陶利文，阮 征，代长云，刘志伟，邓 兵，彭 霞，邵中保，濮振宇

（1.武汉市动物疫病预防控制中心，武汉430014；2.武汉市农业科学院畜牧兽医研究所，武汉430208）

畜牧业绿色发展是生态文明建设的重点工作，畜牧业高质量发展是助推乡村振兴的重要抓手。武汉市坚持保供给与保环境并重，坚持源头减量、过程控制、末端利用的治理路径，以绿色生态为导向，把农村能源建设与畜禽养殖废弃物资源化利用结合起来，积极开展畜禽粪污综合治理，推进畜禽养殖废弃物处理及资源化利用。目前，武汉市在农村面源污染综合治理方面取得了很大的进步，在畜禽粪污治理方面，全市畜禽养殖废弃物资源化综合利用率达到了96.82%，规模养殖场粪污处理设施装备配套率达到了98.28%。但与此同时，在粪污资源化利用（还田利用）的过程中，粪肥超负荷施用问题不容忽视。齐开等［1］研究表明武汉市禽畜粪便耕地负荷呈现出自中心向边界逐渐增大的特点，北部的黄陂区和南部的汉南区、江夏区畜禽粪便耕地负荷较高，其中江夏区的畜禽粪便耕地负荷达到56.13 t/hm2。

粪肥过量输入农田，可能导致土壤氮、磷超标，造成农作物生长异常，产量降低。而且长期氮、磷积累，将会缩短耕地利用年限，降低氮磷的利用效率，使得土壤中氮、磷元素挥发和淋失，污染大气和水源［2，3］。为提高武汉市畜禽粪污资源化利用的安全性，有必要对武汉市养殖高密度区的粪肥还田进行合理管控。但目前有关武汉高密度养殖区的数据有待完善和更新，如养殖集中区的精确分布、畜禽粪污的土地承载量以及粪肥还田的作物选取等，在一定程度上影响了政府主管部门的科学决策。因此，本研究结合农业农村部直联直报大数据平台、2020年武汉市统计年鉴以及国家最新政策文件要求，对武汉市各养殖区域进行科学评估，筛选出当前武汉市高密度养殖区，并为其粪污还田过程提供科学建议。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究数据来自于农业农村部直联直报大数据平台、2020年武汉市统计年鉴和2018年农业农村部印发的《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》［4］（以下简称《指南》）。其中，统计年鉴数据为武汉市各行政区国土面积和耕地面积、农作物单位面积产量、畜禽存栏量和出栏量。来源于农业农村部直联直报大数据平台数据包括各远城区畜禽养殖场数量、畜禽存栏量和出栏量。引用《指南》中的数据包括单位猪当量的氮和磷供给量、不同畜种对应猪当量的换算关系、粪肥中氮（磷）的当季利用率、土壤不同氮（磷）养分水平下施肥供给养分占比和主要作物100 kg收获物需氮、磷数据。

1.2 数据处理

1.2.1 畜禽粪污氮（磷）供给量的测算畜禽粪污氮（磷）供给量的计算公式如下。

其中，Q为粪污中氮（磷）的供给量（t）；Ni为第i种畜种的饲养量（只）；CN和CP为常数，分别为单位猪当量氮和磷的供给量（kg/猪当量），其中CN为7 kg/猪当量，CP为1.2 kg/猪当量；Pi为不同畜种的猪当量换算常数，猪为1，肉牛、奶牛、羊和家禽分别按照6.7、3.3、0.4、0.04计算。

1.2.2 养殖场需配套的作物种植面积测算规模化养殖场需配套的作物种植面积的计算公式如下。

其中，S为对应种植作物所需的配套面积（hm2）；Q为养殖场粪污的氮（磷）供给量（kg）；MR为粪肥当季利用率（%），粪肥氮素当季利用率取值范围为25%~30%，取值30%，粪肥磷素当季利用率取值范围为30%~35%，取值35%；Y0为对应种植作物的预期单产（kg/hm2）；M为该农作物每形成100 kg产量所需氮量（kg），W为该农作物每形成100 kg产量所需磷量（kg）；FP为农作物总氮（磷）需求量中施肥供给占比（%），与土壤中氮磷养分水平有关，占比35%、45%、55%分别对应土壤氮磷养分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，本研究参照任文海等［5］关于湖北省耕地地力等级的研究结果，FP取值45%。

1.2.3 氮、磷负荷测算区域耕地氮（磷）负荷=区域内粪便氮（磷）养分供应量/耕地面积。

2 结果与分析

2.1 武汉市畜禽养殖场数量分布特征

根据农业农村部直联直报大数据平台的数据，对武汉市1 117个规模养殖场进行了统计分析。畜禽养殖场比例分布如图1所示，养殖场数量最多的为蛋禽养殖场，占所有养殖场数量的40.22%，肉禽养殖场占比31.12%，生猪养殖场占比23.73%，羊养殖场占比2.78%，牛养殖场占比2.06%，其他养殖场仅占0.09%。

图1 武汉市不同畜禽养殖场比例

武汉市共有7个中心城区和6个新城区，7个中心城区已全面退出养殖，6个新城区按照市生态环境局联合市农业农村局印发的《关于开展畜禽禁止养殖区划定情况排查及超范围划定禁养区整改工作的通知》（武环〔2019〕102号）调整了养殖区域。对各行政区的养殖场进行了分析（图2），新洲区的养殖场数量占全市养殖场数量的40.56%，主要为蛋鸡养殖场；其次是江夏区，占37.78%，养殖场种类最多的是肉鸡养殖场；黄陂区的养殖场数量占全市数量的19.96%，主要以蛋鸡和生猪为主，这3个区占了全市养殖场数量的98.3%。

图2 不同行政区养殖场比例分布

就养殖场分布密度而言，新洲区、江夏区和黄陂区位居前3，养殖场密度分别为0.310、0.209和0.099个/km2，是武汉市规模化畜禽养殖场密度最高的区域（表1）。

表1 武汉市新城区养殖场分布密度

2.2 武汉市畜禽养殖当量分布特征

采用农业农村部印发的《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》方法，结合武汉市2020年统计年鉴数据，对武汉市不同种类畜禽的养殖量以猪当量为单位进行换算。

2019年底，全市生猪存栏86.28万头、年末家禽存笼1 776.95万只（71.08万头猪当量）、奶牛存栏3 145头（2.10万头猪当量）、肉牛存栏60 703头（20.23万头猪当量）、羊存栏32 171头（1.29万头猪当量），全市合计约180.98万猪当量。

分区域进行分析，3个畜禽养殖场较为集中区域中新洲区和江夏区的畜禽养殖当量较为接近，总量都在63万头猪当量左右，明显高于黄陂区（表2）。汉南区、蔡甸区和东西湖区的养殖当量明显小于新洲区、江夏区和黄陂区。就不同畜种而言，新洲区的蛋鸡养殖当量占据绝对优势，而江夏区和黄陂区则主要以生猪养殖当量为主，这也在一定程度上反映出3个养殖集中区域的畜禽产业结构特点。

表2 武汉各远城区畜禽养殖总量及单位土地面积猪当量情况

就单位国土面积猪当量而言，新洲区、江夏区和黄陂区仍然位列前3，但是值得注意的是，尽管汉南区养殖总量较小，由于辖区国土面积较小，导致单位土地面积的养殖量偏大，需要对该区域内的畜禽粪污资源利用活动加强指导与管控。

2.3 武汉各区耕地的畜禽粪肥氮负荷分布情况

依据全市备案的养殖场设计存栏与出栏量计算满负荷生产时养殖场的饲养量，利用式（1）计算每个养殖场氮肥养分供给量，然后得到各个行政区养殖粪污的总氮养分供给量，再计算出2019年各行政区耕地的畜禽粪污氮负荷（kg/hm2）。利用ArcMap软件将各个区的畜禽粪污承载量划为5个等级，得到各区畜禽粪污氮负荷分布图（图3）。由图3可知，江夏区的耕地粪肥氮负荷最高，为121.96 kg/hm2，其次是新洲区的88.90 kg/hm2、黄陂区的52.22 kg/hm2，汉南区、东西湖区、蔡甸区依次递减。

图3 武汉市各区耕地畜禽粪污氮负荷分布

当各养殖场满负荷生产时，江夏区、新洲区和黄陂区是武汉市内畜禽粪污氮负荷较大区域，某些街道可能面临粪肥还田压力较大的情况，需要进一步精细化分析。

2.4 武汉市畜禽养殖集中区域氮排放情况分析

为了更加精细评估养殖集中区域内粪污的氮排放情况，以街道为单位，统计江夏区、新洲区以及黄陂区内各街道畜禽养殖场满负荷生产时的粪污氮排放情况。江夏区9个街道中氮排放较大的街道是乌龙泉街道、山坡街道以及郑店街道，氮排放量占江夏区畜禽粪污氮总排放量的63.68%，养殖场数量占全区总量的83.41%，排放分布非常集中。而户均氮排放量最大的为湖泗街，其次为舒安街和法泗街，其主要原因在于该街道养殖户数较少，且以猪场为主。郑店街道养殖场数量最多，户均氮排放量最低2.75 t，主要以小而密集分布的肉鸡养殖场为主（表3）。

表3 江夏区各街道畜禽养殖粪污氮排放量

对新洲区的氮排放情况进行了分析，发现新洲区13个街道中氮排放量较大的街道包括李集、三店、汪集和凤凰，4个街道的氮排放总量占全区氮排放总量的67.39%，养殖场数量占全区总量的63.80%，是新洲区养殖场分布和氮排放的集中区域。就户均氮排泄量而言，辛冲街道和徐古街道较高，而涨渡湖林场区域较小（表4）。

表4 新洲区各街道畜禽养殖粪污氮排放量

对黄陂区的氮排放情况进行了分析，黄陂区氮排放量较大的街道主要集中在李集街、木兰乡和六指街道，氮排泄量均超过350 t。对户均氮排放量分析发现，户均氮排放量较大的地方为木兰乡、蔡榨街，主要原因是其养殖场单体的规模较大（表5）。小区域内大规模养殖场集中产生的粪污需要配套科学的处置方法、足够的粪污消纳土地。

表5 黄陂区各街道畜禽养殖粪污氮排放量

2.5 武汉市养殖集中区粪污还田适宜的农作物及配套土地面积

以年出栏1万头的猪场、存栏量500头的奶牛场、存栏量1万羽的蛋鸡场、年出栏量5万羽肉鸡场以及存栏量5 000头的羊场作为规模化养殖场参考对象，将2019年武汉市相应的农作物实际产量作为粪肥返田种植作物的预期产量（表6），利用式（3）计算出不同畜种粪污还田所需配套土地面积（表7、表8）。由表6可知，2019年武汉市单产最高的农作物是甘蔗，产量达到47 154 kg/hm2，其次是水稻和玉米。产量最低的农作物是茶叶，产量为442 kg/hm2。

表6 2019年武汉市主要农作物的产量及所需氮磷量

由表7可知，以当前武汉市内主要农作物的平均生产水平为基准，如果以农作物氮养分需求和粪肥氮养分供给平衡为基础估算，仅使用粪肥作为种植肥料，选择油料作物（花生、油菜、芝麻）作为种植品种，所需要的配套农田面积最小，其次是水稻和大豆。选择种植茶叶需要的配套土地面积最大。

表7 武汉市规模化养殖场粪污还田所需匹配的土地面积推荐值（以N为基础）

由表8可知，以农作物磷养分需求和粪肥磷养分供给平衡为基础估算，仅使用粪肥作为肥料，水稻是武汉市主要农作物品种中最适宜选取的返田作物，其次是小麦、棉花以及油料作物。因此，综合粪肥还田的土壤氮、磷养分平衡要求，武汉市畜禽养殖场最适宜选择的粪污还田农作物为水稻。以保证粪肥氮、磷不过量为标准，在配套面积方面，年出栏量10 000头的猪场所需的水稻种植面积至少在139.88 hm2以上，磷肥不足的部分可以化肥等形式补充。

表8 武汉市规模化养殖场粪污还田所需配套土地面积推荐值（以P为基础）

在湖北省主要的农作物中，以磷平衡为基础计算的配套面积和以氮平衡为基础计算的面积都存在较大差异，对大多数农作物的生长需求而言，粪肥中的氮磷比都不适宜。在实际进行粪肥还田时，都必须根据土壤氮（磷）本底值和作物的实际生长状况配合施用其他肥料。

3 小结与讨论

武汉市畜禽养殖主要以家禽为主，家禽养殖场的数量占养殖场总数的71.34%，生猪养殖场数量仅占养殖场总量的23.73%。但是在考虑到畜种差异，将畜禽养殖量统一以猪当量为单位进行估算时，武汉市养殖当量最大的是生猪，其次是家禽和肉牛，而奶牛、羊在武汉市的养殖量相对较低。由此可知，生猪和家禽是武汉市畜禽养殖中主要构成板块。

在养殖密度方面，对武汉市各区畜禽养殖场数量、养殖量以及对应粪污还田耕地氮负荷等数据的综合评估发现，江夏区、新洲区和黄陂区是武汉市养殖高密度区和粪污还田压力较大的区域，但这些区域的耕地氮负荷整体都尚在欧盟的限量标准［6］（单位面积耕地总氮负荷为170 kg/hm2）以下。在这3个区域内的粪污管控中，需要重点关注江夏区的乌龙泉街道、山坡街道以及郑店街道，新洲区的李集、三店、汪集和凤凰街道，以及黄陂区的李集街、木兰乡和六指街道。此外，在大型养殖场分布的街道需要防范小范围的粪污过量还田，如江夏的湖泗街道、舒安街道，这些街道的养殖场户均氮排放量较高。

目前，武汉市家禽养殖场的粪便处理通常是以集中收集转运生产有机肥为主，而生猪养殖场的粪污则多数通过厌氧发酵处理，产生的沼渣、沼液用来作为种植肥料。因此，科学选择种植作物以最大程度消纳养殖粪污尤为关键。本研究发现，在养殖粪污还田的作物选择方面，从粪肥的高效利用角度来说，武汉市最适宜的还田农作物是水稻。以一个万头猪场为例，至少需要配套140 hm2的水稻种植土地。但粪肥在还田过程中由于不同作物对于氮、磷的需求量各异，往往单纯的粪肥无法满足农作物的营养需要，需要额外补充其他形式肥料。

武汉市内的畜禽养殖整体呈现区域性集中分布特点，因此应针对粪污排泄集中区域进行重点指导及管控。在养殖粪污的还田利用方面要选择适宜的农作物和适当的配套土地面积，在武汉市推荐选择种植水稻作为消纳粪肥的作物品种。