我国畜牧生态胁迫分析

李昊旻，葛大兵，2＊，梁容川，邹黎黎，刘 珂，王乐滨

（1.湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南 长沙410128；2.湖南农业大学 生态研究所，湖南 长沙410128）

我国畜牧业的发展不但实现了量的增长，更是发生了养殖方式的转变，即发生了从分散个体型向集约规模型的转变。这种集约化、规模化是畜牧业发展的趋势，但同时带来了一定的生态环境压力。21世纪初，我国畜牧业突显了一种稳中有增的局面，这种趋势一直持续至今，而对于不同种类的牲畜，变化方向截然不同（图1）。如大型牲畜年底存栏量，牛、马、驴、骡、骆驼这种对地域环境要求较高的种类，出现了逐年下降趋势，由2000年的14 638万头下降到2010年的12 238万头，年下降率高达0.02%。通过查阅相关资料得知，大牲畜数量下降的原因主要有三点：（1）在城乡二元结构的情况下，大量农村劳动力向相对发达城市转移，落脚在工业或商业圈，原本从事劳役的大牲畜被出售或屠宰；（2）农业现代化，机械化的普及，导致大牲畜耕作时代的衰落；（3）退耕还林政策的冲击和耕地的减少，直接导致大牲畜数量的降低。中小型牲畜的发展情形比较好，如猪、羊的数量自2000年起到现在一直稳步增长，由2000年的69 581万头上升到2010年的74 547万头，年增长率高达0.01%，其增长原因主要受市场或政策导向的影响，受地域性影响较少，全国养殖面很广泛。

畜牧生态胁迫是畜牧生产活动过程对自然资源及生态环境造成的压力，这种压力可使生态环境失去某种功能或对人类活动支持能力降低［1］。它包括两个方面的内容：一是资源性胁迫，指畜牧生产活动对自然资源的开发和消耗，如过度放牧，草原退化，水资源锐减等；二是环境性胁迫，指畜牧生产活动污染物的排放对资源环境的压力，这种压力甚至超过了自然净化消纳过程的速度［2］。

目前，国内对某个区域的畜禽粪便产生量研究较多，而对全国的耕地、水资源负荷以及畜牧生态胁迫的综合性文章鲜有发表，本研究收集了各区域各年度统计年鉴、环境质量报告书、区域国民经济发展报告等资料，运用生态胁迫研究方法分析，主要讨论牲畜排泄物对土地、水、大气的污染影响，根据负荷强度来显示胁迫强度。以期为全国十年生态变化遥感调查与评估项目提供基础性支撑，并为畜牧业进一步可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本文以2000基准年、2005参照年、2010现状年为时间轴，以国家统计局、农业部及水利部的统计年鉴数据为来源［3］，某些数据对比了各省（市、自治区）统计年鉴和农村经济年鉴，建立一个可调用的Excel数据库。

1.2 分析指标与方法

图1 2000、2005和2010年我国畜牧养殖量变化图Fig.1 Diagram of Chinese animal husbandry in 2000，2005 and 2010

1.2.1 生态胁迫 选定牛、羊、马、驴、骡五种食草性动物作为研究对象，按照资源消耗量转化为羊单位。通过分析单位草地面积羊单位，可以反映草地载畜量，从而体现草地生态胁迫的情况。其具体计算方法为：

式中：M为最大载畜量，单位是头／公顷·年，是体现草原生产能力的重要指标；PG为公顷产草量；U为草地可利用率，根据地域或气候的不同区别对待；DC为牲畜日食草量；DG为放牧天数，E为草资源胁迫度评价指标，是单位面积羊单位SU与理论载畜量M的比重，当大于等于1%时为饱和饲养或超载饲养，小于1%时为合理饲养或低载饲养；羊单位的换算方法为：1只羊等于1个羊单位，1头牛等于5个羊单位，1匹马、驴、骡各等于5个羊单位。

Chen等［4］在研究陆地碳循环的SIM-CYCLE的模型中表明可维持生态平衡的最大放牧率为10.5个羊单位／hm2。区域鲜草产量由于考虑因素较多，不同地域、气候、品种、生长期、损耗因素都会造成亩产的差异［5］，通过查阅中国草原管理信息系统、中国草原地理信息系统以及中国草地资源、牧草种质资源信息系统［6］，得到了全国各地不同的平均产草量（kg／hm2·干重），如西藏、新疆、青海的高寒荒漠类草地，年平均产草量为117 kg／hm2；而海南、四川、云南的干热稀树灌草丛类草地，年平均产草量高达2 719 kg／hm2，羊单位日取食量为5 kg／d，放牧天数为全年放牧365 d。

2000、2005和2010我国三个年度草地利用情况见表1，其分别是：草地面积、可利用面积、折算出来的总羊单位，由于分省数据较多，故不一一列出。

表1 2000、2005和2010年度草地利用情况Table 1 The situation of grassland utilization in recent years

1.2.2 环境胁迫 体现在对土壤、大气、水环境的影响，粪尿的随意排放，加上粪便的移动运输距离有限，使土壤、水体和大气难以消纳，畜禽每年固体废物是排放量是工业固体废物的数倍，如不及时处理将引发严重的环境问题。环境胁迫度需要先计算出不同种类牲畜粪尿的年排放量（以鲜基为准），牲畜粪尿含量值与各元素成分含量值的换算标准很多也很复杂，不同牲畜品种、饲养方式、饲料成分含量、气候变化等都会使测定值成为一个变量，为了方便计算，可以把它看成一个平均的定量。本研究牲畜的存栏饲养周期按全年365 d计算，出栏按200 d计算，具体计算方法采用的是存／出栏量（只／头）×平均粪尿日排放系数kg／（头·d）×饲养周期，换算标准参考的是国家环保总局的《关于减免家禽业排污费等有关问题的通知（环发［2004］43号）》中相关的数据［7］，详见表2。由表2可知，肉牛的粪便排泄系数最高，是生猪的7倍，马、驴、骡等大牲畜次之，羊的最低。

表2 畜禽粪尿排泄系数Table 2 The excretion coefficient of livestock manure kg／head·d

1.2.2.1 土地胁迫 对于土地胁迫，研究选定了氮、磷2种营养元素作为对象，耕地是农区氮、磷的主要消纳场所，草地是牧区氮、磷的主要消纳场所，所以两种场所都要考虑，负荷量的计算方法为：某区域土地胁迫度＝污染物排放量／（该区域耕地和草地面积×耕地和草地承载标准），各牲畜的污染物换算标准取自全国农业技术推广服务中心的中国有机肥料养分志［8］，耕地和草地承载标准取自欧盟养分管理条例，其中纯氮为170 kg／hm2，纯磷为35 kg／hm2。

1.2.2.2 水胁迫 水的胁迫首先要确定粪尿中有机物流失到水中的比例，从全国范围内来统计，粪便进入水体的流失率在10%以下［9］，家禽类的流失率最高，达到8%，据环保部南京环科所的研究认为，全国畜禽排放的液体流失率可达50%，大于全国化肥流失率，然后换算出化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮（HN3-N）、总磷（TP）、总氮（TN）这5种污染物指标在地表水及地下水中的负荷量，胁迫度的计算公式为：某区域水污染胁迫度＝（某污染物×相对流失率）／（该区域水资源总量×水环境承载标准），水体若超过GB 3838-2002三类阀浓度（COD＝20 mg／L、BOD＝4 mg／L、NH3-N＝1 mg／L、TN＝1 mg／L、TP＝0.2 mg／L）则丧失了饮用水功能，只能用于灌溉、景观等，故可用此标准作为水环境胁迫标准。

2 结果与分析

2.1 我国畜牧业生态胁迫的分析

2000、2005、2010年中国草地载畜量和胁迫度见表3。表3是计算后得出的分析结果，由此可以看出，我国草原载畜量分布不均，总的分布趋势是西北向东南降低，新疆、西藏、青海、甘肃、内蒙古是我国主要的草场区域，这五个省或自治区理论载畜量最大，占了我国70%左右，它们分别属于西北荒漠灌丛牧草区、青藏高寒牧草区、蒙宁干旱牧草区等，这些地区以草原气候为主，日照时间长，降水量由东南向西北减少，气候反差大，地域差异明显导致草地类型千差万别，同时生态环境很脆弱，易受自然灾害影响。西藏地区在2010年载畜量比基期提高，主要原因是草场的扩大和可利用面积的增加，该区地处高寒，冷季长，雪灾、风灾、干旱时有发生，草场可利用面积容易出现波动，草畜供求不平衡矛盾也尤为突出。十年间，我国中部和东部地区理论载畜量增减不一，山西、黑龙江、江苏尤为迅速，其原因主要是可利用面积的增加，人工草地面积比重加大，高产牧草大量输出；而广东、重庆、河北等地区载畜量下降幅度较大，这些区域本来草地就较分散，利用水平低，山地、丘陵很多，难以形成规模化草原生产力，抗干扰能力低，加上人口众多，地域结构的调整，载畜量持续走低。右表的胁迫度指标，是综合理论载畜量和区域羊单位的分析结果，可以看出全国绝大部分载畜量超标，还有几个省是严重超标，总的分布趋势是东南向西北降低，其中江苏2005年达到了112.25%的胁迫度，只有内蒙古、西藏、新疆、青海等少数省属于低载饲养范围，西藏2010年的胁迫度为全国最低，为0.47%。长期饱和或超载饲养会使牧草难以正常生长，甚至出现草场退化的状况，牧草的品质和产量降低，将造成草原载畜量的进一步衰退。单位面积羊单位数大部分维持在1～10个左右，但江苏省在2005年达到了166个羊单位／hm2，远远高于维持草牧平衡的标准，但考虑到农区的畜牧业以舍饲为主，资源消耗占了部分农副产品，所以该研究是以纯放牧为假设前提，与实际情况有一些出入。

2.2 环境胁迫对象的分析

2.2.1 对土壤的胁迫 输出粪便中的氮、磷等营养元素是一把双刃剑，合理利用可以提高土壤肥力，促进植物生长；但无限制的直接连续利用、堆积，会使其转化为磷酸盐和硝酸盐，这样就超过了土地的自净范围，降低了耕地的生产能力，农作物出现徒长、倒伏、贪青、晚熟、不熟，甚至死亡的情况。牲畜粪便中的磷排放主要是由于消化道中的植酸酶难以分解饲料中的植酸磷，造成磷污染。含过量磷、铜、锌、砷等微量元素牲畜粪便会使土壤p H值、盐分出现异样，透气透水性降低，结构功能失调，肥力生产力降低，最终导致生态环境恶化。据研究表明，生猪的成长周期中，消耗的总氮有50%～70%会附加在粪尿中输出到外界，其中一部分挥发到大气中，可能形成酸雨，另一部分会以硝酸盐的形式排入到地表水和地下水中。美国科罗拉多州的养牛场就曾出现地下水氮素严重超标，超过美国环保局饮用水卫生标准3倍。2000到2010全国氮、磷负荷在增加，2000年总氮最高的省份是河南、四川和山东，分别达到291×104t、245×104t、226×104t，磷的含量也是四川最高达到48×104t，猪粪在氮、磷排放中占的比重最大，这一点和高定的研究结果一致［10］，由于计算方法不同，结果可能有些出入。

表3 2000、2005和2010年中国草地载畜量和胁迫度Table 3 Grassland carrying capacity and stress degree in China in 2000，2005 and 2010

2000、2005、2010年牲畜粪尿氮、磷对耕地、草地负荷量和胁迫度见表4。由表4可以看出，山东、河南、上海、天津等东南部省市的耕地、草地氮负荷最高，其中2005年河南达到0.27 t／hm2，远远超过欧盟的170 kg／hm2的氮限量标准，这些省处于农业经济区，耕地、草地面积较小，大规模集约型畜牧业发展，加上粪便移动性差，常年堆积，负荷高升。十年间，全国氮胁迫基本达到饱和状态，2000年有上海、福建、山东等5个省或直辖市超标，2010年只有河南为1.21%；全国磷胁迫情况较差，2000年只有6个省超标，高于欧盟的35 kg／hm2的粪便年施磷限量，2005和2010年分别是8个和5个省超标。综合十年的土壤胁迫度来看，土壤胁迫度最高的是山东、河南、福建等东部或沿海经济发达城市，中西部大牧区的胁迫度很低，可见追求经济增长的同时不能忽视生态环境的保护，唯有这两者同步才能实现可持续发展。

表4 2000、2005和2010年牲畜粪尿氮、磷对耕地、草地负荷量和胁迫度Table 4 Capacity and stress degree of cultivated and grass land from livestock manure（nitrogen and phosphorus）in 2000，2005 and 2010

2.2.2 对水的胁迫 牲畜粪尿的有机物可以流失到水中，形成大量有机废水，对地表水和地下水构成威胁，各类污染物可能在水下生物体内累积，形成食物链污染；氮磷及有机质在水中的富集使水藻大量繁殖，水体富营养化，溶解氧大量减少，最终水质恶化，水体功能丧失，中国农业科学院土壤肥料研究所研究表明：在中国水体污染严重的流域，畜牧养殖和生活排污是造成流域水体氮、磷富营养化的主要原因，其作用大大超过工业污染。从时间范围内来看，十年来总的污染物流失到水中的量是递增的，2000年到2005年增长速度大于2005年到2010年；从空间范围内来看，北京、天津、河北、上海等沿海发达地区水负荷最严重，仅COD一项就超过300 kg／104m3，其原因一方面是由于水资源有限，又处于各大流域的末端，人口众多，用水需求大消耗大，另一方面是规模化畜禽养殖基数大，进入水体的各类污染物总量高。

2000、2005、2010年牲畜粪尿污染物对水资源胁迫度见表5。由表5显示了全国十年内畜牧粪尿COD、BOD、HN3-N、TP、TN 流失到邻近水体中的胁迫情况，通过统计得知，COD、BOD、NH3-N的达标较多，2000年分别为26个、18个、18个；TP、TN分别只有9个和2个省达标，十年来达标数比较平稳，只在2005年出现下滑，如COD、BOD、NH3-N、TP、TN分别为25个、14个、16个、9个、5个，这说明畜禽污染物在给水生态环境造成压力的情况下又出现了缓解，东南省份受到的水污染胁迫大于西北地区，天津、河北、宁夏是受水污染胁迫最大的省份，上述数据只是在直排未加处理的情况下分析的，实际污染较轻。

2.2.3 对大气的胁迫 牲畜粪尿、污水会产生恶臭，主要是经过细菌分解后的粪便和饲料蛋白质代谢物，这些污染物成分复杂，氨、硫化氢两种无机物以及其它有机化合物，据O＇Neill和Phillips（1992）报道，畜牧场内的恶臭化合物达168种，很多臭味阀值很低（小于0.001mg／m3），阀值越低，臭味越大。畜禽养殖圈150 m内都能闻到臭味，畜舍内氨含量最高可达150～500 mg／L，氨浓度过高，不但会危及人类健康，甚至会使畜禽减产、减重、发病、死亡；H2S是最具危害性的粪便气体，浓度达到200～300 mg／m3时，人畜就会中毒死亡；而粪便中的二氧化碳散发到大气中，会使氧气含量降低，引起慢性毒害；其它气体如甲烷是造成“温室效应”的主要“元凶”，温室贡献率达到15%。所以畜牧业排泄物对大气的胁迫度也是不可小觑的，从全国范围来看，养殖数量的不断增加势必会造成更严重的大气污染，只有合理规划，统筹布局，才能平衡有序发展。

表5 2000、2005和2010年牲畜粪尿污染物对水资源胁迫度Table 5 Water resources stress degree from livestock manure in 2000，2005 and 2010

3 小 结

理论上，畜牧生态胁迫的直接影响因素与养殖种类、数量、方式成正比，与可利用区域草地面积、区域耕地面积、可利用区域水资源量成反比，其根本的驱动力是经济发展方式和政策引导方式。实际计算中，胁迫度受到其它因素影响，使其成为一个变量。

2000年、2005年、2010年三年的胁迫度在空间上来看是从东南向西北递减的，沿海城市尤为严重；从时间上来看，胁迫度是一个缓慢递增的过程，其中2005年出现了一个高峰，近几年又出现回落。

畜牧业还是要走农牧结合的生态型路子，使畜牧业融入到农业生态系统的各个环节，而不是成为单独的产业，等到污染形成既定事实后再末端治理，这样既污染了环境又浪费了资源。牲畜粪便污染不同于工业污染，每年粪便中氮磷钾含量相当于全国施用氮肥、磷肥、钾肥量的50%以上，这是一笔宝贵的资源，实现资源化、无害化、自动化、产业化才是牲畜粪便可持续利用的出路。

本研究中，没有把集中户与散户分开统计，规模化养殖污染程度要大于散户，期待在以后的研究中进行更深入的探讨。

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［7］ 国家环保总局.关于减免家禽业排污费等有关问题的通知［R］.2004.

［8］ 全国农业技术推广服务中心.中国有机肥料养分志［M］.北京：中国农业出版社，1999.

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