唐小军, 樊战辉, 孙家宾, 杨 琴, 朱顺熙, 罗文倩
(1.四川省生态环境科学研究院, 成都 610041; 2.成都市农林科学院, 成都 611130)
成都市推进城乡统筹以来,农业农村经济发展成效显著,畜禽养殖规模化快速发展[1],为了确保本地养殖业健康发展,必须以环境容量为基准,以循环利用为基本立足点,坚持以地定畜,控制养殖总量的原则,即一个地区畜禽养殖量不能超过这个地区土壤的承载能力,因此有关耕地畜禽粪便承载力评价和适宜养殖量的研究就显得十分必要。文章通过2016年成都市畜禽养殖量、耕地面积等相关统计数据,分析评价了2016年成都市耕地畜禽粪便承载力和畜禽养殖环境容量,为寻求经济有效、方便可行的综合利用和污染处置方法提供指导和数据支撑。
西南地区一直是我国传统的生猪养殖优势区域,成都市更是该地区的生猪养殖传统大市。
2016年末成都市农林牧渔业总产值841.254亿元,实有耕地面积52.96万hm2,粮食总产量290.436万吨,肉类总产量78.35万吨,农民人均可支配收入18605元 比去年增加9.4%[2]。但目前成都市养殖业也存在以下问题:
(1)规模化养殖发展迅速,畜禽产生的粪尿等排泄物数量明显增多且集中,其处理却相对落后;
(2)养殖业种植业严重脱节,打破了传统的“畜-肥-粮”生态平衡系统;
(3)环境管理政策滞后,缺乏畜禽养殖污染防治的相关政策;
(4)兽药、饲料添加剂使用不当,抗生素、激素、金属微量元素等残留对环境造成污染。
依据成都市2017年统计年鉴[2],2016年成都市各区市县有效消纳畜禽粪便的耕地面积、各类畜禽出栏量如表1和表2所示(文章数据只包含允许养殖的区市县,不包括中心城区)。
表1 成都市各区市县耕地面积及农作物产量情况 (t)
表2 成都市各区市县养殖情况
1.3.1 单位耕地面积畜禽粪便承载力
耕地畜禽粪便承载力是指特定地理区域消纳畜禽粪便的能力,一般用土壤对畜禽粪便的负荷量来表示。畜禽粪便负荷量指单位面积耕地所负荷的畜禽粪便量,其计算公式如下:
q=(1-L)×Ntotal/S
式中:q为耕地畜禽粪便负荷量(以氮计),kg·hm-1;Ntotal为区域内所有养殖动物粪便的总氮量,kg;S为区域总耕地面积,公顷;L为畜禽粪便流失率,一般畜禽粪便流失率为30%~40%,为了尽量降低环境污染的风险,本研究按流失率30%计。
畜禽粪便年排泄量通过下式计算:
Ni=Ci×Di×10-3
式中:Ni为区域内第i种动物粪便的总氮量,kg·头(只)-1;Ci为第i种动物粪便排泄系数,kg·d-1头-1;Di为第i种动物饲养周期,天,其中猪的生长期平均为199 d,牛为365 d,羊为180 d,禽类210 d[3]。由于不同畜禽种类之间粪便肥效差异较大,故将各种畜禽粪便按粪中氮的含量统一换算成猪粪当量,基于氮的折算系数为:1头猪=0.074头牛=1.98只羊=62.64只禽类=28.2只兔[4]。
Ntotal=∑Ni×Pi
式中:Ntotal为区域内所有养殖动物粪便的总氮量,kg;Pi为区域内第i种动物的养殖量,头(只)。
1.3.2 单位耕地面积作物养分需求量
因此本文假设作物生长需氮量完全来自畜禽粪便,即将作物总需氮量视为作物所需畜禽粪便最大供氮量:
Atotal=∑yi×ai×10-2
式中:Atotal为区域内各种作物总产量下需要吸收的氮素量,t;yi为区域内第i种作物总产量,t;ai为第i种作物收获100千克产量吸收的氮素量,kg·100kg-1,主要作物吸收氮素量见表3[4]。
表3 主要作物100千克产量需氮量
(kg·100kg-1)
作物总氮素需求量除以该地区的总耕地面积,得到单位耕地面积作物养分需求量:
Na=Atotal×1000/S
式中:Na为单位耕地面积作物养分需求量,kg·hm-1;At为区域内各种作物总产量下需要吸收的氮素量,t;S为区域总耕地面积,hm。
1.3.3 耕地畜禽粪便承载力的风险评价
耕地畜禽粪便承载力的风险评价主要通过预警值来体现(见表4)。其计算公式如下:
r=q/Na
式中:r为耕地畜禽粪便承载力预警值;q为耕地畜禽粪便负荷量(以氮计),(kg·hm-1);Na为单位耕地面积作物养分需求量,(kg·hm-1)。
研究表明,区域畜禽污染物负荷量程度警报值与环境承受程度呈反比,即随着数值的增大,环境对畜禽粪便负荷量承受能力逐渐降低,畜禽粪便对环境造成的污染威胁性越大[5]。
表4 畜禽粪便承载力预警值分级标准[4]
1.3.4 畜禽养殖环境容量
畜禽养殖环境容量是指在一定区域范围内,环境所能承受的畜禽养殖数量。耕地畜禽最大承载量是一个地区耕地畜禽养殖容量的最大值。由于不同畜禽个体之间存在差异,为了减少计算偏差,本研究以猪标准动物来表示,计算公式如下:
Qmax=Atotal×1000/Np
式中:Qmax为耕地畜禽最大承载量,头;Atotal为区域内各种作物总产量下需要吸收的氮素量,t;Np为猪粪便的总氮量,kg·头(只)-1。
由表5可知,2016年成都市耕地畜禽粪便承载力的预警值均值为0.378,级数为Ⅰ级,说明畜禽粪便未对成都市的环境造成污染;耕地畜禽粪便承载力的预警值高于全市平均值的有8个区市县,分别是温江区、金堂县、大邑县、蒲江县、新津县、邛崃市、崇州市、简阳市,最高的是蒲江县0.620,等级为Ⅱ级,即畜禽粪便对环境稍有污染,其余各区市县均在0.4以下,级数均为Ⅰ级,均未对环境造成污染。
表5 成都市各区市县畜禽粪便承载力风险评价表
2016年成都市现有畜禽饲养量为1132.86万头猪标准动物,剩余饲养容量为1138.80万头。各区市县中剩余饲养容量最大的是彭州市(188.33万头猪标准动物),其次是新都区(135.17万头猪标准动物)和简阳市(132.86万头猪标准动物);最小的是温江区(1.60万头猪标准动物)(见表6)。
表6 成都市各区市县养殖承载量
成都市畜禽养殖环境承载力以氮计分别为每公顷18.33头猪当量,这意味着成都市平均每公顷耕地,理论上每年最多可以消纳18头生猪养殖产生的粪便。杨飞[6]等的研究结果表明,当前我国平均耕地面积的畜禽氮污染负荷达到138.13 kg·hm-1(相当于每公顷30.63头猪当量),其中四川省为292.81 kg·hm-1(相当于每公顷64.92头猪当量)。武兰芳[7]等根据养分平衡理论,分析得到山东禹城耕地年最大承载容量以氮计分别为每公顷13.8头猪当,湖南桃源分别为每公顷14.6头猪当量;彭荔红[8]等的研究结果显示福建莆田市农用地年最大承载容量以氮为每公顷14.97头猪当量。潘瑜春[9]等在综述欧洲和国内研究的基础上,确定耕地畜禽养殖承载限量标准以氮计为每公顷44.34头猪当量,这表明成都市畜禽养殖污染负荷在全国及全省范围内相对较低。
最大畜禽养殖容量是在成都市各区市县2016年作物种植结构、面积和产量的基础上,根据营养平衡法,以氮为标准,有可能会导致土壤中磷的富集,从而导致富营养化,故在实际应用过程中不应忽视磷的作用。本试验结果表明,成都市最大畜禽养殖量为1140.74万头猪标准动物,这是在成都市有机肥施用于作物的量占总肥源比率为100%前提下得出来,如果在实际生产中畜禽粪便还田利用的比例低于100%,就意味着成都市最大畜禽养殖容量和剩余养殖容量会随之降低[10]。
可以从以下几方面来提高养殖畜禽粪便的利用率:
首先,积极推广规范化标准化养殖场的建立,采取有利于环境保护的圈舍设计、粪污清理方式、粪污处置方式等,减少污染物的产生。鼓励采用雨污分流、干湿分离等。
其次,与种植业紧密结合,根据周边消纳畜禽粪便的土地面积来科学规划养殖规模大小,优化其畜禽养殖的产业结构,从而减少畜禽粪污的排放,积极发展种养结合循环农业,走生态、有机农业发展之路。
最后,支持畜禽粪便处理体系的建立,对将畜禽粪便资源化利用的养殖业主提供资金、技术支持和税收优惠,定期对相关技术人员进行培训与实践指导工作,使得畜禽粪便能规范安全。