黄亚捷，廖志宏，崔艳智*

(1.生态环境部环境发展中心，北京 100029；2.中国农业大学，北京 100193)

近年来随着人民生活水平的提高和对肉类产品的需求增长，养殖数量持续增加、养殖规模不断扩大。据2020年《第二次全国污染源普查公报》[1]显示，畜禽养殖业已成为环境污染的主要来源之一，畜禽养殖业排放的化学需氧量(COD)占农业源污染物排放中COD的93.76%；氮和磷污染的排放量分别占农业源污染物氮和磷排放总量的42.14%、56.46%。宁夏回族自治区是我国优势农产品区域布局中重要的优势畜牧业生产基地，该自治区肉牛、肉羊和奶牛产业也是西北优势区的重要组成部分。在“十四五”期间，宁夏畜禽产能预计将翻1倍，导致畜禽养殖废弃物排放持续增加，养殖污染问题日益凸显，成为制约畜牧业可持续发展的主要因素。

目前，国内外在畜禽粪便方面的研究主要集中于对畜禽粪便产生量的估算、畜禽粪便氮磷耕地负荷、畜禽粪便所带来的面源污染问题以及资源化利用等方面[2-6]。但是，针对宁夏畜禽养殖所带来污染问题的研究较少。由于数据来源的限制，目前的研究还没有系统地对比分析“十三五”与“十四五”期间宁夏畜禽粪便产生量及污染程度。因此，该研究以宁夏回族自治区为研究区域，通过收集“十三五”期间的养殖数据及预估的“十四五”期间的养殖数据，分析“十三五”与“十四五”期间宁夏畜禽养殖量的变化情况，采用排泄系数法，估算畜禽粪便的产生量及粪污中氮、磷、COD含量，评估宁夏畜禽养殖环境污染风险，分析区域内畜禽养殖承载力及耕地预警情况，以期为当地生态环境保护提供理论依据，也为合理规划区域内畜禽饲养密度与空间布局提供直观且科学的指导。

1 资料与方法

1.1 研究区概况宁夏回族自治区是我国5个少数民族自治区之一，总面积为6.64×104km2，位于我国东西轴线中心、黄河中上游，连接华北与西北的重要枢纽，自南北朝以来便以“塞上江南，鱼米之乡”闻名于世。基于自身生态资源和资源条件等特色，宁夏是我国重要的优势畜牧业生产基地，近年来宁夏畜禽养殖业迅猛发展。2020年，宁夏畜禽存栏总量达2 044.4万头(万只、万羽)，折合猪当量1 158.0万头(测算依据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》[7])，较“十二五末”增加325.3万头。快速增加的畜禽养殖给生态环境带来了严重污染，宁夏畜禽养殖污染物产生量和排放量分别占农业源污染的99.1%和88.3%。“十四五”期间，宁夏畜禽产能进一步提升，畜禽粪便量持续增加对生态环境安全构成了极大威胁。

1.2 数据来源2016—2019年的畜禽养殖数据主要来源于《宁夏统计年鉴》(2017—2020年)，考虑到《宁夏统计年鉴》(2021年)数据尚未公布，因此，2020年宁夏畜禽养殖数据来源于《宁夏回族自治区畜牧兽医事业发展十四五规划(2021—2025年)》。“十四五”期间预估的宁夏畜禽养殖数据来源于《宁夏回族自治区畜牧兽医事业发展十四五规划(2021—2025 年)》。

1.3 研究方法

1.3.1宁夏畜禽粪尿及氮磷COD排放量估算。选取生猪、奶牛、肉牛和肉羊为主要研究对象，依据畜禽年饲养量、饲养周期和日排泄系数计算畜禽粪尿和氮、磷、COD排放量，计算公式如下：

(1)

式中，Y为畜禽粪尿、氮、磷及COD排放量(t)；mi为畜禽i的饲养量(只、羽);Ti为畜禽i的饲养周期(d);vi为畜禽i的日排泄系数(kg/d);k为单位换算系数;n为畜禽种数。对于畜禽的饲养周期，猪为199 d[8]，肉羊、奶牛及肉牛为365 d[9]，排污系数主要参考文献[10]。

1.3.2畜禽养殖承载潜力计算。基于《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》[7]，在土壤肥力为二级、粪肥比例为50%且当季利用率为25%的情况下，以氮为基础，当季的每亩种植小麦的土地承载力为猪当量1.2头，折算为每年每公顷的土地承载力为猪当量36头。因此，考虑到全区种植作物主要是以小麦为主，不同土地面积下的承载力计算公式如下：

C=Z×G

(2)

式中，C为区域内每年折算为猪当量的土地承载力(头/a)；Z为单位面积下折算为猪当量的土地承载力[36头/(hm2·a)]；G为耕地面积(hm2)，耕地面积数据来源于遥感解译。基于不同的土地承载力，计算区域内饱和度，计算公式如下：

Ai=Q/Ci

(3)

式中，i值为1、2、3、4，其中，理想承载力C1为考虑全部耕地使用有机肥情况下的承载力，理想承载力C2为考虑全部耕地、林地和牧草地使用有机肥情况下的承载力,理论承载力C3为全部耕地、林地和牧草地按有机肥化肥1∶1的使用量下的承载力，实际承载力C4为耕地和园地按有机肥化肥1∶1的使用量下的承载力；Q为全区折合的猪当量；A1、A2、A3和A4是分别对应的饱和度。

1.3.3畜禽粪污环境污染预警值及判断标准。为便于对畜禽粪便耕地污染的控制，环境保护总局自然生态保护司[10]建议，将畜禽粪便换算成猪粪当量，计算其耕地负荷，计算公式如下：

R=q/P

(3)

式中，R为预警值；q为猪粪当量耕地负荷值(t/hm2)；P为最大理论适用量，值为30 t/hm2[11]。按照耕地对畜禽粪尿承受程度，可以把预警值R分为6级，即当R值分别为≤0.4、>0.4～0.7、>0.7～1.0、>1.0～1.5、>1.5～2.5和>2.5时，畜禽粪便对环境的影响程度分别为无、稍有、有、较严重、严重和很严重[10]。R值越大，说明环境对畜禽粪便负荷量承受能力越低，畜禽粪便对环境造成的污染威胁性越大。

2 结果与分析

2.1 “十三五”期间畜禽养殖污染评估

2.1.1“十三五”期间畜禽养殖现状。从图1可以看出，全区畜禽养殖主要集中分布在引黄灌区的西南部，而南部山区和引黄灌区北部养殖量分布较为均匀。宁夏全区基本以肉羊、奶牛养殖为主。全区畜禽规模化养殖场主要分布在吴忠市，其次是银川市、中卫市、固原市，石嘴山市规模化养殖场数量比例最小。其中，规模化奶牛养殖场主要分布在吴忠市和银川市；规模化肉牛养殖场数量最多的是吴忠市，约占全区的36%，其次是固原市、银川市和中卫市；规模化生猪养殖场数量中卫市最多，其次是银川市、吴忠市，石嘴山市数量最少，不足全区规模化生猪养殖场的3%；规模化羊养殖场主要集中分布在吴忠市，约占全区的42%，其次是银川市、中卫市、石嘴山市，固原市养殖量最小，不足全区的10%。

图1 2019年全区畜禽养殖数量(a)及规模化养殖场(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”期间畜禽养殖业发展趋势分析。统计全区2016—2020年养殖量动态变化(图2)发现，2016—2020年全区奶牛养殖量呈现缓慢的递增趋势，肉牛养殖量呈先缓慢增加后缓慢减少的趋势，肉羊养殖量呈先减后增趋势，生猪养殖量呈先增后减趋势。生猪、肉牛、奶牛和肉羊的年均增速分别为-25%、-15%、170%和8%。5年间，生猪、肉牛养殖量均呈现负增长趋势，而奶牛增长势头迅猛，这主要是因为区域政策导向对产业的影响；除此之外，不同的养殖量统计途径也可能会带来一些增速的偏差。统一换算成生猪当量，全区养殖量总体上呈上升趋势，2016—2020年养殖量总体上涨60%，平均以每年12%速度递增。

图2 “十三五”期间畜禽养殖业发展趋势Fig.2 Development trend of livestock and poultry breeding industry during the 13th Five Year Plan Period

2.1.3“十三五”期间氮磷及COD排放情况估算。如表1所示，以2019年为例，宁夏畜禽养殖带来的COD、总氮、总磷排放量分别为123.84万、6.84万和7 387.61 t，其中以利通区的COD、总氮、总磷排放量最大，分别占全区的比例为19.56%、18.40%、16.93%。除此之外，基于《宁夏统计年鉴-2017》计算2016年畜禽养殖污染状况，结果发现，除固原市外，其他市区畜禽养殖带来的COD、总氮、总磷排放量与2016年相比都有所增加。而在2019年固原市的COD、总氮和总磷的排放量分别占全区的17.88%、17.00%和17.00%，相比2016年，固原市畜禽养殖COD、总氮、总磷的排放量均有所减少。但是宁夏南部是六盘山景区所在地，禁养区分布较多，更应加强监管。

表1 2019年宁夏各区县畜禽养殖污染物排放量和所占比重

2.1.4“十三五”期间耕地负荷预警评估。由表2可知，全区的承载力C1、C2、C3和C4分别为6 292.02万、15 745.73万、7 872.87万和3 377.48万头，其饱和度A1、A2、A3和A4分别为16.88%、6.74%、13.49%和31.44%。当考虑全部耕地使用有机肥的情况下，全区有多数区县畜禽承载力压力较小，其饱和度A1均小于50%，有继续扩大养殖量的空间，而利通区饱和度A1超过了100%，处于严重超载状态。

由于种植业保持高产的需要，有机肥∶化肥为1∶1的使用量与实际管理需求更为接近，对各地区控制畜禽养殖总量及合理调整养殖布局更具有参考价值。因此，该研究计算了耕地和园地按有机肥∶化肥为1∶1的使用量下的实际承载力C4及饱和度A4，结果发现利通区已严重饱和，处于严重超载状态，养殖污染风险极大。

表2 2019年宁夏畜禽养殖耕地承载情况

2.2 “十四五”期间畜禽养殖污染评估

2.2.1“十四五”期间畜禽养殖业趋势分析。由表3可知，2021—2025年畜禽养殖预估量逐年增加，在2025年全区的猪当量达2 144.80万头，是2019年(1 061.80万头)的2.02倍，其中奶牛发展势头迅猛，在2025年达100.00万头，是2019年(43.73万头)的2.29倍。全区的畜禽养殖产业迅猛发展也给区域环境带来了严峻挑战。

表3 “十四五”全区畜禽养殖量

2.2.2“十四五”期间氮磷及COD排放情况。根据2021—2025年畜禽养殖量预估值，计算出全区畜禽养殖的氮磷及COD排放情况(表4)。在2025年，预计总氮排放量达到122 332.05 t，比2020年总氮排放量增加了51 087.03 t，奶牛养殖总氮排放量最大，占宁夏畜禽养殖的55.46%；其次是肉牛养殖，其总氮排放量为47 495.63 t，占全区畜禽养殖的38.83%；而生猪和肉羊养殖的总氮排放量较小，其中生猪养殖总氮排放量占宁夏全区畜禽养殖的0.04%，仅为49.38 t。

表4 2020—2025年宁夏畜禽养殖氮磷及COD排放量

2025年预计总磷排放量达到了12 671.65 t，是2020年的1.69倍，奶牛养殖总磷排放量最大，为6 540.80 t，是宁夏全区畜禽养殖的51.62%；肉牛养殖总磷排放量为4 640.06 t，总磷排放量位居第二位，占宁夏畜禽养殖总磷排放量的36.62%；肉羊养殖总磷排放量为1 484.24 t，相比于2020年，总磷排放量增加了434.70 t；生猪养殖总磷排放量仅占宁夏全区畜禽养殖的0.05%，其总磷排放量仅为6.55 t。

2025年预计COD排放量达251.74万t，与“十三五”期间的2020年相比，是其COD排放量的1.54倍，其中奶牛养殖COD排放量最大，占宁夏畜禽养殖的52.20%；其次是肉牛养殖，其COD排放量为109.57万t，占全区畜禽养殖的43.53%；生猪和肉羊养殖的COD排放量较小，两者仅占宁夏全区畜禽养殖的4.28%，COD排放量分别为10.61万和1 484.24 t。

2.2.3“十四五”期间耕地负荷预警评估。如表5、6所示，随着宁夏畜禽养殖业的迅猛发展，畜禽养殖粪尿排放量也急剧增加。在2020年奶牛、肉牛、肉羊和生猪的粪便排放量分别为403.52万、317.99万、198.50万和30.61万t，而奶牛、肉牛和生猪的尿排放量也分别达254.14万、218.65万和47.88万t，折合成猪粪当量总计达1 381.42万t，其耕地负荷量为62.98 t/(hm2·a)，对应的预警值为2.10，对环境造成严重威胁。预计到2025年宁夏全区肉牛、奶牛、生猪和肉羊的粪便排放量分别是2020年的1.74、1.74、1.36和1.41倍，肉牛、奶牛和生猪的尿排放量比2020年分别增加了160.95万、188.61万和17.33万t。在2025年宁夏畜禽养殖耕地负荷预警值达到了3.50的高度，因此必须对宁夏的畜禽养殖进行严格监控。

表5 2020—2025年宁夏畜禽养殖粪尿排放量

表6 2020—2025年宁夏畜禽养殖耕地负荷预警

3 结论

(1)“十三五”期间，宁夏畜禽养殖主要集中分布在引黄灌区的西南部，畜禽养殖量总体上呈上升趋势。全区畜禽养殖所带来的COD、总氮、总磷排放量分别为123.84万、6.84万和7 387.61 t。利通区处于严重超载状态，养殖污染风险极大。

(2)“十四五”期间，全区畜禽养殖量逐年增加，在2025年全区的猪当量达2 144.80万头，是2019年的2.02倍。2025年预计总氮排放量达到122 332.05 t，比2020年总氮排放量增加了51 087.03 t。总磷及COD排放量分别达到12 671.65、251.74万t，分别是2020年的1.69和1.54倍。2021—2025年猪粪当量迅猛增加，在2025年宁夏畜禽养殖耕地负荷预警值达到了3.50的高度，因此必须对宁夏的畜禽养殖进行严格管控。