德州市畜禽粪尿资源现状及养分资源量分析

Current Situation and Nutrient Resource Analysis of Livestock and Poultry Manure and Urine Resources in Dezhou City

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2025.04.002

张奎 Kui ZHANG , 李燕 Yan LI

德州市农业技术推广中心山东德州 253000 Agricultural Technical Extension Center of Dezhou City, Dezhou, Shandong 253000, China

Author notes:

Correspondence to: 李燕(1978—)，女，高级农艺师，从事肥料新技术研究推广；343611146@qq.com

摘要：

为合理利用畜禽粪尿资源和提高肥料利用率，采用排泄系数法估算了山东省德州市2022年畜禽粪尿资源总量及养分总量，分析了不同区域和不同种类畜禽粪尿养分替代化肥的潜力。结果表明：2022年，德州市畜禽粪尿资源总量为9 786.4 kt，其中猪、牛的粪尿资源量较大，分别为3 562.7、4 945.8 kt，羊和家禽的粪尿资源总量为1 277.9 kt；畜禽粪尿养分总量为93.3 kt，N、P₂O₅、K₂O养分量分别为44.1、11.1、38.1 kt，其中猪、牛的粪尿养分量较大，分别为23.8、47.2 kt，羊和家禽的粪尿养分总量为22.3 kt；畜禽粪尿资源量及养分量的分布均呈现明显的地域性，全市不同地区畜禽粪尿资源及养分量不同；2022年全市畜禽粪尿养分理论替代化肥的潜力为32.91%，其中牛粪尿的理论替代潜力最大(16.66%)，猪粪尿的次之(8.40%)，家禽粪尿的最小(2.93%)。德州市拥有较为丰富的畜禽粪尿资源，积极促进畜禽粪尿资源的有效利用，将有助于推动德州市农业的可持续发展。

关键词：

畜禽粪尿; 养分含量; 化肥替代; 可持续发展;

Abstract：

To facilitate the rational utilization of livestock and poultry manure and urine resources and enhance fertilizer use efficiency, the excretion coefficient method is employed to estimate the total quantity of livestock and poultry manure and urine resources and nutrient content in Dezhou City, Shandong Province for the year 2022. The potential of manure and urine nutrients from different regions and types to substitute chemical fertilizers is also analyzed. The results indicate that in 2022, the total manure and urine resources in Dezhou City reached 9 786.4 kilotons (kt). Pigs and cattle contributed the largest shares, with 3 562.7 kt and 4 945.8 kt respectively, while the combined manure and urine from sheep and poultry amounted to 1 277.9 kt. The total nutrient content (N + P₂O₅ + K₂O) of the manure and urine was 93.3 kt, comprising 44.1 kt nitrogen (N), 11.1 kt phosphorus pentoxide (P₂O₅), and 38.1 kt potassium oxide (K₂O). Cattle manure and urine contained the highest nutrient load (47.2 kt), followed by pig (23.8 kt). Sheep and poultry manure and urine together contributed 22.3 kt. Both the quantity of manure and urine resources and their nutrient content exhibited distinct regional variations across the city. The theoretical potential for manure and urine nutrients to replace chemical fertilizers in 2022 was estimated at 32.91%. Cattle manure and urine showed the highest substitution potential (16.66%), followed by pigs manure and urine (8.40%), while poultry manure and urine had the lowest (2.93%). Dezhou City possesses substantial livestock and poultry manure and urine resources. Actively promoting their effective utilization will significantly contribute to advancing sustainable agricultural development in the region.

Keyword：

livestock and poultry manure and urine; nutrient content; chemical fertilizer substitution; sustainable development;

合理施肥是增加粮食产量的重要环节，然而长期施用化肥会出现土壤板结、土壤结构破坏和土壤肥力严重下降等问题^[1-3]。为解决单纯施用化肥所引发的一系列问题，应大力提倡施用有机肥，积极倡导将畜禽粪尿等有机肥还田使用，并且提倡以有机肥替代化肥，从而实现化肥减量。

有机肥种类繁多，其中畜禽粪尿是重要的有机肥资源^[4]，含有丰富的氮、磷、钾等养分。有研究表明，畜禽粪尿等有机肥还田有助于增加土壤养分，改善土壤质量，促进作物生长等^[5-7]。马荣辉等^[8]利用鸡粪作为有机肥，研究发现化肥减量配施有机肥可以提升土壤肥力。程红玉等^[9]利用牛粪、羊粪和蚯蚓肥等作为有机肥进行研究，发现有机肥替代部分化肥提高了土壤中有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量。王逸筠等^[10]利用干燥羊粪作为有机肥，通过不同施肥处理，发现中高量有机肥替代部分化肥能较大幅度提高冬小麦和夏玉米的产量。支世平^[11]利用鸡粪作为有机肥进行研究，发现有机肥部分替代化肥可提高玉米产量及品质，其中化肥减施30%+有机肥处理的效果较佳。

德州市是传统农业大市，畜牧产业较为发达，畜禽粪尿资源十分丰富。为倡导农业绿色发展，提倡广大农户将处理后的畜禽粪尿转化为有机肥并替代化肥进行使用。本文通过分析德州市畜禽粪尿资源量、分布及养分总量，为合理开发和利用全市畜禽粪尿类有机肥提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 数据来源

德州市各县、市、区主要畜禽年末存栏数和农用化肥施用量(折纯)通过查阅《德州统计年鉴-2023》^[12]获得，德州市各县、市、区耕地面积参照《德州统计年鉴-2019》^[13]。

1.2 计算方法

1.2.1 畜禽粪尿资源

试验采用排泄系数的方法^[14-15]计算畜禽粪尿资源量和养分量(鲜基)，畜禽饲养周期、畜禽粪尿排泄系数、养分含量等见表 1^[16-17]。饲养周期大于一年的牛、羊饲养周期按365 d计，饲养周期小于一年的猪按192 d计、家禽按67 d计，相关计算公式见式(1)~式(8)。

图 1

$ \begin{aligned} T_{\mathrm{B}}=N \times D \times R_{\mathrm{B}} / 10^6 \end{aligned} $

图 2

$ \begin{aligned} T_{\mathrm{B}}=N \times D \times R_{\mathrm{B}} / 10^6 \end{aligned} $

图 3

$ \begin{aligned} T_{\mathrm{B}}=N \times D \times R_{\mathrm{B}} / 10^6 \end{aligned} $

图 4

$ \begin{aligned} T_{\mathrm{B}}=N \times D \times R_{\mathrm{B}} / 10^6 \end{aligned} $

图 5

$ \begin{aligned} T_{\mathrm{B}}=N \times D \times R_{\mathrm{B}} / 10^6 \end{aligned} $

图 6

$ \begin{aligned} T_{\mathrm{B}}=N \times D \times R_{\mathrm{B}} / 10^6 \end{aligned} $

图 7

$ \begin{aligned} T_{\mathrm{B}}=N \times D \times R_{\mathrm{B}} / 10^6 \end{aligned} $

图 8

$ \begin{aligned} T_{\mathrm{B}}=N \times D \times R_{\mathrm{B}} / 10^6 \end{aligned} $

表 1

畜禽饲养周期及粪便和尿液排泄系数、养分含量

畜禽	饲养周期/d	粪便				尿液
畜禽	饲养周期/d	排泄系数/(kg·d^-1·头^-1或kg·d^-1·只^-1)	w(N)/%	w(P₂O₅)/%	w(K₂O)/%	排泄系数/(kg·d^-1·头^-1或kg·d^-1·只^-1)	w(N)/%	w(P₂O₅)/%	w(K₂O)/%
牛	365	24.87	0.38	0.10	0.24	11.70	0.51	0.02	0.92
猪	192	2.71	0.55	0.26	0.30	3.86	0.18	0.02	0.16
羊	365	2.09	1.01	0.22	0.54	0.64	0.70	0.03	0.77
家禽	67	0.12	0.81	0.37	0.62

式中：T_B——畜禽粪便资源量，kt；

T_Y——畜禽尿液资源量，kt；

N——畜禽年末存栏量，头(只)；

D——畜禽饲养周期，d；

R_B——畜禽粪便排泄系数，kg/(d ·头)或kg/(d ·只)；

R_Y——畜禽尿液排泄系数，kg/(d ·头)或kg/(d ·只)；

T_BY——畜禽粪便和尿液总资源量，kt；

T_BN、T_BP、T_BK——分别为畜禽粪便中N、P₂O₅、K₂O资源量，kt；

T_YN、T_YP、T_YK——分别为畜禽尿液中N、P₂O₅、K₂O资源量，kt；

R_BN、R_BP、R_BK——分别为畜禽粪便中N、P₂O₅、K₂O的含量，%；

R_YN、R_YP、R_YK——分别为畜禽尿液中N、P₂O₅、K₂O的含量，%；

T_BYN、T_BYP、T_BYK——分别为畜禽粪便和尿液中N、P₂O₅、K₂O总资源量，kt；

I——单位耕地面积畜禽粪尿资源量，t/hm²；

A——耕地面积，hm²；

I_NPK——单位耕地面积畜禽粪尿养分量，t/hm²；

J——畜禽粪尿养分量，t。

1.2.2 替代化肥潜力

采用畜禽粪尿中含有的养分量与化肥施用量的比值来计算理论畜禽粪尿养分替代化肥的潜力^[18]，通过查阅《德州统计年鉴-2023》^[12]获得德州市各县、市、区化肥施用量(折纯)，计算公式见式(9)。

图 9

$ \begin{aligned} T_{\mathrm{B}}=N \times D \times R_{\mathrm{B}} / 10^6 \end{aligned} $

式中：L——畜禽粪尿养分理论替代化肥潜力，%；

H——化肥施用总折纯量，t。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2021软件进行数据统计和计算，采用Origin 2018软件制图。

2 结果与分析

2.1 德州市畜禽粪尿资源量

通过计算，2022年德州全市畜禽粪尿资源总量为9 786.4 kt，其中：畜禽粪便量、尿液量分别为5 919.2、3 867.2 kt；禹城市、乐陵市、齐河县畜禽粪尿资源量较大，分别为1 340.7、1 218.0、1 317.2 kt；德城区、武城县拥有的畜禽粪尿资源量较小，分别为136.9、414.4 kt[见图 1(a)]。全市单位耕地面积畜禽粪尿资源量为15.22 t/hm²，其中：禹城市、庆云县单位耕地面积畜禽粪尿资源量较大，分别为24.72、23.14 t/hm²；德城区、武城县单位耕地面积畜禽粪尿资源量较小，分别为5.81、8.43 t/hm²[见图 1(b)]。

图 1

2022年德州市各县、市、区畜禽粪尿资源量

2.2 畜禽粪尿养分资源量

2022年，全市畜禽粪尿中氮、磷、钾(N、P₂O₅、K₂O)的养分资源总量为93.3 kt，N、P₂O₅、K₂O养分量分别为44.1、11.1、38.1 kt，其中：禹城市、乐陵市、齐河县的畜禽粪尿养分资源量较大，分别为13.3、11.5、12.6 kt；德城区、武城县拥有的畜禽粪尿养分资源量较小，分别为1.6、4.1 kt[见图 2(a)]。全市单位耕地面积畜禽粪尿养分资源量为0.14 t/hm²，其中禹城市、庆云县单位耕地面积畜禽粪尿养分资源量较大，分别为0.25、0.22 t/hm²；德城区、武城县单位耕地面积畜禽粪尿养分资源量较小，分别为0.07、0.08 t/hm²[见图 2(b)]。

图 2

2022年德州市各县、市、区畜禽粪尿养分资源量

2.3 不同畜禽资源量及养分量

全市主要饲养的畜禽有猪、牛、羊和各类家禽等。2022年，全市猪、牛产生的粪尿资源较为丰富，分别为3 562.7、4 945.8 kt，所含有的养分分别为23.8、47.2 kt。各类家禽产生的粪尿资源量、养分量均较低，分别为460.2、8.3 kt(见表 2)。

表 2

2022年不同畜禽的粪尿资源量和养分量 kt

畜禽	畜禽粪尿资源量	畜禽粪尿养分量
猪	3 562.7	23.8
牛	4 945.8	47.2
羊	817.7	14.0
家禽	460.2	8.3

2.4 畜禽粪尿养分替代化肥的潜力

2022年，全市化肥施用折纯总量为283.3 kt，通过计算，可得畜禽粪尿养分理论替代化肥潜力为32.91%，其中：乐陵市、夏津县和庆云县较高，分别为55.39%、48.83%和46.44%；德城区、宁津县、齐河县和武城县较低，分别为19.34%、17.30%、26.20%和26.13%[见图 3(a)]。猪和牛的粪尿养分理论替代化肥潜力较大，分别为8.40%和16.66%；家禽粪尿养分理论替代化肥潜力最小，为2.93%[见图 3(b)]。

图 3

2022年德州市各县、市、区畜禽粪尿养分及不同畜禽粪尿养分理论替代化肥潜力

3 讨论

3.1 德州市畜禽粪尿资源量及分布

排泄系数法是估算畜禽粪尿资源常用的方法。索龙等^[15]利用排泄系数法估算了2014年陕西省畜禽粪尿资源，通过计算得到畜禽粪尿资源量为71 183.6 kt。胡雪纯等^[19]采用排泄系数法估算了2007—2019年山西省的畜禽粪尿产生量，结果表明粪尿产生总量为264 002 kt，其中牛粪的产生量最大，平均年产7 150 kt。张靖雨等^[20]采用排泄系数法估算了2009—2018年安徽省畜禽粪尿排放量，计算结果显示畜禽粪尿排放总量为590 366 kt，其中猪尿排放量最高，平均年排放量为21 055 kt，牛尿排放量最低。本研究通过排泄系数法估算了2022年德州市畜禽粪尿资源量，结果为9 786.4 kt，其中猪和牛产生的粪尿量较大，分别为3 562.7、4 945.8 kt。德州市畜禽粪尿资源的分布具有空间差异性，中部和南部资源分布较多，其中禹城市和齐河县较为丰富，分别为1 340.7、1 317.2 kt；西部资源较少，德城区和武城县分别为136.9、414.4 kt。根据德州市畜禽粪尿资源分布的差异性，在发展利用粪尿资源时应因地制宜，积极探索不同的利用形式。

3.2 畜禽粪尿养分理论替代化肥潜力分析

畜禽粪尿中含有丰富的养分，不仅可以改善土壤结构，提高土壤有机质含量，还有利于作物生长^[21]。关于畜禽粪尿养分理论替代化肥潜力的分析已有较多研究：冯璞阳等^[22]科学分析了陕西省畜禽粪肥资源现状及其替代化肥的潜力，结果发现陕西省畜牧业粪尿养分替代化肥潜力约为10%；郭彩霞等^[23]测算了山西省畜禽粪污土地承载力，得出山西省粪尿中氮、磷的有效供给量分别为182.8、31.5 kt，氮肥和磷肥的替代率分别为39.79%和33.21%。本研究发现，2022年德州市畜禽粪尿养分理论替代化肥潜力为32.91%，其中牛粪尿养分理论替代化肥潜力最大，为16.66%。研究还发现，不同县、市、区的畜禽粪尿养分理论替代化肥潜力存在差异性，乐陵市和夏津县的替代潜力较大，德城区和宁津县的较小。因此，在实际工作中，可将畜禽粪尿从资源量较多的地区调往资源量较少的地区，以充分发挥畜禽粪尿养分的资源化利用。需要注意的是，本研究是从理论上计算得出畜禽粪尿养分替代化肥的潜力，在现实操作中还需考虑畜禽粪尿资源的实际有效还田率，实际的粪尿养分替代化肥潜力可能会低于理论值，具体情况有待后续进一步的研究。研究发现，畜禽粪尿替代化肥的潜力较大，但有机肥的肥效时间长，养分释放速率比较缓慢^[24]，因此建议农户在利用这类农家肥时，需注意以下两点：一是使用前要充分腐熟，杀死病虫害，防止病虫危害农作物生长；二是有机肥和无机肥要配合施用^[25]，充分发挥各自的优势。

4 结语

德州市拥有丰富的畜禽粪尿资源，2022年全市畜禽粪尿资源量为9 786.4 kt，氮、磷和钾的养分总量为93.3 kt，N、P₂O₅、K₂O养分量分别为44.1、11.1、38.1 kt。德州市畜禽粪尿资源存在明显的地域性，禹城市、齐河县畜禽粪尿资源量较多，分别为1 340.7、1 317.2 kt；德城区、武城县较少，分别为136.9、414.4 kt。2022年全市畜禽粪尿养分理论替代化肥潜力为32.91%，乐陵市、夏津县和庆云县较高，而德城区和宁津县较低。

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