麻城市畜禽粪污对主要作物氮磷供给潜能及环境的影响

管鹏鹏，屈佳君，鲍五洲，胡红卫，马自波，詹 冬，王瑞芳，常艳勤

（1.麻城市农业技术推广中心，湖北麻城 438300；2.麻城市农业农村局，湖北麻城 438300）

麻城市位于东经114°40′—115°28′，北纬30°52′—31°36′，地处湖北省东北部，鄂豫皖三省交界处［1］，是全国产粮大县、生猪调出大县和畜牧大县，主要种植水稻、小麦、蔬菜、油料等作物，养殖生猪、牛羊、家禽等，农业废弃物资源丰富，包括农作物残茬、秸秆、畜禽粪污和林木废弃物，其中畜禽粪污是麻城市最主要的农业废弃物资源。研究表明，畜禽粪污是优质的有机肥来源，能增加土地有机质含量，含有丰富的有机物、氮、磷等营养元素，能为作物生长供给所需的营养［2，3］，有提供氮、磷养分的潜势［4，5］，但大量的畜禽粪污若不经处理随意排放，会破坏生态平衡，污染环境［2，6］，造成面源污染。同时，由于种植业与养殖业缺乏协调规划，“种养分离”日趋明显，影响了种养系统间物质循环利用［7］，导致区域内畜禽粪便空间上不均衡，造成区域土壤和水体氮、磷污染［8］。麻城市作为农业种养大县、全国畜禽粪污资源量大县和全国绿色种养循环农业试点县，对该区域作物施肥量、施肥方式的研究比较集中，而对农业废弃物资源化利用和环境污染方面的研究甚少，因此，探究麻城市农业废弃物资源的科学合理利用至关重要，也势在必行。

统计2017—2019 年3 年相关数据的平均数作为数据，分析了麻城市主要作物氮、磷养分的需求量、畜禽粪污氮、磷养分的排泄量和供给量及畜禽粪污氮、磷环境污染预警值，旨在初步探明麻城市畜禽粪污对主要作物氮、磷供给潜能及环境的影响，意在为当地优化农业种养产业结构和功能分区、推进农业资源综合利用和化肥农药减量增效提供参考依据和决策支持。

1 材料与方法

1.1 数据采集

作物种植面积和总产量、畜禽存栏数据来源于2018 年和2019 年《麻城统计年鉴》［9，10］。

1.2 分析方法

1.2.1 区域作物氮、磷养分需求量 区域内各种农作物的氮、磷养分需求量，按照区域植物养分需求量［11］计算。

式中，单位产量养分需求量为各类植物形成100 kg产量需要吸收的氮、磷量，计算参数见表1。

表1 各类植物形成100 kg 产量需要吸收的氮、磷量参数

1.2.2 区域畜禽粪污氮、磷排泄量 区域内各类畜禽粪污氮、磷排泄量，按猪当量折算标准和1 个猪当量氮磷排泄量［11］计算。

式中，猪当量指用于衡量畜禽氮（磷）排泄量的度量单位，即1 头猪为1 个猪当量；1 个猪当量的年氮、磷排泄量参照《畜禽粪便还田技术规范》［13］《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》［11］、付敏等［14］推荐值和研究成果，综合取《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》［11］中的推荐值，即1 个猪当量的年氮排泄量为11 kg，磷排泄量为1.65 kg；猪当量折算［11，13］按存栏量折算，100 头猪相当于15 头奶牛、30 头肉牛、250 只羊、2 500 羽家禽。

1.2.3 区域畜禽粪污氮、磷供给量 区域内各类畜禽粪污氮、磷供给量，按猪当量折算标准和单位猪当量氮、磷养分供给量［11］计算。

式中，单位猪当量氮养分供给量为7.0 kg，单位猪当量磷养分供给量为1.2 kg。

1.2.4 区域畜禽粪污环境污染预警值（R） 区域畜禽粪污环境污染预警值（R）参照国家环境总局［15］、王恩玲等［12］、杜娟等［16］研究方法，用区域畜禽粪污氮（磷）排泄量与区域植物氮（磷）养分需求量比值表示（不考虑化肥）。

式中，R为区域畜禽粪污环境污染预警值，NQ（PQ）为区域畜禽粪污氮（磷）排泄量，NZ（PZ）为区域植物氮（磷）养分需求量。R值越小，说明该区域耕地对畜禽粪污的承受力越强。污染程度的判断标准参照王恩玲等［12］畜禽粪污环境污染预警区间及对环境的影响判断标准（表2）。当R≤0.4 时，畜禽粪污可完全被所在区域耕地消纳，不会造成环境污染，当R≥2.5 时，畜禽粪污对所在区域耕地造成极大污染。

表2 畜禽粪污环境污染预警区间及对环境的影响

2 结果与分析

2.1 主要作物氮、磷养分需求量分析

以各类植物形成100 kg 产量需要吸收氮、磷量为植物单位产量氮磷需求（表1），根据区域植物氮（磷）养分需求量计算，麻城市主要作物总产量为110.117 433万t，主要作物氮总需求量为18 032.56 t，磷总需求量为4 473.10 t，氮总需求量是磷总需求量的4 倍多（表3）。从氮需求量看，水稻和油料氮需求量较高，分别为7 350.89 和6 703.43 t，分别占总氮需求量的40.76%和37.17%。蔬菜次之，需求量为2 446.03 t、占总氮需求量的13.56%；从磷需求看，水稻需求量最高，为2 673.05 t、占总磷需求量的59.76%；蔬菜和油料次之且需求相当，分别为604.87和826.97 t。麻城市主要作物氮、磷需求量主要集中在水稻、油料和蔬菜，3 种作物氮需求量占总需求量的91.49%、磷需求量占总需求量的91.77%。氮、磷需求量均表现为大田作物>经济作物>蔬菜>果树，主要作物氮、磷需求量均表现为水稻>油料>蔬菜>其他。

表3 麻城市主要作物氮、磷养分需求量

2.2 畜禽粪污氮、磷养分排泄量和供给量及对主要作物养分供给潜能分析

基于猪当量衡量折算，麻城市主要畜禽生猪、家禽、肉牛、奶牛和山羊合计存量为815.235 3 万头（只），相当于125.374 3 万个猪当量（表4），其中，肉牛最高，相当于45.874 3 万个猪当量，生猪次之，为43.525 0 万个猪当量，家禽为29.495 2 万个猪当量、奶牛为56 913 个猪当量，山羊最小，相当于7 885 个猪当量。畜禽氮、磷排泄总量分别为13 791.17 和2 068.68 t，供给总量分别为8 776.2 和1 504.49 t，氮磷排泄、供给量均为肉牛>生猪>家禽>奶牛>山羊，其中，肉牛氮、磷排泄量分别为5 046.17和756.93 t，供给量分别为3 211.2 和550.49 t，均占总排泄、供给量的36.59%；生猪氮、磷排泄量分别为4 787.75 和718.16 t，供给量分别为3 046.75 和522.30 t，均占总排泄、供给量的34.72%。从表5 分析看，畜禽与作物的氮、磷供需比为48.67%和33.64%，其中，肉牛供给量最大，氮、磷供需占比分别为17.81%和12.31%，其次为生猪，氮、磷供需占比分别为16.90%和11.68%，家禽氮、磷供需占比分别为11.45%和7.91%，奶牛和山羊氮、磷供需占比均低于2.5%。

表4 麻城市畜禽粪污氮、磷排泄量和供给量

表5 麻城市畜禽粪污氮、磷供给与主要作物氮、磷需求比

2.3 畜禽粪污对环境影响分析

由式（5）可得，麻城市畜禽粪污氮、磷环境污染预警值R（N）和R（P）分别为0.76 和0.46（表6），由表2 可知，R（N）0.76 在0.7～1.0，R（P）0.46 在0.4～0.7，说明麻城市畜禽粪污排放对环境有影响。从畜禽种类看，生猪、家禽、肉牛、奶牛和山羊的预警值均为R＜0.4，可见单个畜禽粪污排放物对环境没有影响，不会造成污染；其中生猪、家禽和肉牛的R值较高，R（N）两两加和值分别为0.45、0.46 和0.55，R（N）和R（P）值三者加和分别为0.73 和0.44，可见麻城市生猪、家禽和肉牛混养时R值在0.4～1.0，且三者加和的R（N）和R（P）对畜禽总R（N）和总R（P）的贡献率分别达96.05%和95.65%，说明麻城市畜禽主要污染源为生猪、家禽和肉牛，畜禽粪污排泄的氮素对环境表现为有影响、磷素表现为稍有影响。

表6 麻城市畜禽粪污氮、磷环境污染预警值

3 小结与讨论

麻城市主要作物年产量为110 万t 左右，主要作物氮、磷总需求量分别为18 032.56 和4 473.10 t，其中，水稻、蔬菜和油料三者总产量占全域主要作物总产量的96.2%，三者氮磷总需求量占比91.49%左右，说明水稻、蔬菜和油料是麻城市最主要农作物，也是氮和磷需求最主要作物；畜禽粪污排泄的氮、磷环境污染预警值分别为0.76 和0.46，在预警区间值0.7～1.0 和0.4～0.7，说明当畜禽粪污不经过处理随意排泄时，排泄的氮和磷对所在区域环境分别表现为有影响和稍有影响，麻城市不经处置随意排放的畜禽粪污中氮、磷不能被耕地作物完全消纳，导致轻微的氮、磷环境污染，Zubair 等［2］和王方浩等［7］研究表明畜禽粪污随意排泄会导致所在区域环境污染。如果排泄的粪污通过科学方式处理综合利用，不仅可为麻城市主要作物提供总氮、磷需求量的30%～50%，而且剩余的畜禽粪污氮、磷环境污染预警值R（N/P）远小于0.4，说明经处理综合利用后畜禽粪污可完全被所在区域耕地消纳，不会对所在区域环境造成污染。另外，生猪、家禽和肉牛排泄粪污中氮、磷量占畜禽排泄总氮、磷量的94.8%，说明生猪、家禽和肉牛为麻城市最主要的畜禽粪污氮、磷排泄源，也是麻城市重要的农业面源污染源。说明麻城市在农业生产过程中要优化平衡种植业水稻、蔬菜、油料产业与养殖业生猪、家禽、肉牛产业之间的功能分区和生产结构。