于娜，王曉茹，李婷婷，王倩，翟勝，李巧燕

（聊城大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東 聊城 252000）

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人民生活水平的日益提高，畜牧產(chǎn)品需求量不斷增加。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）報(bào)道，1978—2013年全球肉類產(chǎn)量增加了143.4%[1]。中國(guó)是肉類產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1983—2018 年我國(guó)肉類產(chǎn)量由1 402 萬t 增加至8 624 萬t[2]。肉類產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)，致使集約化、工廠化和規(guī)?；酿B(yǎng)殖場(chǎng)迅猛發(fā)展。山東省作為我國(guó)畜禽養(yǎng)殖大省，畜牧產(chǎn)量多年來位居全國(guó)第一，2018 年全省共出欄生豬5 082 萬頭、家禽21.69 億只、山羊綿羊2 682 萬只、牛363 萬頭、蛋雞2.38 億只，占全國(guó)畜牧量的十分之一，其中肉雞養(yǎng)殖數(shù)量占全國(guó)20%以上，居全國(guó)首位[3]。畜牧業(yè)已然成為山東省主要的富民產(chǎn)業(yè)，然而由大量畜禽糞便所帶來的環(huán)境問題也日益凸顯[4]。環(huán)保部門數(shù)據(jù)顯示，2015 年山東省化學(xué)需氧量（COD）和氨氮排放總量中，畜禽養(yǎng)殖的貢獻(xiàn)分別占70%和38%。雖然畜禽糞便可作為有機(jī)肥直接施用，但由于畜禽糞便的運(yùn)輸距離有限，部分集約化養(yǎng)殖區(qū)糞便產(chǎn)生量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)?shù)剞r(nóng)田可承載的安全警戒值，這也意味著從區(qū)域角度來看，畜牧業(yè)的發(fā)展規(guī)模、飼養(yǎng)密度應(yīng)該與該地區(qū)的耕地面積相匹配[5]。如果超出農(nóng)田消納容量，將會(huì)造成水體和土壤的污染，引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)1 200 多條主要河流中，有850 多條不同程度地受到農(nóng)業(yè)面源污染的影響，受污染的湖泊中農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷占總負(fù)荷的比例均超過50%[6]。目前，畜禽糞便已成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源之一[7-8]，是制約養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)良性發(fā)展的主要因素。

關(guān)于畜禽糞便對(duì)環(huán)境的影響，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了許多工作，目前的研究大多集中在對(duì)畜禽糞便產(chǎn)生量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并將產(chǎn)量按農(nóng)田面積分配，通過計(jì)算農(nóng)田負(fù)荷量來評(píng)價(jià)污染風(fēng)險(xiǎn)[4，9-10]；也有學(xué)者通過對(duì)比山東省作物糞污養(yǎng)分需求量和畜禽糞污養(yǎng)分供應(yīng)量，計(jì)算各市畜禽糞污土地承載力指數(shù)，進(jìn)一步探明山東省畜禽糞污土地承載力的時(shí)空變化特征[11]。此外還有學(xué)者根據(jù)畜禽糞便的產(chǎn)量估算其肥料化利用潛力和沼氣潛力等[12]。在前人研究的基礎(chǔ)上，本研究以山東省17地市（萊蕪市于2018 年底并入濟(jì)南市）為研究區(qū)域，以畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)中飼養(yǎng)量較高的豬、牛、羊、兔和家禽為研究對(duì)象，通過調(diào)查山東省各地市近年來的養(yǎng)殖量數(shù)據(jù)，根據(jù)排泄系數(shù)法估算畜禽糞便的產(chǎn)生量，在此基礎(chǔ)上計(jì)算不同區(qū)域畜禽糞便的耕地負(fù)荷和水體等標(biāo)污染指數(shù)等指標(biāo)，對(duì)近年來畜禽糞便污染區(qū)域耕地和水環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行綜合污染評(píng)價(jià)，同時(shí)從環(huán)境承載能力出發(fā)布局畜牧業(yè)生產(chǎn)，即從源頭上控制畜禽養(yǎng)殖污染，以期為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的保護(hù)提供理論依據(jù)，為合理規(guī)劃區(qū)域內(nèi)畜禽飼養(yǎng)密度與空間布局提供科學(xué)的指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 畜禽糞便排放量的估算

畜禽糞便的排放量依據(jù)不同種類畜禽的飼養(yǎng)量進(jìn)行估算，畜禽飼養(yǎng)量數(shù)據(jù)來源于2005—2019 年山東統(tǒng)計(jì)年鑒[3，13]，畜禽種類包括豬、牛、羊、兔和家禽。結(jié)合國(guó)內(nèi)研究者計(jì)算畜禽糞便排放量的方法[14-16]，本研究根據(jù)各種畜禽的飼養(yǎng)周期選取不同的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算方法如下：

式中：Q表示畜禽糞便排放量，萬t；Qi表示第i類畜禽糞便的排放量，萬t；Ni為第i類畜禽的飼養(yǎng)量，萬頭（只）。其中牛、羊的飼養(yǎng)周期較長(zhǎng)，當(dāng)年出欄量很少，其飼養(yǎng)量以存欄量計(jì)算；豬的平均飼養(yǎng)期為199 d[17]，因此豬的年出欄數(shù)就可以代表當(dāng)年飼養(yǎng)量；家禽分為肉禽和蛋禽，肉禽的生長(zhǎng)期一般為55 d，蛋禽的飼養(yǎng)周期一般為210 d[15]，因此以家禽的出欄數(shù)代表家禽的當(dāng)年飼養(yǎng)量。αi表示第i類畜禽的日排泄系數(shù)，kg·頭-1·d-1或kg·只-1·d-1，是指每頭（只）畜禽每日排出糞便的量，因動(dòng)物的種類、品種、性別、生長(zhǎng)期、喂養(yǎng)飼料甚至天氣條件的不同而不同[16]，本研究中該值采用國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局2002 年公布的數(shù)據(jù)[18]，如表1 所示。1 000 表示千克轉(zhuǎn)化為噸的換算系數(shù)；MP表示畜禽糞便的豬糞當(dāng)量，萬t，由于畜禽種類不同其糞便肥效、養(yǎng)分含量差異較大，故其農(nóng)田消納量也有較大差異，因此將各類畜禽糞便依據(jù)含氮量不同統(tǒng)一換算成豬糞當(dāng)量。Mi表示第i類畜禽糞便的豬糞當(dāng)量，萬t；ki表示不同種類畜禽糞便的豬糞當(dāng)量換算系數(shù)，本研究采用國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局2002年公布的數(shù)據(jù)[18]，見表2。

表2 各類畜禽糞便豬糞當(dāng)量換算系數(shù)[18]Table 2 Coefficient for equivalent amount of swine manure of livestock manure[18]

1.2 流失負(fù)荷量的估算

流失負(fù)荷量的計(jì)算公式為：

式中：MR表示該地區(qū)畜禽糞便流失污染負(fù)荷量，萬t；λ表示流失率。研究表明，畜禽糞便易于淋溶，其進(jìn)入水體的流失量受當(dāng)?shù)亟涤陱搅鳌⑿笄菸廴疚锓e累量、土壤特性以及技術(shù)措施等影響[19]，因此不同地區(qū)畜禽糞便的流失率不同。綜合相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，畜禽糞便的流失率一般為25%～40%[20-22]，由于山東省畜禽糞便產(chǎn)生量大，河網(wǎng)密集且應(yīng)用率低，因此本研究中流失率取30%[6，23-24]。

1.3 農(nóng)田養(yǎng)分供給負(fù)荷量的估算

不同的畜禽糞便利用方式對(duì)農(nóng)田養(yǎng)分負(fù)荷量的貢獻(xiàn)存在差異，從而導(dǎo)致農(nóng)田對(duì)糞肥的消納能力也不同。目前，山東省對(duì)畜禽糞便的利用方式主要有就地還田、生產(chǎn)沼氣和堆肥處理三種，其中就地還田所占比例最大，約占76%[9]。因此，本研究統(tǒng)一按照就地還田的利用方式進(jìn)行農(nóng)田養(yǎng)分供給負(fù)荷量的計(jì)算，公式為：

式中：q表示畜禽糞便的農(nóng)田負(fù)荷量（以豬糞當(dāng)量計(jì)），t·hm-2；S表示有效耕地面積，hm2。

1.4 畜禽糞便豬糞當(dāng)量的環(huán)境最適負(fù)荷量計(jì)算

以畜牧業(yè)與種植業(yè)間養(yǎng)分平衡為依據(jù)，進(jìn)行環(huán)境最適負(fù)荷量的計(jì)算。在該體系中假設(shè)：①山東省的種植業(yè)以主要農(nóng)作物小麥和玉米輪作為主要種植模式；②養(yǎng)分平衡僅以氮素計(jì)算；③耕地土壤的氮素輸入全部來源于畜牧業(yè)提供的糞肥和人工施用的化肥；④氮素輸出以農(nóng)作物形式（小麥與玉米）為主。

根據(jù)土壤養(yǎng)分平衡理論，單位耕地面積對(duì)畜禽糞便消納能力主要與以化肥形式養(yǎng)分的輸入量和農(nóng)作物目標(biāo)產(chǎn)量的養(yǎng)分輸出量有關(guān)，因此，單位耕地面積糞肥最適承載量（以豬糞當(dāng)量計(jì)）計(jì)算公式如下：

式中：T表示畜禽糞便豬糞當(dāng)量的環(huán)境最適負(fù)荷，kg·hm-2·a-1；a、b分別表示小麥、玉米平均產(chǎn)量，kg·hm-2，數(shù)據(jù)來源于2019 年山東統(tǒng)計(jì)年鑒[3]；σ、ω為小麥、玉米中的含氮量，kg·kg-1，數(shù)據(jù)來源于畜禽糞污土地承載力測(cè)算指南[25]；θ是氮素?fù)p失量，為減少環(huán)境污染，設(shè)其為0；χ為單位耕地面積年施用的化肥量，kg·hm-2，為防止氮肥過量施用造成環(huán)境污染，依照化肥使用環(huán)境安全技術(shù)導(dǎo)則（編制說明）將年施氮肥量的安全上限確定為225 kg·hm-2；ζ是每千克豬糞當(dāng)量的氮含量，%。

1.5 耕地畜禽糞便負(fù)荷預(yù)警值

豬糞當(dāng)量負(fù)荷預(yù)警值能夠反映單位耕地畜禽糞便負(fù)荷對(duì)環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)能夠衡量一個(gè)地區(qū)畜禽養(yǎng)殖數(shù)量與環(huán)境承載力的適應(yīng)性，其計(jì)算公式為：

式中：r為畜禽糞便負(fù)荷承受能力預(yù)警值，即污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Tmax表示畜禽糞便豬糞當(dāng)量的環(huán)境最大負(fù)荷，kg·hm-2·a-1。

1.6 水體等標(biāo)污染指數(shù)的計(jì)算

等標(biāo)污染指數(shù)（I）是進(jìn)行畜禽糞便污染負(fù)荷分析與評(píng)價(jià)的一個(gè)重要參數(shù)，可綜合評(píng)價(jià)不同地區(qū)的畜禽糞便污染程度和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，等標(biāo)污染指數(shù)越大，污染程度越高。

式中：Pi為該地區(qū)第i類污染物的等標(biāo)排放量，m3；Ci為第i類污染物的流失量，t·a-1，本研究選取的評(píng)價(jià)因子為COD、總氮（TN）、總磷（TP）；C0為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中規(guī)定的該污染物Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)系列的閾濃度（COD 為20 mg·L-1、TP 為0.2 mg·L-1、TN為1 mg·L-1）；I表示該地區(qū)水體的等標(biāo)污染指數(shù)；A為該地區(qū)水資源總量，m3；Di表示擴(kuò)散濃度，mg·L-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 畜禽糞便排放的時(shí)空分布特征

2.1.1 畜禽糞便排放的時(shí)間分布

2004—2018年山東省畜禽養(yǎng)殖情況如圖1所示，豬和家禽的養(yǎng)殖數(shù)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而兔的養(yǎng)殖數(shù)量自2016 年出現(xiàn)大幅下降，牛和羊的養(yǎng)殖數(shù)量15 年來較為穩(wěn)定。2018 年，山東省豬、牛、羊、兔和家禽的全年平均存欄量分別為5 082.26 萬頭、380.6 萬頭、1 801.41 萬只、3 162.43 萬只和217 200.22 萬只。將不同種類畜禽按照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18596—2001）中的換算系數(shù)統(tǒng)一換算為豬當(dāng)量后，從養(yǎng)殖量占比來看，豬的養(yǎng)殖量占比最高，達(dá)37.54%；其次是家禽，為35.66%，兔養(yǎng)殖量所占比例最小，僅為0.39%。

由于糞便類型、肥效養(yǎng)分和農(nóng)田消納量的不同，直接將不同種類糞便排放量進(jìn)行疊加，會(huì)與實(shí)際效果產(chǎn)生一定誤差，因此，本研究將不同種類糞便按照氮含量統(tǒng)一換算為豬糞當(dāng)量再進(jìn)行疊加。由圖1 可知，畜禽糞便的排放量2007—2009 年相對(duì)較低，2010—2012年逐漸增長(zhǎng)，2013—2018年趨于穩(wěn)定，2018年畜禽糞便的產(chǎn)生量約30 092.23 萬t，總氮的排放量約為19 559.95 萬t。主要原因在于2007—2009 年受禽流感的影響，山東各地區(qū)畜禽養(yǎng)殖量顯著下降，2010 年山東省政府加大對(duì)現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的扶持力度，出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)畜牧業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策，使山東省畜禽養(yǎng)殖業(yè)得到快速發(fā)展，養(yǎng)殖規(guī)模在2010 年以后呈迅速增加的趨勢(shì)。

圖1 2004—2018年山東省畜禽養(yǎng)殖量及畜禽糞便排放量（以豬糞當(dāng)量計(jì)）Figure 1 Amount of animals raised and the discharge amount of livestock manure（in terms of pig manure equivalent）in Shandong Province from 2004 to 2018

2.1.2 畜禽糞便排放的空間分布

由于各市養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)差異，其畜禽糞便的產(chǎn)生量和糞便中養(yǎng)分排放量也隨空間分布出現(xiàn)差異性。根據(jù)山東省2019 年統(tǒng)計(jì)年鑒中畜禽的養(yǎng)殖量數(shù)據(jù)，對(duì)17地市畜禽糞便的排放量及養(yǎng)分供應(yīng)量進(jìn)行估算，結(jié)果如圖2所示。

圖2 2018年山東省及各市畜禽糞便和氮的排放量Figure 2 The discharge amount of livestock manure and nitrogen in Shandong Province in 2018

2018 年全省產(chǎn)生的畜禽糞便總量以豬糞當(dāng)量計(jì)為26 864.24 萬t，N 的排放量為17 461.75 萬t，主要來源于豬、牛和家禽糞便的供給，分別占14.78%、13.50%和61.97%。其中濰坊市的畜禽糞便排放量最高，為4 007.49 萬t，占全省總排放量的14.92%，其次為臨沂、德州、菏澤和聊城。從各市的養(yǎng)殖規(guī)模來看，規(guī)模大的地區(qū)主要分布在魯中南和魯西南地區(qū)，這與畜禽糞便的排放量相符，萊蕪市的養(yǎng)殖規(guī)模最小，畜禽糞便的排放量?jī)H占全省總排放量的1.08%。

2.2 畜禽糞便的環(huán)境效應(yīng)

2.2.1 畜禽糞便的耕地負(fù)荷

根據(jù)公式（4）計(jì)算出2014—2018 年山東省及不同地市畜禽糞便耕地負(fù)荷量的變化情況，如圖3 所示。全省耕地豬糞當(dāng)量的平均負(fù)荷量較為穩(wěn)定，在23.17～25.20 t·hm-2·a-1之間浮動(dòng)。其中濟(jì)南、淄博、棗莊、濟(jì)寧、泰安呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，而煙臺(tái)、萊蕪、臨沂、聊城和菏澤等地則呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。不同地區(qū)畜禽糞便耕地負(fù)荷量存在較大差異，濰坊市耕地負(fù)荷量最高，均值為37.39 t·hm-2·a-1，比山東省平均負(fù)荷量高50%；威海市耕地負(fù)荷量最低，為21.29 t·hm-2·a-1。這與當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān)[14]。

圖3 2014—2018年山東省各地市豬糞當(dāng)量負(fù)荷量的變化情況Figure 3 The changes of equivalent loading amount of swine droppings in Shandong Province from 2014 to 2018

參考山東省2019 年統(tǒng)計(jì)年鑒[3]及畜禽糞污土地承載能力測(cè)算指南[25]，在僅考慮化肥形式的氮素輸入和小麥、玉米輪作的種植結(jié)構(gòu)條件下，根據(jù)公式（5）測(cè)算出山東省耕地豬糞當(dāng)量最適負(fù)荷量為16.94 t·hm-2·a-1，由于不同地區(qū)耕地差異性較大，種植結(jié)構(gòu)和輪作制度也有較大差異，同時(shí)為了減少化肥的施用，將豬糞當(dāng)量適宜施用范圍以17 t·hm-2·a-1為中心，減少1/3 為下限，增加1/3 為上限，故最適負(fù)荷量取值為11～23 t·hm-2·a-1。本研究結(jié)合前人的研究結(jié)果[14]，并考慮環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，將畜禽糞便作為肥料用于農(nóng)田的最高施用量確定為30 t·hm-2·a-1。

盡管不同地區(qū)畜禽養(yǎng)殖種類和區(qū)域條件存在差異，但從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的角度出發(fā)，高于最高施用量可導(dǎo)致土壤養(yǎng)分過剩，產(chǎn)生環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。為了全面反映其土壤環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，采用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（r）進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)預(yù)警分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[4，6]，當(dāng)r≤0.4時(shí)，表明該地區(qū)的畜禽糞便可以完全被農(nóng)田環(huán)境所消納和承載，對(duì)土壤環(huán)境沒有威脅；隨著r不斷增大，畜禽糞便將會(huì)超過農(nóng)田的可消納量或承載程度，對(duì)土壤環(huán)境造成威脅的可能性就越大。由表3可知，2014—2018年全省的平均污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)介于0.77～0.84 之間，預(yù)警級(jí)別為Ⅲ級(jí)，說明這時(shí)段產(chǎn)生的畜禽糞便對(duì)耕地環(huán)境已經(jīng)產(chǎn)生了一定的威脅。表3 顯示，截至2018 年，仍有東營(yíng)、煙臺(tái)、濰坊、聊城和德州五個(gè)城市的預(yù)警級(jí)別為Ⅳ級(jí)，超過山東省平均水平。其中最為嚴(yán)重的是濰坊市，五年來的預(yù)警級(jí)別均達(dá)到Ⅳ級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出山東省平均水平。綜上，山東省畜禽糞便的耕地負(fù)荷總體處在Ⅲ級(jí)預(yù)警級(jí)別，說明畜禽糞便對(duì)山東省耕地產(chǎn)生了一定的污染風(fēng)險(xiǎn)，個(gè)別地區(qū)已經(jīng)存在較嚴(yán)重的污染風(fēng)險(xiǎn)。

表3 2014—2018年山東省及各市農(nóng)田負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（r）和預(yù)警級(jí)別Table 3 Environmental risk value（r）and risk level of livestock manure on farmland from 2014 to 2018

近些年來，山東省采取了一系列畜禽糞便綜合利用措施，據(jù)2016 年調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，73%的規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)采用干清糞的方式收集糞便，這為糞便的資源化利用創(chuàng)造了有利條件。全省對(duì)畜禽糞便的綜合利用方式中，以就地還田、生產(chǎn)沼氣和送往有機(jī)肥加工企業(yè)為主，其中就地還田占比最大，約為76%，有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè)加工處理約占5%，仍有約5%畜禽糞便未做任何處理[9]。然而不論是經(jīng)過堆肥處理、沼渣還田還是直接施用，畜禽糞便最終都需要一定的土地進(jìn)行消納。就目前各地市畜禽糞便產(chǎn)生量和耕地規(guī)模來看，東營(yíng)、煙臺(tái)、濰坊、聊城和德州五市依靠本市土地自行消納壓力較大，可以考慮制成有機(jī)肥向外省市銷售；此外，小型養(yǎng)殖場(chǎng)可依托本市畜禽養(yǎng)殖廢棄物綜合處置企業(yè)集中收集儲(chǔ)存、運(yùn)輸和處理。然而，由于山東省畜禽糞便收集設(shè)施的不完善和資源化處置企業(yè)較少，畜禽糞便的收集能力與產(chǎn)生量相比缺口較大，資源化處理能力不足。因此，為保障山東省各地市畜禽糞便能夠被安全消納，最大限度地減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，需結(jié)合不同地市的實(shí)際情況進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖區(qū)域布局的調(diào)整優(yōu)化，采取以地定畜、種養(yǎng)結(jié)合的養(yǎng)殖方式，建立種植和養(yǎng)殖的合理生態(tài)平衡。

2.2.2 畜禽糞便的水體污染負(fù)荷

等標(biāo)污染負(fù)荷法通過計(jì)算將污染物全部稀釋到水體中所需的介質(zhì)量即等標(biāo)排放量來評(píng)價(jià)污染物對(duì)該地區(qū)水體的污染程度[19]。

表4 展示了2018 年各地市畜禽糞便各污染物的排放量和等標(biāo)排放量，由表4 可知，濰坊市畜禽糞便中水體污染物排放量最高，COD、BOD、NH3-N、TN、TP 排放量分別為30.43 萬、27.78 萬、1.91 萬、6.17 萬t和3.30 萬t，排放量占全省總排放量的15.33%、15.36%、14.08%、14.50%和16.39%，對(duì)應(yīng)的等標(biāo)排放量也是全省最高，這與該地區(qū)的養(yǎng)殖情況相符；其次為臨沂、德州、菏澤和聊城。然而，與耕地污染不同，畜禽糞便對(duì)水體的污染不僅受污染物總量的影響還與當(dāng)?shù)厮Y源總量密切相關(guān)。

表4 2018年山東省畜禽糞便各污染物的排放量及等標(biāo)排放量Table 4 Pollutants and equal-standard discharge amounts in Shandong Province in 2018

2014—2018 年山東省及各地市畜禽糞便污染對(duì)水體的等標(biāo)污染指數(shù)和擴(kuò)散濃度如圖4 所示。山東省畜禽糞便對(duì)水體的污染總體呈下降趨勢(shì)，全省平均水體等標(biāo)污染指數(shù)由9.26 逐漸降低為4.46，其中青島、東營(yíng)、濰坊、德州和濱州市趨勢(shì)最為明顯。參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中相應(yīng)水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，及宋大平等[6]的研究中的預(yù)警分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，得出山東省總體水體污染負(fù)荷預(yù)警級(jí)別由Ⅱ級(jí)降為Ⅰ級(jí)，對(duì)水體基本無污染。2014 年?yáng)|營(yíng)市水體等標(biāo)污染指數(shù)最高，為38.37，擴(kuò)散濃度為65.29 mg·L-1，其次為德州、濰坊和濱州，等標(biāo)污染指數(shù)均高于25；2015—2017年情況逐漸好轉(zhuǎn)，截至2018年，山東省及各地市水體的等標(biāo)污染指數(shù)最高為11.08，出現(xiàn)在聊城市，擴(kuò)散濃度為17.48 mg·L-1，預(yù)警級(jí)別為Ⅲ級(jí)，其次為德州、菏澤，其他地市的等標(biāo)污染指數(shù)均低于6。值得注意的是，在全省水體等標(biāo)污染指數(shù)和擴(kuò)散濃度呈降低走勢(shì)時(shí)，聊城市污染指數(shù)卻呈反復(fù)波動(dòng)狀態(tài)，其2018 年等標(biāo)污染指數(shù)和擴(kuò)散濃度分別為全省平均水平的2.5 倍和2.3 倍，應(yīng)加強(qiáng)該地區(qū)養(yǎng)殖業(yè)，尤其是高污染、高負(fù)荷縣域養(yǎng)殖業(yè)的管理。

圖4 2014—2018年山東省及各地市水體的等標(biāo)污染指數(shù)及擴(kuò)散濃度Figure 4 Water equal standard pollution loading of livestock manure and diffuse concentration in Shandong Province from 2014 to 2018

2.3 單位耕地面積畜禽適宜承載量

盡管畜牧業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大一定程度上是當(dāng)前中國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展的必要條件，然而規(guī)模發(fā)展必須適度，以免引起嚴(yán)重的環(huán)境問題[7]。種養(yǎng)結(jié)合是實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)規(guī)模有度擴(kuò)大的最佳方式，種養(yǎng)結(jié)合的原則是根據(jù)農(nóng)田有機(jī)肥的消納量來決定當(dāng)?shù)匦笄莸酿B(yǎng)殖量，且不會(huì)產(chǎn)生畜禽糞便的大量盈余，從而減少各種環(huán)境問題。本研究依據(jù)每頭（只）畜禽每年產(chǎn)生的畜禽糞便量及豬糞當(dāng)量的換算系數(shù)，估算每頭（只）畜禽每年畜禽糞便產(chǎn)生量的豬糞當(dāng)量，根據(jù)上文計(jì)算得到的山東省每公頃耕地豬糞當(dāng)量的承載量不宜超過23 t·a-1的結(jié)果，估算每公頃耕地每年各類畜禽的最高承載數(shù)量（表5）。統(tǒng)一換算為豬當(dāng)量，每公頃耕地中每年畜禽的最高承載量為17頭。根據(jù)山東省2018年的耕地面積，估算得出山東省2018 年畜禽的最高承載數(shù)量為12 873萬頭。

表5 每公頃耕地每年可承載的最高畜禽數(shù)量Table 5 The maximum bearing capacity of livestock and poultry per hectare per year

3 結(jié)論

（1）按照畜禽糞便就地還田的利用方式進(jìn)行農(nóng)田負(fù)荷量的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)2014—2018 年山東省畜禽糞便豬糞當(dāng)量的耕地負(fù)荷量較為穩(wěn)定，在23.17～25.20 t·hm-2·a-1之間浮動(dòng)，對(duì)應(yīng)的耕地污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)介于0.77～0.84 之間，預(yù)警級(jí)別為Ⅲ級(jí)。其中濰坊市的豬糞當(dāng)量負(fù)荷量最高，均值為37.39 t·hm-2·a-1，威海市最低，為21.29 t·hm-2·a-1。截至2018 年，東營(yíng)、煙臺(tái)、濰坊、聊城和德州五市的耕地污染預(yù)警級(jí)別為Ⅳ級(jí)，超過山東省平均水平，其中濰坊市的耕地污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高。說明畜禽糞便對(duì)山東省不同地市的土壤環(huán)境均有不同程度的污染風(fēng)險(xiǎn)，需要采取措施加以控制。

（2）與耕地污染不同，2014—2018 年山東省畜禽糞便對(duì)水體的污染風(fēng)險(xiǎn)總體呈下降趨勢(shì)，其中青島、東營(yíng)、濰坊、德州和濱州市降幅最為明顯，但仍有部分地區(qū)污染風(fēng)險(xiǎn)處于相對(duì)較高的水平，如聊城市2018年水體的等標(biāo)污染指數(shù)全省最高，為11.08，預(yù)警級(jí)別為Ⅲ級(jí)，這需要引起高度重視，并采取強(qiáng)有力措施防控畜禽糞便污染，以防水體水質(zhì)惡化。

（3）依據(jù)土壤養(yǎng)分平衡理論和山東省耕地面積，估算得到2018 年山東省畜禽的最高承載數(shù)量（以豬當(dāng)量計(jì)）為12 873萬頭。