基于氮平衡的盐城市畜禽养殖环境承载力分析

邹晨昕, 赵冬萍, 徐新悦, 王文超, 杨文慧, 刘丽丽, 李建国

基于氮平衡的盐城市畜禽养殖环境承载力分析

邹晨昕, 赵冬萍, 徐新悦, 王文超, 杨文慧, 刘丽丽*, 李建国*

江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院, 徐州 221116

滨海地区为海陆交互地带, 具有明显的过渡性与环境的脆弱性。江苏省滨海是江苏省畜禽养殖最为集中的区域, 其巨大的环境风险给区域生态环境造成巨大压力。种养平衡是约束区域养殖规模, 缓解其环境风险的主要策略之一。现以盐城市为例, 借助Truog的养分平衡法, 以种养平衡为前提, 结合政府统计资料和实地调研踏勘与采样数据分析盐城市种植业生产农作物氮养分年消耗总量和耕地土壤氮养分供给量, 对盐城市亭湖区和盐都区各镇的畜禽养殖环境承载力进行分析, 结果表明: (1)研究区土壤氮养分含量较为紧缺, 农作物氮需求总量为1.44×104t, 土壤氮养分供给量仅为0.97×104t; (2)研究区合理承载规模为7.20×104头猪当量, 基于氮的畜禽环境承载力均值为氮5.77头猪当量·hm-2, 在区域内处于较低水平, 承载潜力较大, 并未对环境造成威胁, 各乡镇畜禽养殖发展存在显著差异; (3)畜禽养殖空间分布错位, 局部地区污染严重。当前研究区畜禽养殖规模总体较为合理, 研究结果可为滨海地区畜禽养殖的种养结合、畜禽产业结构调整、实现畜禽养殖业现代化提供支持。

滨海地区; 种养平衡; 畜禽养殖; 承载力

0 前言

畜禽养殖业的蓬勃发展带来了日益严重的污染问题。《第一次全国污染源普查公报》显示, 农业源已成为中国污染物的主要来源[1]; 2013年环境统计年报数据显示, 农业源COD排放量占我国废水排放总量的43.7%, 其中95.8%的排放量来源于养殖业。滨海地区土地资源丰富, 成本低廉, 是江苏畜禽养殖业发展的主要集中区。畜禽产品的巨大需求所带来的利润使大量江苏滨海地区农户投入到畜禽养殖业的发展当中。禽畜养殖已经成为当地一部分农户生计的主要来源。2015年盐城市畜牧业总产值298亿元, 占全市农林牧渔业总产值的28%。但养殖户畜禽养殖空间分布分散、畜禽排泄物处理不合理, 大量的畜禽粪尿不经处理就被排放到环境中, 全国90%以上的规模化养殖场没有经过环境影响评价, 90%的规模化养殖场缺乏必要的污染治理设施[2]。种养结合是国内外解决畜禽养殖业环境问题的主要思路。美国重视畜禽养殖业的污染问题, 从种养计划安排到生产、销售等环节都有法可依, 种植业与养殖业能进行合理结合[3]; 丹麦和比利时主要采用粪水－发酵－还田、粪水－沼气发电－沼液还田、粪水－固液分离－有机肥和电极分解－还田等模式实现种植业和养殖业之间的良性循环[4]; 加拿大对养殖业治污是以当地畜禽粪便的土地消化利用为主, 并会规定该地区具体的畜禽粪便使用方法、使用量、使用次数和使用时期[5]。

中国不同于国外广泛存在的种养一体的大农场, 家庭作坊式的养殖业发展方式受到很大的局限。畜禽粪便除作为有机肥投入使用外, 很难有其他用途。在已有的调研中发现, 畜禽粪便所生产的有机肥在与化肥的竞争中, 因其水分高、肥效低、气味难闻、使用不便、易造成二次污染而劣势明显, 推广难度很大。沈其荣等的研究表明, 在1960年、1980年、2000年、2010年我国有机肥施用量分别占总施肥量的80%、60%、30%、10%, 呈大幅递减趋势[6]。同时, 农户普遍受“施肥越多, 产量越高”等观念的影响, 在农业生产中更偏向于大量施用化肥。在我国, 畜禽粪便的主要处理途径是经发酵腐熟后还田用作有机肥料, 农田是畜禽粪便的主要消纳场所[7]。而不合理的畜禽粪便农田施用使得农业污染成为我国环境污染的第一大污染源。随着我国2020年达到化肥使用量零增长目标的制定, 畜禽养殖粪便的资源化利用终将成为未来中国农业主流趋势。因此, 将养殖业与种植业相结合进行畜禽养殖合理规模测算是控制区域畜禽养殖污染、加速畜禽粪便资源化的基础工作[8]。

对于畜禽养殖承载规模, 国外多根据农田养分平衡理论, 采用逐级测算方法来制定有关规章制度进行限制[9], 国内则还未形成系统的规划。众多学者对这一热点问题也开展了一定的研究。如, 许翼等运用系统分析方法中灰色预测模型, 对沈阳市自然状态下和处理部分粪污情况下的畜禽养殖环境承载能力进行了分析和预测, 对市域内畜禽养殖达到警戒限的年限进行了测算[10]; 李帷等基于GIS等空间分析方法进行北京市空间畜禽粪便分布与耕地空间可达性分析, 对北京市畜禽养殖业空间布局进行安排, 能有效降低市域内畜禽粪便耕地承载压力[11]; 陈天宝等设计建立农区耕地畜禽承载能力评估数学模型(N-LSCM)对四川农区畜禽养殖规模进行分析, 评估出畜禽发展潜力, 评价结果较为真实地反映四川农区的客观实际[12]。这些研究主要是基于省级等大中尺度的研究, 能在宏观尺度上反映我国各地区畜禽养殖环境承载力的大致状况。但农用地对禽畜粪便的消纳能力除受耕地本身影响外, 还受当地农户行为偏好、耕地区位与种植结构等微观自然或人文因素的制约。因此, 在微观尺度上对畜禽养殖业承载能力进行研究更具有现实的指导意义[13]。研究表明, 畜禽废弃物的转运距离不宜超过10 km[14]。因此, 对区域小尺度的种养平衡进行研究能更好地反映区域的畜禽养殖规模风险, 也能在大尺度上配合政策的落实。微观尺度在数量和结构上具有较为明显的空间异质性, 制约着畜禽粪便承载力研究的实践指导意义, 是阻碍畜禽养殖业科学发展的“最后1公里”。因此, 以区(县)、镇(乡)层面的实证研究对区域畜禽养殖业可持续发展具有更好参考价值。同时, 大量的研究主要集中于我国的传统农区, 对于滨海滩涂地区的畜禽养殖业发展关注明显不足。滨海地区处于海陆交互区域, 与传统农区相比具有更多的污染物扩散通道和更大的环境风险。同时, 这一区域土壤质量低下, 借助种养结合模式可以较好地解决畜禽养殖与粮食生产的问题。本文选择养殖业较为集中的盐城地区, 以江苏省盐城市为实证调研对象, 开展以种养结合为目标的畜禽养殖业承载力与合理规模测算研究。借鉴Truog的养分平衡法, 结合相关调研和统计数据, 对盐城主要区、镇畜禽养殖环境承载力与合理规模进行测算, 可为滨海地区合理畜禽养殖业的空间布局、降低畜禽养殖带来的环境污染、实现滨海地区可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

盐城市位于东经119.57°—120.45°, 北纬32.34°—34.28°, 居于中国东部、江苏省中北部, 濒临黄海。作为江苏省土地面积最大、海岸线最长的地级市, 全市总面积16972 km2, 滩涂资源丰富, 是典型的淤泥质海岸。沿海滩涂面积45.53×104hm2, 占全省沿海滩涂面积的70%, 沿海滩涂耕地后备资源面积占全市滩涂总面积的44%。在气候上, 属于北亚热带气候向南暖温带气候过渡的地带, 四季分明, 季风盛行, 雨热同季, 光照充足, 降水充沛, 年降水量为785.2—1309.5 mm, 年平均气温为13.7—14.5℃, 全年光照平均时长约为2280 h。本次调研地主要为盐城中东部地区的亭湖区和盐都区, 均属盐城主城区。种植业和养殖业是当地农户收入的主要来源之一。2015年, 亭湖区和盐都区城镇人口分别占全市总城镇人口的16.76%、9.45%, 肉类总产量分别占全市的5.95%、7.19%, 农作物播种面积分别占全市的4.09%、7.13%, 其中粮食产量各占亭湖区、盐都区农林牧渔业总产值的38.14%、70.99%。在作物种植上, 当地农户主要以大小麦和油菜为主。因土壤和水源等问题, 研究区围垦初期不种植水稻。但随着土地质量达到大面积种植的要求以及土地流转政策的推行, 经调查有很多承包商选择在围垦区承包大面积的土地进行水稻种植, 种植面积非常庞大, 也带动了当地散户农户进行了种植水稻的生产活动,致使研究区土地在周而复始的干湿交替活动中, 土壤性质愈加趋近于水稻土和潮土。农户畜禽养殖主要以鸡、猪养殖为主。盐都区畜禽养殖主要集中在东部, 多为团状分布; 亭湖区畜禽养殖则偏重于北部, 条带状分布为多, 以养鸡为主。根据每年畜禽排泄的粪便(包括粪尿)中的氮产生量, 将其他畜禽折算成猪当量, 进而估算各地区畜禽的环境承载力。研究区禽类基于氮的折算系数是62.64只禽类相当于1头猪, 基于磷的折算系数是42.5只禽类相当于1头猪。

图1 研究区行政区划及养殖点分布

Figure 1 Distribution of administrative divisions and farms in the study area

本研究以研究区农户耕地作为畜禽粪便消纳地。畜禽粪便经科学处理得到的有机肥富含丰富的养分, 而土壤在进行作物生产时, 由化肥或有机肥补充除土壤地力之外作物所需的养分是必要的, 故由耕地土壤消纳是最为经济可行的手段。调查研究中农户种植农作物的耕地和畜禽养殖的圈养地基本处于同一区域或为相邻区域, 将畜禽产生的粪便在耕地就近消纳也是处理畜禽养殖废弃物的有效方式(黄海街道办事处经调查无农用耕地, 所以下文对该处不予考虑)。

1.2 研究方法

本研究参照Truog提出的养分平衡法, 以研究区种养平衡为前提, 即耕地农作物生长以施用有机肥(畜禽粪便)来补充除土壤地力之外作物所需的养分。主要的思路是利用转换系数, 根据研究区主要农作物的产量估算氮元素的需求总量(公式1); 根据地区土壤地球化学调查样点数据(图2c), 利用矫正系数获得区域土壤养分供给总量(地力)(公式2-3), 进而获取区域土壤养分需求总量(公式4)。利用畜禽排污系数和养分转化系数将不同畜禽养殖类型转换头猪当量和养分物质释放量。借助公式4测算区域的头猪承载当量。

研究区域种植业生产农作物氮养分年消耗总量计算公式如下:

式中:Y为2015年研究区域类农产品年产量,表示农作物种类,=1, 2, 3……n;m为第类农产品100 kg产量所需的氮养分量。

研究区域耕地土壤氮养分供给量计算公式如下:

式中:为研究区域耕地土壤有效氮测定值; 2.25为土壤养分换算系数, 是将研究区域耕地的有效氮的测定值()换算成每公顷耕地的土壤的有效氮养分含量;为土壤有效养分校正系数, 通过测定土壤有效氮养分含量来计算农作物施肥量, 是对作物实际吸收的土壤的有效养分进行校正。土壤有效氮数据来自于当地地球化学调查数据库。土壤有效氮校正系数Y可依据土壤有效氮测定值X计算。计算公式借助曹连福等[16]对 “3414”试验数据[17]进行Excel数据分析得到土壤有效养分与校正系数之间的回归方程式:

畜禽养殖承载力的计算公式如下:

式中:为每头猪年排泄粪便(包括粪尿)中的总氮含量。参照《全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策》, 确定猪粪便的氮排放量为4.51 kg·a-1。M为研究区域内用于消纳畜禽粪便的农用地面积(本研究中实为耕地面积)。

表1 主要农作物形成100 kg经济产量所需的氮养分量

数据来源: 肥料实用手册高祥照等编著[15]

2 结果与分析

2.1 畜禽养殖规模

根据调查的结果, 研究区养殖调查点中农户畜禽养殖多以个体散养为主, 散养比率达67.70%; 畜禽种类主要以鸡、猪养殖为主, 共养殖鸡3750960只、猪52157头。鸡的品种最为丰富, 包括罗曼鸡、海兰鸡、三黄鸡、北农大鸡等, 其中蛋鸡有1965350只、肉鸡有1785610只, 以蛋鸡养殖为主。从整体上看, 盐都区畜禽养殖以生猪为主, 调查生猪头数占总调查生猪头数的87.68%, 空间上主要集中在东部, 多为团状聚集分布; 亭湖区畜禽养殖空间分布偏重于北部, 条带状分布为主, 农户侧重于养鸡, 鸡只数占总养殖调查总数的51.87%。依据《2017年畜禽养殖标准化示范创建活动工作方案》, 研究区生猪养殖均达不到规模化标准, 蛋鸡养殖规模化率为0.47, 肉鸡养殖规模化率为0.40。研究区的禁养区主要集中在通榆河等河流的一级水源保护区内, 在《江苏省通榆河水污染防治条例》实施后, 禁养区仍存在39家规模养殖场。在中央环境保护督查组和省市环保部门的督察下, 截至2017年6月, 盐城市已全部完成2016年度禁养区关闭搬迁任务。

2.2 农作物氮养分消耗总量

由于地处亚热带与暖温带的过渡地带, 盐城市可耕种农作物种类繁多。由于缺乏具体的乡镇农产品产量数据, 根据2015年盐都区和亭湖区各乡镇的种植业农作物总产量, 排除小面积范围内的各项干扰因素, 核算2015年不同乡镇各类农作物生长所需要消耗的氮养分总量。亭湖区和盐都区种植业农产品生产消耗总氮分别为5472.97 t和8961.37 t, 盐都区氮的消耗总量明显高于亭湖区。整体上, 研究区农作物种植主要以小麦为主, 其次是油菜和大麦, 这三类农作物氮消耗总量也占比较高。其中, 小麦的氮消耗量是8231.58 t, 占各类农作物氮消耗总量的57.03%, 远远大于油菜籽、大麦的氮消耗量占比, 而其余农作物氮消耗量均不超过总量的10%。除小麦、油菜、大麦这三种主要作物外, 稻谷产量也较高, 达到18770 t; 仅次于稻谷氮消耗的是玉米, 产量为16731 t。盐都区内, 小麦的氮消耗量远超于其他农作物的氮消耗量, 占该区年消耗氮总量的72.06%; 相较于盐都区农作物氮消耗的不平衡, 亭湖区农作物氮消耗主要以小麦、大麦、油菜为主, 小麦、大麦、油菜的氮消耗量分别占亭湖区氮消耗总量的32.41%、20.45%和18.72%。空间分布上, 研究区氮消耗量分布分散, 主要集中在大冈镇、秦南镇、龙冈镇、盐东镇、步凤镇这五个镇, 中部和西南部地区氮养分消耗量最少(图2a)。

农户种植的作物类型虽会因市场变化而做调整, 但大体仍以小麦、油菜、大麦这三种作物为主。这与盐城滩涂围垦, 垦区土壤质量在达到传统农业区水平后, 主要以小麦等大宗农作物为主的耕作模式密不可分。围垦活动下沿海滩涂土壤在围垦后30年左右趋于稳定[18], 研究区滩涂围垦较早, 至今约80年, 符合大面积种植的要求。且市场对大小麦和油菜有需求, 当地农户出于经济考虑也多选种这三类作物。而盐都区农作物种植量远大于亭湖区农作物种植总量, 所以消耗的氮养分含量也明显高于亭湖区。

2.3 土壤供肥能力

土壤氮养分供肥总量在耕地面积和土壤氮养分年供给能力的影响下, 土壤氮养分年供给总量最多的镇是盐都区的大冈镇, 为797.31 t; 氮养分年供给总量最少的镇是亭湖区的毓龙街道办事处, 为0.02 t。亭湖区和盐都区的土壤氮养分供给量分别为4428.76 t、5225.07 t, 两个区的土壤氮养分供给量相差不大, 这与两个区的耕地面积大小、土壤氮养分年供给能力有关。盐都区内各镇土壤氮养分供给量多集中于200—300 t, 土壤供肥能力最大的镇是大冈镇, 土壤氮养分供给量是797.31 t, 是土壤供肥能力最小镇大纵湖镇的3.64倍; 亭湖区各镇土壤氮养分供给能力差异较大, 其中, 盐东镇土壤氮养分供给能力最大, 氮养分供肥量为716.04 t; 毓龙街道办事处土壤氮养分供给量最小, 仅占亭湖区各镇土壤氮养分供给量均值的0.007%。空间分布上, 研究区土壤氮养分供肥能力中部地区较弱, 与中部各街道耕作面积较少有关, 供肥能力较强的主要是大冈镇、盐东镇、秦南镇、步凤镇、龙冈镇、青墩镇这六个镇, 其余地区土壤供氮能力差距不大, 较为均衡(图2b)。

2.4 各区镇农用地畜禽承载力

通过农作物养分消耗总量和土壤供肥能力, 可以分别计算出盐城市亭湖区和盐都区各镇的畜禽环境承载力(图3)。其中, 基于氮养分的畜禽环境承载力可以划分为3个层次。第一层是基于氮的承载力位于10头猪当量·hm-2及以上的城镇, 包括盐都区的尚庄镇、大冈镇、葛武镇、北蒋镇、秦南镇、楼王镇、郭猛镇、学富镇、新都街道、潘黄镇。其中, 潘黄镇基于氮的畜禽环境承载力最大, 为11.81头猪当量·hm-2。第二层包括盐都区的大纵湖镇、义丰镇、北龙港镇和龙冈镇, 承载力范围在5—10头猪当量·hm-2。第三层是承载力位于5头猪当量·hm-2以下的城镇, 而亭湖区的所有城镇承载力普遍偏低, 故均属第三层。其中, 新洋街道办事处基于氮的畜禽环境承载力最小, 为0.016头猪当量·hm-2。亭湖区和盐都区各镇基于氮的畜禽养殖环境承载力分别为0.016—4.01头猪当量·hm-2和9.03—11.81头猪当量·hm-2, 两区基于氮的畜禽环境承载力差异显著。因为两个区产业结构等因素的不同, 盐都区畜禽养殖业发展明显优于亭湖区。总体上看, 盐都区各镇畜禽环境承载力的平均值为10.5头猪当量·hm-2, 发展平稳、差距不大, 畜禽承载力最大值的镇(潘黄镇)与最小值的镇(大纵湖镇)间仅是每公顷2头猪的差距; 亭湖区各区镇畜禽环境承载力的平均值为2.1头猪当量·hm-2, 远小于盐都区的环境承载力均值, 且各镇数值落差较大, 畜禽承载力最大的镇是黄尖镇(4头猪当量·hm-2), 值最小的镇是新洋街道办事处, 仅占黄尖镇畜禽承载力的0.4%。武兰芳等[13]基于养分平衡理论, 以氮素为基准, 测算山东禹城耕地的畜禽环境承载力为13.8头猪当量·hm-2, 而湖南桃源的畜禽承载力为14.6头猪当量·hm-2[13], 可以看出本研究区基于氮的畜禽环境承载力处于较低的水平(5.77头猪当量·hm-2)。

根据基于氮养分的畜禽养殖环境承载力和各区镇的耕地面积, 计算出各区镇的畜禽养殖合理规模, 即该镇适宜养殖畜禽的数量。研究区整体的合理规模为72037头猪当量, 其中亭湖区的合理规模是12863头猪当量, 盐都区则是59174头猪当量。盐都区的畜禽容纳量远远高于亭湖区, 其中大冈镇的合理规模最大, 大纵湖镇的畜禽养殖合理规模最小, 为1980头猪当量; 盐都区各镇合理规模的均值是3902.73头猪当量, 是亭湖区各镇畜禽合理规模均值的5.33倍。在研究区中, 盐都区大冈镇畜禽养殖合理规模值最大, 为122487.13头猪当量; 亭湖区的毓龙街道办事处合理规模值最小, 为0.19头猪当量。从实地调查的结果来看, 各镇整体上畜禽承载量并不太高, 养殖密度也存在较大差异。本研究的结果主要依据土壤和养殖规模等客观数据, 但种养平衡需要农户与养殖户的积极参与。从我们的调查情况来看, 研究区农户由于有机肥养分含量低、气味大, 转运不便等因素, 对于使用畜禽粪污积极性普遍不高。加之研究区养殖户环保意识较低, 随意堆放等粗放式粪污处理方式较为常见, 导致研究区实际畜禽污染风险比测算结果更为严重。

a. 农作物氮养分消耗量; b. 土壤供氮肥总量; c. 土壤有效氮测定值

Figure 2 Nitrogen demand, soil supply of nitrogen and available nitrogen of study area

a. 为农作物生长需要氮值; b. 为土壤供应氮的值; CN. 为氮元素的畜禽承载力; TCN. 为畜禽养殖承载水平

Figure 3 Livestock and poultry carrying capacity in Yancheng

3 讨论

3.1 研究区农业生产及其对种养平衡的影响

土壤作为农业生产的主要自然资源, 以土壤为中心由土壤与其环境条件组成的土壤生态系统的好坏决定了农业的可持续发展[19], 故必须引起重视。作为江苏重要的生态涵养区, 盐城市2015年农用地109.48×104hm2, 耕地为83.71×104hm2, 耕地仍是它土地利用的重要方式之一。粮食的产量虽与化肥施用紧密相关, 但也离不开自然环境、农户耕种经验、政策帮扶和科技进步等因素的作用。不可否认, 随着人口增多, 粮食需求量增大, 给作物提供养分的化肥投入量也在逐年增加, 但逃不脱边际效益递减的规律的影响。而随着国家更加注重生态文明, 有机肥添加及其种养结合必将得到有效实施。这一过程在提升经济效益的同时, 更多的是提升区域的生态效益, 也能从根本上改变人们固有的经济效益边际递减的传统认识。盐城市滨海滩涂垦区作为典型的淤泥质海岸, 围垦初期垦区土壤盐分含量高, 养分含量不足, 不能直接用于作物种植, 必先经过海水养殖或抛荒来加速土壤脱盐[20]。亭湖区和盐都区属于围垦较早的地区, 当前, 土壤质量也达到了大面积种植的要求[21–22], 大小麦、水稻、玉米等粮食作物和经济作物被广泛种植。垦区土壤盐分大多低至1%以下, 已达到传统农业区的水平[23]。围垦后土壤养分种类中氮、磷养分含量呈显著增加的趋势, 但是仍然不能像传统农区那样进行长期的大田作物轮作。在研究区大麦–玉米、大麦–棉花、小麦–油菜是较多的轮作方式。但是由于地力低下, 人们只能轮作一到两年之后进行一次抛荒或者牧草培肥以增强土壤养分水平。其中, 氮是研究区土壤中较为紧缺的养分, 已有的研究表明, 南通市如东县垦区围垦60年之后的土壤表层氮含量也仅有0.07%, 相当于国家第二次土壤普查土壤养分分级的第五级[24]。畜禽粪便及其有机肥是氮含量较高的肥料来源, 市面上传统的有机肥和复合肥的氮含量都超过了15%, 甚至到了20%以上。合理添加有机肥和畜禽粪便可以使土壤总氮和硝态氮的提升明显[25]。

3.2 滨海地区畜禽养殖可持续发展对策

不同于传统的大农场, 研究区的畜禽养殖方式多是小规模家庭作坊式的养殖方式。根据课题组在盐城调查获得的数据表明, 研究区近一半的养殖户猪存栏数小于100头, 鸡少于5000只(表2)。但是由于养殖场周边耕地数量有限, 且农村青壮年劳动力流失严重, 大量的畜禽粪便被随意堆放。加之研究区河沟纵横, 造成了非常严重的水体污染。同时, 养殖场气味较为难闻, 周边普通住户对此意见非常大, 合理布局畜禽养殖空间也是目前亟需解决的重要问题[26]。滨海地区严重的畜禽养殖污染问题必须依靠种养结合的方式去解决。在种植区与养殖区空间协调分布的前提下, 对畜禽养殖废弃物进行多渠道开发(生产有机肥、还田、生产沼气等)。基于此认识, 2017年8月中国农业部发布《种养结合循环农业示范工程建设规划(2017—2020年)》(简称“规划”), 规划中重点发展以“以种带养, 以养促种”为特点的种养结合循环农业。强调以就地消纳、能量循环和综合利用为主线, 采取政府支持、企业运营、社会参与和整县推进为方式的新一轮种养结合循环农业试点和改革。力争到2020年, 列入国家支持的200个畜牧大县, 全县畜禽粪污综合利用率需达到90%以上, 规模养殖场粪污处理设施装备配套率达到100%。由于市场调节作用在畜禽粪污处理环节效果不明显, 在推行机制上应实行政府主导、农户考核、市场参与为原则的种养结合措施。对于市场不能充分调节到位的粪污转运、有机肥施用、沼气池建设等方面进行政府补贴、技术指导和资金支持。对于农户和养殖户也要接受政府考核、监管甚至处罚。初期收益归农户和养殖户, 后期形成规范和规模扩大后, 收益政府与农户按比例分红。

相比于内陆的传统农区, 盐城市盐都区和亭湖区的禽畜养殖环境承载力较低, 发展潜力较大。但盐城市地处苏北, 经济并不发达, 畜禽养殖区大多为养殖户自行发展而成, 养殖点分布较为零散, 缺少规划布局的指引。从养殖户的空间分布的调查情况看, 养殖户多在市区等人口密集区或主要河流附近进行畜禽养殖, 对局部地区造成了严重的污染。作为全国重点关注的畜禽污染控制区, 不能盲目扩展畜禽养殖的规模, 而应对现有的养殖规模进行约束, 合理规划畜禽养殖的空间分布, 严格管制局部环境污染严重的地区。在规模上推行集约化养殖, 摒弃家庭作坊式的小规模养殖方式。同时, 盐城市的禁养区主要集中在通榆河等河流的一级水源保护区内, 应严格落实禁养区方案。研究区内河流众多, 多处被划为禁养区, 故不能“一刀切”地发展畜禽养殖业。而应因地制宜发展多种养殖、规模养殖、生态养殖, 积极发挥种养结合循环利用模式、技术型生态养殖模式、畜禽粪尿综合利用模式等生态养殖模式。鼓励专业人员到养殖户间进行有效推广, 使之成为盐城市畜禽养殖的三大主要类型。在养殖户生产生活中, 不仅要落实各类沼气工程和畜禽粪便处理中心的建立, 更要切实发挥功效实现利民便民和环境保护。在政策上, 应建立高标准畜禽养殖示范区, 对单位面积土地畜禽承载量严格控制, 对超过土地承载力的镇(街道)进行合理规模养殖, 对局部养殖污染较严重的地区进行整改。同时, 应对禁养区内的养殖户给予一定补偿, 帮助他们实现再就业, 对仍在从事养殖的农户给予政府养殖补贴, 并进行科学技术指导, 帮助他们解决养殖过程中遇到的切实问题。

表2 样本养殖户个体特征及养殖基本情况描述

注: 数据来自于2017年课题组养殖户调研数据。

4 结论

1)研究区农作物氮需求总量为1.44×104t, 其中亭湖区和盐都区种植业农产品生产消耗总氮分别为5472.97 t和8961.37 t, 盐都区氮消耗量明显高于亭湖区。总体上, 大冈镇氮需求量最高, 达1349.73 t, 其次是秦南镇, 为1221.49 t, 接着依次是龙冈镇、盐东镇、步凤镇; 中部和西南部地区氮养分消耗量最少, 毓龙街道办事处氮消耗量仅达0.019 t。

2)研究区土壤氮养分供给量为0.97×104t, 其中亭湖区土壤氮养分供给量为4428.76 t, 盐都区土壤氮养分供给量为5225.07 t。土壤氮养分供给量最高的是大冈镇, 达797.31 t, 是土壤供肥能力最小的大纵湖镇的3.64倍; 然后依次是盐东镇、秦南镇、步凤镇、龙冈镇、青墩镇, 其余地区土壤供氮能力较为均衡。

3)研究区基于氮的畜禽环境承载力均值为5.77头猪当量·hm-2, 在全国处于较低水平, 承载潜力较大; 畜禽养殖合理承载规模为7.20×104头猪当量, 亭湖区的养殖合理承载规模是12863头猪当量, 盐都区是59174头猪当量, 盐都区的畜禽容纳量远远高于亭湖区, 其中又以盐都区大冈镇的畜禽养殖合理承载规模为最大, 亭湖区的毓龙街道办事处合理承载规模为最小。

4)研究区土壤氮养分含量较为紧缺, 应通过合理添加有机肥和畜禽粪便使土壤总氮和硝态氮得到提升; 研究区乡镇间畜禽养殖的差异较大, 且空间分布错位, 局部地区污染严重, 后续发展中应结合各地实际, 确定适宜的养殖规模与畜禽结构, 通过种养结合实现有效平衡, 以此加快现代畜禽养殖业发展进程。

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Analysis of environmental carrying capacity of livestock and poultry breeding in Yancheng City based on nitrogen balance

ZOU Chenxin, ZHAO Dongping, XU Xinyue, WANG Wenchao, YANG Wenhui, LIU Lili*, LI Jianguo*

School of Geography, Geomatics, and Planning, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China

Coastal areas are the special areas characterized by land-sea interaction and fragile environment. Jiangsu’s coastal areas are the most concentrated regions for livestock and poultry breeding in Jiangsu Province, which generally causes higher environmental risks and big pressure on regional ecological environment. The balance of planting and breeding is one of the main strategies for restricting the scale of regional breeding and further relieving environmental risks. In this study, Yancheng City is chosen as an case study to estimate the environmental carrying capacity of livestock and poultry breeding using Truog's nutrient balance framework. Data from local government statistics, field survey and sampling are all collected to analyze the N stock in soil, N demands of crops production and N-supplying capacity of livestock and poultry breeding. The results show that: (1) Soil N content in the study area is relatively low, and total N demands for crops growth is up to 14400 tons. However, the scale of N-supplying capacity of soil is merely 0.97 million tons. (2) The reasonable scale of breeding in the study area is about 72000 pigs equivalent, and the average environmental carrying capacity of livestock and poultry breeding is about 5.77 pigs equivalent per hm2, which is in a low level through country. Nevertheless, the potential of carrying capacity of livestock and poultry breeding is large, and is produced a threat to the environment. Additionally, there are significant differences among towns in livestock and poultry breeding development. (3) The livestock and poultry breeding in the study area is not co-located with planting and consequently resulting in pollution in some zones. The results can provide support for combinating planting and breeding in coastal areas, adjusting the structure of breeding, and modernizing of animal husbandry.

coastal area; breeding-planting balance; livestock and poultry breeding; carrying capacity

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.04.023

S811.5

A

1008-8873(2019)04-169-09

2018-06-28;

2018-07-27

江苏省高校自然科学研究项目(17KJB170006); 教育部人文社会科学研究一般项目(17YJCZH085);国家自然科学基金项目(41701371);江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(201610320043Z); 江苏高校优势学科建设工程资助项目

邹晨昕(1996—), 女, 浙江温州人, 主要从事滩涂养殖户行为研究, E-mail: 787493241@qq.com

李建国(1986—), 男, 博士, 副教授, 主要从事海岸带开发及其生态环境效应研究, E-mail:lijianguo531@126.com

刘丽丽(1984—), 女, 硕士, 助理研究员, 主要从事滨海畜禽养殖环境效应研究, E-mail:huanyin728@126.com

邹晨昕, 赵冬萍, 徐新悦, 等. 基于氮平衡的盐城市畜禽养殖环境承载力分析[J]. 生态科学, 2019, 38(4): 169-177.

ZOU Chenxin, ZHAO Dongping, XU Xinyue, et al. Analysis of environmental carrying capacity of livestock and poultry breeding in Yancheng City based on nitrogen balance[J]. Ecological Science, 2019, 38(4): 169-177.