屈 博 ,常新建,原朝楊,王 祎

(1.運(yùn)城市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,山西 運(yùn)城 044000;2.運(yùn)城市畜牧獸醫(yī)發(fā)展中心)

2022年中央一號文件明確提出“要推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村綠色發(fā)展,加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染綜合治理,加強(qiáng)畜禽糞污資源化利用”。我國畜牧業(yè)蓬勃發(fā)展,自2015年以來,全國逐步推動“南豬北養(yǎng)”,在此大背景下,山西省運(yùn)城市迎來了生豬產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展期,同時帶來的是環(huán)保壓力的不斷增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),2017年我國畜禽糞污產(chǎn)量約38億t,處理與利用率不高,僅為60%,2021年有所下降,但產(chǎn)量仍高達(dá)30.5億t,畜禽糞污已位居農(nóng)業(yè)面源污染首位,如果處置不當(dāng),將會嚴(yán)重破壞農(nóng)村人居環(huán)境,嚴(yán)重限制畜牧業(yè)的健康發(fā)展。畜禽糞污是“沒有放對位置的資源”,目前全國各地均在研究有效的無害化處理和資源化利用模式,如固液分離模式、全量收集利用模式,研究發(fā)現(xiàn),施肥還田是目前最綠色經(jīng)濟(jì)的利用方式。而還田利用的關(guān)鍵是要保持一定區(qū)域內(nèi)畜禽糞污產(chǎn)生量與土地承載力的平衡,如果一定區(qū)域內(nèi)畜禽糞污排泄量大于土地承載力,就會對該區(qū)域環(huán)境造成破壞,甚至?xí)斐赏寥腊褰Y(jié)、地下和地表水水體污染等環(huán)境污染問題。本研究以山西省運(yùn)城市統(tǒng)計(jì)年鑒中主要農(nóng)作物(糧食、水果、蔬菜)產(chǎn)量和主要畜禽(豬、牛、羊、禽類)年末存欄量等數(shù)據(jù)資料,結(jié)合農(nóng)業(yè)農(nóng)村部制定發(fā)布的《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》(以下簡稱測算指南),分析測算運(yùn)城市近五年來的主要農(nóng)作物糞肥養(yǎng)分的需求量、主要畜禽(豬、牛、羊、禽類)年末存欄量折算出的豬當(dāng)量和同等年份的耕地糞污最大承載力,根據(jù)測算結(jié)果,進(jìn)一步分析運(yùn)城市耕地糞污承載力與主要畜禽(豬、牛、羊、禽類)年末存欄量折算出的豬當(dāng)量之間的大小關(guān)系,從而來判斷運(yùn)城耕地糞污承載力的健康運(yùn)行情況,為推動全市畜禽糞污資源化利用,科學(xué)開展以種定養(yǎng)和優(yōu)化養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)和養(yǎng)殖規(guī)模提供理論參考。

1 研究區(qū)域概況

運(yùn)城,位于山西省西南部,汾渭平原核心地帶,境內(nèi)平原、丘陵臺地等地形資源豐富,土壤肥沃、四季分明,耕地面積為3.92萬hm2左右,年平均氣溫13.3℃,降水量為510.7 mm,日照2188.8 h,無霜期188～238 d。近年來,糧食產(chǎn)量在265萬t以上,是山西省的農(nóng)業(yè)大市、果業(yè)大市、畜牧大市,近年來現(xiàn)代農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展,已探索出一條高質(zhì)量高速度的發(fā)展道路。

1.1 近五年運(yùn)城市種植業(yè)現(xiàn)狀

近五年運(yùn)城市主要農(nóng)作物產(chǎn)量如表1所示。由表1可知,2016～2020年,運(yùn)城市玉米、小麥、大豆、谷子、馬鈴薯、蔬菜、水果等主要農(nóng)作物產(chǎn)量雖有波動,但總體保持穩(wěn)中有增的態(tài)勢。2020年,除大豆以外,運(yùn)城市主要農(nóng)作物產(chǎn)量均比2016年有所增加,其中,小麥增產(chǎn)7.1萬t,玉米增產(chǎn)10.7萬t,谷子增產(chǎn)0.15萬t,馬鈴薯增產(chǎn)0.26萬t;蔬菜、水果增幅較大,分別增產(chǎn)26.2萬t、46.6萬t;大豆有所下降,減少0.42萬t。

表1 運(yùn)城市近五年主要農(nóng)作物的產(chǎn)量 t

1.2 近五年運(yùn)城市畜牧業(yè)現(xiàn)狀

運(yùn)城市近五年主要畜禽年存欄量如表2所示。由表2可知,2016～2020年,運(yùn)城市牛、羊、家禽的存欄量波動不大,總體保持穩(wěn)中有增的趨勢,2020年運(yùn)城市牛、羊、家禽存欄量較2016年分別增加0.3萬頭、4.04萬只和479.31萬只;但生豬存欄量波動較大,2017年生豬存欄較2016年降幅較大,主要是因?yàn)?017年受國家禁限養(yǎng)區(qū)劃定最后時限影響,運(yùn)城地區(qū)搬遷和關(guān)閉豬場的力度較大,導(dǎo)致生豬出欄量持續(xù)下滑。2018年,牧原、溫氏、大象農(nóng)牧等國內(nèi)大型生豬養(yǎng)殖企業(yè),在運(yùn)城大規(guī)模投資建場,推動運(yùn)城生豬存欄數(shù)顯著增加;但受2018年后半年爆發(fā)的非洲豬瘟疫情影響,2019年運(yùn)城市生豬存欄數(shù)下滑嚴(yán)重,至2020年才有所回升。

表2 運(yùn)城市近五年主要畜禽年存欄量 萬頭,萬只

運(yùn)城市近五年主要畜禽年末出欄量如表3所示。由表3可知,與2016年相比,2020年運(yùn)城市生豬、牛、羊出欄量總體保持穩(wěn)定,其中生豬、牛的出欄量有所增長,分別增長5.25萬頭、0.21萬頭;羊出欄量有所下降,減少2.85萬只。

表3 運(yùn)城市近五年主要畜禽年末出欄量 萬頭,萬只

2 運(yùn)城市近五年主要農(nóng)作物總養(yǎng)分需求分析

2.1 計(jì)算方法

根據(jù)2016～2020年運(yùn)城市統(tǒng)計(jì)的糧食、蔬菜、水果等主要農(nóng)作物的產(chǎn)量數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)部公布的《測算指南》給出的主要農(nóng)作物產(chǎn)生100 kg 產(chǎn)量的氮磷吸收量推薦值(具體見表4),計(jì)算出運(yùn)城市2016～2020年主要農(nóng)作物總養(yǎng)分需求量,計(jì)算方法見公式(1):

表4 主要農(nóng)作物100 kg產(chǎn)量的氮磷吸收量推薦值

Ytotal= ∑Xi×Ai× 10-2

(1)

其中:Ytotal為運(yùn)城市主要農(nóng)作物總養(yǎng)分需求量,t;Xi為運(yùn)城市第i種主要農(nóng)作物的產(chǎn)量,t;Ai為第i種主要農(nóng)作物生產(chǎn)100 kg 時吸收的 氮(磷)素量,kg·100 kg-1。

2.2 運(yùn)城市主要農(nóng)作物總養(yǎng)分需求

主要農(nóng)作物產(chǎn)生100 kg產(chǎn)量的氮磷吸收量推薦值如表4所示。

根據(jù)表1和表4中的數(shù)據(jù),使用公式(1)可計(jì)算出運(yùn)城市2016～2020年農(nóng)作物總氮和總磷養(yǎng)分的需求量。經(jīng)過計(jì)算,氮素養(yǎng)分的總需求量分別為:9.10萬t、8.92萬t、8.56萬t、9.02萬t、9.65 萬t;磷素養(yǎng)分的總需求量分別為:2.30萬t、2.28萬t、2.22萬t、2.30萬t、2.45萬t。雖然2016～2020年,五年間氮素(磷素)養(yǎng)分的總需求量有所波動,但總體上比較穩(wěn)定,彼此間的差距不大,且變化趨勢與運(yùn)城市主要農(nóng)作物產(chǎn)量的變化趨勢保持一致,具體見圖1。

圖1 2016-2020年運(yùn)城市主要農(nóng)作物總產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量

2.3 運(yùn)城市主要農(nóng)作物糞肥氮(磷)養(yǎng)分需求量

根據(jù)《測算指南》給出的計(jì)算方法,對運(yùn)城市主要農(nóng)作物糞肥氮(磷)養(yǎng)分需求量進(jìn)行計(jì)算。具體計(jì)算方法見公式(2):

(2)

Mtotal為運(yùn)城市主要農(nóng)作物糞肥氮(磷)養(yǎng)分需求量,t;Ytotal為運(yùn)城市主要農(nóng)作物總養(yǎng)分需求量,t;α為土壤中施肥所提供的養(yǎng)分在農(nóng)作物總養(yǎng)分需求中的占比,%;k為農(nóng)田土壤糞肥施用量在所有施用肥料中占有的比例,%;β為農(nóng)田土壤中糞肥(主要是氮、磷素)的當(dāng)季吸收利用效率。

不同地區(qū)的氮(磷)施肥提供農(nóng)作物所需養(yǎng)分的占比要根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥婪柿頉Q定,參考表5中的施肥占比推薦值和已有研究結(jié)果,本研究中運(yùn)城地區(qū)的土壤肥力水平采用Ⅱ級作為參考值,本文中α 取值為45%。根據(jù)對運(yùn)城本地20家種糧大戶調(diào)研和咨詢農(nóng)業(yè)專家,發(fā)現(xiàn)運(yùn)城地區(qū)糞肥施用占施肥總量的一半左右,本文k取值為50%。農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《測算指南》中糞肥里的氮素、磷素當(dāng)季吸收利用效率的推薦值分別為25%～30%、30%～35%,本文中采用均值來計(jì)算,β分別取值為:27.5%和32.5%。

表5 土壤不同氮磷養(yǎng)分水平下施肥供給養(yǎng)分占比推薦值

由圖1和表5數(shù)據(jù),按照公式(2)可計(jì)算出,運(yùn)城市2016～2020年農(nóng)作物糞肥中氮(磷)總養(yǎng)分需求量,糞肥中氮素養(yǎng)分的總需求量分別為:7.45萬t、7.3萬t、7萬t、7.38萬t、7.9 萬t;糞肥中磷素養(yǎng)分的總需求量分別為:1.59萬t、1.58萬t、1.54萬t、1.59萬t、1.7萬t。具體見圖2。

圖2 2016年-2020年運(yùn)城市主要農(nóng)作物糞肥氮(磷)總養(yǎng)分需求量

3 運(yùn)城市近五年耕地糞污承載力分析

3.1 計(jì)算方法

畜禽糞污的土地承載能力,常用豬當(dāng)量來進(jìn)行測算。根據(jù)農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《測算指南》,及已有研究成果,去掉畜禽糞污養(yǎng)分從產(chǎn)生到施肥過程中的各類損耗,1個豬當(dāng)量可提供7.0 kg的氮素養(yǎng)分和1.2 kg的磷素養(yǎng)分。區(qū)域耕地糞污承載力計(jì)算方法見公式(3):

(3)

Ntotal為區(qū)域耕地糞污承載力;Mtotal為運(yùn)城市主要農(nóng)作物糞肥氮(磷)養(yǎng)分需求量,t;θ為1個豬當(dāng)量可提供的氮(磷)養(yǎng)分量,kg。

3.2 運(yùn)城市耕地糞污承載力

由表2和公式(3)可計(jì)算出,2016～2020年運(yùn)城市耕地糞污承載力,其中,耕地糞污承載力(氮)總數(shù)分別為:1 063.67萬個豬當(dāng)量、1 042.83萬個豬當(dāng)量、1 000.12萬個豬當(dāng)量、1 053.73萬個豬當(dāng)量、1 128.14萬個豬當(dāng)量;耕地糞污承載力(磷)總數(shù)分別為:1 326.14萬個豬當(dāng)量、1 315.47萬個豬當(dāng)量、1 280.22萬個豬當(dāng)量、1 327.34萬個豬當(dāng)量、1 413.81萬個豬當(dāng)量。具體見圖3。

圖3 2016-2020年運(yùn)城市耕地糞污承載力

由圖3可以看出,按照氮素、磷素分別計(jì)算出的2016～2020年運(yùn)城市耕地糞污承載力存在較大差距,五年間按照氮計(jì)算出的耕地糞污承載力均小于按照磷計(jì)算出的數(shù)值,取二者中的最小值,可以得出運(yùn)城市近五年耕地糞污承載力取決于氮素的承載力,分別為:1 063.67萬個豬當(dāng)量、1 042.83萬個豬當(dāng)量、1 000.12萬個豬當(dāng)量、1 053.73萬個豬當(dāng)量、1 128.14萬個豬當(dāng)量。

4 運(yùn)城市近五年主要畜禽年末存欄量豬當(dāng)量分析

豬當(dāng)量,是用來指示 畜 禽排出的糞污中氮、磷含量的 度量 單 位,1頭豬可標(biāo)識為1個豬當(dāng)量。1個 豬 當(dāng)量可排放出11 kg的氮素、可排放出1.65 kg的磷素。以畜禽(羊、牛、家禽)存欄量來折算的比例為:100頭豬可折算為2 500只家禽、250只羊、30頭肉牛和15頭奶牛。運(yùn)城是畜牧大市,主要畜牧業(yè)以豬、雞、牛、羊?yàn)橹?梅花鹿、驢、鴿子等養(yǎng)殖量較小,本文不予考慮,僅以運(yùn)城市養(yǎng)殖規(guī)模較大的豬、雞、牛、羊4種畜禽為研究對象。由表2數(shù)據(jù)和《測算指南》給出的折算比例,可計(jì)算出2016～2020年運(yùn)城市主要畜禽(豬、牛、羊、家禽)年末的存欄量豬當(dāng)量,分別為:267.18萬個豬當(dāng)量、239.90萬個豬當(dāng)量、259.19萬個豬當(dāng)量、248.91萬個豬當(dāng)量、288.40萬個豬當(dāng)量。具體見圖4。

圖4 2016年-2020年運(yùn)城市主要畜禽年末存欄量豬當(dāng)量

5 運(yùn)城市近五年耕地糞污承載力分析

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知,2021年運(yùn)城市水果面積166 000 hm2,年產(chǎn)量605萬t,分別占山西省的42.78%和65.76%。蔬菜播種面積51 333.3hm2,總產(chǎn)量229萬t,蔬菜面積和產(chǎn)量占全省的23%,居全省首位。鑒于運(yùn)城水果、蔬菜巨大的體量,本研究在充分考慮運(yùn)城地區(qū)58 666.7 hm2多主要糧食作物對對畜禽糞污的消納能力的同時,盡可能的把運(yùn)城地區(qū)具有優(yōu)勢的水果、蔬菜產(chǎn)業(yè)也納入到分析運(yùn)城地區(qū)耕地的畜禽糞污土地承載能力的范圍之內(nèi)。通過對運(yùn)城市耕地糞污承載力和主要畜禽(豬、牛、羊、家禽)年末存欄量的豬當(dāng)量進(jìn)行比較分析,來判斷運(yùn)城市耕地糞污承載力的情況。經(jīng)分析比較可知,2016～2020年,運(yùn)城市耕地糞污承載力均高于主要畜禽年末存欄量豬當(dāng)量,平均高出4倍左右,說明運(yùn)城市耕地糞污承載力在可承受的范圍之內(nèi),且有機(jī)肥供給不足,畜牧業(yè)仍具有較大的發(fā)展空間,具體見圖5。

圖5 2016年-2020年運(yùn)城市耕地糞污承載力與主要畜禽年末存欄量豬當(dāng)量

6 結(jié)論

(1)運(yùn)城市耕地糞污承載力總體保持穩(wěn)定,2016～2020年全市耕地糞污承載力分別為:1 063.67萬個豬當(dāng)量、1 042.83萬個豬當(dāng)量、1 000.12萬個豬當(dāng)量、1 053.73萬個豬當(dāng)量、1 128.14萬個豬當(dāng)量。(2)運(yùn)城市主要畜禽年末存欄量豬當(dāng)量雖有波動,但總體保持穩(wěn)定態(tài)勢,2016年-2020年運(yùn)城市主要畜禽年末存欄量豬當(dāng)量分別為:267.18萬個豬當(dāng)量、239.90萬個豬當(dāng)量、259.19萬個豬當(dāng)量、248.91萬個豬當(dāng)量、288.40萬個豬當(dāng)量。(3)運(yùn)城市耕地糞污承載力遠(yuǎn)高于主要畜禽年末存欄量豬當(dāng)量,全市的畜禽糞污能夠完全在本市域內(nèi)進(jìn)行消納,運(yùn)城市耕地糞污承載力在可承受的范圍之內(nèi),且畜牧業(yè)仍具有較大的發(fā)展空間。(4)運(yùn)城市耕地糞污承載力為1 000萬個豬當(dāng)量左右,在以后的畜牧業(yè)發(fā)展中運(yùn)城市可參考這一數(shù)值,來布局本市域內(nèi)畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。同時,運(yùn)城市要加大畜禽糞污無害化處理配套設(shè)施的建設(shè),提高配套率,提升畜禽糞污的高水平資源化開發(fā)利用;要合理布局,科學(xué)規(guī)劃畜牧業(yè)發(fā)展格局,盡可能的避免畜禽糞污在局部范圍內(nèi)的超載情況出現(xiàn),大力推廣“糞污專業(yè)化能源利用”、“糞污全量收集還田”和“污水肥料化利用”等模式;堅(jiān)持走綠色循環(huán)發(fā)展道路,在耕地糞污承載力的可承受的范圍之內(nèi),持續(xù)推動畜牧業(yè)健康綠色高質(zhì)量發(fā)展。