吉林市2017年粪便产生量估算及对环境影响的评估

张丽萍，吴洪宇，董万福

（吉林市农业科学院，吉林 132101）

为了满足人们对畜禽产品的需求，规模化、工厂化的养殖业得到迅猛发展。与此同时，养殖过程中产生了大量的养殖污水和粪便，目前已经成为我国三大面源污染源之一[1]。近年来，随着南方禁养区的扩大，畜禽养殖大举向北方拓展。吉林地区地处我国东北地区的吉林省中东部，共有11个县市区，本调查将根据吉林市2017年各县、市、区的畜禽养殖量和实际农田播种面积，估算出各县、市、区的粪便产生量和有效耕地的粪便负荷量并对各地粪便影响环境的状况进行评价，为吉林市各县、市、区建立畜禽养殖环境承载能力监测预警及畜禽养殖业的可持续发展提供参考。

1 研究区域概况

吉 林 市 地 处 东 经 1 2 5°4 0'—127°56'，北纬 42°31'—44°40'，东接延边朝鲜族自治州，北与黑龙江省接壤，西临长春市和四平市，南与浑江、通化毗邻，地域总面积27 659.79 km2，全市总人口422.46万，2016年牧业总产值195亿元，占农业总产值的38.7%。

2 全地区粪便产生量估算及农田承载负荷量的估算

本调查以吉林地区除高新区外的其他县、市、区的猪、牛、羊、马、驴、骡、家禽、兔为研究对象，以各县、市、区为单元，估算出各县、市、区2017年粪便产生总量并换算成猪粪当量，计算出每 km2实际播种面积的猪粪当量负荷量。

表1 不同畜禽的粪尿产生量

2.1 数据的来源

本调查中各县、市、区实际农田播种面积来源于2017年吉林统计年鉴；各地的养殖数据来源于牧业统计部门；收集的数据包括肉猪出栏量，能繁殖母猪存栏量；蛋鸡存栏量；肉鸡、鸭、鹅出栏量；家兔存栏量；役牛、黄牛和奶牛存栏量；肉牛出栏量；马、驴、骡、羊存栏量等。

猪的饲养量由两个部分组成，一为肉猪的出栏数作为饲养量，二为可繁殖母猪当年不出栏，以年末存栏数作为饲养量[2]。牛按用途分类，分为役用的水牛和黄牛、奶牛和肉牛，其中役用牛和奶牛当年不出栏，即年末存栏量即为年饲养量；肉牛未出栏时一般记在黄牛的年末存栏中，因此肉牛的饲养数量就用当年的出栏数代表。羊、马、驴、骡一般饲养超过1年，以年末存栏量作为当年饲养量。家禽分蛋鸡、肉鸡、鸭和鹅，蛋鸡以年末存栏量作为饲养量；肉鸡、鸭、鹅和兔以出栏量作为饲养量[3]。

2.2 参数的确定

本调查所涉及的参数包括饲养周期、日排泄系数、畜禽粪便猪粪当量系数等是参考国内相关资料及实际调查的结果。

2.2.1 饲养周期

饲养周期吉林地区肉猪的饲养周期一般为190 d，肉鸡饲养周期为45 d，鸭和鹅的饲养周期为210 d，兔的饲养周期为90 d[3]。

2.2.2 日排泄系数

对于畜禽动物的日排泄系数，国内外尚没有统一的数值标准，本文采用国家环保部公布的数据和相关研究数据（见表1）。

2.3 计算公式

2.3.1 畜禽粪便产生量的估算

畜禽粪便产生量的估算公式为：

式中Q为畜禽粪便产生量（kg），N为饲养量，D为饲养周期，P为日排泄系数。

2.3.2 猪粪当量的换算

鉴于各类畜禽粪便的肥效养分差异较大，采用猪粪当量负荷作为不同地区环境容纳量的指标，用以比较不同地区由于养殖业造成污染的程度。各种畜禽粪便折算成猪粪当量的系数（见表2）[5]。

表2 畜牧业粪便猪粪当量换算系数

2.3.3 农田承载负荷量的估算

目前，国内和国际上畜禽粪便处理方式主要是作为肥料直接还田，因此，计算畜禽粪便负荷量时以实际播种面积为负载面积，其公式为[6]：

式中，q为畜禽粪便以猪粪当量计的负荷量（t·hm-2·a-1）；Q1为各地畜禽粪尿相当猪粪当量（t·a-1）；S为各地实际播种耕地面积hm2；X为各地畜禽粪尿量（t·a-1），T为各类畜禽粪尿换算成猪粪当量的系数。

2.3.4 农田畜禽粪便负荷警报值的分级和计算

沈根祥等[7]（1994）研究认为，在一般条件和合理施用情况下，当警报值r＜0.4时，即猪粪当量负荷量为当地有机肥最大施用量0.4倍以下时，该地区的粪便养分可完全被农田环境所消纳和承载，对环境不构成威胁。粪便负荷警报值的分级如表3。

表3 畜禽粪便警报值分级

畜禽粪便警报值的计算公式[9]为 ：

其中r为各地区畜禽粪便农田负荷的警报值，即污染风险指数；q为畜禽粪便猪粪当量负荷，p为农田以猪粪当量计的年有机肥最大适宜施用量。由于各地区种植结构不同，采用的最大适宜施用量也不同，本调查除丰满区采用100 t/hm2·a外，其他各地区采用60 t/hm2·a。

3 结果分析

3.1 吉林市各县、市、区养殖量（见表4）

从表4可以看出 ，吉林地区各地以肉禽、蛋鸡、生猪和肉牛的养殖为主，其中肉禽养殖量最大，年出栏总量达5 084万只，蛋鸡养殖量次之达1 096万只，再次为生猪达235万头，再次为牛87万头，羊81 000多只，马19 000多匹，驴7 600多头和骡5 600多头。

表4 吉林市各县、市、区的养殖情况

3.2 各县市区粪便产生量及播种耕地负荷

应用公式1和公式2计算得出各县市区的粪便总量并换算成猪粪当量以及每 km2土地承载量（见表5）。

从表5可以看出，2017年各县市区养殖业产生的粪尿总量达1 200多万 t，根据2016年实际播种面积，每km2土地承载的猪粪当量以丰满和舒兰最高，达到31 t以上，最小为开发区为每km29.5 t，排序为丰满＞舒兰＞蛟河＞龙潭＞磐石＞桦甸＞永吉＞船营＞开发＞昌邑。

3.3 畜禽粪便负荷量承受程度警报分级

为了反映吉林地区粪便负荷程度对环境是否构成污染的威胁，对该地区内各县市区的粪便负荷量进行了污染风险的评估。参照上海市农业科学院试验和理论测算，三个主要农作物种植区农田猪粪当量有机肥年最大施用量为菜区150 t/hm2；，粮棉瓜果夹种区105 t/hm2；纯粮区60 t/hm2数值[9]，从表6可见吉林市除丰满区外的各县市区95%以上的播种土地都种植了水稻和玉米等大田种物，因此本调查除丰满区采用100 t/hm2，其他各县市区采用60 t/hm2猪粪当量作为有机肥最大年适宜施用量，根据公式（3）计算得出吉林市各县、市、区农田畜禽粪便负荷警报值（见表7）。

从表7可见，在吉林市的10个县市区中，舒兰处于Ⅱ级稍有污染威胁的状态，其他各地都处于Ⅰ级没有环境污染的威胁。

表5 各县市区粪便总量、猪粪当量及每公顷土地猪粪当量负荷

表6 2017年吉林市各县市区总播种面积、各种作物播种面积及所占比例

表7 吉林市各县市区农田畜禽粪便负荷警报级别

4 小结

1）调查结果表明，舒兰市畜禽养殖产生的粪便对环境稍有构成污染的威胁；其他各县市区都处于Ⅰ级，没有环境污染的威胁。

2）虽然各地处于稍有和没有环境污染威胁的状态，但是，由于粪便产生的局地性加之收集、运输的问题，不排除土地负载的不均衡，也就是局地负载量大，造成局部环境污染的状况。

3）本地区除了饲养以上主要畜禽品种外，还有鹿、肉犬、貂等其他动物，由于饲养量不大，又缺乏相关的参数支持，本研究未纳入统计。