劉福元，郜興亮，葉東東，楊井泉，楊國(guó)江，翟中葳，張文濤，毋 婷

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，新疆 石河子 832000；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，新疆 烏魯木齊 830000；3.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000；4.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，天津 300191；5.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)畜牧獸醫(yī)總站，新疆 烏魯木齊 830000)

本文為探究兵團(tuán)畜禽糞污土地承載力現(xiàn)狀，通過(guò)收集2019年兵團(tuán)39個(gè)典型農(nóng)牧團(tuán)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)資料，采用《畜禽糞污土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》中的相關(guān)計(jì)算方法與團(tuán)隊(duì)前期研究成果，對(duì)典型團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力進(jìn)行了測(cè)算與分析，為“十四五”兵團(tuán)現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃的編制與畜禽養(yǎng)殖的科學(xué)布局，推進(jìn)構(gòu)建種養(yǎng)結(jié)合、農(nóng)牧循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展畜牧業(yè)發(fā)展新格局，提供重要技術(shù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1.1 團(tuán)場(chǎng)的選擇 本研究選擇了兵團(tuán)南北疆不同墾區(qū)14個(gè)師的 39個(gè)農(nóng)牧團(tuán)場(chǎng)，其中南疆團(tuán)場(chǎng)9個(gè)和北疆團(tuán)場(chǎng)30個(gè)；其中也包含了兵團(tuán)12個(gè)環(huán)境敏感的近郊團(tuán)場(chǎng)。

1.1.2 養(yǎng)殖與種植數(shù)據(jù)獲取 通過(guò)行政部門發(fā)文收集和技術(shù)人員實(shí)地調(diào)研兩種方式相結(jié)合，獲得各團(tuán)場(chǎng)2019年種植信息和養(yǎng)殖信息。

植物信息涵蓋了各典型團(tuán)場(chǎng)絕大部分種植種類，主要包括：水稻、小麥、大麥、玉米、豆類、薯類、油葵、油菜、棉花(皮棉)、打瓜、食葵、甜菜、加工番茄、啤酒花、枸杞、葡萄、蘋果、梨、桃、紅棗、核桃、杏、瓜果、蔬菜、苜蓿、青貯玉米共26種糧食、經(jīng)濟(jì)、果樹(shù)、果蔬、牧草作物的種植面積與產(chǎn)量。

養(yǎng)殖信息涵蓋了各典型團(tuán)場(chǎng)絕大部分養(yǎng)殖種類，主要包括：生豬、奶牛、肉牛、羊、蛋雞、肉雞、馬驢、兔子、駱駝、馬鹿、鴨鵝、鴿子共12種畜禽2019年度年末存欄量(頭、只、羽)。

1.1.3 主要植物新增100 kg經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量所需要的氮(N)磷(P)含量 通過(guò)參照《新疆主要農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)套餐施肥技術(shù)》[9]和董紅敏等《土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》[10]中數(shù)據(jù)，收集整理出了兵團(tuán)主要農(nóng)作物形成100 kg經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量所需的N、P量，見(jiàn)表1。

表1 主要農(nóng)作物形成100 kg經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量所需的N、P量

1.1.4 土壤信息獲取 通過(guò)查閱2010-2019年新疆(兵團(tuán))南北疆不同地域有代表性的專業(yè)文獻(xiàn)，結(jié)合新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤化肥研究所歷年來(lái)的測(cè)算結(jié)果，分析匯總得到兵團(tuán)南北疆土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷的平均值(表2)。

表2 新疆土壤養(yǎng)分匯總

按照董紅敏等[10]中土壤不同氮磷養(yǎng)分水平下施肥共計(jì)養(yǎng)分占比推薦值,結(jié)合新疆兵團(tuán)大田及果園土壤的實(shí)際情況，得出新疆北疆地區(qū)土壤氮養(yǎng)分等級(jí)為Ⅲ級(jí)，施肥供給占比為55%；土壤磷養(yǎng)分等級(jí)為Ⅱ級(jí)，施肥供給占比為45%。新疆南疆地區(qū)土壤氮養(yǎng)分等級(jí)為Ⅲ級(jí)，施肥供給占比為55%；土壤磷養(yǎng)分等級(jí)為Ⅲ級(jí)，施肥供給占比為55%。

由于人類在抗炎癥疾病和農(nóng)漁牧業(yè)養(yǎng)殖中不合理使用抗生素，導(dǎo)致耐藥菌株不斷增加。目前，臨床上可供選擇的抗菌素越來(lái)越少。在人類與疾病的抗?fàn)幨分?，中草藥用于炎癥的治療有明確記載。從中草藥中發(fā)現(xiàn)新的抗菌藥成為很多醫(yī)藥學(xué)者研究的目標(biāo)。

1.2 方法

1.2.1 各典型團(tuán)場(chǎng)畜禽糞污氮和磷產(chǎn)生量、收集率及處理留存率 按照前期畜禽糞便的排泄量與品種、體重、生理狀態(tài)、飼料組成和思維方式等相關(guān)[11-12],本研究估算各類畜禽糞污產(chǎn)生量及氮、磷養(yǎng)分含量系數(shù)按照劉福元等[13]研究成果；糞污氮磷收集率和處理留存率按照《土地承載力測(cè)算技術(shù)指南》中的參數(shù)[10]。為了方便評(píng)估統(tǒng)一采用可比較不同畜禽氮(磷)排泄量的度量單位即豬當(dāng)量，并設(shè)定1頭豬為1個(gè)豬當(dāng)量，1個(gè)豬當(dāng)量的氮排泄量11 kg，磷排泄量為1.65 kg。并分別計(jì)算各典型團(tuán)場(chǎng)畜禽糞污氮、磷養(yǎng)分產(chǎn)生量；畜禽糞污氮、磷養(yǎng)分收集量；畜禽糞污氮、磷養(yǎng)分處理后留存率；單位豬當(dāng)量糞肥氮、磷養(yǎng)分供給量。

1.2.2 各典型團(tuán)場(chǎng)畜禽糞肥氮和磷養(yǎng)分需求量 畜禽糞肥養(yǎng)分需求量根據(jù)土壤肥力、作物類型和產(chǎn)量、糞肥施用比例和糞肥當(dāng)季利用效率等確定。糞肥中氮素當(dāng)季利用率推薦值為25%～30%，磷素當(dāng)季利用率推薦值為30%～35%，本文根據(jù)兵團(tuán)實(shí)際情況，糞肥氮當(dāng)季利用率按照30%取值，糞肥磷當(dāng)季利用率按照35%取值，畜禽產(chǎn)生的糞污全部就地利用,有機(jī)肥替代化肥比例按照50%取值。并分別計(jì)算各典型團(tuán)場(chǎng)內(nèi)作物需要氮、磷總量；區(qū)域內(nèi)植物糞肥氮、磷養(yǎng)分需求量。

1.2.3 區(qū)域畜禽糞污土地承載力指數(shù) 區(qū)域畜禽糞污土地承載力等于區(qū)域植物總的糞肥養(yǎng)分需求量除以單位豬當(dāng)量糞肥養(yǎng)分供給量,計(jì)算得到區(qū)域理論最大養(yǎng)殖量(以豬當(dāng)量計(jì)),計(jì)算公式如下：

式中：R為區(qū)域畜禽以作物糞肥養(yǎng)分需求為基礎(chǔ)的最大養(yǎng)殖量,豬當(dāng)量;NUr,m為區(qū)域內(nèi)植物糞肥養(yǎng)分需求量,kg/年;NSr,a為豬當(dāng)量糞肥養(yǎng)分供給量,kg/(豬當(dāng)量·年)

1.2.4 區(qū)域畜禽糞污土地承載力指數(shù) 區(qū)域畜禽糞污土地承載力指數(shù)等于區(qū)域各種動(dòng)物實(shí)際存欄量(以豬當(dāng)量計(jì))與區(qū)域畜禽最大養(yǎng)殖量(以豬當(dāng)量計(jì))之間的比值,計(jì)算公式如下：

式中：I為區(qū)域畜禽糞污土地承載力指數(shù);A北區(qū)域內(nèi)飼養(yǎng)的各種動(dòng)物根據(jù)豬當(dāng)量換算系數(shù),折算成豬當(dāng)量的飼養(yǎng)總量,豬當(dāng)量;R北區(qū)域畜禽以作物糞肥養(yǎng)分需求為基礎(chǔ)的最大養(yǎng)殖量,豬當(dāng)量;當(dāng)I>1時(shí),表明該區(qū)域畜禽養(yǎng)殖量超載,需要調(diào)減養(yǎng)殖量;當(dāng)I<1時(shí),表明該區(qū)域畜禽養(yǎng)殖不超載。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用新疆農(nóng)墾科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所養(yǎng)殖環(huán)境與糞污處理團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“畜禽糞污土地承載力測(cè)評(píng)系統(tǒng)”專業(yè)軟件測(cè)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 各典型團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力

2.1.1 以氮測(cè)算養(yǎng)殖糞污土地承載力 由表3可以看出，以氮測(cè)算各典型團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力指數(shù)，<0.1的有12個(gè)，0.1～0.2之間的10個(gè)，在0.2～0.3之間的7個(gè)，0.3～0.4之間的3個(gè)，0.4～0.5之間的3個(gè)，0.5～0.6之間的1個(gè)，0.6～0.8之間的沒(méi)有，0.8～0.9之間的1個(gè)，0.9～1.0之間的1個(gè)，>1的1個(gè)。其中25個(gè)團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力指數(shù)在0.5以下，占比89.74%；其中3個(gè)團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力指數(shù)在0.5～1.0之間的，占比7.69%；其中1個(gè)團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力指數(shù)>1，占比2.56%。由表4可以看出，以氮測(cè)算典型團(tuán)場(chǎng)整體畜禽糞污土地承載力指數(shù)0.1241(不超載)，以氮測(cè)算典型團(tuán)場(chǎng)整體土地承載量20461043.9豬當(dāng)量。

表3 典型團(tuán)場(chǎng)糞污土地承載力區(qū)間團(tuán)場(chǎng)數(shù)量

2.1.1 以磷測(cè)算養(yǎng)殖糞污土地承載力 由表5可以看出，以磷測(cè)算各典型團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力指數(shù)，<0.1的有14個(gè)，0.1～0.2之間9個(gè)，在0.2～0.3之間的8個(gè)，0.3～0.4之間沒(méi)有，0.4～0.5之間5個(gè)，0.5～0.8之間沒(méi)有，0.8～0.9之間1個(gè)，0.9～1.0之間沒(méi)有，>1的1個(gè)。其中36個(gè)團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力指數(shù)在0.5以下，占比92.31%；其中2個(gè)團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力指數(shù)在0.5～1.0之間的，占比5.23%；其中1個(gè)團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力指數(shù)>1，占比2.56%。由表4可以看出，以磷測(cè)算典型團(tuán)場(chǎng)整體畜禽糞污土地承載力指數(shù)0.1100(不超載)，以磷測(cè)算典型團(tuán)場(chǎng)整體土地承載量23072501.7豬當(dāng)量?？傮w來(lái)看，測(cè)定中絕大部分典型團(tuán)場(chǎng)未來(lái)發(fā)展養(yǎng)殖的潛力非常大。典型團(tuán)場(chǎng)整體最大承載量20461043.9豬當(dāng)量，整體未來(lái)可增加承載量17922823.0豬當(dāng)量。

表5 典型團(tuán)場(chǎng)糞污土地承載力區(qū)間團(tuán)場(chǎng)數(shù)量

2.2 兵團(tuán)南北疆典型團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力

由表4可以看出，以氮測(cè)算北疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)畜禽糞污土地承載力指數(shù)為0.1495(不超載)，南疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)畜禽糞污土地承載力指數(shù)為0.0721(不超載)；以磷測(cè)算北疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)畜禽糞污土地承載力指數(shù)為0.1335(不超載)，南疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)畜禽糞污土地承載力指數(shù)為0.0636(不超載)。說(shuō)明從養(yǎng)殖糞污土地承載力角度分析，說(shuō)明南疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)比北疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)的養(yǎng)殖空間更大。

表4 典型團(tuán)場(chǎng)土地承載力

北疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)平均以氮測(cè)算土地承載量458163.8豬當(dāng)量，南疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)平均以氮測(cè)算土地承載量745013.5豬當(dāng)量，南疆團(tuán)場(chǎng)大于北疆團(tuán)場(chǎng)；北疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)平均以磷測(cè)算土地承載量513249.9豬當(dāng)量，南疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)平均以磷測(cè)算土地承載量843779.0豬當(dāng)量，南疆團(tuán)場(chǎng)大于北疆團(tuán)場(chǎng)。北疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)平均區(qū)域最大承載量458163.8豬當(dāng)量，南疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)平均區(qū)域最大承載量745013.5豬當(dāng)量，南疆團(tuán)場(chǎng)大于北疆團(tuán)場(chǎng)。北疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)平均未來(lái)可增加承載量389668.3豬當(dāng)量，南疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)平均未來(lái)可增加承載量691307.3豬當(dāng)量，南疆團(tuán)場(chǎng)大于北疆團(tuán)場(chǎng)。進(jìn)一步說(shuō)明從養(yǎng)殖糞污土地承載力角度分析，說(shuō)明南疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)比北疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)的養(yǎng)殖空間更大。

2.3 兵團(tuán)近郊團(tuán)場(chǎng)養(yǎng)殖糞污土地承載力

從表4可以看出，以氮測(cè)算城郊環(huán)境敏感團(tuán)場(chǎng)畜禽糞污土地承載力總指數(shù)為0.0992(不超載)，以磷測(cè)算城郊環(huán)境敏感團(tuán)場(chǎng)畜禽糞污土地承載力總指數(shù)為0.0909(不超載)。平均以氮測(cè)算團(tuán)場(chǎng)土地承載量671040.9豬當(dāng)量，平均以磷測(cè)算團(tuán)場(chǎng)土地承載量732581.1豬當(dāng)量，平均團(tuán)場(chǎng)最大承載量671040.9豬當(dāng)量，平均團(tuán)場(chǎng)可增加承載量604465.3豬當(dāng)量。但是表4可以看到188團(tuán)以磷測(cè)算承載力指數(shù)達(dá)到了2.111>1，104團(tuán)以氮測(cè)算承載力指數(shù)達(dá)到了3.016>1，2個(gè)團(tuán)場(chǎng)均超載。這也進(jìn)一步說(shuō)明兵團(tuán)區(qū)域土地承載力測(cè)定應(yīng)以近郊團(tuán)境敏感團(tuán)場(chǎng)和養(yǎng)殖大團(tuán)為重點(diǎn)。

3 討 論

3.1 關(guān)于畜禽養(yǎng)殖土地承載力測(cè)算方法

畜禽養(yǎng)殖糞污土地承載力(或者叫農(nóng)田負(fù)荷)按單位面積能夠消納畜禽糞便總量以及糞肥氮和磷的限量等進(jìn)行估算，一般參考農(nóng)田能夠負(fù)荷的畜禽糞便30～45 t/hm2，以最低限度30 t/hm2為最大理論適宜量[14]，糞肥年施氮的限量標(biāo)準(zhǔn)為170 kg/hm2[15]，糞肥年施磷量限量標(biāo)準(zhǔn)為35 kg/hm2[16]。本研究按照董紅敏等[10]的測(cè)算方法，考慮到了作物種類、產(chǎn)量以及土壤營(yíng)養(yǎng)狀況，同時(shí)考慮了畜禽糞污的收集率、不同處理工藝下的存留率、糞肥當(dāng)季利用率和糞肥替代化肥比例等，因此從測(cè)算方法來(lái)說(shuō)更加精準(zhǔn)和切合實(shí)際[17]，也更加具有指導(dǎo)意義。

3.2 對(duì)區(qū)域畜禽養(yǎng)殖土地承載力測(cè)定的全面認(rèn)識(shí)

區(qū)域畜禽養(yǎng)殖糞污土地承載力測(cè)定，其最終目的是宏觀掌握和評(píng)價(jià)地區(qū)內(nèi)種植單元對(duì)養(yǎng)殖單元糞污的承載消納能力，間接反映當(dāng)?shù)匦笄蒿曫B(yǎng)密度與布局的合理性，如果畜禽糞肥排放量超過(guò)土地可承受的最大水平土壤就會(huì)富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響[17]。另外，本研究計(jì)算的承載指數(shù)是地區(qū)的平均值，區(qū)域畜禽養(yǎng)殖糞污土地承載力不超載，不能完全說(shuō)明該地區(qū)內(nèi)的所有土地承載力均不超載，由于區(qū)域內(nèi)局部地區(qū)由于集中養(yǎng)殖，配套土地面積不足等原因，而導(dǎo)致局部超載的現(xiàn)象較為常見(jiàn)。所以，只有區(qū)域內(nèi)各規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)(合作社)等配套的土地面積均能滿足對(duì)養(yǎng)殖糞污的承載，才可保證本區(qū)域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖土地承載力完全不超載。由此可見(jiàn)重視區(qū)域內(nèi)各規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)(合作社)土地承載力測(cè)定工作，科學(xué)配套消納土地的面積則更加重要。

3.3 超載團(tuán)場(chǎng)原因分析與對(duì)策

本研究測(cè)算了兵團(tuán)12個(gè)近郊團(tuán)場(chǎng)的畜禽養(yǎng)殖糞污土地承載力，其中緊鄰烏魯木齊市的第十二師104團(tuán)和近鄰北屯市的第十師188團(tuán)2個(gè)近郊團(tuán)場(chǎng)承載力超載。由于城郊團(tuán)場(chǎng)具有距城市消費(fèi)市場(chǎng)近、交通便利、信息暢通、科技水平高等許多有利于畜牧業(yè)發(fā)展要素聚集的條件，所以畜牧業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)，但同時(shí)由于城市的不斷擴(kuò)展，城郊農(nóng)田被征用，種植面積壓縮，致使養(yǎng)殖糞污土地承載力超載。超載嚴(yán)重團(tuán)場(chǎng)必須較少養(yǎng)殖量，以及在鄰近不超載地區(qū)消納糞污。另外可以通過(guò)優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，提高植物單位面積產(chǎn)量，在一定程度上提升區(qū)域植物糞肥養(yǎng)分需求量；也可以通過(guò)優(yōu)化養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，減少糞污排放量大的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，減少糞污的產(chǎn)生量。

4 結(jié) 論

兵團(tuán)39個(gè)典型團(tuán)場(chǎng)整體最大承載量2046萬(wàn)豬當(dāng)量，整體未來(lái)可增加承載量1792萬(wàn)豬當(dāng)量。兵團(tuán)大部分團(tuán)場(chǎng)未來(lái)發(fā)展養(yǎng)殖的潛力大，南疆團(tuán)場(chǎng)比北疆團(tuán)場(chǎng)的養(yǎng)殖發(fā)展?jié)摿Ω?，但兵團(tuán)近郊環(huán)境敏感團(tuán)場(chǎng)和養(yǎng)殖大團(tuán)有潛在的氮磷污染風(fēng)險(xiǎn)。