,選擇合適的糞污收集、貯存和處理模式,配備相應(yīng)的糞污治理設(shè)施,提高糞污資源化利用率。另外,要加快構(gòu)建種養(yǎng)結(jié)合、農(nóng)牧循環(huán)新格局,推進農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。