鄧亞琴，王宇蘊(yùn)，李蘭，趙兵，張勇，馬麗婷，徐智

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650201）

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)逐漸向?qū)I(yè)化、規(guī)?；⒓s化轉(zhuǎn)型，畜禽養(yǎng)殖業(yè)蓬勃發(fā)展，畜禽糞污排放量也迅速增加[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)每年的畜禽糞污產(chǎn)量為38 億t，其綜合利用率卻不到60%[2]。第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)年排放化學(xué)需氧量（COD）100.53 萬(wàn)t、氨氮11.09 萬(wàn)t、總氮59.63 萬(wàn)t、總磷11.97萬(wàn)t，畜禽糞污已成為農(nóng)業(yè)污染源之首[3]。我國(guó)既是養(yǎng)殖大國(guó)，也是種植大國(guó)，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的糞污對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅；種植業(yè)大量施用化肥造成土壤酸化板結(jié)、有機(jī)質(zhì)下降等問(wèn)題[4]，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染加劇[5]。畜禽糞污既是養(yǎng)殖業(yè)的重大污染源，也是一種放錯(cuò)位置的珍貴資源，畜禽糞污肥料化利用既可以解決養(yǎng)殖業(yè)污染問(wèn)題，也能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)，減少養(yǎng)分流失[6]。肥料化利用可以大量、快速將農(nóng)業(yè)廢棄物資源進(jìn)行無(wú)害化，并轉(zhuǎn)化成可利用的有機(jī)肥資源，是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的優(yōu)先選擇。有機(jī)肥料一直是為作物提供養(yǎng)分的主要肥料[7]，20 世紀(jì)50 年代，中國(guó)農(nóng)田中90%以上的養(yǎng)分由有機(jī)肥提供，畜禽糞便作為有機(jī)肥用于農(nóng)田形成了良好的生態(tài)平衡體系[8]。但是，由于化肥的大量使用導(dǎo)致糞肥施用空間逐漸減少，同時(shí)種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)嚴(yán)重脫節(jié)，養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境污染問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。

云南省作為我國(guó)西部的畜禽養(yǎng)殖大省，在全國(guó)占有十分重要的地位。畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展對(duì)促進(jìn)云南省農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民持續(xù)增收發(fā)揮了重要作用，但隨著養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，隨之帶來(lái)的環(huán)境污染也日益加劇[9]。云南是一個(gè)農(nóng)業(yè)大省，地處高原山區(qū)，光照充足，降雨量豐富，農(nóng)業(yè)資源充足，其地理?xiàng)l件和資源優(yōu)勢(shì)為發(fā)展有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)提供了基礎(chǔ)條件。

對(duì)于區(qū)域畜禽糞便排放量估算已有很多報(bào)道[10-13]，目前對(duì)云南省畜禽糞污土地消納能力缺少評(píng)估。本研究根據(jù)云南省2019 年統(tǒng)計(jì)年鑒，估算了云南省畜禽糞污產(chǎn)生量；從種養(yǎng)結(jié)合角度出發(fā)，基于氮、磷平衡分析，以畜禽糞污養(yǎng)分供給量及農(nóng)作物養(yǎng)分需求量為計(jì)算依據(jù)，通過(guò)對(duì)云南省畜禽糞污土地消納能力進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)一步確定云南省畜禽合理養(yǎng)殖量，對(duì)種植模式及畜禽糞污處理方式進(jìn)行合理的調(diào)整與搭配，可以使農(nóng)田最大限度地消納產(chǎn)生的糞污，推動(dòng)畜禽糞污的肥料化發(fā)展；本研究還結(jié)合云南高原特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，指出畜禽糞污肥料化利用的方向，旨在為云南省畜禽糞污資源化利用提供參考。

1 云南省畜禽糞污產(chǎn)生現(xiàn)狀

本文對(duì)云南省及各州（市）畜禽糞污產(chǎn)生量作粗略計(jì)算，在計(jì)算糞污產(chǎn)生量時(shí)，只考慮豬、牛、羊和家禽這4 類畜禽。由于畜禽種類不同，飼養(yǎng)周期也不同。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[14-16]及國(guó)家生態(tài)環(huán)境部公布的數(shù)據(jù)，確定各類畜禽飼養(yǎng)周期及飼養(yǎng)量。一般認(rèn)為，生產(chǎn)周期超過(guò)1 a 的以年末存欄量視為飼養(yǎng)量；生產(chǎn)周期不超過(guò)1 a 的，以當(dāng)年的出欄量為飼養(yǎng)量。豬飼養(yǎng)周期為199 d，其飼養(yǎng)量按當(dāng)年的出欄量來(lái)計(jì)算；牛、羊飼養(yǎng)周期為365 d，采用年末存欄量作為飼養(yǎng)量；家禽飼養(yǎng)周期為210 d，由于無(wú)法統(tǒng)計(jì)各州市家禽（肉雞、蛋雞、鴨和鵝）的數(shù)量，因此將家禽的年末存欄量作為當(dāng)年的飼養(yǎng)量。根據(jù)畜禽養(yǎng)殖業(yè)源排污系數(shù)手冊(cè)及相關(guān)文獻(xiàn)[17-19]，對(duì)畜禽糞、尿的排污系數(shù)進(jìn)行確定，豬的糞尿日排泄量取各飼養(yǎng)階段的平均值，牛的糞尿日排泄量取肉牛和奶牛各飼養(yǎng)階段的平均值，羊的糞尿日排泄量取綿羊和山羊的平均值，家禽糞的日排泄量取肉雞、蛋雞、鴨、鵝、兔的平均值。

基于此，可采用公式（1）對(duì)畜禽糞污產(chǎn)生量進(jìn)行估算：

式中：Q為各類畜禽糞便產(chǎn)生量，t·a-1；N為畜禽飼養(yǎng)量，萬(wàn)頭；T為飼養(yǎng)周期，d；P為各類畜禽糞便、尿液日排泄系數(shù)，kg·頭-1·a-1。

云南省及各州（市）主要畜禽養(yǎng)殖狀況及畜禽糞污產(chǎn)生量估算如表1所示。從表1可以看出，云南省畜禽養(yǎng)殖主要集中在曲靖市、紅河州、文山州，而西雙版納州、德宏州、怒江州的畜禽養(yǎng)殖量較少。將云南省及各州（市）畜禽養(yǎng)殖量換算成豬當(dāng)量，其總量為7 936.13萬(wàn)頭，各畜禽養(yǎng)殖比重分別為豬48.81%、牛36.14%、羊6.56%、家禽8.49%，其中豬和牛是全省最主要的養(yǎng)殖畜種。云南省畜禽糞污產(chǎn)生總量為14 064.33萬(wàn)t，主要分布在曲靖市、紅河州、文山州，這些地區(qū)的畜禽糞污產(chǎn)生量占全省畜禽糞污產(chǎn)生量的10.05%～16.21%，這與養(yǎng)殖業(yè)主要分布在曲靖市、紅河州、文山州等地相一致，畜禽養(yǎng)殖業(yè)高度集中可能導(dǎo)致畜禽糞污的高度集中分布[20]。云南省各州（市）養(yǎng)殖狀況及畜禽糞污產(chǎn)生量差異較大，可能與各地區(qū)人口、耕地分布、農(nóng)業(yè)規(guī)模及生產(chǎn)水平的不同有一定的關(guān)系。

表1 云南省主要畜禽養(yǎng)殖狀況及畜禽糞污產(chǎn)生量估算Table 1 Status of main livestock and poultry breeding and estimation of livestock and poultry waste production in Yunnan Province

2 云南省畜禽糞污土地消納能力評(píng)估

畜禽糞污還田所需要的土地面積可通過(guò)計(jì)算糞肥中氮、磷養(yǎng)分總量和單位土地糞肥氮、磷養(yǎng)分需求量來(lái)獲得。種植的農(nóng)作物每形成100 kg 產(chǎn)量需要吸收氮、磷量推薦值參考《土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》，根據(jù)何曉濱等[21]的研究，綜合確定云南省土壤氮、磷養(yǎng)分定位為Ⅱ級(jí)，施肥供給養(yǎng)分占比為45%，區(qū)域糞肥占施肥比例取值為50%，糞污氮素和磷素當(dāng)季利用率參考《土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》分別取25%和30%。計(jì)算過(guò)程如下：

式中：E為各類畜禽糞便養(yǎng)分產(chǎn)生總量，t·a-1；Ni為第i種畜禽的平均存欄量，此處，牛、羊和家禽取存欄量，豬取出欄量，萬(wàn)頭；Pi為第i種畜禽糞便中氮、磷養(yǎng)分日產(chǎn)生量，kg·頭-1·d-1。

式中：D為單位動(dòng)物糞肥養(yǎng)分供給量，kg；I為單位動(dòng)物糞肥養(yǎng)分產(chǎn)生量，kg；W為糞污的主要收集方式養(yǎng)分收集率，%；O為糞污的主要處理方式養(yǎng)分留存率，%。

式中：Y為單位耕地面積糞肥養(yǎng)分需求量，kg·hm-2；A為單位耕地面積總養(yǎng)分需求量，kg·hm-2；B為糞肥供給養(yǎng)分占比，取45%；C為糞肥占施肥比例，取50%；F為糞肥當(dāng)季利用率，N為25%，P為30%。

式中：S為對(duì)應(yīng)種植作物所需的配套面積，hm2；D為糞肥養(yǎng)分供給量，kg；Y為單位面積作物糞肥養(yǎng)分需求量，kg·hm-2。

假設(shè)種植大田作物（以小麥-玉米為例）、蔬菜（以設(shè)施白菜為例）和果樹(shù)（以葡萄為例），以畜禽糞污直接還田及畜禽糞污堆肥還田兩種方式，分別以氮和磷養(yǎng)分為基準(zhǔn)對(duì)所需的配套土地面積進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可知，當(dāng)作物種植類型和種植制度不同時(shí)，畜禽糞污直接還田和畜禽糞污堆肥還田所需要配套的土地面積不同。為了防止糞肥過(guò)量施用，配套的土地面積應(yīng)取以氮和磷為基準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果中較高的值[22]。畜禽糞污直接還田條件下，若種植作物為小麥和玉米，則需要配套土地706.56 萬(wàn)hm2；若種植作物為設(shè)施白菜，則需要配套土地100.48 萬(wàn)hm2；若種植作物為葡萄，則需要配套土地366.63 萬(wàn)hm2。畜禽糞污堆肥還田條件下，若種植作物為小麥和玉米，則需要配套土地607.72 萬(wàn)hm2；若種植作物為設(shè)施白菜，則需要配套土地57.88萬(wàn)hm2；若種植作物為葡萄，則需要配套土地211.18 萬(wàn)hm2。這說(shuō)明，無(wú)論畜禽糞污直接還田還是堆肥還田，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)（如增加經(jīng)濟(jì)作物的比重）均可以增加土地對(duì)糞污的消納能力。如果采用畜禽糞污堆肥還田的方式，還可以進(jìn)一步增加土地的消納能力。

畜禽糞污作為有機(jī)肥料還田利用，是一種最為經(jīng)濟(jì)的資源化利用和糞污處理的方式，畜禽糞污直接還田或堆肥還田的方式為農(nóng)田提供了大量的養(yǎng)分資源[23]。畜禽糞污還田所需要的土地面積與糞肥養(yǎng)分（氮、磷）含量、土壤養(yǎng)分背景值、種植作物類型和種植制度、糞污收集處理和貯存方式等因素相關(guān)[22，24]。調(diào)整種植模式或改變畜禽糞污處理方式，畜禽糞污土地消納能力也不同（表2），該結(jié)果為云南省各地市（州）對(duì)種植模式及畜禽糞污處理方式進(jìn)行合理的調(diào)整與搭配提供了參考依據(jù)。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，堆肥后還田是增加土地對(duì)糞污消納能力、減少污染、促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重要舉措，鼓勵(lì)糞污堆肥化利用還能夠推動(dòng)商品有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

表2 云南省畜禽糞污還田土地面積估算（萬(wàn)hm2）Table 2 Estimation of land area returned by livestock and poultry waste in Yunnan Province（104 hm2）

3 云南省商品有機(jī)肥的發(fā)展現(xiàn)狀

商品有機(jī)肥是以畜禽糞污、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物為主要原料，添加一定量的輔料和微生物菌劑促進(jìn)腐熟，再經(jīng)工廠化發(fā)酵腐熟后制成的有機(jī)肥[25]，其優(yōu)點(diǎn)是周期短、產(chǎn)量高、肥效高，是一種能夠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，商品化流通，高效、高值化利用的方式[26]。2018 年本課題組結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“南方農(nóng)業(yè)廢棄物好氧發(fā)酵技術(shù)示范與工程化應(yīng)用”的工作，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，云南省各類有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè)約有220 家，在全省有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè)中，多數(shù)生產(chǎn)規(guī)模偏小，年產(chǎn)量在3 萬(wàn)～5 萬(wàn)t，近幾年也涌現(xiàn)出年產(chǎn)20 萬(wàn)t 以上的較大企業(yè)（圖1a），省內(nèi)有機(jī)肥企業(yè)平均實(shí)際產(chǎn)能大約只是設(shè)計(jì)產(chǎn)能的1/3（圖1b）。云南省本土生產(chǎn)的有機(jī)肥產(chǎn)品每年施用面積20 萬(wàn)hm2，占云南省耕地面積的3%，遠(yuǎn)低于全國(guó)10%的比例[27]，省內(nèi)有機(jī)肥產(chǎn)品主要銷售對(duì)象是農(nóng)戶、農(nóng)場(chǎng)、農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體、特色農(nóng)產(chǎn)品公司及農(nóng)資流通企業(yè)，主要用于烤煙、茶葉、咖啡、蔬菜、花卉等經(jīng)濟(jì)作物和葡萄、香蕉、柑橘、石榴、檸檬等經(jīng)濟(jì)林果。

在選擇堆肥工藝時(shí)需要綜合考慮投資成本、堆肥效率、占地面積、堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量、堆制的易操作性[28]等因素。云南省有機(jī)肥生產(chǎn)的工藝類型如圖2a 所示，依然有大約43%的堆肥是除槽式、條垛式堆肥以外的簡(jiǎn)易堆肥方式（不具備完整的堆肥工藝），條垛式堆肥占比為42%，槽式堆肥占比為15%。云南省堆肥工藝依然不完善，在具備完善堆肥工藝的工廠還是以簡(jiǎn)單、投資少的條垛式堆肥為主[2，29]。從云南省不同堆肥工藝生產(chǎn)效率的比較來(lái)看，槽式堆肥的生產(chǎn)效率最高，條垛式堆肥的生產(chǎn)效率大約是槽式堆肥的1/2（圖2b），因?yàn)椴凼蕉逊示哂蟹瓛仚C(jī)的機(jī)械化程度高、發(fā)酵周期較短的特點(diǎn)[30-31]。結(jié)合有機(jī)肥生產(chǎn)工藝類型（圖2a）來(lái)看，云南省有機(jī)肥生產(chǎn)工藝水平較低。進(jìn)一步規(guī)范和提升有機(jī)肥的工藝水平，可能是提高云南省畜禽糞污資源化利用效率的重要途徑。

利用畜禽糞污生產(chǎn)有機(jī)肥，不僅能減少化肥的使用量，對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效和發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)也具有重大意義[32]。云南省常用耕地面積為622.47萬(wàn)hm2，其中2/3是中低產(chǎn)田地，改造中低產(chǎn)田地的任務(wù)為發(fā)展商品有機(jī)肥開(kāi)拓了更大的空間。云南省是農(nóng)業(yè)大省，每年各類秸稈產(chǎn)生量在2 000萬(wàn)t以上[33]，據(jù)估算云南省畜禽糞污產(chǎn)生量為14 064.33 萬(wàn)t（表1），有機(jī)肥原料資源豐富。有機(jī)肥能夠改善土壤理化性質(zhì)、增加土壤養(yǎng)分、提高土壤微生物活性，從而增加農(nóng)作物產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[34-36]。作為農(nóng)業(yè)大省的云南，大田作物的有機(jī)肥用量較低，而大棚蔬菜、熱帶水果和經(jīng)濟(jì)作物有機(jī)肥需求量較高，其年需求量為1 600 萬(wàn)t[37]，云南省高原特色作物生產(chǎn)對(duì)有機(jī)肥的需求量在每年至少500 萬(wàn)～600 萬(wàn)t，而全省有機(jī)肥年產(chǎn)量不到300 萬(wàn)t[27]，對(duì)照云南省的實(shí)際產(chǎn)能來(lái)看，缺口依然很大，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的潛力和空間很大。研究表明，商品有機(jī)肥每噸利潤(rùn)可達(dá)到300～500 元，是廢棄物肥料化高值利用的首選[26]。若將云南省產(chǎn)生的畜禽糞污與秸稈進(jìn)行堆肥，可以產(chǎn)生3 544.21 萬(wàn)t 有機(jī)肥（表3），扣除原材料成本、工人工資、固定資產(chǎn)折舊等成本費(fèi)用440元·t-1，有機(jī)肥出廠價(jià)格按800 元·t-1，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值2 835 369.12 萬(wàn)元，利潤(rùn)412 684.97 萬(wàn)元（利潤(rùn)按照360元·t-1計(jì)算）。

表3 畜禽糞污堆肥經(jīng)濟(jì)性分析Table 3 Economic benefit analysis for livestock and poultry waste composting

4 云南省畜禽糞污肥料化利用的方向

云南高原特色農(nóng)業(yè)是不斷依托和發(fā)揮云南區(qū)位、資源、氣候等優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)特色為經(jīng)濟(jì)作物和特有生物資源，培育出有自身特色和與眾不同的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。發(fā)展高原特色農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)地域可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)共同增長(zhǎng)的重要載體[38]。隨著云南高原特色現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)保障和提升正成為云南可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)，云南高原特色農(nóng)業(yè)正在向“綠色增效、生態(tài)環(huán)保、安全優(yōu)質(zhì)”的方向邁進(jìn)，云南省對(duì)有機(jī)肥的需求，特別是優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥的需求量會(huì)越來(lái)越大。從云南省200 多家有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè)來(lái)看，多數(shù)存在生產(chǎn)規(guī)模很小（年產(chǎn)量?jī)H在1萬(wàn)～3萬(wàn)t）、管理粗放、產(chǎn)品單一、針對(duì)性較弱和附加值較低等問(wèn)題，進(jìn)一步研究和規(guī)范有機(jī)類肥料的生產(chǎn)工藝，提高有機(jī)類肥料產(chǎn)品的附加值，是云南省有機(jī)類肥料產(chǎn)業(yè)的重要需求。針對(duì)這一重要需求，結(jié)合云南省高原特色農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，研究?jī)?yōu)化畜禽糞污高值肥料化利用工藝參數(shù)，開(kāi)發(fā)高原特色作物的系列專用有機(jī)類肥料新產(chǎn)品和有機(jī)調(diào)理劑產(chǎn)品，具有推動(dòng)云南省畜禽糞污的資源化、高值化利用，保障云南省高原特色農(nóng)業(yè)的健康與可持續(xù)發(fā)展的重要作用。

針對(duì)云南高原特色農(nóng)業(yè)由于化肥過(guò)量使用造成的土壤鹽漬化、次生鹽漬化、土壤板結(jié)、連作障礙和土傳病害等問(wèn)題[39-41]，需要維持土壤生產(chǎn)力和穩(wěn)定性這一重大需求，針對(duì)性地利用腐熟畜禽糞便和腐熟秸稈堆肥制造生物有機(jī)肥、復(fù)合微生物肥料產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)集腐熟堆肥、化肥、功能微生物為一體，具有土壤改良、調(diào)控土壤微生物區(qū)系和持續(xù)提高土壤肥力功能的高原特色作物的系列專用有機(jī)類肥料新產(chǎn)品與有機(jī)調(diào)理劑產(chǎn)品，結(jié)合云南高原特色作物的養(yǎng)分需求規(guī)律和維持提升土壤生產(chǎn)力的需求，開(kāi)發(fā)出不同功能的適用于高原特色作物的系列專用有機(jī)類肥料新產(chǎn)品。目前，沒(méi)有針對(duì)性特別強(qiáng)的、云南高原特色農(nóng)業(yè)專用的有機(jī)類肥料產(chǎn)品和有機(jī)土壤調(diào)理劑。通過(guò)堆肥化過(guò)程，結(jié)合功能性微生物資源，開(kāi)發(fā)生物有機(jī)肥、復(fù)合微生物肥料以及有機(jī)類調(diào)理劑，是實(shí)現(xiàn)畜禽糞污高值化利用的重要方向，也是實(shí)現(xiàn)云南省畜禽糞污資源化利用、增加產(chǎn)品附加值的重要研究方向。

5 結(jié)論

（1）調(diào)整種植結(jié)構(gòu)（如增加經(jīng)濟(jì)作物的比重），可以增加土地對(duì)糞污的消納能力；采用畜禽糞污堆肥還田的方式，還可以進(jìn)一步增加土地的消納能力。

（2）云南省的畜禽糞污可以通過(guò)堆肥轉(zhuǎn)化成約3 544萬(wàn)t的有機(jī)肥，預(yù)計(jì)有機(jī)肥的總產(chǎn)值為2 835 369萬(wàn)元，有機(jī)肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的潛力和空間大。

（3）云南省有機(jī)肥生產(chǎn)工藝水平較低，現(xiàn)有產(chǎn)能不足，通過(guò)進(jìn)一步規(guī)范和提升有機(jī)肥的工藝水平，可能是提高云南省畜禽糞污資源化利用效率的重要途徑。

（4）結(jié)合云南省高原特色農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，畜禽糞污堆肥化后，開(kāi)發(fā)成生物有機(jī)肥、復(fù)合微生物肥料以及有機(jī)類調(diào)理劑，是實(shí)現(xiàn)畜禽糞污高值化利用的重要方向。