以氮养分平衡为基础分析评价雅安市畜禽粪污土地承载力

欧阳爽 周毅* 王毅 杨富垒 骆琴 任巧娴

（1.雅安市荥经生态环境监测站，四川 雅安 625200；2.雅安市农业农村局，四川 雅安 625200）

1 引言

2000 年以来，我国生猪养殖业从业人员队伍逐渐壮大，生猪养殖数量也日益增加，全国生猪年出栏量由2000 年的5.19 亿头上升到2021 年的6.71 亿头，随着养殖数量的增加，其产生的污染也已逐渐占据我国农村面源污染主要位置［1］；第三次全国农业普查数据显示，全国62.9%生猪养殖场养殖规模在年出栏200 头及以上，生猪养殖规模化率大幅提高［2］，全国各地明显加快了畜牧业优质发展速度，生态循环的种养模式也在各地逐渐铺开，以粪肥还田利用为枢纽，加快畜禽粪便集中处理，系统推进面源污染防治、耕地质量提升，有助于实现畜禽粪污由“治”向“用”的转变，为进一步推动生态环境高水平保护和畜牧业绿色高质量发展夯实基础。

雅安市位于四川省中部，全市面积15046km2，现辖名山区、汉源县、雨城区、天全县、荥经县、石棉县、宝兴县、芦山县。全市生猪年末存栏量由2016 年的85.27 万头上升到2021 年的96.98 万头，畜牧业总产值由2016 年48.54 亿元上升到2021 年的58.59亿元，全市畜禽养殖业整体呈现上升态势。本文从土地承载力的角度，以区域植物粪肥需求量来进行分析测算，推算出雅安市及各县区养殖量理论阈值。

2 雅安市畜禽养殖情况

2021 年，全市牛出栏5.5 万头，较上年下降2.8%，牛存栏11 万头，同比下降9.8%；生猪出栏131.3 万头，同比上升21.1%，生猪存栏97.0 万头，同比上升24.0%；羊出栏22.8 万只，同比下降1.4%，羊存栏17.3 万只，同比下降1.5%；兔出栏188.4 万只，较上年下降50.5%，兔存栏77.2 万只，同比下降50.1%；活家禽出栏730.0 万只，同比减少0.1%，活家禽存栏776.6 万只，同比增长15.3%［3］。

经统计，全市共有畜禽养殖场（户）12 533 户，其中包括191 户畜禽规模化养殖场，汉源县、雨城区、名山区和石棉县畜禽养殖场较多。畜禽规模化养殖场以生猪养殖为主，其次是肉牛养殖，其中，规模化生猪养殖场主要分布在雨城区，共62 家，占比32.5%；规模化肉牛养殖场主要集中在石棉县，占比42.8%。畜禽养殖（专业）户养殖以生猪养殖为主，其次是牛类养殖。其中，生猪养殖（专业）户主要分布在名山区，占比47.7%；肉牛养殖（专业）户主要分布在汉源县，占比56.6%；奶牛养殖（专业）户主要分布在雨城区，占比74.0%。2021 年年末雅安市各县区畜禽养殖存栏量见表1。

表1 2021 年年末雅安市各县区畜禽养殖存栏量［3］

3 雅安市种植业情况

2021 年，全年共栽种粮食作物697.33 km2，同比增加0.6%。栽种经济作物494.67 km2，同比增加2.5%，其中，栽种糖料0.01 km2，与上年持平；栽种中草药材80.67 km2，同比增加5.6%；栽种油料78 km2，比上年增加0.3%；栽种蔬菜及食用菌320 km2，同比增加2.4%。全年共收获粮食36.7 万t，同比增加1.6%；收获油料1.5 万t，同比增加0.9%；收获糖料13 t，与上年产量相比无变化；收获中草药材3.1 万t，同比增加16.2%；收获蔬菜及食用菌77.2 万t，同比增加3.9%［3］。2021 年雅安市各县区作物产量见表2。根据农业部办公厅印发的《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》（以下简称《指南》），综合考虑雅安市经济作物、蔬菜、大田作物、水果等实际产量水平，以及测算数据的完整性和代表性，选取茶叶、玉米、马铃薯、小麦、桃子、柑橘、水稻、黄瓜、大豆、油料等20 种农作物进行核算，其余未列明作物选择最低系数进行保守测算［4］。

表2 2021 年雅安市各县区作物产量［3］t

4 雅安市畜禽养殖粪污情况

雅安市生态环境局公布的《雅安市第二次全国污染源普查公报》数据显示，雅安市农业源水污染物COD，NH3－N，TN，TP 排放量分别为9 718.69，171.35，1 433.57，199.77 t，其中畜禽养殖业中对应各项污染物排放量分别为9 526.14，86.00，597.72，107.56 t，分别占农业源水污染物比例为98.02%，50.19%，41.69%，53.84%［5］。可见农业源水污染物中COD 主要来自畜禽养殖污染，NH3－N，TN，TP 等污染物畜禽养殖业排放比例占50%左右。

4.1 畜禽粪便产生情况

饲养周期与畜禽粪便日排泄系数、畜禽饲养量的乘积即为畜禽粪便产生量［6］，畜禽粪便日排泄系数见表3。

表3 畜禽粪便日排泄系数［6－8］

按照雅安当地养殖规律，生猪平均每半年出一栏，以其年出栏量作为饲养量进行估算；羊、牛饲养周期一般超过一年，以365 d 进行估算，以其年底存栏量为饲养量进行估算；活禽多以鸡为主，以鸡日排泄系数进行估算，其平均饲养周期为90 d，其饲养量为年出栏量；根据畜禽粪便产生量的计算公式，即可估算出全市畜禽养殖粪便产生量为147.569 万t，尿液产生量为123.603 万t。其中，粪便产生量最高的是汉源县，其次为名山区、宝兴县、雨城区、石棉县、天全县、荥经县，最低的是芦山县，具体情况见表4。

表4 2021 年雅安市各县区畜禽粪便及尿液产生量

4.2 畜禽粪便利用情况

雅安市畜禽养殖污染防治以规模养殖场为主、以散户养殖为辅，以农田有机肥为主要利用方向，采用生物发酵和沼气等处理方式，从源头上遏制污染物的排放，过程上加强治理设施的监管，末端上深化粪污的综合利用。同时按照畜禽养殖行业污染防治相关规定，要求新建养殖场污染治理设施的建设、竣工、使用均须与主体工程同时进行，目前全市规模化畜禽养殖场均配套污染治理设施。

根据农业部门相关数据，雅安地区主要采用水泡粪、干清粪、水冲粪3 种清粪工艺，大多数养殖场固体粪污仍以传统的堆沤发酵还田为主，也有部分畜禽养殖场将畜禽粪便直接对外售卖或交由第三方处理；液体粪污经处理后还田利用，也有部分用于农林业灌溉或场内回用。其中雨城区大多养殖户均建有粪污储存设施，规模养殖场产生的粪污主要用于茶地、蔬菜地等；名山区在畜禽规模养殖场粪污收集和处理方面仍以轻简化技术为主，清粪方式主要为干清粪，部分采用漏缝地板自动清粪，专业户畜禽粪污经固液分离后，固体成分暂存粪污沼渣贮存间，定期外运外售第三方，尿液等进入粪污处理站，处理后再次对周边农田和茶园进行灌溉；汉源县大多养殖场（户）均与当地种植户签订了粪污综合利用协议，部分小型养殖场将粪污干湿分离后，液体粪污通过储液池沉淀发酵处理后作为肥料进行综合利用；固体粪污在储粪场中堆积发酵成有机肥后，用于种植粮食、果树、蔬菜等；宝兴县多采用“堆粪棚＋预处理池＋沼气池＋沼液储存池”的粪污收集处理方式，最终还田。部分养殖场将固体粪污存放干粪棚，送往有机肥料厂发酵处理，制成有机肥料出售；天全县畜禽规模养殖场配套消纳地主要是耕地、园地，主要为养殖场外消纳，用于种植茶叶、蔬菜、水果、粮食等作物；荥经县、石棉县畜禽养殖粪污处理后的消纳地主要是耕地、园地，利用于花卉苗木场等地的畜禽粪污量较少；芦山县规模畜禽养殖场普遍采用干湿分离工艺，在粪污处理后端安装固液分离机进行干湿分离处理。液体粪污主要采用沼气还田处理，干粪主要通过堆肥处理用于农田施肥。

5 雅安市土地承载力计算分析

5.1 测算依据

根据《指南》，以雅安各县区不同农作物需要的养分量和粪肥养分需求量为基础，对该区域畜禽粪污土地承载力进行核算［9］，本文以各种农作物对氮养分的需求量进行核算。

5.2 计算方法

5.2.1 区域植物养分需求量估算

根据养分平衡，参考《指南》，通过各种作物产量核算其共需氮养分的量［9］。其计算公式如下：

式中，A 为区域内各种作物氮养分需求量，t；yn为区域内第n 种作物全年的总产量，t；an为第n 种作物单位产量氮养分需求量，kg/100 kg 作物。

5.2.2 区域植物粪肥养分需求量估算

以施肥供给养分占比、施粪比例和粪肥当季利用效率为基础，测算区域内植物粪肥氮养分需求量［9］。其计算公式如下：

式中，N 为区域内各种作物粪肥氮养分需求量，t；f为施肥供给养分占比，%，但是不同土地其畜禽粪便氮磷耕地负荷不同，其施肥用量也有所不同［10］，参考《指南》表5 中的施肥占比推荐值，本文中雅安地区的土壤肥力水平采用Ⅱ级作为参考值，以45%进行估算；M 为粪肥当季利用率，%，粪肥中氮素当季利用率取值范围推荐值为25%～30%，取最低值25%进行估算；P 为区域内粪肥占施肥比例，参考相关文献，有机肥和化学肥料的施用比例在40%～60%较为适宜［11］，且通过对雅安地区多家种粮大户调研和咨询农业专家，多数农户在农业生产中其有机肥和化肥配合施用比例为1∶1，故取值50%进行估算。

表5 雅安市各县区畜禽粪污土地承载力及土地承载力指数（以2021 年为基数）

5.2.3 畜禽粪污土地承载力

畜禽粪污土地承载力是指该区域内土地环境所能承载的最大畜禽存栏量［9］。其计算公式如下：

式中，N 为区域内各种作物粪肥氮养分需求量，t；K为畜禽粪污土地承载力，头；PN为一个猪当量其粪肥可提供的养分量，kg/头，因畜禽粪污在收集转运等过程中，其养分会产生损失，参考《指南》推荐值，取值为7.0 kg/头。

5.2.4 区域畜禽粪污土地承载力指数

区域畜禽粪污土地承载力指数等于区域内各种养殖实际存栏量（以猪当量计）除以区域畜禽最大养殖量（以猪当量计）［12－13］。其计算公式如下：

式中，I 为区域畜禽粪污土地承载力指数；S 为区域内畜禽年末存栏总量（以猪当量计），头；K 为畜禽粪污土地承载力，头。

当其承载力级别为Ⅰ级时，承载力指数I 小于0.7，区域内现有畜禽粪肥养分与区域内各种作物粪肥氮养分需求量存在较大差距，现有畜禽养殖业规模很小，可大力发展畜禽养殖业；当其承载力级别为Ⅱ级时，I 大于0.7 小于1.0，区域内现有畜禽粪肥养分与区域内各种作物粪肥氮养分需求量存在差距，现有畜禽养殖业规模较小，可适度发展畜禽养殖业；当其承载力级别为Ⅲ级时，I 大于1.0 小于1.4，区域内现有畜禽粪肥养分已稍微超过区域内各种作物粪肥氮养分需求量，其土地承载力略微超负荷；当其承载力级别为Ⅳ级时，I 大于1.4 小于3.0，区域内现有畜禽粪肥养分已明显超过区域内各种作物粪肥氮养分需求量，其土地承载力明显超负荷；当其承载力级别为Ⅴ级时，I 大于3.0，区域内现有畜禽产生的粪污已严重超过区域内各种作物粪肥氮养分需求量，其土地承载力严重超载［12－13］。

5.3 数据分析与讨论

5.3.1 数据分析

根据上述公式，即可估算雅安市目前区域土地可承载猪当量241.016 万个，其中，雨城区、宝兴县、天全县、荥经县、汉源县、名山区、芦山县、石棉县分别为50.114，7.312，20.994，17.914，46.853，70.161，12.039，15.605 万个猪当量。雅安市各县区畜禽粪污土地承载力及土地承载力指数见表5。

全市畜禽粪污土地承载力指数为0.71，级别为Ⅱ级，可见目前区域内现有畜禽养殖产生的粪污与区域内各种作物粪肥氮养分需求量尚未达到平衡，但各县区种植业和养殖业发展情况不同，故其承载力也有差异。其中，宝兴县、芦山县作为全省重点生态功能区，耕地面积受限，现有农作物的消纳能力有限，故承载力指数较高，畜禽养殖量理论上已超载，存在种养规模不匹配的问题；名山区畜禽养殖业发展时间较早，是名副其实的传统农业大县，畜禽养殖业作为当地农村的支撑产业之一，其现有养殖量已占全市总养殖量（以猪当量计）的1/3，且配套消纳茶园面积广，共计26 152.72 hm2，占园地总面积93.17%［14］，故仍具有发展空间；天全县、石棉县、荥经县其土地承载力相差不多，但由于天全县、石棉县畜禽养殖业发展较好，现有畜禽养殖量较多，故其属于Ⅱ级，仍可以适当扩充畜禽养殖规模；荥经县属于Ⅰ级，畜禽养殖现状基数少，承载力差值还有一定空间，畜禽养殖业尚具有较大发展潜力；汉源县、雨城区的茶园、果园面积广，消纳土地较多，土地承载力在全市位于前列，属于Ⅰ级，可大幅度提高畜禽养殖规模。

5.3.2 讨论

（1）2016—2021 年，雅安市畜禽养殖年末存栏量由161.946 万个猪当量上升到171.640 万个，其增长速率为5.98%。按照此增长速率推算，预计到2025年全市畜禽养殖年末存栏量为181.904 万个猪当量，如按此土地可承载力，其全市畜禽粪污土地承载力级别仍为Ⅱ级时，畜禽养殖规模依然可适度扩大。

（2）本文推算出芦山县、宝兴县土地可承载力分别为12.039 万个猪当量和7.312 万个猪当量，其承载力指数分别为1.30，1.93。参考芦山县、宝兴县相关规划，芦山县、宝兴县分别可以承载27.16 万个猪当量和48.9 万个猪当量，芦山县规划中粪肥氮元素存留率取值为62%，该值为《指南》中推荐的规模养殖场粪肥氮元素存留率，但雅安市畜禽养殖场（户）为12 533 户，其中仅有191 户畜禽规模化养殖场，多为规模以下养殖。本文核算时，未找到全市及其他区县的粪肥氮元素存留率相关资料，故未考虑粪肥中氮元素存留率，所以结果存在不一致现象；宝兴县规划中在核算时增加了林地面积2 459.39 km2，本文测算结果仅基于区域内农作物土地的消纳能力，未考虑人工林地、人工草地等，同时由于禁养区、饮用水水源保护区、自然保护区、生态保护红线等区域的限制，以及畜禽粪污施用受运输等诸多因素的影响，故与实际情况存在一定差异。

6 建议

雅安市在对未来畜牧业发展进行规划时可参考本文研究出的数值，坚持以土地承载能力确定畜禽养殖种类，以农作物种植面积、产量确定养殖规模，因地制宜，优化布局，合理控制芦山县、宝兴县等县区畜禽养殖粪污还田利用量，可通过减少养殖数量、向外转运粪污等方式来进行调控，尽可能地避免局部范围内出现畜禽粪污超载情况；大力推动荥经县、雨城区、汉源县等区县的畜牧业发展，适度扩大风险等级较低区县畜禽养殖规模，将畜禽养殖业发展空间较大的县区作为养殖重点区域，促使全市种养业在布局规模上协调匹配。

推动全市养殖业绿色科学转型，以种养循环、零排放为标准，对已经建成的规模养殖场进行标准化升级改造，加快推进规模以下污染物治理设施的配套建设。强化畜禽养殖废弃物资源化利用，鼓励龙头企业起到带头作用，以指导、合作等方式，带动养殖场户改造提升基础设施条件。

结合实际畜禽养殖种类、规模以及种植类型等，按照“种植要肥，养殖产肥”的互补原则，将畜禽养殖场的粪污处理利用与黄果柑、枇杷、猕猴桃和中药材等特色种植结合，在田间合理布局畜禽粪肥暂存设施，根据需要配备机械化还田作业设施，如液态粪肥撒施机、肥水还田输送管道、沼液抽排机、固态肥抛撒机、运输罐车等，同时在施肥过程中，采用深施、埋施等减排措施［15］，巩固提升其综合利用水平，从而减少畜禽污染物的排放，实现种养平衡的循环农业新模式。