山西省运城市近五年畜禽粪污土地承载力分析

屈 博 ,常新建,原朝杨,王 祎

(1.运城市农业农村局,山西 运城 044000;2.运城市畜牧兽医发展中心)

2022年中央一号文件明确提出“要推进农业农村绿色发展,加强农业面源污染综合治理,加强畜禽粪污资源化利用”。我国畜牧业蓬勃发展,自2015年以来,全国逐步推动“南猪北养”,在此大背景下,山西省运城市迎来了生猪产业的快速发展期,同时带来的是环保压力的不断增加。据统计,2017年我国畜禽粪污产量约38亿t,处理与利用率不高,仅为60%,2021年有所下降,但产量仍高达30.5亿t,畜禽粪污已位居农业面源污染首位,如果处置不当,将会严重破坏农村人居环境,严重限制畜牧业的健康发展。畜禽粪污是“没有放对位置的资源”,目前全国各地均在研究有效的无害化处理和资源化利用模式,如固液分离模式、全量收集利用模式,研究发现,施肥还田是目前最绿色经济的利用方式。而还田利用的关键是要保持一定区域内畜禽粪污产生量与土地承载力的平衡,如果一定区域内畜禽粪污排泄量大于土地承载力,就会对该区域环境造成破坏,甚至会造成土壤板结、地下和地表水水体污染等环境污染问题。本研究以山西省运城市统计年鉴中主要农作物(粮食、水果、蔬菜)产量和主要畜禽(猪、牛、羊、禽类)年末存栏量等数据资料,结合农业农村部制定发布的《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》(以下简称测算指南),分析测算运城市近五年来的主要农作物粪肥养分的需求量、主要畜禽(猪、牛、羊、禽类)年末存栏量折算出的猪当量和同等年份的耕地粪污最大承载力,根据测算结果,进一步分析运城市耕地粪污承载力与主要畜禽(猪、牛、羊、禽类)年末存栏量折算出的猪当量之间的大小关系,从而来判断运城耕地粪污承载力的健康运行情况,为推动全市畜禽粪污资源化利用,科学开展以种定养和优化养殖结构和养殖规模提供理论参考。

1 研究区域概况

运城,位于山西省西南部,汾渭平原核心地带,境内平原、丘陵台地等地形资源丰富,土壤肥沃、四季分明,耕地面积为3.92万hm2左右,年平均气温13.3℃,降水量为510.7 mm,日照2188.8 h,无霜期188～238 d。近年来,粮食产量在265万t以上,是山西省的农业大市、果业大市、畜牧大市,近年来现代农业蓬勃发展,已探索出一条高质量高速度的发展道路。

1.1 近五年运城市种植业现状

近五年运城市主要农作物产量如表1所示。由表1可知,2016～2020年,运城市玉米、小麦、大豆、谷子、马铃薯、蔬菜、水果等主要农作物产量虽有波动,但总体保持稳中有增的态势。2020年,除大豆以外,运城市主要农作物产量均比2016年有所增加,其中,小麦增产7.1万t,玉米增产10.7万t,谷子增产0.15万t,马铃薯增产0.26万t;蔬菜、水果增幅较大,分别增产26.2万t、46.6万t;大豆有所下降,减少0.42万t。

表1 运城市近五年主要农作物的产量 t

1.2 近五年运城市畜牧业现状

运城市近五年主要畜禽年存栏量如表2所示。由表2可知,2016～2020年,运城市牛、羊、家禽的存栏量波动不大,总体保持稳中有增的趋势,2020年运城市牛、羊、家禽存栏量较2016年分别增加0.3万头、4.04万只和479.31万只;但生猪存栏量波动较大,2017年生猪存栏较2016年降幅较大,主要是因为2017年受国家禁限养区划定最后时限影响,运城地区搬迁和关闭猪场的力度较大,导致生猪出栏量持续下滑。2018年,牧原、温氏、大象农牧等国内大型生猪养殖企业,在运城大规模投资建场,推动运城生猪存栏数显著增加;但受2018年后半年爆发的非洲猪瘟疫情影响,2019年运城市生猪存栏数下滑严重,至2020年才有所回升。

表2 运城市近五年主要畜禽年存栏量 万头,万只

运城市近五年主要畜禽年末出栏量如表3所示。由表3可知,与2016年相比,2020年运城市生猪、牛、羊出栏量总体保持稳定,其中生猪、牛的出栏量有所增长,分别增长5.25万头、0.21万头;羊出栏量有所下降,减少2.85万只。

表3 运城市近五年主要畜禽年末出栏量 万头,万只

2 运城市近五年主要农作物总养分需求分析

2.1 计算方法

根据2016～2020年运城市统计的粮食、蔬菜、水果等主要农作物的产量数据和农业部公布的《测算指南》给出的主要农作物产生100 kg 产量的氮磷吸收量推荐值(具体见表4),计算出运城市2016～2020年主要农作物总养分需求量,计算方法见公式(1):

表4 主要农作物100 kg产量的氮磷吸收量推荐值

Ytotal= ∑Xi×Ai× 10-2

(1)

其中:Ytotal为运城市主要农作物总养分需求量,t;Xi为运城市第i种主要农作物的产量,t;Ai为第i种主要农作物生产100 kg 时吸收的 氮(磷)素量,kg·100 kg-1。

2.2 运城市主要农作物总养分需求

主要农作物产生100 kg产量的氮磷吸收量推荐值如表4所示。

根据表1和表4中的数据,使用公式(1)可计算出运城市2016～2020年农作物总氮和总磷养分的需求量。经过计算,氮素养分的总需求量分别为:9.10万t、8.92万t、8.56万t、9.02万t、9.65 万t;磷素养分的总需求量分别为:2.30万t、2.28万t、2.22万t、2.30万t、2.45万t。虽然2016～2020年,五年间氮素(磷素)养分的总需求量有所波动,但总体上比较稳定,彼此间的差距不大,且变化趋势与运城市主要农作物产量的变化趋势保持一致,具体见图1。

图1 2016-2020年运城市主要农作物总产量的养分需求量

2.3 运城市主要农作物粪肥氮(磷)养分需求量

根据《测算指南》给出的计算方法,对运城市主要农作物粪肥氮(磷)养分需求量进行计算。具体计算方法见公式(2):

(2)

Mtotal为运城市主要农作物粪肥氮(磷)养分需求量,t;Ytotal为运城市主要农作物总养分需求量,t;α为土壤中施肥所提供的养分在农作物总养分需求中的占比,%;k为农田土壤粪肥施用量在所有施用肥料中占有的比例,%;β为农田土壤中粪肥(主要是氮、磷素)的当季吸收利用效率。

不同地区的氮(磷)施肥提供农作物所需养分的占比要根据当地的土壤肥力来决定,参考表5中的施肥占比推荐值和已有研究结果,本研究中运城地区的土壤肥力水平采用Ⅱ级作为参考值,本文中α 取值为45%。根据对运城本地20家种粮大户调研和咨询农业专家,发现运城地区粪肥施用占施肥总量的一半左右,本文k取值为50%。农业部发布的《测算指南》中粪肥里的氮素、磷素当季吸收利用效率的推荐值分别为25%～30%、30%～35%,本文中采用均值来计算,β分别取值为:27.5%和32.5%。

表5 土壤不同氮磷养分水平下施肥供给养分占比推荐值

由图1和表5数据,按照公式(2)可计算出,运城市2016～2020年农作物粪肥中氮(磷)总养分需求量,粪肥中氮素养分的总需求量分别为:7.45万t、7.3万t、7万t、7.38万t、7.9 万t;粪肥中磷素养分的总需求量分别为:1.59万t、1.58万t、1.54万t、1.59万t、1.7万t。具体见图2。

图2 2016年-2020年运城市主要农作物粪肥氮(磷)总养分需求量

3 运城市近五年耕地粪污承载力分析

3.1 计算方法

畜禽粪污的土地承载能力,常用猪当量来进行测算。根据农业部发布的《测算指南》,及已有研究成果,去掉畜禽粪污养分从产生到施肥过程中的各类损耗,1个猪当量可提供7.0 kg的氮素养分和1.2 kg的磷素养分。区域耕地粪污承载力计算方法见公式(3):

(3)

Ntotal为区域耕地粪污承载力;Mtotal为运城市主要农作物粪肥氮(磷)养分需求量,t;θ为1个猪当量可提供的氮(磷)养分量,kg。

3.2 运城市耕地粪污承载力

由表2和公式(3)可计算出,2016～2020年运城市耕地粪污承载力,其中,耕地粪污承载力(氮)总数分别为:1 063.67万个猪当量、1 042.83万个猪当量、1 000.12万个猪当量、1 053.73万个猪当量、1 128.14万个猪当量;耕地粪污承载力(磷)总数分别为:1 326.14万个猪当量、1 315.47万个猪当量、1 280.22万个猪当量、1 327.34万个猪当量、1 413.81万个猪当量。具体见图3。

图3 2016-2020年运城市耕地粪污承载力

由图3可以看出,按照氮素、磷素分别计算出的2016～2020年运城市耕地粪污承载力存在较大差距,五年间按照氮计算出的耕地粪污承载力均小于按照磷计算出的数值,取二者中的最小值,可以得出运城市近五年耕地粪污承载力取决于氮素的承载力,分别为:1 063.67万个猪当量、1 042.83万个猪当量、1 000.12万个猪当量、1 053.73万个猪当量、1 128.14万个猪当量。

4 运城市近五年主要畜禽年末存栏量猪当量分析

猪当量,是用来指示 畜 禽排出的粪污中氮、磷含量的 度量 单 位,1头猪可标识为1个猪当量。1个 猪 当量可排放出11 kg的氮素、可排放出1.65 kg的磷素。以畜禽(羊、牛、家禽)存栏量来折算的比例为:100头猪可折算为2 500只家禽、250只羊、30头肉牛和15头奶牛。运城是畜牧大市,主要畜牧业以猪、鸡、牛、羊为主,梅花鹿、驴、鸽子等养殖量较小,本文不予考虑,仅以运城市养殖规模较大的猪、鸡、牛、羊4种畜禽为研究对象。由表2数据和《测算指南》给出的折算比例,可计算出2016～2020年运城市主要畜禽(猪、牛、羊、家禽)年末的存栏量猪当量,分别为:267.18万个猪当量、239.90万个猪当量、259.19万个猪当量、248.91万个猪当量、288.40万个猪当量。具体见图4。

图4 2016年-2020年运城市主要畜禽年末存栏量猪当量

5 运城市近五年耕地粪污承载力分析

从统计数据可知,2021年运城市水果面积166 000 hm2,年产量605万t,分别占山西省的42.78%和65.76%。蔬菜播种面积51 333.3hm2,总产量229万t,蔬菜面积和产量占全省的23%,居全省首位。鉴于运城水果、蔬菜巨大的体量,本研究在充分考虑运城地区58 666.7 hm2多主要粮食作物对对畜禽粪污的消纳能力的同时,尽可能的把运城地区具有优势的水果、蔬菜产业也纳入到分析运城地区耕地的畜禽粪污土地承载能力的范围之内。通过对运城市耕地粪污承载力和主要畜禽(猪、牛、羊、家禽)年末存栏量的猪当量进行比较分析,来判断运城市耕地粪污承载力的情况。经分析比较可知,2016～2020年,运城市耕地粪污承载力均高于主要畜禽年末存栏量猪当量,平均高出4倍左右,说明运城市耕地粪污承载力在可承受的范围之内,且有机肥供给不足,畜牧业仍具有较大的发展空间,具体见图5。

图5 2016年-2020年运城市耕地粪污承载力与主要畜禽年末存栏量猪当量

6 结论

(1)运城市耕地粪污承载力总体保持稳定,2016～2020年全市耕地粪污承载力分别为:1 063.67万个猪当量、1 042.83万个猪当量、1 000.12万个猪当量、1 053.73万个猪当量、1 128.14万个猪当量。(2)运城市主要畜禽年末存栏量猪当量虽有波动,但总体保持稳定态势,2016年-2020年运城市主要畜禽年末存栏量猪当量分别为:267.18万个猪当量、239.90万个猪当量、259.19万个猪当量、248.91万个猪当量、288.40万个猪当量。(3)运城市耕地粪污承载力远高于主要畜禽年末存栏量猪当量,全市的畜禽粪污能够完全在本市域内进行消纳,运城市耕地粪污承载力在可承受的范围之内,且畜牧业仍具有较大的发展空间。(4)运城市耕地粪污承载力为1 000万个猪当量左右,在以后的畜牧业发展中运城市可参考这一数值,来布局本市域内畜牧业产业结构。同时,运城市要加大畜禽粪污无害化处理配套设施的建设,提高配套率,提升畜禽粪污的高水平资源化开发利用;要合理布局,科学规划畜牧业发展格局,尽可能的避免畜禽粪污在局部范围内的超载情况出现,大力推广“粪污专业化能源利用”、“粪污全量收集还田”和“污水肥料化利用”等模式;坚持走绿色循环发展道路,在耕地粪污承载力的可承受的范围之内,持续推动畜牧业健康绿色高质量发展。