黃亞捷，廖志宏，崔艷智*

(1.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心，北京 100029；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100193)

近年來(lái)隨著人民生活水平的提高和對(duì)肉類(lèi)產(chǎn)品的需求增長(zhǎng)，養(yǎng)殖數(shù)量持續(xù)增加、養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大。據(jù)2020年《第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)》[1]顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)已成為環(huán)境污染的主要來(lái)源之一，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的化學(xué)需氧量(COD)占農(nóng)業(yè)源污染物排放中COD的93.76%；氮和磷污染的排放量分別占農(nóng)業(yè)源污染物氮和磷排放總量的42.14%、56.46%。寧夏回族自治區(qū)是我國(guó)優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局中重要的優(yōu)勢(shì)畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，該自治區(qū)肉牛、肉羊和奶牛產(chǎn)業(yè)也是西北優(yōu)勢(shì)區(qū)的重要組成部分。在“十四五”期間，寧夏畜禽產(chǎn)能預(yù)計(jì)將翻1倍，導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖廢棄物排放持續(xù)增加，養(yǎng)殖污染問(wèn)題日益凸顯，成為制約畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。

目前，國(guó)內(nèi)外在畜禽糞便方面的研究主要集中于對(duì)畜禽糞便產(chǎn)生量的估算、畜禽糞便氮磷耕地負(fù)荷、畜禽糞便所帶來(lái)的面源污染問(wèn)題以及資源化利用等方面[2-6]。但是，針對(duì)寧夏畜禽養(yǎng)殖所帶來(lái)污染問(wèn)題的研究較少。由于數(shù)據(jù)來(lái)源的限制，目前的研究還沒(méi)有系統(tǒng)地對(duì)比分析“十三五”與“十四五”期間寧夏畜禽糞便產(chǎn)生量及污染程度。因此，該研究以寧夏回族自治區(qū)為研究區(qū)域，通過(guò)收集“十三五”期間的養(yǎng)殖數(shù)據(jù)及預(yù)估的“十四五”期間的養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，分析“十三五”與“十四五”期間寧夏畜禽養(yǎng)殖量的變化情況，采用排泄系數(shù)法，估算畜禽糞便的產(chǎn)生量及糞污中氮、磷、COD含量，評(píng)估寧夏畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，分析區(qū)域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖承載力及耕地預(yù)警情況，以期為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)，也為合理規(guī)劃區(qū)域內(nèi)畜禽飼養(yǎng)密度與空間布局提供直觀且科學(xué)的指導(dǎo)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況寧夏回族自治區(qū)是我國(guó)5個(gè)少數(shù)民族自治區(qū)之一，總面積為6.64×104km2，位于我國(guó)東西軸線中心、黃河中上游，連接華北與西北的重要樞紐，自南北朝以來(lái)便以“塞上江南，魚(yú)米之鄉(xiāng)”聞名于世?；谧陨砩鷳B(tài)資源和資源條件等特色，寧夏是我國(guó)重要的優(yōu)勢(shì)畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，近年來(lái)寧夏畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展。2020年，寧夏畜禽存欄總量達(dá)2 044.4萬(wàn)頭(萬(wàn)只、萬(wàn)羽)，折合豬當(dāng)量1 158.0萬(wàn)頭(測(cè)算依據(jù)《畜禽糞污土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》[7])，較“十二五末”增加325.3萬(wàn)頭?？焖僭黾拥男笄蒺B(yǎng)殖給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重污染，寧夏畜禽養(yǎng)殖污染物產(chǎn)生量和排放量分別占農(nóng)業(yè)源污染的99.1%和88.3%?！笆奈濉逼陂g，寧夏畜禽產(chǎn)能進(jìn)一步提升，畜禽糞便量持續(xù)增加對(duì)生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成了極大威脅。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源2016—2019年的畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒》(2017—2020年)，考慮到《寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒》(2021年)數(shù)據(jù)尚未公布，因此，2020年寧夏畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)來(lái)源于《寧夏回族自治區(qū)畜牧獸醫(yī)事業(yè)發(fā)展十四五規(guī)劃(2021—2025年)》?！笆奈濉逼陂g預(yù)估的寧夏畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)來(lái)源于《寧夏回族自治區(qū)畜牧獸醫(yī)事業(yè)發(fā)展十四五規(guī)劃(2021—2025 年)》。

1.3 研究方法

1.3.1寧夏畜禽糞尿及氮磷COD排放量估算。選取生豬、奶牛、肉牛和肉羊?yàn)橹饕芯繉?duì)象，依據(jù)畜禽年飼養(yǎng)量、飼養(yǎng)周期和日排泄系數(shù)計(jì)算畜禽糞尿和氮、磷、COD排放量，計(jì)算公式如下：

(1)

式中，Y為畜禽糞尿、氮、磷及COD排放量(t)；mi為畜禽i的飼養(yǎng)量(只、羽);Ti為畜禽i的飼養(yǎng)周期(d);vi為畜禽i的日排泄系數(shù)(kg/d);k為單位換算系數(shù);n為畜禽種數(shù)。對(duì)于畜禽的飼養(yǎng)周期，豬為199 d[8]，肉羊、奶牛及肉牛為365 d[9]，排污系數(shù)主要參考文獻(xiàn)[10]。

1.3.2畜禽養(yǎng)殖承載潛力計(jì)算。基于《畜禽糞污土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》[7]，在土壤肥力為二級(jí)、糞肥比例為50%且當(dāng)季利用率為25%的情況下，以氮為基礎(chǔ)，當(dāng)季的每畝種植小麥的土地承載力為豬當(dāng)量1.2頭，折算為每年每公頃的土地承載力為豬當(dāng)量36頭。因此，考慮到全區(qū)種植作物主要是以小麥為主，不同土地面積下的承載力計(jì)算公式如下：

C=Z×G

(2)

式中，C為區(qū)域內(nèi)每年折算為豬當(dāng)量的土地承載力(頭/a)；Z為單位面積下折算為豬當(dāng)量的土地承載力[36頭/(hm2·a)]；G為耕地面積(hm2)，耕地面積數(shù)據(jù)來(lái)源于遙感解譯?；诓煌耐恋爻休d力，計(jì)算區(qū)域內(nèi)飽和度，計(jì)算公式如下：

Ai=Q/Ci

(3)

式中，i值為1、2、3、4，其中，理想承載力C1為考慮全部耕地使用有機(jī)肥情況下的承載力，理想承載力C2為考慮全部耕地、林地和牧草地使用有機(jī)肥情況下的承載力,理論承載力C3為全部耕地、林地和牧草地按有機(jī)肥化肥1∶1的使用量下的承載力，實(shí)際承載力C4為耕地和園地按有機(jī)肥化肥1∶1的使用量下的承載力；Q為全區(qū)折合的豬當(dāng)量；A1、A2、A3和A4是分別對(duì)應(yīng)的飽和度。

1.3.3畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警值及判斷標(biāo)準(zhǔn)。為便于對(duì)畜禽糞便耕地污染的控制，環(huán)境保護(hù)總局自然生態(tài)保護(hù)司[10]建議，將畜禽糞便換算成豬糞當(dāng)量，計(jì)算其耕地負(fù)荷，計(jì)算公式如下：

R=q/P

(3)

式中，R為預(yù)警值；q為豬糞當(dāng)量耕地負(fù)荷值(t/hm2)；P為最大理論適用量，值為30 t/hm2[11]。按照耕地對(duì)畜禽糞尿承受程度，可以把預(yù)警值R分為6級(jí)，即當(dāng)R值分別為≤0.4、>0.4～0.7、>0.7～1.0、>1.0～1.5、>1.5～2.5和>2.5時(shí)，畜禽糞便對(duì)環(huán)境的影響程度分別為無(wú)、稍有、有、較嚴(yán)重、嚴(yán)重和很?chē)?yán)重[10]。R值越大，說(shuō)明環(huán)境對(duì)畜禽糞便負(fù)荷量承受能力越低，畜禽糞便對(duì)環(huán)境造成的污染威脅性越大。

2 結(jié)果與分析

2.1 “十三五”期間畜禽養(yǎng)殖污染評(píng)估

2.1.1“十三五”期間畜禽養(yǎng)殖現(xiàn)狀。從圖1可以看出，全區(qū)畜禽養(yǎng)殖主要集中分布在引黃灌區(qū)的西南部，而南部山區(qū)和引黃灌區(qū)北部養(yǎng)殖量分布較為均勻。寧夏全區(qū)基本以肉羊、奶牛養(yǎng)殖為主。全區(qū)畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)主要分布在吳忠市，其次是銀川市、中衛(wèi)市、固原市，石嘴山市規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量比例最小。其中，規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)主要分布在吳忠市和銀川市；規(guī)?；馀ｐB(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量最多的是吳忠市，約占全區(qū)的36%，其次是固原市、銀川市和中衛(wèi)市；規(guī)?；i養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量中衛(wèi)市最多，其次是銀川市、吳忠市，石嘴山市數(shù)量最少，不足全區(qū)規(guī)?；i養(yǎng)殖場(chǎng)的3%；規(guī)?；蝠B(yǎng)殖場(chǎng)主要集中分布在吳忠市，約占全區(qū)的42%，其次是銀川市、中衛(wèi)市、石嘴山市，固原市養(yǎng)殖量最小，不足全區(qū)的10%。

圖1 2019年全區(qū)畜禽養(yǎng)殖數(shù)量(a)及規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)(b)分布Fig.1 Distribution of livestock and poultry breeding quantity(a)and large-scale farms(b)in the whole region in 2019

2.1.2“十三五”期間畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析。統(tǒng)計(jì)全區(qū)2016—2020年養(yǎng)殖量動(dòng)態(tài)變化(圖2)發(fā)現(xiàn)，2016—2020年全區(qū)奶牛養(yǎng)殖量呈現(xiàn)緩慢的遞增趨勢(shì)，肉牛養(yǎng)殖量呈先緩慢增加后緩慢減少的趨勢(shì)，肉羊養(yǎng)殖量呈先減后增趨勢(shì)，生豬養(yǎng)殖量呈先增后減趨勢(shì)。生豬、肉牛、奶牛和肉羊的年均增速分別為-25%、-15%、170%和8%。5年間，生豬、肉牛養(yǎng)殖量均呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，而奶牛增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，這主要是因?yàn)閰^(qū)域政策導(dǎo)向?qū)Ξa(chǎn)業(yè)的影響；除此之外，不同的養(yǎng)殖量統(tǒng)計(jì)途徑也可能會(huì)帶來(lái)一些增速的偏差。統(tǒng)一換算成生豬當(dāng)量，全區(qū)養(yǎng)殖量總體上呈上升趨勢(shì)，2016—2020年養(yǎng)殖量總體上漲60%，平均以每年12%速度遞增。

圖2 “十三五”期間畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展趨勢(shì)Fig.2 Development trend of livestock and poultry breeding industry during the 13th Five Year Plan Period

2.1.3“十三五”期間氮磷及COD排放情況估算。如表1所示，以2019年為例，寧夏畜禽養(yǎng)殖帶來(lái)的COD、總氮、總磷排放量分別為123.84萬(wàn)、6.84萬(wàn)和7 387.61 t，其中以利通區(qū)的COD、總氮、總磷排放量最大，分別占全區(qū)的比例為19.56%、18.40%、16.93%。除此之外，基于《寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒-2017》計(jì)算2016年畜禽養(yǎng)殖污染狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除固原市外，其他市區(qū)畜禽養(yǎng)殖帶來(lái)的COD、總氮、總磷排放量與2016年相比都有所增加。而在2019年固原市的COD、總氮和總磷的排放量分別占全區(qū)的17.88%、17.00%和17.00%，相比2016年，固原市畜禽養(yǎng)殖COD、總氮、總磷的排放量均有所減少。但是寧夏南部是六盤(pán)山景區(qū)所在地，禁養(yǎng)區(qū)分布較多，更應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管。

表1 2019年寧夏各區(qū)縣畜禽養(yǎng)殖污染物排放量和所占比重

2.1.4“十三五”期間耕地負(fù)荷預(yù)警評(píng)估。由表2可知，全區(qū)的承載力C1、C2、C3和C4分別為6 292.02萬(wàn)、15 745.73萬(wàn)、7 872.87萬(wàn)和3 377.48萬(wàn)頭，其飽和度A1、A2、A3和A4分別為16.88%、6.74%、13.49%和31.44%。當(dāng)考慮全部耕地使用有機(jī)肥的情況下，全區(qū)有多數(shù)區(qū)縣畜禽承載力壓力較小，其飽和度A1均小于50%，有繼續(xù)擴(kuò)大養(yǎng)殖量的空間，而利通區(qū)飽和度A1超過(guò)了100%，處于嚴(yán)重超載狀態(tài)。

由于種植業(yè)保持高產(chǎn)的需要，有機(jī)肥∶化肥為1∶1的使用量與實(shí)際管理需求更為接近，對(duì)各地區(qū)控制畜禽養(yǎng)殖總量及合理調(diào)整養(yǎng)殖布局更具有參考價(jià)值。因此，該研究計(jì)算了耕地和園地按有機(jī)肥∶化肥為1∶1的使用量下的實(shí)際承載力C4及飽和度A4，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利通區(qū)已嚴(yán)重飽和，處于嚴(yán)重超載狀態(tài)，養(yǎng)殖污染風(fēng)險(xiǎn)極大。

表2 2019年寧夏畜禽養(yǎng)殖耕地承載情況

2.2 “十四五”期間畜禽養(yǎng)殖污染評(píng)估

2.2.1“十四五”期間畜禽養(yǎng)殖業(yè)趨勢(shì)分析。由表3可知，2021—2025年畜禽養(yǎng)殖預(yù)估量逐年增加，在2025年全區(qū)的豬當(dāng)量達(dá)2 144.80萬(wàn)頭，是2019年(1 061.80萬(wàn)頭)的2.02倍，其中奶牛發(fā)展勢(shì)頭迅猛，在2025年達(dá)100.00萬(wàn)頭，是2019年(43.73萬(wàn)頭)的2.29倍。全區(qū)的畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展也給區(qū)域環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

表3 “十四五”全區(qū)畜禽養(yǎng)殖量

2.2.2“十四五”期間氮磷及COD排放情況。根據(jù)2021—2025年畜禽養(yǎng)殖量預(yù)估值，計(jì)算出全區(qū)畜禽養(yǎng)殖的氮磷及COD排放情況(表4)。在2025年，預(yù)計(jì)總氮排放量達(dá)到122 332.05 t，比2020年總氮排放量增加了51 087.03 t，奶牛養(yǎng)殖總氮排放量最大，占寧夏畜禽養(yǎng)殖的55.46%；其次是肉牛養(yǎng)殖，其總氮排放量為47 495.63 t，占全區(qū)畜禽養(yǎng)殖的38.83%；而生豬和肉羊養(yǎng)殖的總氮排放量較小，其中生豬養(yǎng)殖總氮排放量占寧夏全區(qū)畜禽養(yǎng)殖的0.04%，僅為49.38 t。

表4 2020—2025年寧夏畜禽養(yǎng)殖氮磷及COD排放量

2025年預(yù)計(jì)總磷排放量達(dá)到了12 671.65 t，是2020年的1.69倍，奶牛養(yǎng)殖總磷排放量最大，為6 540.80 t，是寧夏全區(qū)畜禽養(yǎng)殖的51.62%；肉牛養(yǎng)殖總磷排放量為4 640.06 t，總磷排放量位居第二位，占寧夏畜禽養(yǎng)殖總磷排放量的36.62%；肉羊養(yǎng)殖總磷排放量為1 484.24 t，相比于2020年，總磷排放量增加了434.70 t；生豬養(yǎng)殖總磷排放量?jī)H占寧夏全區(qū)畜禽養(yǎng)殖的0.05%，其總磷排放量?jī)H為6.55 t。

2025年預(yù)計(jì)COD排放量達(dá)251.74萬(wàn)t，與“十三五”期間的2020年相比，是其COD排放量的1.54倍，其中奶牛養(yǎng)殖COD排放量最大，占寧夏畜禽養(yǎng)殖的52.20%；其次是肉牛養(yǎng)殖，其COD排放量為109.57萬(wàn)t，占全區(qū)畜禽養(yǎng)殖的43.53%；生豬和肉羊養(yǎng)殖的COD排放量較小，兩者僅占寧夏全區(qū)畜禽養(yǎng)殖的4.28%，COD排放量分別為10.61萬(wàn)和1 484.24 t。

2.2.3“十四五”期間耕地負(fù)荷預(yù)警評(píng)估。如表5、6所示，隨著寧夏畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖糞尿排放量也急劇增加。在2020年奶牛、肉牛、肉羊和生豬的糞便排放量分別為403.52萬(wàn)、317.99萬(wàn)、198.50萬(wàn)和30.61萬(wàn)t，而奶牛、肉牛和生豬的尿排放量也分別達(dá)254.14萬(wàn)、218.65萬(wàn)和47.88萬(wàn)t，折合成豬糞當(dāng)量總計(jì)達(dá)1 381.42萬(wàn)t，其耕地負(fù)荷量為62.98 t/(hm2·a)，對(duì)應(yīng)的預(yù)警值為2.10，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。預(yù)計(jì)到2025年寧夏全區(qū)肉牛、奶牛、生豬和肉羊的糞便排放量分別是2020年的1.74、1.74、1.36和1.41倍，肉牛、奶牛和生豬的尿排放量比2020年分別增加了160.95萬(wàn)、188.61萬(wàn)和17.33萬(wàn)t。在2025年寧夏畜禽養(yǎng)殖耕地負(fù)荷預(yù)警值達(dá)到了3.50的高度，因此必須對(duì)寧夏的畜禽養(yǎng)殖進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。

表5 2020—2025年寧夏畜禽養(yǎng)殖糞尿排放量

表6 2020—2025年寧夏畜禽養(yǎng)殖耕地負(fù)荷預(yù)警

3 結(jié)論

(1)“十三五”期間，寧夏畜禽養(yǎng)殖主要集中分布在引黃灌區(qū)的西南部，畜禽養(yǎng)殖量總體上呈上升趨勢(shì)。全區(qū)畜禽養(yǎng)殖所帶來(lái)的COD、總氮、總磷排放量分別為123.84萬(wàn)、6.84萬(wàn)和7 387.61 t。利通區(qū)處于嚴(yán)重超載狀態(tài)，養(yǎng)殖污染風(fēng)險(xiǎn)極大。

(2)“十四五”期間，全區(qū)畜禽養(yǎng)殖量逐年增加，在2025年全區(qū)的豬當(dāng)量達(dá)2 144.80萬(wàn)頭，是2019年的2.02倍。2025年預(yù)計(jì)總氮排放量達(dá)到122 332.05 t，比2020年總氮排放量增加了51 087.03 t?？偭准癈OD排放量分別達(dá)到12 671.65、251.74萬(wàn)t，分別是2020年的1.69和1.54倍。2021—2025年豬糞當(dāng)量迅猛增加，在2025年寧夏畜禽養(yǎng)殖耕地負(fù)荷預(yù)警值達(dá)到了3.50的高度，因此必須對(duì)寧夏的畜禽養(yǎng)殖進(jìn)行嚴(yán)格管控。