全 文 ：中国生态农业学报 2015年 2月 第 23卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Feb. 2015, 23(2): 199−206


* 国家公益性行业(农业)科研专项(201203050-2)和国家科技支撑计划项目(2012BAD14B12-2)资助
盛婧, 主要从事农田养分高效循环利用方面的研究。E-mail: nkysj@hotmail.com
收稿日期: 2014−09−09 接受日期: 2014−12−12
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.140968
典型粪污处理模式下规模养猪场农牧结合规模配置研究*
Ⅰ.固液分离−液体厌氧发酵模式
盛 婧 孙国峰 郑建初
(江苏省农业科学院农业资源与环境研究所 南京 210014)
摘 要 不同粪污处理模式下畜禽粪便的养分损失存在较大差异, 从而影响其后续地农田利用。固液分离−液
体厌氧发酵模式是当前我国畜禽粪污处理的主要模式之一。研究粪污固液分离−液体厌氧发酵处理模式下规模
养猪场农牧结合适宜规模配置对于减少畜禽粪便污染、促进畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究根据猪
群体结构比例、废弃物产生量及氮磷含量、废弃物处理利用过程中养分损失率以及作物氮磷钾需求量等资料,
以存栏万头猪场为例, 采用分步逐级计算的方法估算了典型粪便处理模式——固液分离−液体厌氧发酵下, 规模
养猪场废弃物完全消纳的不同种植模式农田匹配面积, 并研究了基于作物养分需求的不同种植模式农田畜禽粪
便承载量。结果表明: 固液分离−液体厌氧发酵粪便处理模式, 以沼液安全消纳为目标, 万头猪场需要配置的最
少农田面积分别为粮油作物地 12.4~13.7 hm2, 或茄果类蔬菜地 14.2~17.9 hm2, 或果树苗木地 16.4~51.3 hm2。以有
机肥和沼液全部在农田安全消纳为目标, 万头猪场需要配置的最少农田面积分别为粮油作物地 299.3~312.9 hm2,
或茄果类蔬菜地 145.1~179.0 hm2, 或果树苗木地 553.1~1 343.8 hm2。因此, 规模养猪场应根据猪养殖数量及其
周边农田面积, 选择适宜的有机肥利用方式及种植作物类型, 因地制宜, 合理调控。
关键词 规模养猪场 有机肥 沼液 安全消纳 农牧规模配置
中图分类号: X26 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2015)02-0199-08
Pig farm-cropland configuration under typical waste treatment modes
— A case study of anaerobic liquid fermentation following solid-liquid
separation of waste
SHENG Jing, SUN Guofeng, ZHENG Jianchu
(Institute of Agricultural Resources and Environment, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China)
Abstract Nutrient loss during the processing of livestock and poultry manure is significantly different under different modes of
manure disposal, subsequently influencing nutrient utilization in farmlands. Separation of solids from liquids before anaerobic
fermentation of liquids is currently the main mode of treatment of poultry manure in China. Studies on the configurations of pig farm
and croplands under solid and liquid waste disposal modes following the separation and the subsequent anaerobic fermentation of
liquid manure is greatly important to reduce pollution by livestock excrement and promote sustainable development of animal
husbandry. The purpose of this study was to determine the optimal farmland area needed for large-scale pig farm, and to provide the
scientific basis and reference for establishing a sustainable agro-ecological mode of crops and animals. Based on the proportions of
pig population and pig nitrogen and phosphorus discharge data for different types of swine, the rate of nutrient loss during waste
treatment, and then nutrient demands by different crops, the areas of farmlands for waste consumption and the carrying capacities of
farmlands with different planting patterns were estimated under typical anaerobic fermentation of liquids following the separation of
solids from liquids of waste in a farm with 10 000 pigs. In order to avoid environmental pollution, the optimal farmland area needed
for a large-scale pig farm was determined based on calculated maximum farmland areas from crop nitrogen and phosphorus
requirement. The results showed that under anaerobic fermentation of liquid after solid-liquid separation of waste, the configuration
200 中国生态农业学报 2015 第 23卷


http://www.ecoagri.ac.cn
of a 10000-pig farm needed an area of at least 12.4–13.7 hm2 of grain/oil cropland, 14.2–17.9 hm2 solanaceous vegetable field or
16.4–51.3 hm2 orchard/seedling field for safe disposal of biogas slurry. One hectare of grain/oil cropland, solanaceous vegetable field
or orchard/seedling field was enough for the disposal of liquid waste produced respectively by 730–803 heads, 559–704 heads or
195–609 heads of pig. For entirely safe disposal of manure fertilizer and biogas slurry, a 10000-pig farm needed at least an area of
299.3–312.9 hm2 grain/oil cropland, 145.1–179.0 hm2 solanaceous vegetable field or 553.1–1 343.8 hm2 orchard/seedling field.
Accordingly, one hectare of grain/oil cropland, solanaceous vegetable field and orchard/seedling field was enough for the disposal of
manure fertilizer and biogas slurry produced respectively by 32–33 heads, 56–59 heads and 7–18 heads of pigs. The above results
suggested that waste use patterns and crop types of ambient farmlands should be rationally determined according to breeding quantity
of pig farm and its surrounding farmland area.
Keywords Large-scale pig farm; Manure fertilizer; Biogas slurry; Safe disposal; Crop-pig configuration
(Received Sep. 9, 2014; accepted Dec. 12, 2014)
随着我国畜牧业迅速发展, 畜禽养殖的集约化
程度越来越高, 大量的畜禽粪尿废弃物排放使得规
模养殖场周边的污染呈现不断加剧趋势。为了减轻、
消除养殖业粪污对环境造成的不良影响, 我国相应
部门对粪便污染治理进行了大量的工作[1]。固液分
离−液体厌氧发酵模式是当前我国畜禽粪污处理的
主要模式之一 , 即猪场采用干清粪工艺固液分离 ,
固体部分进行有氧发酵生产有机肥 , 液体部分进
行厌氧发酵生产沼气和沼液 , 有机肥及沼液进行
农田利用。有机肥和沼液沼渣富含氮、磷、钾等
养分 , 是较好的农田肥料。畜禽粪尿废弃物由于体
积较大 , 运输费用高 , 很难将畜禽粪便或其处理
剩余物转移到距离较远的区域, 因而只能限于周边
农田消纳[2−3]。过量的有机肥和沼液沼渣在农田施用
将会引起氮、磷流失二次污染环境, 因此, 研究规模
养殖场必须匹配的周边农田面积及农田对有机肥和
沼液沼渣的适宜承载量至关重要。
近年来, 专家学者针对不同地区的畜禽粪便产
生量及风险评价、农田粪污承载量等开展了大量的
研究工作。如: 彭里等[4]对重庆市畜禽粪便年排放量
进行了估算; 陈斌玺等 [5]对海南省畜禽粪便排泄量
及农田畜禽粪便承载进行了估算分析, 认为海南省
粪便氮、磷污染属于Ⅰ级无污染水平; 王方浩等 [6]
估算了我国畜禽养殖业粪便产生量, 并对由此产生
的环境效应进行了评价, 认为部分地区的畜禽养殖
业已经对当地环境构成了污染; 陈微等[7]基于畜禽粪
便养分含量研究了农田畜禽承载力, 结果表明, 以 N
作为承载标准时 , 农用地所承载的畜禽数量比以
P2O5作为承载标准时多, 最多高达 6.6倍; Wong等[8]
认为农用地畜禽粪便的适宜施用量为 25~50 t·hm−2;
沈根祥等[9]研究认为, 蔬菜种植地区猪粪当量有机肥安
全施用为 60 t·hm−2·a−1, 粮棉瓜果地区 42 t·hm−2·a−1, 纯
粮种植区 24 t·hm−2·a−1。然而, 以上研究较少考虑畜
禽粪便在处置、利用过程中的损失, 关于某一粪污
处理模式下规模养殖场农牧结合规模配置及农田畜
禽粪便承载量少见研究报道。
本文以万头猪场为例, 分析规模猪场不同类型
猪数量组成, 在收集干粪有机肥和沼液产生量及氮
磷含量、粪尿处理利用过程中养分损失率、不同作
物生长期氮磷钾需求量数据的基础上, 研究“固液分
离−液体厌氧发酵”典型粪便处理模式下规模养猪场
废弃物完全消纳的不同种植模式农田匹配面积, 并
基于作物养分需求研究不同种植模式农田畜禽粪便
承载量, 以期为实现我国规模养殖场可持续生产、
建立农牧结合生态模式提供科学依据和参考借鉴。
1 数据来源与研究方法
1.1 数据来源
本文中设定的万头猪场实行雨污分流, 粪便清
理采用干清粪方式 , 每日清理 1次 , 清理出舍的猪
粪进行临时堆积 , 堆积时间为 40 d, 堆积高度为
30 cm, 堆积 40 d后进行高温好氧堆肥加工有机肥;
而液体粪便则直接进入厌氧发酵池生产沼气。研究
区域位于我国华东地区, 面积 83.43 万 km2, 约占中
国面积的 8.7%。该地区属亚热带湿润性季风气候和
温带季风气候, 年平均降水量为 1 263 mm, 平均气
温为 15~18 ℃, 境内河道湖泊密布。
1.1.1 规模猪场不同类型猪组成比例
规模猪场通常仔猪由自己供应, 在运转较为良
好的猪场, 不同类型猪有着相对固定的比例。本研
究采用的猪群结构比例数据参照文献[10]: 猪场生
产系统达到稳定状态时, 猪群结构比例为哺乳仔猪
20.30%, 保育猪 19.28%, 育成猪 26.40%, 育肥猪
17.41%, 后备公猪 0.21%, 后备母猪 2.05%, 种公猪
0.68%, 种母猪 13.67%。即一个稳定的万头猪场, 应
有哺乳仔猪 2 030头、保育猪 1 928头、育成猪 2 640头、
育肥猪 1 741头、后备公猪 21头、后备母猪 205头、
种公猪 68头、种母猪 1 367头。
第 2期 盛 婧等: 典型粪污处理模式下规模养猪场农牧结合规模配置研究 201


http://www.ecoagri.ac.cn
1.1.2 不同类型猪粪尿日排泄系数
本研究采用的不同类型猪粪尿日排泄系数及氮
磷含量数据来源于文献[11], 具体数据见表 1。
1.1.3 猪粪尿处置利用过程养分损失率
猪粪好氧堆肥及尿液压氧发酵中氮损失率数据
均从文献[12−14]中获得; 沼液贮置中氮、磷损失率
参考文献[15]数据, 考虑沼液安全利用, 沼液贮置时
间设 30 d(蔬菜)和 60 d(大田作物和苗木); 沼液利用
中氮损失率参考文献[16]数据。
1.1.4 不同作物肥料施用量
不同作物的肥料施用量数据来源于文献[17−24],
具体见表 2。
表 1 规模猪场不同类型猪粪尿日排放量及养分含量[11]
Table 1 Manure and urine production per day and nutrients contents for different types of pigs in large-scale pig farm [11]
项目
Item
公猪
Boar
母猪
Sow
哺乳仔猪
Piglets
保育猪
Weaned pig
育成猪
Growing pig
育肥猪
Finishing pig
产生量 Amount (kg·d−1) 2.53 1.42 0.88 1.04 1.54 1.72 粪便
Manure 含水量 Water content (%) 69.1 69.2 75.2 73.7 72.6 72.2
全氮 Total nitrogen [g(N)·kg−1(dry weight)] 27.32 24.20 42.33 36.35 34.19 31.19
全磷 Total phosphorus [g(P2O5)·kg−1(dry weight)] 19.17 20.73 16.85 16.45 15.39 15.72
全钾 Total potassium [g(K2O)·kg−1(dry weight)] 9.06 9.62 13.20 9.70 8.34 8.87
产生量 Amount (kg·d−1) 8.32 6.40 1.45 3.41 3.85 4.20 尿液
Urine 全氮 Total nitrogen [g(N)·L−1] 2.57 1.88 2.36 2.31 2.07 2.24
全磷 Total phosphorus [g(P2O5)·L−1] 0.36 0.35 0.53 0.46 0.42 0.39
全钾 Total potassium [g(K2O)·L−1] 1.14 1.43 1.94 1.89 1.85 1.83
表 2 不同作物的氮磷钾施用量[17−24]
Table 2 Fertilizers application rates for different crops [17−24]
作物类型 Crop type 作物 Crop N (kg·hm−2) P2O5 (kg·hm−2) K2O (kg·hm−2) 文献来源Reference source
水稻 Rice 270.0 67.5 135.0 [17]
小麦 Wheat 225.0 90.0 90.0 [18]
油菜 Canola 180.0 90.0 120.0 [19]
粮油作物
Grain and
oil crops
玉米 Corn 225.0 75.0 75.0 [20]
黄瓜 Cucumber 322.5 180.0 225.0 [21]
番茄 Tomato 367.5 180.0 225.0 [21]
茄果类蔬菜
Solanaceous
vegetables 辣椒 Pepper 225.0 112.5 225.0 [22]
葡萄 Grape 120.0 169.0 150.0 [23]
桃 Peach 140.0 84.0 140.0 [23]
梨 Pear 176.0 36.0 180.0 [23]
果树或苗木
Fruit tree and
seedlings
茶叶 Tea 375.0 75.0 120.0 [24]

1.2 研究方法
1.2.1 猪场粪便养分排放量计算
猪场粪便养分排放量是根据不同类型猪组成、
粪便排放量及养分含量通过加权法计算获得, 其计
算公式为:
MN,P,K=∑(Ci×Si×TiN,iP,iK)×365×0.001 (1)
式中: MN,P,K分别为猪场年粪便养分(N、P2O5、K2O)
产生量(kg), Ci为第 i类猪存栏量(头), Si为第 i类猪
每头日排泄系数(kg), TiN,iP,iK分别为第 i 类猪粪便养
分(N、P2O5、K2O)含量(g·kg−1), 365为一年天数, 0.001
为换算常数。
1.2.2 猪场尿液养分排放量计算
根据不同类型猪组成、尿液排放量及养分含量通
过加权法计算可获得猪场尿液养分排放量, 其计算
公式为:
QN,P,K=∑(Ci×Si×UiN,iP,iK)×365×0.001 (2)
式中: QN,P,K分别为猪场年尿液养分(N、P2O5、K2O)
产生量(kg), UiN,iP,iK 分别为第 i 类尿液便养分(N、
P2O5、K2O)含量(g·L−1), 其他同式(1)。
1.2.3 有机肥和沼液养分量计算
计算公式为:
PN,P,K=MN,P,K×(1−LN,P,K)/1 000 (3)
RN,P,K=QN,P,K×[1−L1(N,P,K)]×[1−L2(N,P,K)]/1 000 (4)
式中: PN,P,K为有机肥养分(N、P2O5、K2O)量(t), MN,P,K
同式(1), LN,P,K 为猪粪好氧堆肥过程中的养分(N、
P2O5、K2O)损失率(%); RN,P,K为沼液养分(N、P2O5、
202 中国生态农业学报 2015 第 23卷


http://www.ecoagri.ac.cn
K2O)量(t), QN,P,K同式(2), L1(N,P,K)为尿液或粪尿混合
物压氧发酵过程中的养分(N、P2O5、K2O)损失率(%),
L2(N,P,K)为沼液贮存过程中的养分(N、P2O5、K2O)损
失率(%)。
1.2.4 基于有机物及沼液利用的匹配农田面积
猪粪有机肥和沼液还田利用需匹配的农田面积
采用以下公式计算:
Ai(N,P,K)=PN,P,K/Di(N,P,K)×1 000 (5)
Bi(N,P,K)= RN,P,K×[1−L3(N,P,K)]/Di(N,P,K)×1 000 (6)
式中: Ai(N,P,K)为基于有机肥养分(N、P2O5、K2O)利用
的种植第 i 种作物农田匹配面积 , PN,P,K 同式 (3),
Di(N,P,K)为第 i 种作物养分(N、P2O5、K2O)施用量;
Bi(N,P,K)为基于沼液养分(N、P2O5、K2O)利用的种植
第 i种作物农田匹配面积, RN,P,K同式(4), L3(N,P,K)为沼
液利用过程中的养分(N、P2O5、K2O)损失率(%)。
1.2.5 农田猪承载量
计算公式为:
WEi =10 000/(Aimax+Bimax) (7)
SEi =10 000/Bimax (8)
式中: WEi为消纳全部废弃物的第 i种作物种植农田
承载量(头·hm−2), 10 000为猪数量(头), Aimax为基于
有机肥养分利用的种植第 i 种作物农田最高匹配面
积(hm2), Bimax为基于沼液养分利用的种植第 i 种作
物农田最高匹配面积(hm2); SEi为消纳沼液的第 i种
作物种植农田承载量(头·hm−2)。
2 结果与分析
2.1 废弃物固液分离−液体厌氧发酵处理模式养分
总量变化
2.1.1 万头猪场粪尿年产生量及养分排放量
不同类型的猪日排放粪尿量及养分含量差异显
著(表 1)。当猪场生产系统达到稳定状态时, 不同类
型的猪数量变化较小, 因而每天产生的粪尿量基本
恒定。根据不同类型猪粪尿排放量和养分含量, 通
过加权法计算出规模猪场粪尿年养分排放量, 其结
果见表 3。由表 3可知, 万头猪场粪便年养分排放量
为 117.00 t·a−1、P2O5 58.90 t·a−1和 K2O 33.63 t·a−1, 养
分排放量顺序为 N>P2O5>K2O, P2O5、K2O排放量分
别为 N排放量的 50.3%、28.7%; 尿液年养分排放量
为 N 29.34 t·a−1、P2O5 5.66 t·a−1和 K2O 23.92 t·a−1, 其
中 P2O5排放量较低, 为N排放量的 19.3%, K2O排放
量与 N相比略低。
表 3 万头猪场养分排放量
Table 3 Nutrients discharges from a 10000-head pig farm t·a−1
养分
Nutrient
公猪
Boar
母猪
Sow
哺乳仔猪
Piglets
保育猪
Weaned pig
育成猪
Growing pig
育肥猪
Fattening pig
合计
Sum
N 1.55 13.64 20.76 19.61 36.83 24.61 117.00
P2O5 1.09 11.69 8.26 8.87 16.58 12.41 58.90
粪便
Manure
K2O 0.52 5.42 6.47 5.23 8.99 7.00 33.63
N 0.70 6.90 2.54 5.54 7.68 5.98 29.34
P2O5 0.10 1.29 0.57 1.10 1.56 1.04 5.66
尿液
Urine
K2O 0.31 5.25 2.08 4.54 6.86 4.88 23.92

2.1.2 有机肥和沼液养分总量
万头猪场废弃物固液分离处理模式, 粪便经堆肥
后氮损失量较大, 有机肥养分量分别为 N 60.21 t·a−1,
P2O5 47.12 t·a−1, K2O 33.63 t·a−1, 养分排放量顺序仍为
N>P2O5>K2O, 但是三者间差异减小, N︰P2O5︰K2O
比例为 1︰0.78︰0.56。尿液经厌氧发酵后仅有少量氮
损失, 新鲜沼液中养分量分别为 N 27.46 t·a−1, P2O5
5.66 t·a−1, K2O 23.92 t·a−1, N︰P2O5︰K2O比例为1︰0.21︰
0.87。沼液必须经过一段时间的贮置后才能安全使用。
沼液贮置 30 d和 60 d后, N、P2O5、K2O含量均显著减
少, 分别降至 N 9.80 t·a−1、P2O5 1.69 t·a−1、K2O 16.57 t·a−1
和 N 6.16 t·a−1、P2O5 0.90 t·a−1、K2O 11.14 t·a−1。
2.2 基于废弃物安全消纳的农田匹配面积
以粮油作物、茄果类蔬菜、果树苗木三大类典
型农作物为研究对象, 根据有机肥和沼液养分量、
沼液贮置过程养分损失率以及作物养分需求量, 分
别计算出满足作物氮素、磷素和钾素需求的有机肥
和沼液全部消纳所需的农田面积, 结果见表 4。由表
4可知, 除葡萄种植模式外, 其余种植模式均表现为
满足作物磷素需求的有机肥消纳所需的农田面积最
多, 满足作物氮素、钾素需求的农田面积较少, 表明
磷素是农田大量消纳有机肥的主要限制因子。从环
境安全角度考虑, 以满足作物磷素需求作为衡量有
机肥消纳所需的最小农田面积的指标最为合适。从
沼液消纳所需面积来看, 满足作物钾素需求的沼液
消纳所需的农田面积最多, 满足作物氮素、磷素需
求的沼液消纳所需的农田面积较少。由于钾不是农
业面源污染的主要因子, 因此, 本文沼液在农田的
第 2期 盛 婧等: 典型粪污处理模式下规模养猪场农牧结合规模配置研究 203


http://www.ecoagri.ac.cn
安全消纳, 仅考虑作物对氮素和磷素的需求。
不同作物类型 , 有机肥和沼液消纳所需的农田
面积差异较大。其中, 种植果树或苗木, 有机肥和沼
液消纳所需的农田面积最大 ; 种植粮食作物其次 ;
种植蔬菜有机肥和沼液消纳所需的农田面积最少。
以有机肥和沼液全部在农田安全消纳为目标 ,
选择满足作物氮素、磷素需求的最大农田面积作为
衡量有机肥和沼液消纳所需农田面积的标准, 则万
头猪场需要配置的农田面积分别为粮油作物地
299.3~312.9 hm2, 或茄果类蔬菜地 145.1~179.0 hm2,
或果树苗木地 553.1~1 343.8 hm2(表 5)。由于有机
肥便于远距离运输, 猪场需要配置的周边农田面积
可仅考虑沼液的安全消纳。若以沼液在农田安全消
纳为目标, 则万头猪场需要配置的农田面积分别为
粮油作物地 12.4~13.7 hm2, 或茄果类蔬菜地 14.2~
17.9 hm2, 或果树苗木地 16.4~51.3 hm2。
表 4 基于作物养分需求的万头猪场废弃物固液分离−液体厌氧发酵处理模式农田面积配置
Table 4 Areas of different crops fields needed by 10000-head pig farms with the wastes treatment mode of liquid anaerobic
fermentation after solid-liquid separation according to nutrient demands by crops hm2
有机肥消纳所需农田面积
Area of field to dispose organic fertilizer
沼液消纳所需农田面积
Area of field to dispose biogas slurry 类型
Type
作物模式
Crop pattern 基于氮
Based on N
基于磷
Based on P
基于钾
Based on K
基于氮
Based on N
基于磷
Based on P
基于钾
Based on K
水稻−小麦 Rice-wheat 121.6 299.2 149.5 12.4 5.7 49.5
水稻−油菜 Rice-canola 133.8 299.2 131.9 13.7 5.7 43.7
粮油作物
Grain and
oil crops
玉米−小麦 Corn-wheat 133.8 285.6 203.8 13.7 5.4 67.5
黄瓜−番茄 Cucumber-tomato 87.3 130.9 74.7 14.2 4.7 36.8 茄果类蔬菜
Solanaceous
vegetables 辣椒−黄瓜 Pepper-cucumber 110.0 161.1 74.7 17.9 5.8 36.8
葡萄 Grape 501.7 278.8 224.2 51.3 5.3 74.2
桃 Peach 430.1 560.9 240.2 44.0 10.7 79.5
梨 Pear 342.1 1 308.8 186.8 35.0 24.9 61.9
果树或苗木
Fruit tree and
seedlings
茶叶 Tea 160.6 628.2 280.2 16.4 12.0 92.8
表 5 万头猪场废弃物固液分离−液体厌氧发酵处理模式废弃物安全消纳的农田面积
Table 5 Area of different crops fields needed by 10000-head pig farms with the wastes treatment mode of liquid anaerobic
fermentation after solid-liquid separation hm2
类型
Type
作物模式
Crop pattern
消纳有机肥
Organic fertilizer dispose
消纳沼液
Biogas slurry dispose
合计
Sum
水稻−小麦 Rice-wheat 299.2 12.4 311.6
水稻−油菜 Rice-canola 299.2 13.7 312.9
粮油作物
Grain and oil crops
玉米−小麦 Corn-wheat 285.6 13.7 299.3
黄瓜−番茄 Cucumber-tomato 130.9 14.2 145.1 茄果类蔬菜
Solanaceous
vegetables 辣椒−黄瓜 Pepper-cucumber 161.1 17.9 179.0
葡萄 Grape 501.7 51.3 553.1
桃 Peach 560.9 44.0 604.9
梨 Pear 1 308.8 35.0 1 343.8
果树或苗木
Fruit tree and
seedlings
茶叶 Tea 628.2 16.4 644.6

2.3 不同种植模式下农田猪承载量
根据万头猪场配置的农田面积, 计算出每公顷
农田的废弃物承载力, 结果见表 6。若废弃物全部在
农田消纳, 种植粮油作物, 每公顷农田每年可承载
32~33 头存栏猪排放的废弃物 ; 种植茄果类蔬菜 ,
每公顷农田每年可承载 56~69 头存栏猪排放的废弃
物; 种植果树或苗木, 每公顷农田每年可承载 7~18
头存栏猪排放的废弃物。由于存栏猪和出栏猪容易
出现概念混淆, 因此本研究也对出栏猪废弃物的承
载量进行了计算, 结果表明, 每公顷粮油作物农田
每年可承载 80~84 头出栏猪排放的废弃物; 每公顷
茄果类蔬菜农田每年可承载 140~172 头出栏猪排放
的废弃物; 每公顷果树或苗木地每年可承载 19~45
头出栏猪排放的废弃物。
若仅消纳沼液, 种植粮油作物, 每公顷农田每
年可承载 730~803 头存栏猪排放的液体废弃物, 相
当于 1 826~2 009头出栏猪排放的废液; 种植茄果类
蔬菜, 每公顷农田每年可承载 559~704 头存栏猪排
204 中国生态农业学报 2015 第 23卷


http://www.ecoagri.ac.cn
表 6 废弃物固液分离−液体厌氧发酵处理模式农田猪承载量
Table 6 Pig carrying capacity of cropland under the waste treatment mode of liquid anaerobic fermentation after solid-liquid
separation of pig farm head·hm−2
消纳全部废弃物 For all waste digestion 消纳沼液 For biogas slurry digestion
类型
Type
作物模式
Crop pattern
存栏猪数量
Number of live pigs
in the column
出栏猪数量
Number of
slaughter pigs
存栏猪数量
Number of live pigs
in the column
出栏猪数量
Number of
slaughter pigs
水稻−小麦 Rice-wheat 32 80 803 2 009
水稻−油菜 Rice-canola 32 80 730 1 826
粮油作物
Grain and oil crops
玉米−小麦 Corn-wheat 33 84 730 1 826
黄瓜−番茄 Cucumber-tomato 69 172 704 1 761 茄果类蔬菜
Solanaceous
vegetables 辣椒−黄瓜 Pepper-cucumber 56 140 559 1 397
葡萄 Grape 18 45 195 487
桃 Peach 17 41 227 568
梨 Pear 7 19 286 714
果树或苗木
Fruit tree and
seedlings
茶叶 Tea 16 39 609 1 522
猪存栏量与出栏量的转换系数为 2.5。The conversion coefficient of the numbers of live pigs to slaughter pigs is 2.5.

放的液体废弃物, 即 1 397~1 761头出栏猪排放的废
液; 种植果树或苗木, 每公顷农田每年可承载 195~
609头存栏猪排放的液体废弃物, 相当于 487~1 522
头出栏猪排放的废液。
3 讨论与结论
准确估算畜禽排泄物产生量, 是研究规模养猪
场农牧结合规模配置的基础。前人对于区域畜禽粪
便年产生量已有很多报道, 但大多数研究在估算时
采用统一的排污系数, 并未考虑养殖场内部群体结
构差异[2,6]。由于不同年龄阶段猪的日粪便产生量不
同, 因此其结果与实际存在较大的偏差。已有研究
报道, 猪场生产系统当达到稳定水平时, 猪群体结
构基本恒定[10]。本研究根据不同类型猪的日产粪便
量及群体结构, 加权计算出万头存栏猪的粪便产生
量, 其结果更接近真实值。
粪尿的收集、处理、贮存是影响粪尿农田承载
力的重要因素。在不同处理模式下, 粪尿中养分会
发生一定量的损失, 从而使农田承载力随之发生变
化[2,7,12]。而前人关于农田粪便承载量的研究, 并未
考虑粪便处理模式以及从养殖场至农田过程中每个
环节氮、磷、钾的损失率。本文针对典型粪污处理
模式下农田承载量进行研究, 其结果对于指导养殖
场废弃物农田安全利用具有实际意义。
畜禽粪便的氮、磷、钾供应与农作物的氮、磷、
钾需求比例常常是不一致的, 仅以氮的养分平衡来
考虑废弃物消纳, 往往会造成农田磷、钾养分过量
和环境污染[7]。本文通过对基于作物氮需求、磷需
求、钾需求的农田承载量进行对比研究, 从环境安
全角度提出规模养猪场废弃物完全消纳需要匹配的
最少农田面积。结果表明, 在固液分离液体厌氧发
酵的典型粪污处理模式下, 以沼液安全消纳为目标,
万头猪场需要配置的最少农田面积为粮油作物地
12.4~13.7 hm2, 或茄果类蔬菜地 14.2~17.9 hm2, 或
果树苗木地 16.4~51.3 hm2。基于作物对养分的需求,
粮油作物地、茄果类蔬菜地、果树苗木地每公顷分
别可承载 730~803头、559~704头、195~609头存栏
猪排放的废液。以有机肥和沼液全部在农田安全消
纳为目标, 万头猪场需要配置的最少农田面积分别
为粮油作物地 299.3~312.9 hm2, 或茄果类蔬菜地
145.1~179.0 hm2, 或果树苗木地 553.1~1 343.8 hm2;
该模式下粮油作物地、茄果类蔬菜地、果树苗木地
每公顷分别可承载 32~33 头、56~69 头、7~18 头存
栏猪排放的废弃物。对于不足的氮磷钾养分, 采用
化肥加以补充。
除了养分外, 作物本身对水分的需求也是决定
农田沼液消纳量的一个重要因素。在用于沼液消纳
的农田, 应选择种植对水分和养分需求量均较大的
作物类型。不同地区应根据当地的种植结构进行合
理的调整与搭配, 使农田能够最大限度地消纳养猪
场的粪污, 减少环境污染。现实中由于我国很多畜
禽养殖场附近没有足够的配套农田, 因此有时还需
对区域畜禽养殖总量进行调控。根据粪便处理模式、
农作制度、土壤肥力等因素确定允许养殖的畜禽总
量, 避免局部污染负荷超限。
参考文献
[1] 王凯军. 畜禽养殖污染防治技术与政策[M]. 北京: 化学工
业出版社, 2004
第 2期 盛 婧等: 典型粪污处理模式下规模养猪场农牧结合规模配置研究 205


http://www.ecoagri.ac.cn
Wang K J. Livestock and Poultry Pollution Prevention Tech-
nology and Policy[M]. Beijing: Chemical Industry Press,
2004
[2] 王奇 , 陈海丹 , 王会 . 基于土地氮磷承载力的区域畜禽养
殖总量控制研究[J]. 中国农学通报, 2011, 27(3): 279–284
Wang Q, Chen H D, Wang H. A study on the total quantity
control of regional livestock rising: Based on the N/P capacity
of land[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2011, 27(3):
279–284
[3] 曾悦, 洪华生, 曹文志, 等. 畜禽养殖废弃物资源化的经济
可行性分析[J]. 厦门大学学报: 自然科学版, 2004, 43(S1):
195–200
Zeng Y, Hong H S, Cao W Z, et al. Economic analysis on uses
of livestock manure on cropland[J]. Journal of Xiamen Uni-
versity: Natural Science, 2004, 43(S1): 195–200
[4] 彭里 , 王定勇 . 重庆市畜禽粪便年排放量的估算研究 [J].
农业工程学报, 2004, 20(1): 288–292
Peng L, Wang D Y. Estimation of annual quantity of total ex-
cretion from livestock and poultry in Chongqing Municipal-
ity[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural
Engineering, 2004, 20(1): 288–292
[5] 陈斌玺, 刘俊专, 吴银宝, 等. 海南省农地土壤畜禽粪便承
载力和养殖环境容量分析[J]. 家畜生态学报, 2012, 33(6):
78–84
Chen B X, Liu J Z, Wu Y B, et al. Analysis of livestock
manure carrying capacity of farmland soil and environmental
capacity for livestock cultivation in Hainan Province[J]. Acta
Ecologae Animalis Domastici, 2012, 33(6): 78–84
[6] 王方浩, 马文奇, 窦争霞, 等. 中国畜禽粪便产生量估算及
环境效应[J]. 中国环境科学, 2006, 26(5): 614–617
Wang F H, Ma W Q, Dou Z X, et al. The estimation of the
production amount of animal manure and its environmental
effect in China[J]. China Environmental Science, 2006, 26(5):
614–617
[7] 陈微, 刘丹丽, 刘继军, 等. 基于畜禽粪便养分含量的畜禽
承载力研究[J]. 中国畜牧杂志, 2009, 45(1): 46–50
Chen W, Liu D L, Liu J J, et al. Study on livestock carrying
capacity based on manure nutrients[J]. Chinese Journal of
Animal Science, 2009, 45(1): 46–50
[8] Wong J W C, Ma K K, Fang K M, et al. Utilization of a
manure compost for organic farming in Hong Kong[J]. Bio-
resource Technology, 1999, 67(1): 43–46
[9] 沈根祥 , 汪雅谷 , 袁大伟 . 上海市郊农田畜禽粪便负荷量
及其警报与分级[J]. 上海农业学报, 1994, 10(增刊): 6–11
Shen G X, Wang Y G, Yuan D W. Loading amounts of animal
feces and their alarming values and classification grades in
Shanghai suburbs[J]. Acta Agriculturae Shanghai, 1994,
10(S1): 6–11
[10] 赵丽杰 , 王希彪 . 猪场猪群动态变化模拟研究[J]. 东北农
业大学学报, 2009, 40(6): 63–66
Zhao L J, Wang X B. Study on the dynamic change model of
the pig farm swinery[J]. Journal of Northeast Agricultural
University, 2009, 40(6): 63–66
[11] 郭德杰 , 吴华山 , 马艳 , 等 . 不同猪群粪、尿产生量的监
测[J]. 江苏农业学报, 2011, 27(3): 516–522
Guo D J, Wu H S, Ma Y, et al. Monitoring of the amount of
pig manure and urine in different swineries[J]. Jiangsu Jour-
nal of Agricultural Sciences, 2011, 27(3): 516–522
[12] 常志州, 靳红梅, 黄红英, 等. 畜禽养殖场粪便清扫、堆积
及处理单元氮损失率研究 [J]. 农业环境科学学报 , 2013,
32(5): 1068–1077
Chang Z Z, Jin H M, Huang H Y, et al. Nitrogen loss during
cleaning, storage, compost and anaerobic digestion of animal
manures in individual treatment unit[J]. Journal of Agro-
Environment Science, 2013, 32(5): 1068–1077
[13] 付广青, 叶小梅, 靳红梅, 等. 厌氧发酵对猪与奶牛两种粪
污固液相中磷含量的影响 [J]. 农业环境科学学报 , 2013,
32(1): 179–184
Fu G Q, Ye X M, Jin H M, et al. Effect of anaerobic digestion
on phosphorus transformation of both pig and dairy manure[J].
Journal of Agro-Environment Science, 2013, 32(1): 179–184
[14] 李裕荣, 刘永霞, 赵泽英, 等. 畜禽粪便厌氧发酵的产气特
点及其发酵物养分的变化动态 [J]. 西南农业学报 , 2012,
25(6): 2305–2310
Li Y R, Liu Y X, Zhao Z Y, et al. Biogas generation from an-
aerobic fermentation of animal manures and nutrient dy-
namics in residues[J]. Southwest China Journal of Agricul-
tural Sciences, 2012, 25(6): 2305–2310
[15] 吴华山 , 郭德杰 , 马艳 , 等 . 猪粪沼液贮存过程中养分变
化[J]. 农业环境科学学报, 2012, 31(12): 2493–2499
Wu H S, Guo D J, Ma Y, et al. Changes of nutrients in anaerobi-
cally digested slurry of pig manure during storage[J]. Journal of
Agro-Environment Science, 2012, 31(12): 2493–2499
[16] 靳红梅, 常志州, 吴华山, 等. 菜地追施猪粪沼液后 NH3和
N2O 排放特征及氮损失率[J]. 植物营养与肥料学报, 2013,
19(5): 1155–1165
Jin H M, Chang Z Z, Wu H S, et al. NH3 and N2O emission
and nitrogen loss rate from biogas liquid produced by pig
slurry after topdressing on vegetable fields[J]. Journal of
Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(5): 1155–1165
[17] 李育娟, 龚克成, 刘红江, 等. 小麦秸秆全量还田后机插水
稻肥料运筹技术研究[J]. 中国稻米, 2010, 16(3): 47–49
Li Y J, Gong K C, Liu H J, et al. Research on fertilizer appli-
cation techniques of machine-transplanted rice after returning
to wheat straw field[J]. China Rice, 2010, 16(3): 47–49
[18] 林忠成 , 叶世超 , 戴其根 , 等. 太湖流域施氮量对小麦−土
壤系统氮素利用的影响 [J]. 麦类作物学报 , 2010, 30(1):
141–148
Lin Z C, Ye S C, Dai Q G, et al. Effects of nitrogen applica-
tion rate on nitrogen utilization of wheat-soil system in Taihu
Lake region[J]. Journal of Triticeae Crops, 2010, 30(1):
141–148
206 中国生态农业学报 2015 第 23卷


http://www.ecoagri.ac.cn
[19] 张辉, 朱德进, 黄卉, 等. 不同施肥处理对油菜产量及品质
的影响[J]. 土壤, 2012, 44(6): 966–971
Zhang H, Zhu D J, Huang H, et al. Effects of different ferti-
lizer treatments on yield and quality of rapeseed (Brassica
napus L.)[J]. Soils, 2012, 44(6): 966–971
[20] 吴华山, 郭德杰, 马艳, 等. 猪粪沼液施用对土壤氨挥发及
玉米产量和品质的影响[J]. 中国生态农业学报, 2012, 20(2):
163–168
Wu H S, Guo D J, Ma Y, et al. Effects of pig manure-biogas
slurry application on soil ammonia volatilization and maize
output and quality[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture,
2012, 20(2): 163–168
[21] 闵炬 , 施卫明 , 王俊儒 . 不同施氮水平对大棚蔬菜氮磷钾
养分吸收及土壤养分含量的影响 [J]. 土壤 , 2008, 40(2):
226–231
Min J, Shi W M, Wang J R. Effects of N fertilizer application
rate on vegetable N, P, K uptake and soil nutrient content in
greenhouse[J]. Soils, 2008, 40(2): 226–231
[22] 汤宏, 张杨珠, 侯金权, 等. 不同施肥条件下夏季辣椒的生长
发育与养分吸收规律研究[J]. 土壤通报, 2012, 43(4): 890–895
Tang H, Zhang Y Z, Hou J Q, et al. Study on characteristics of
growth and development and nutrients’ uptake of summer hot
pepper under different fertilization amendments[J]. Chinese
Journal of Soil Science, 2012, 43(4): 890–895
[23] 刘树堂. 不同果树的氮、磷、钾适宜施用量及比例[J]. 山西
果树, 2007(1): 54
Liu S T. Optimum application rate and ratio of nitrogen,
phosphorus and potassium for different fruit trees[J]. Shanxi
Fruits, 2007(1): 54
[24] 农业部专家组. 茶树的科学施肥原则[N]. 中国农资, 2014−
01−24(20)
Expert Group of the Ministry of Agriculture. The principle of
scientific fertilization of tea plant[N]. China Agri-Production
News, 2014−01−24(20)