安徽省畜牧业环境承载力及粪便替代化肥潜力评估

耿 维，孙义祥，袁嫚嫚，邬 刚，王家宝



安徽省畜牧业环境承载力及粪便替代化肥潜力评估

耿 维，孙义祥※，袁嫚嫚，邬 刚，王家宝

（安徽省农业科学院土壤肥料研究所，合肥 230031）

为评估安徽省畜牧业粪便的环境影响及其节肥潜力，该文利用统计学的方法，借助ArcGIS软件进行数据处理和表达，从土壤对养分需求的角度，分析了安徽省16市77县（区）畜牧业粪便的氮磷钾养分资源总量及其对耕地的环境风险，基于安徽省当前化肥施用现状，评估了粪便资源作为有机肥对化肥的替代潜力。结果表明，2016年安徽省粪便资源总量为5 804万t，主要集中在皖北6市25个县（区），占全省资源总量的61%，粪便养分总量为70.75万t，可替代安徽省同期化肥施用量的21.83%，若充分还田，可使单位农作物播种面积化肥施用强度由346 降至270 kg/hm2。畜牧业废弃物对安徽省农用地环境污染风险不高，50%化肥施用比例条件下，有6个县（区）的畜禽粪便环境污染风险指数大于1，这些地区属于环境污染高风险地区。研究结果可为安徽省畜牧业产业合理布局、粪便资源化利用和实现化肥零增长目标提供研究基础。

粪便；养分；有机肥；畜牧业；环境承载力

0 引 言

中国农作物生产以化肥施用占主导，化肥的大量施用在一定程度上提高了土壤中营养物质的本底值和农作物产量，但增大了环境污染风险[1]。近年来由于化肥、农药的过量施用以及耕作模式的变化，局部地区耕地土壤质量恶化问题突出[1-3]。据统计，中国受污染的耕地面积约为2 000万hm2[4]，而化肥使用量偏高，有机肥投入不足，是造成耕地退化，保水保肥的能力下降的重要原因。同时随着化肥使用比例的增高，越来越多的有机肥资源被弃置。畜禽粪便作为有机肥的重要来源，其养分还田率仅为50%左右[5]，被弃置的畜禽粪便已成为生态环境的主要污染源。

化肥施用量偏高以及畜牧业的快速发展引发的环境问题引起了中国政府的高度重视，2015年农业部发布《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，2017年国务院办公厅、农业部先后发布《国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》和《畜禽粪污资源化利用行动方案（2017—2020年）》，明确提出到2020年中国畜禽粪污综合利用率达到75%以上，倡导通过构建种养循环发展机制，增加粪便作为有机肥对化肥的替代。畜禽粪便因含有丰富的有机质和氮磷钾养分，资源量大、容易获取且利用技术简单，是优质的土壤肥料资源和化肥的有效替代品，因此在加快发展生态农业的大背景下，应重视发挥粪便有机肥在农业生产方式转变中的推动引领作用。

畜牧业发达的国家多以农田作为畜禽粪便的消纳场所[6-7]，并把畜禽粪便的养分管理纳为农牧业生产和管理的重点[8-11]。如美国实施的基于种养结合的畜禽粪便综合养分管理计划（comprehensive nutrient management plan，CNMP）；丹麦严格规定中小型畜禽养殖场将种植业和养殖业有机结合，作物肥料和灌溉用水来自无害化处理后的畜禽粪便和冲洗废水；荷兰从1984年开始不再允许养殖场扩大规模以控制粪便总量的增加，粪污的养分管理重点目标是进行农田利用；德国主要根据农场的土地面积与消纳能力来确定动物饲养量，并限定畜禽粪便施肥时间和施肥量。近年来，加强畜禽粪便的综合治理、开辟畜禽粪便无害化和资源化利用途径已经成为中国农业可持续发展所面临的重要课题。国内相关科研院所在粪便资源、能源潜力、环境风险以及处理技术和装备等方面已开展了大量的研究[12-27]，并在畜牧业较集中的地区开展了粪便资源评估和环境承载力方面的研究[28-35]，而粪便养分作为有机肥对化肥的区域替代潜力方面的报道较少。路国彬等[36]通过构建畜禽粪肥替代化肥潜力估算模型，对2014年中国及各省的来自猪、牛和家禽的粪肥替代化肥潜力进行了估算，全国粪肥养分约可替代同期氮磷钾化肥38.30%，52.00%，86.77%，畜禽粪肥替代化肥潜力最多的省份依次是河南、四川、山东、湖南和湖北，京津冀、长三角、珠三角和长江经济带的部分地区。刘晓永和李书田[37]基于大量统计数据和文献资料，估算了中国各地区不同时期（1980s，1990s，2000s ，2010s）畜禽粪尿量、养分量，并分析了畜禽粪尿养分还田量的地区间差异。刘晓燕等[15]统计了2005年中国及各省有机肥养分资源总量，包括人、畜禽排泄物和秸秆产生的氮磷钾养分总量分别为2 824.52万t、1 282.93万t、2 947.99万t，为化肥氮磷钾投入量的1.08、0.86和4.56倍。贾伟等[38]针对京郊养殖业、农用地面积现状以及农作物对养分的需求，研究了京郊畜禽粪便资源现状及其替代化肥潜力，畜禽粪便氮磷钾养分可满足当地农田氮磷钾养分需求量的99.3%，185.2%和62.7%。安徽省是中国华东地区重要的农牧产品生产加工基地，畜牧业持续稳定发展，每年产生大量的粪便得不到有效利用，易造成资源浪费和环境污染，安徽省也是用肥大省，化肥用量居全国第五，省内农业化肥施肥量偏高现象比较普遍，化肥减量压力大、任务重，因此开展安徽省县域粪便资源评估和节肥潜力研究具有重要的现实意义。现有的报道缺乏安徽省县级尺度的全面研究，且土壤养分负荷多基于耕地或耕地和牧草地，忽视了园地和林地对粪便的消纳。本文从养分资源的角度，基于相关统计数据，评估了安徽省16市77县（区）粪便养分年产生量以及农用地（包括耕地、牧草地、园地和林地）的畜牧业环境承载力，对比同期化肥施用量，探讨了畜牧业对化肥的节肥潜力，为实现安徽省畜牧业优化布局和化肥零增长目标提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

1.1.1 饲养量和饲养期

畜禽粪便来源以猪、牛、羊和家禽计，各县（区）饲养数据来自文献[39]，根据各类畜禽的生育特点，猪和家禽以年内出栏量作为饲养量，牛、羊以年内出栏量作为年均饲养量。安徽省猪、家禽的饲养期为154 和69 d[37]。

1.1.2 产排污系数和养分含量

畜禽产排污系数参考文献[40]华东地区数据，生猪、肉牛、肉鸡的养分含量与羊的产排污系数以及粪尿养分含量来自文献[37]，见表1。

1.1.3 其他数据

安徽省77县（区）2016年耕地、林地、园地、牧草地面积、农作物播种面积和化肥使用量数据来自《安徽统计年鉴2017》和16市统计年鉴。

1.2 计算方法

1.2.1 粪便及其氮、磷、钾养分年产生量

粪便年产生量计算公式如下。

式中为畜禽粪便资源量，万t；为猪/家禽，为牛/羊；为年内出栏量；为饲养期，d；为排污系数，kg/(d·头)。

考虑到粪尿养分含量的差异将其分开计算，养分年产生量计算公式如下。

式中为畜禽粪便养分产生量，t；为猪/家禽，为牛/羊；为畜禽粪便资源量，万t；为养分百分含量，%。

表1 安徽省畜禽的产排污系数和养分含量（鲜基）

1.2.2 农用地氮、磷养分负荷

畜禽粪便的消纳场所主要是耕地、园地、牧草地和林地，不同种类农用地对畜禽粪便污染物的消纳能力不同，为便于统计，本文将其等同于耕地，单位面积农用地（包括耕地、园地、牧草地和林地，下同）畜禽粪便氮磷养分负荷计算公式为

=/（5）

式中为单位面积农用地氮磷负荷，kg/hm2；为畜禽粪便氮磷养分产生量，t；为农用地面积，103hm2。

1.2.3 畜禽养殖环境承载力

将各类畜禽粪便氮磷年产生量折算为猪当量，计算畜禽养殖环境承载力，公式为

EC=/（8）

=/（9）

式中为农用地氮磷环境容量，万t；为农用地面积，103hm2；为粪肥年施氮磷限量值，参考欧盟限量标准，即单位面积农用地总氮磷负荷为 170和35 kg/hm2（折P2O5为80 kg/hm2）[41-42]；为农用地畜禽环境承载力，108头猪当量；为实际畜禽养殖量，108头猪当量；为畜禽粪便氮磷年产生量，t；为单位猪年粪便氮磷产生量，t/头；为排污系数，kg/(头·d)；为养分百分含量，%。

2 结果与分析

2.1 安徽省畜牧业粪便资源及其分布

安徽省粪便资源年产生量及其构成变化见图1。2001―2006年畜牧业粪便以牛粪便为主，2007年开始以猪和家禽粪便为主，这说明了安徽省畜牧业养殖结构发生了由提供劳动力为主到以提供肉类为主的转变。粪便资源量经历了缓慢增长（2001―2006）、急剧下降（2006―2007）和持续恢复（2007―2016）3个阶段。2005年安徽省粪便资源量突破6 000万t，由于价格、成本、供需和疫情等原因，畜牧业生产经历了2006―2007年间的震荡，之后畜牧业完成了结构性转变并快速发展，粪便资源量由4 150 万t恢复至5 804 万t。可以看到，安徽省每年都产生大量的畜禽粪便，若不能有效处理，将会成为环境的潜在污染源，有机肥作为无害化处理粪便的有效途径，安徽省具有发展有机肥的资源潜力。

图1 安徽省畜禽粪便年资源量和结构组成

从区域分布看（图2），2016年安徽省畜牧业粪便资源总量自西南向北逐渐增多。淮北平原地区最多，粪便量为3 550万t，占总量的61%，该地区超70%的县（区）粪便资源超过100万t，其中临泉县、固镇县、怀远县和阜阳市辖区超过200 万t。江淮丘陵地区粪便资源量为1 489万t，占全省总量的26%，超过100万t的县（区）依次为霍邱、定远、肥西、六安市辖区和长丰。皖南山区各县（区）粪便资源量均较少，粪便资源量为764万t，占全省总量的13%。这主要由于一方面安徽北部地区以平原为主，地理条件优越，具有发展畜牧业的有利条件，江淮丘陵地区其次，皖南地区多以丘陵山地为主，畜牧业发展受限，另一方面近年安徽省畜牧业区域化布局日趋明显，越来越向优势畜产品生产区域集中。安徽省畜禽粪便资源丰富的地区也是农业较为发达的地区，有利于粪便资源就近利用，降低处理成本，提高资源利用率。

粪便总量按来源依次为猪粪便（1 901万t）>家禽粪便（1 407万t）>羊粪便（1 323万t）>牛粪便（1 173万t）。分别对各类粪便年产50 万t以上的县（区）进行统计分析，结果显示羊粪便主要分布在萧县、砀山县、阜阳市辖区、利辛县、泗县、临泉县、涡阳县、固镇县、宿州市辖区、怀远县等10县（区），占全省羊粪便量的53%；猪粪便主要集中在定远县、霍邱县、临泉县、阜阳市辖区、宿州市辖区、寿县、六安市辖区、太和县、灵璧县、萧县、颍上县、肥东县、长丰县、利辛县、泗县等15县（区），占全省猪粪便总量的48%，牛粪便主要分布在怀远县、临泉县、五河县、颍上县、固镇县5县，占全省牛粪便总量的32%，肥西县、固镇县、宣城市辖区、长丰县4县（区）的家禽粪便量为占全省家禽粪便总量的19%。安徽省羊和猪粪便资源分布较为集中，牛粪便次之，家禽粪便分布较为分散，4类粪便主要集中在22个县（区），是发展粪便有机肥的优势区，因此应根据各类粪便的特点结合当地农牧业生产实际确定粪便综合利用的技术途径。同时，在优势区引进先进的饲养模式和粪污处理方式，有助于畜牧业、有机肥工业和种植业的紧密衔接，实现资源高效循环利用。

图2 安徽省各县不同畜禽粪便年产量分布

2.2 安徽省畜牧业环境承载力分析

明确氮磷钾养分分布有助于养分资源的安全和高效利用。2016年安徽省畜牧业氮磷钾养分资源总量分别为34、10 t和26万t，淮北平原地区氮磷钾养分资源最多，分别占全省总量的65%，50%，62%。在县级分布上（表2），固镇县等10县（区）养分资源总量在2万t以上，霍邱等17县（区）养分资源总量在1~2万t，其余50县（区）养分资源总量低于0.5万t。李帆等[43]通过调查采样及测试分析方法，估算2008年安徽省畜牧业产生的粪便中纯氮磷钾养分的排放量分别约为113 235、58 441和80 573 t，低于本文评估结果，主要由于作者对猪、牛和鸡粪便干物质的氮磷钾养分含量进行估算，未考虑粪尿中养分的排放，同时羊和其他家禽未计入，而本文基于猪、牛、羊和家禽4类粪和尿的养分含量，将其进行分别估算得出氮磷钾排放总量。

畜禽粪便氮磷养分的农用地负荷反映了农用地土壤的污染风险。适当的养分施用，能够补充农作物生长从土壤中所带走的营养，但过量的养分会给土壤和水体带来污染[44-46]。2016年安徽省畜牧业粪便氮磷养分农用地负荷整体上不高，分别为49 kg/hm2（N），14 kg/hm2（P2O5），各县（区）氮磷农用地负荷均低于欧盟限量标准。阎波杰等[47]评估了安徽省耕地氮负荷为81.99 kg/hm2，高于本文评估结果，主要原因在于本文考虑了耕地、林地、园地和牧草地对粪便的消纳能力，而后者仅考虑耕地对粪便资源的消纳。从区域分布看，阎波杰认为2004―2012年安徽省耕地畜禽粪便氮负荷热点区域主要分布在安徽省北部和东南部，与本文研究结果基本一致（见图3）。

表2 安徽省主要县（区）粪便养分总量（大于1 万t）

全省畜牧业的环境承载力分别可达3.1×108（N）头猪当量和4.5×108（P2O5）头猪当量，实际承载量占环境容量比例分别为29%（N）和18%（P2O5），77个县（区）畜牧业实际承载量均低于本地区的环境容量，在不考虑 化肥施用和秸秆还田的前提下，粪便养分资源若得以充分消纳，安徽省畜牧业对农用地环境污染风险总体不高。由于畜牧业与种植业结合不紧密以及种植业对肥料的季节性需求与粪便大量产生之间的矛盾，仍需警惕规模化养殖场的潜在点源污染。

考虑种植业保持高产的需要，未来化肥在中国大部分地区农田中仍然占主导地位，因此，在评估农用地对畜禽粪便的氮磷环境容量时应考虑化肥施用的影响。大量研究和实践表明，50%的施用比例与实际管理需求更为接近[48]，对各地区控制畜禽养殖总量及合理调整养殖布局更具有参考价值。本文以实际畜禽养殖总量与50%环境容量比值作为风险指数，对安徽省各县畜禽粪便的环境污染风险进行评估（见图3）。

安徽省总氮污染风险高于总磷。以农用地氮负荷作为限制因子，宁国、砀山、固镇、阜阳市辖区、临泉和界首等6县（区）风险指数>1，农用地污染风险最高，上述地区应统筹当地环境承载力实施总量控制措施，同时加大粪便资源管理和资源化利用的资金投入，因地制宜的探索粪便多元化利用途径；萧县等11县（区）风险指数在0.76~1.00之间，农用地污染风险为较高等级，在当前种植业和养殖业分离的情况下，畜禽养殖相当于点源，因此应警惕部分规模化养殖场周围的农用地氮磷点源污染，适宜采取总量控制和污染消减措施；宿州市辖区等13县（区）农用地污染风险为中等级别，风险指数在0.51~0.75，这些地区应鼓励和支持采取种养结合的方式促进粪便资源就近消纳利用；其余44县（区）农用地污染风险为较低等级，对于适宜开展畜牧业的地区可适度增加畜禽养殖规模，有利于进一步推进全省畜牧业的合理布局和粪便养分管理。由于安徽省是中国的重要农产品生产基地，尤其皖北平原地区，因此对畜牧业开展合理规划和布局，因地制宜的控制养殖规模和密度，重点推进“粪污专业化能源利用”和“污水肥料化利用”模式，促进种植业和畜牧业紧密结合，是推动安徽省土壤环境良性循环和实现化肥减施的有效技术途径。

2.3 安徽省畜牧业粪便养分的化肥替代潜力

2016年安徽省单位播种面积化肥施用强度为346 kg/hm2，同期中国平均为359 kg/hm2，而世界平均仅为80 kg/hm2，联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization，FAO）规定的化肥施用限值为225 kg/hm2。从区域化肥施用量分布看（见图4），北部地区化肥施用量最高，中部地区次之，南部最少。其中芜湖市辖区等7个县（市）化肥施用强度超过500 kg/hm2，宿松县等25个县（区）化肥施用量超过全省和国家平均化肥施用强度，仅旌德县等7个县（区）化肥施用强度低于FAO规定限值。可以看到，安徽省大部分地区化肥施用量大，减施任务重，存在着较大的节肥潜力。

由于家禽和羊粪尿的养分含量普遍高于猪和牛，4类 粪便养分的化肥替代潜力依次为家禽粪便（7.81%）>羊粪便（6.97%）>牛粪便（3.60%）>猪粪便（3.45%）（见表3），羊粪便对氮肥的替代潜力最大，家禽粪便对磷肥和钾肥的替代潜力最大。

表3 四类畜禽粪便养分产量以及化肥替代潜力

安徽省畜牧业粪便养分的化肥替代潜力大。2016年畜牧业粪便养分资源总量为70.75万t，同期化肥施用总量为324万t，占化肥使用量的21.83%。77个县（区）中有40县（区）化肥替代潜力在20%以上，其中宁国市辖区（78%）、肥西县（56%）、合肥市辖区（48%）、萧县（47%）、砀山县（46%）和霍山县（46%）6县（区）替代潜力最大。仅充分考虑畜牧业有机肥资源的情况下，安徽省单位播种面积平均化肥施用强度可由346降至270 kg/hm2，有32个县（区）化肥施用强度可降至FAO规定的限值以下。由此可见，利用畜牧业粪便资源作为有机肥替代化肥为种植业提供养分，是实现安徽省化肥减量的有效途径。

除此之外，不同种类作物的化肥需求量不同，相关研究结果表明果树和蔬菜的化肥施用量约是粮食作物的1.5倍和2.5倍[49]，随着人民生活水平的提高，蔬菜和水果消费量显著增加，中国蔬菜和果树的播种面积持续扩大，这给化肥减施带来一定压力。因此对于畜牧业粪便的还田利用应格外重视经济作物的化肥替代潜力。

图3 安徽省畜禽粪便氮磷农用地负荷及污染风险指数

图4 安徽省化肥施用量以及畜禽粪便养分化肥替代潜力

3 讨 论

1）畜禽粪便资源量的评估涉及畜禽种类、饲养期、饲养量、日均排污系数和粪尿养分含量，上述变量在不同的地区取值均不相同，且相同地区前人在系数选择方面也各不相同，因而评估结果存在一定的差异性。路国彬和王夏晖[36]以中国畜禽年底存栏数为畜禽饲养数量，参考李书田等[50]关于粪便养分百分含量的研究结果，从省级尺度评估了安徽省2014年氮肥磷肥和钾肥的化肥替代潜力分别为38.91万t，28.53万t和36.76万t。孙力等[51]以原国家环保总局公布数据并结合安徽省畜禽养殖的实际情况，将畜禽粪便污染的年排泄系数修正后，评估2012年安徽省规模化养殖场畜禽粪尿产量共2 632.99万t，李帆等[43]通过调查采样及测试分析的方法，评估了2008年安徽省畜禽养殖业中猪、牛和鸡产生的粪便干物质中总氮磷钾养分的排放量分别约为113 235，58 441和80 573 t，羊和其他家禽未计入。刘晓永和李书田通过收集、整理和分析大量相关文献资料、书籍或研究报告，加权均值分地区计算出各种畜禽粪尿的氮磷钾养分含量，安徽省粪尿产量分别为7 121.28万t和4 629.78万t，养分资源总量在30~40 万t[37]。前人在安徽省粪便及其养分资源评估方面缺乏县级的全面研究，在环境承载力方面多基于耕地或耕地和牧草地，忽视了园地和林地对粪便的消纳。本文从县级尺度上，以年内出栏量作为饲养量，基于华东地区畜牧业生产相关系数评估了安徽省安徽省77县（区）的畜牧业（包括猪、牛、羊和家禽）粪便资源潜力及其农用地（包括耕地、园地、牧草地、林地）的环境承载力，研究了粪便作为有机肥的化肥替代潜力，有助于以县级为单元，优化畜牧业产业布局、制定化肥减施方案和开展有机肥替代项目的整体推进。

2）安徽省粪便主要集中在22个县（区），是发展粪便有机肥的优势区，可根据优势区畜牧业粪便结构和总量科学确定粪便综合利用的技术途径。鉴于有机肥的生产未来更倾向于标准化和商品化，粪便资源作为有机肥的源头，其处理方式将会更加规范化，在优势区引进先进的饲养模式和粪污处理方式，有助于协调畜牧业、有机肥工业和种植业，打破产业壁垒。

3）在50%的化肥施用条件下，宁国、砀山、固镇、阜阳市辖区、临泉和界首6县（区）畜禽养殖实际承载量超过其50%环境承载力，农用地污染风险高，应对上述地区应实施严格总量控制措施，以土壤环境容量来约束养殖密度和养殖规模，因地制宜的探索粪便多元化利用途径，提高粪便的资源化、能源化利用率。由于种植业对化肥需求的季节性和畜禽粪便产生的持续性，全省范围内大中型规模化养殖场的点源污染不可忽视，应适宜采取总量控制和污染消减措施。对于适宜开展畜牧业的地区可适度增加畜禽养殖规模，优化全省畜牧业的产业布局。

4）农用地对粪便的消纳能力还与土壤肥力和种植结构有关，一般情况下，耕地、牧草地、园地和林地对粪便的消纳能力不同，本文将其等同于耕地，存在一定误差，中国暂时还没有关于单位耕地面积氮磷的施用限量标准，国内的研究均以欧盟较为严格的限量值作为参考，此限量值与中国的实际存在一定差异，因此在中国有待进一步开展分地区分类型土壤养分施用限量标准研究，对优化养殖业规模、布局、结构以及土壤污染物防控具有积极的指导意义。

5）除粪便资源外，安徽省每年产生丰富的秸秆，南方大面积季节性冬闲田具有发展绿肥资源的潜力，这些都是生产有机肥的重要来源，因此考虑其他有机肥资源还田的条件下，畜牧业粪便的环境污染风险和有机肥资源总量的化肥替代潜力有待进一步研究。

6）实现有机肥对化肥的有效且充分替代，还应考虑农民的用肥习惯和经济效益，传统有机肥腐熟周期长，营养损失大，劳动效益低、强度大，因此传统有机肥的生产和使用应破除发展瓶颈，加快开发适用市场的商品化有机肥、有机无机复混肥等，有机肥才能得到大力推广。

4 结 论

1）粪便资源量与畜禽饲养结构和数量直接相关，这与安徽省的地形和人口密度密不可分。安徽省发展畜牧业有机肥的资源潜力大，2016年粪便资源总量为5804万t，主要集中在淮北平原地区，占全省的61%；江淮丘陵地区次之，占全省的26%，皖南山区粪便资源最少。4种粪便资源量依次为猪粪便>家禽粪便>羊粪便>牛粪便。

2）安徽省畜牧业粪便养分的化肥替代潜力大，在当前化肥施用量条件下，畜牧业粪便养分的化肥替代潜力为21.83%，4类粪便的化肥替代潜力大小依次为家禽粪便>羊粪便>猪粪便>牛粪便。77个县（区）中有40县（区）化肥替代潜力在20%以上，其中6个县（区）替代潜力接近或超过实际化肥使用量的50%。总体上畜牧业对安徽省农用地的环境污染风险不高，但仍需警惕部分地区规模化养殖场的潜在点源污染。

3）安徽省畜牧业优势地区也是种植业比较集中的地区，有利于粪便资源就近利用，降低利用成本，促进种养结合，提高资源循环利用效率，有助于推动安徽省土壤环境良性循环和实现化肥减施。

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Evaluation of environmental carrying capacity and manure organic fertilizer instead chemical fertilizer potential of animal husbandry in Anhui

Geng Wei, Sun Yixiang※, Yuan Manman, Wu Gang, Wang Jiabao

(,,230031,)

The excessive application of agricultural chemical fertilizer and the rapid development of animal husbandry threaten the safety of soil, water and atmosphere, which become the main problems that restrict the development of green agriculture and animal husbandry in China, and have attracted great attention from the government. As an important agricultural production base in China, Anhui Province has consumed large quantities of chemical fertilizer every year. In 2016, Anhui Province was the fifth largest province in China that consumed 3.27 million tons chemical fertilizer, and has large potential and high pressure on the reduction of chemical fertilizer. Besides, with the growth of animal husbandry and the change of the feeding structure, production of livestock and poultry feces has increased continuously in Anhui, which would lead to high environmental pressure if they were not treated. However, nutrients from feces could also partially replace the chemical fertilizer to supply nutrient for soil. According to the demand of development target of circular agriculture and ecological agriculture, considering from the point of view of the nutrient requirements of the soil, statistical analysis method and ArcGIS software were used to estimate the total resources of nitrogen, phosphorus and potassium from feces and the environmental risk of livestock and poultry feces was measured (from pig, cattle, sheep and poultry) in 77 counties of Anhui by its environmental carrying capacity in this paper. By the comparison with the fertilization application in counties of Anhui Province in 2016, the substituting potential of livestock and poultry feces for chemical fertilizer was evaluated. Results showed that the total amount of feces in Anhui Province in 2016 was 58.04 million tons, which was mainly concentrated in 25 counties in the northern plain of Anhui, accounting for 61% of the total resources in the province. Anhui had low risk of environmental pollution from animal husbandry on cultivated land, except 6 counties where actual quantity in animal husbandry exceeded the environmental carrying capacity by 50%, and it is necessary to guard against the potential source pollution of large-scale farms in some areas. Anhui has a large quantity of nutrients from feces which was 70.75 million tons in 2016, which could satisfy 21.83% of the total application of chemical fertilizer. There were 40 counties and 6 counties respectively with chemical fertilizer substitution potential of more than 20% and close to or over 50% particularly. Considering the situation of all manure returning to the field, fertilizer application per hectare in Anhui Province can be reduced from 346 to 270 kg/hm2, and fertilizer application intensity in 32 counties can be reduced to below the FAO (Food and Agriculture Organization) limit. The research provides the basis for the rational distribution of livestock industry, and the utilization of feces resources, and is helpful to develop fertilizer application reduction program with the county as the unit and to carry out the overall promotion of organic fertilizer substitution projects, which have important guiding significance to achieve the goals of reducing fertilizer application and zero growth of fertilizer in 2020 in Anhui Province.

manures; nutrients; organic fertilizers; animal husbandry; environmental carrying capacity

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.18.031

X713,TK6

A

1002-6819(2018)-18-0252-09

2018-04-03

2018-07-20

国家重点研发计划（2016YFD0200806）和安徽省农业科学院科技创新团队（18C1021）资助

耿 维，博士，主要从事生物质资源管理研究。 Email：dreamingtree@126.com。

孙义祥，副研究员，主要从事植物营养与高效施肥研究。 Email：sunyixiang@126.com。

耿 维，孙义祥，袁嫚嫚，邬 刚，王家宝. 安徽省畜牧业环境承载力及粪便替代化肥潜力评估[J]. 农业工程学报，2018，34(18)：252－260. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.18.031 http://www.tcsae.org

Geng Wei, Sun Yixiang, Yuan Manman, Wu Gang, Wang Jiabao. Evaluation of environmental carrying capacity and manure organic fertilizer instead chemical fertilizer potential of animal husbandry in Anhui[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(18): 252－260. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/ j.issn. 1002-6819.2018.18.031 http://www.tcsae.org