孫 超 劉 玉 潘瑜春

(1.北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心， 北京 100097； 2.國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心， 北京 100097)

河北省縣域農(nóng)田畜禽承載量與畜禽養(yǎng)殖量時(shí)空耦合

孫 超1，2劉 玉1，2潘瑜春1，2

(1.北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心， 北京 100097； 2.國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心， 北京 100097)

通過農(nóng)作物種植面積計(jì)算農(nóng)田畜禽承載量，并利用各類畜禽產(chǎn)排污系數(shù)估算區(qū)域畜禽理論養(yǎng)殖量，分析1994、2003、2013年河北省縣域農(nóng)田畜禽承載量與畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量的變化態(tài)勢(shì)及其耦合關(guān)系。研究表明：農(nóng)作物播種面積呈現(xiàn)小幅波動(dòng)態(tài)勢(shì)，總量增加了83 663 hm2，以氮元素計(jì)的畜禽承載能力提高了108.7萬(wàn)頭(豬當(dāng)量)；畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量先增后減，總量增加了1 102萬(wàn)頭(豬當(dāng)量)。在僅考慮農(nóng)作物種植面積消納畜禽糞便的情境下，1994—2003年河北省有69個(gè)縣市屬于畜禽超載狀態(tài)，有94.24%的縣市生態(tài)持續(xù)衰退；2003—2013年農(nóng)作物畜禽承載狀況改善明顯，超載的縣市有26個(gè)，只占全省的18.7%?；赪ard聚類分析方法，將1994—2013年畜禽養(yǎng)殖量與農(nóng)作物播種面積變化的耦合類型特征劃分為9大區(qū)，提出了不同調(diào)控對(duì)策。

農(nóng)田； 畜禽承載量； 畜禽養(yǎng)殖量； 時(shí)空耦合； 河北省

引言

《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》顯示，農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為地表水污染的主要來(lái)源，其中畜禽養(yǎng)殖業(yè)化學(xué)需氧量、總氮排放量、總磷排放量分別為1 268.26萬(wàn)t、102.48萬(wàn)t和16.04萬(wàn)t[1]，其危害超過了工業(yè)污染[2]。2015年農(nóng)業(yè)部印發(fā)《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案推進(jìn)落實(shí)方案》和《全國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃(2015—2030年)》，提出到2020年實(shí)現(xiàn)化肥施用量零增長(zhǎng)和養(yǎng)殖廢棄物綜合利用率達(dá)到75%，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等區(qū)域要提前一年完成，畜禽廢棄物治理與資源化利用已經(jīng)刻不容緩。歐洲許多國(guó)家根據(jù)耕地面積確定畜禽養(yǎng)殖數(shù)量[3]，既降低了畜禽污染風(fēng)險(xiǎn)，又實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖廢棄物和作物秸稈的循環(huán)利用。但我國(guó)種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)脫節(jié)的現(xiàn)象普遍，局地畜禽養(yǎng)殖密度過低或過高的現(xiàn)象并存，養(yǎng)殖密度過高會(huì)導(dǎo)致硝酸鹽淋洗進(jìn)而造成環(huán)境污染[4-5]，過低則不利于作物秸稈的消納。因此，通過農(nóng)作物播種面積確定畜禽養(yǎng)殖數(shù)量，以地定畜，實(shí)現(xiàn)土壤污染風(fēng)險(xiǎn)的最小化和畜禽廢棄物利用最大化顯得尤為重要。

區(qū)域農(nóng)田面積承載的畜禽數(shù)量應(yīng)有一個(gè)適宜的范圍。特別是在城鄉(xiāng)轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中，大多數(shù)地區(qū)的農(nóng)田面積將減少，而畜禽產(chǎn)品需求量的增加需要畜禽養(yǎng)殖量的快速增長(zhǎng)。未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，養(yǎng)殖數(shù)量能否在滿足人們需求的同時(shí)，控制在土地承載力的范圍內(nèi)，成為保障區(qū)域生態(tài)安全的重要前提。現(xiàn)有研究側(cè)重國(guó)家、省市[6-9]等宏觀尺度以及縣、鄉(xiāng)[10-11]等微觀尺度單一年份的土地承載力分析；或深入開展對(duì)畜禽污染物含量[12]、糞便耕地施用可達(dá)性[13]、農(nóng)作物面積估算[14]等單一因素分析；以及通過多時(shí)間序列分析耕地的畜禽污染負(fù)荷[15]等，而基于種養(yǎng)循環(huán)的縣域農(nóng)作物播種面積與畜禽養(yǎng)殖量耦合關(guān)系的定量研究較少，難以為畜禽養(yǎng)殖業(yè)布局提供有效支撐。

京津冀協(xié)同發(fā)展已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，河北省被定位為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)試驗(yàn)區(qū)、新型城鎮(zhèn)化與城鄉(xiāng)統(tǒng)籌示范區(qū)、京津冀生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)，并要求在生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域要率先取得突破。1994—2013年河北省農(nóng)作物播種面積呈現(xiàn)波動(dòng)中小幅增加趨勢(shì)，畜禽業(yè)發(fā)展迅速，豬、羊、家禽數(shù)量分別增加了19.35%、69.84%和167.37%；到2020年，河北省畜禽排放總氮量將位列全國(guó)第3位，畜禽污染風(fēng)險(xiǎn)加大[16]。因此，本文從縣域尺度探討近20 a來(lái)河北省農(nóng)田畜禽承載量與畜禽養(yǎng)殖量的時(shí)空格局及耦合關(guān)系，并基于Ward聚類分析方法根據(jù)耦合特征劃分類型區(qū)進(jìn)而提出不同調(diào)控對(duì)策，為河北省開展種養(yǎng)循環(huán)和畜禽生態(tài)養(yǎng)殖提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

畜禽養(yǎng)殖數(shù)量、農(nóng)作物播種面積數(shù)據(jù)來(lái)源于《河北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒(1995、2004、2014年)》。在《河北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》中，畜禽種類主要包括豬、大牲畜、羊和家禽，其中大牲畜和家禽排放系數(shù)按比重最大的牛和肉雞計(jì)算。依據(jù)文獻(xiàn)[17]中的華北區(qū)畜禽產(chǎn)排污系數(shù)，并參照文獻(xiàn)[18-19]確定了豬、大牲畜、家禽的產(chǎn)排污系數(shù)。其中，豬產(chǎn)排污系數(shù)用1/3保育期產(chǎn)排污系數(shù)與2/3育肥期產(chǎn)排污系數(shù)之和計(jì)算；羊的產(chǎn)排污系數(shù)參照相關(guān)文獻(xiàn)并取其平均值作為本文的估算參數(shù)[20-21]。豬和家禽飼養(yǎng)期小于1 a，以年出欄量為飼養(yǎng)量，大牲畜、羊飼養(yǎng)期大于1 a，以年底存欄量為飼養(yǎng)量[22]。通過氮和磷元素計(jì)算河北省縣域畜禽養(yǎng)殖豬當(dāng)量，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖量變化差異較小，由于篇幅所限，本研究選定變化量較大、限制性因素更強(qiáng)的氮元素作為計(jì)算參數(shù)，結(jié)果如表1所示。

表1 主要畜禽產(chǎn)排污系數(shù)Tab.1 Pollutant generation and discharge coefficients of major livestock and poultry

1.2 研究方法

1.2.1 農(nóng)田承載容量與農(nóng)田畜禽承載量

農(nóng)田氮承載容量計(jì)算公式為

Tij=AijCN

(1)

式中Tij——i區(qū)域j年農(nóng)田承載容量，kgAij——i區(qū)域j年農(nóng)作物播種面積，hm2CN——單位面積農(nóng)作物的氮需求量限量標(biāo)準(zhǔn)，kg/hm2

朱兆良[23]研究表明施氮量在150～180 kg/hm2時(shí)，作物可達(dá)到較高的產(chǎn)量水平，超過這一水平就會(huì)引起環(huán)境污染。因此確定河北省單位面積農(nóng)作物的氮限量標(biāo)準(zhǔn)為150 kg/hm2。在評(píng)估農(nóng)田畜禽承載量時(shí)，應(yīng)綜合考慮化肥的施用類型與結(jié)構(gòu)以滿足作物高產(chǎn)的需要。本文在估算縣域畜禽承載力時(shí)，假定氮養(yǎng)分50%來(lái)自畜禽糞便的施用。50%比例與實(shí)際管理需求更為接近[6]，更具有參考價(jià)值。

農(nóng)田畜禽承載量計(jì)算公式為

(2)

式中PNij——i區(qū)域j年農(nóng)田畜禽承載量(豬當(dāng)量)，萬(wàn)頭

r——單位豬年糞污總氮排放量，kg

1.2.2 畜禽養(yǎng)殖總量與畜禽承載狀態(tài)

為便于計(jì)算，根據(jù)各類畜禽產(chǎn)排污系數(shù)和飼養(yǎng)期確定折算系數(shù)。以氮元素計(jì)算，牛、羊、家禽折算成豬當(dāng)量的系數(shù)分別為7.769、0.136和0.013，將其養(yǎng)殖量統(tǒng)一換算成豬當(dāng)量。畜禽養(yǎng)殖總量計(jì)算公式為

(3)

式中PEij——i區(qū)域j年畜禽養(yǎng)殖總量(豬當(dāng)量)，萬(wàn)頭

Lijn——i區(qū)域j年各類畜禽數(shù)量，萬(wàn)頭

Cijn——i區(qū)域j年各類畜禽折算豬當(dāng)量系數(shù)

n——畜禽種類(牛、羊、家禽)

畜禽承載容量計(jì)算公式為

Iij=PNij-PEij

(4)

式中Iij——i區(qū)域j年畜禽承載容量

當(dāng)Iij>0時(shí)，表示i區(qū)域j年處于畜禽未超載狀態(tài)，當(dāng)Iij<0時(shí)，表示i區(qū)域j年處于畜禽超載狀態(tài)。

1.2.3 農(nóng)畜彈性系數(shù)

彈性系數(shù)是指一定時(shí)期內(nèi)相互聯(lián)系的2個(gè)指標(biāo)變化速度的比率，可衡量一個(gè)變量的變化幅度對(duì)另一個(gè)相關(guān)變量變化幅度的依存關(guān)系。從循環(huán)利用角度考慮，畜禽糞尿含有大量的氮磷鉀資源，如果能夠合理返還農(nóng)田將大幅度減少化肥施用量。種養(yǎng)循環(huán)是控制畜禽糞尿養(yǎng)分污染的重要途徑[24]。本文通過分析農(nóng)田畜禽理論承載量與畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量變化的方向及相對(duì)速度，揭示其變化的時(shí)空耦合特征。

農(nóng)畜彈性系數(shù)計(jì)算公式為

(5)

式中CLECij——i區(qū)域j年農(nóng)畜彈性系數(shù)CCRij——i區(qū)域j年農(nóng)田畜禽理論承載量的變化率

LCRij——i區(qū)域j年畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量的變化率

PNi0——i區(qū)域基期年農(nóng)田畜禽理論承載量(豬當(dāng)量)，萬(wàn)頭

PEi0——i區(qū)域基期年畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量(豬當(dāng)量)，萬(wàn)頭

1.2.4 農(nóng)畜變化耦合類型分區(qū)

選取農(nóng)田畜禽理論承載量變化率、畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量變化率、農(nóng)畜彈性系數(shù)、縣市經(jīng)緯度坐標(biāo)5項(xiàng)指標(biāo)，在ArcGIS和SPSS軟件支持下，采用Ward聚類分析法進(jìn)行農(nóng)田畜禽養(yǎng)殖承載狀況分區(qū)。結(jié)果如表2所示。

表2 農(nóng)田畜禽承載能力與畜禽養(yǎng)殖量耦合狀況分區(qū)Tab.2 Zoning of coupling status between breeding capacity and volume of livestock and poultry

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)作物播種面積時(shí)空變化

由圖1可知，1994—2013年農(nóng)作物播種面積總體呈現(xiàn)波動(dòng)態(tài)勢(shì)，2003年以前呈現(xiàn)先增后減的態(tài)勢(shì)，2003年達(dá)到最低，面積為8 628 500 hm2，之后10年呈波動(dòng)增加趨勢(shì)。由圖2可知，1994—2003年，農(nóng)作物播種面積增加的縣市有75個(gè)，主要集中在平原區(qū)，在農(nóng)村勞動(dòng)力減少的背景下，地勢(shì)平坦便于農(nóng)機(jī)等設(shè)備工作，且有充足的宜耕后備土地資源，這是該地區(qū)面積增加的主要原因；受退耕還林工程以及勞動(dòng)力遷移等因素影響，燕山—太行山山區(qū)的農(nóng)作物播種面積明顯減少[25]。2003—2013年間，農(nóng)作物播種面積增加的縣市有74個(gè)，相比上一時(shí)期，承德農(nóng)作物播種面積顯著增加，保定山區(qū)也呈增加態(tài)勢(shì)；張家口農(nóng)作物播種面積延續(xù)上一時(shí)期減少態(tài)勢(shì)，其他縣市變化不大。1994—2013年，農(nóng)作物播種面積快速減少區(qū)域主要分布在張家口全境、遷安、霸州以及武安周圍區(qū)域，集聚特征明顯；種植面積增加區(qū)主要集中在承德和中南部平原區(qū)。總體而言，以山區(qū)—平原區(qū)為分界線，河北省縣域農(nóng)作物播種面積變化呈現(xiàn)明顯的差異格局，由于山區(qū)務(wù)農(nóng)成本會(huì)高于平原區(qū)，農(nóng)戶外出意愿更為強(qiáng)烈，在退耕還林、復(fù)種指數(shù)下降等綜合作用下，山區(qū)農(nóng)作物種植面積呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[26]；在耕地增加區(qū)，多以后備資源開發(fā)為主導(dǎo)，其潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)亟需引起足夠的重視。

圖2 1994—2013年河北省縣域農(nóng)作物播種面積變化空間格局Fig.2 Changes of crop planting area at county level in Hebei Province during 1994—2013

圖1 1994—2013年河北省縣域農(nóng)作物種植面積與 畜禽養(yǎng)殖量變化曲線Fig.1 Changes of crop planting area and livestock and poultry breeding volume at county level in Hebei Province during 1994—2013

2.2 畜禽養(yǎng)殖量時(shí)空變化

在區(qū)域發(fā)展政策等綜合影響下，1994—2013年河北省畜禽養(yǎng)殖量(豬當(dāng)量)呈現(xiàn)快速增加趨勢(shì)后，在2007年大幅減少，之后養(yǎng)殖量變化不大。由圖3可知，1994—2003年，畜禽養(yǎng)殖量快速增加，92%的縣市畜禽養(yǎng)殖量呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，帶動(dòng)全省養(yǎng)殖總量增加43.93%?？焖僭黾訁^(qū)主要集中在中南部地區(qū)和唐山周邊縣，其中大部分增幅在50萬(wàn)頭(豬當(dāng)量)以上，個(gè)別縣域增加100萬(wàn)頭以上。一方面，畜禽飼料安全、畜禽屠宰安全、畜禽獸藥安全和養(yǎng)殖技術(shù)等逐漸成熟、完善，為畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)保障；另一方面，隨著人們生活水平日益提高，畜禽需求量不斷增大，且養(yǎng)殖畜禽收益較好，農(nóng)民養(yǎng)殖積極性較高。沽源、崇禮等由于地處密云水庫(kù)上游，受政策限制其畜禽養(yǎng)殖量減少。2003—2013年，畜禽養(yǎng)殖量相比上一時(shí)期顯著減少，88%的縣市養(yǎng)殖量有所減少，帶動(dòng)養(yǎng)殖總量減少43.57%。從空間分布看，上一時(shí)期養(yǎng)殖量增加較多的縣市，近10 a養(yǎng)殖規(guī)模有所縮小，主要原因是：一方面由于牛、馬等大牲畜養(yǎng)殖量的大幅減少；另一方面，雖然豬和家禽數(shù)量均有不同程度的增加，但以氮折算系數(shù)折算成豬當(dāng)量，1頭牛相當(dāng)于7.7頭豬和574.1只家禽，豬和家禽所占比重較小，導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖量(豬當(dāng)量)有所減少；增加區(qū)范圍較小，主要集中在承德和張家口?？傮w上看，1994—2013年，畜禽養(yǎng)殖量增加了1 102萬(wàn)頭。從空間分布來(lái)看，畜禽養(yǎng)殖量增長(zhǎng)的縣市主要集中在石家莊、唐山、張家口等市區(qū)四周；減少量在50萬(wàn)頭以上的縣市全部集中在河北省中部，其中新樂減少109.9萬(wàn)頭，是唯一減少量在100萬(wàn)頭以上的縣市。

圖3 1994—2013年河北省縣域畜禽養(yǎng)殖量變化格局Fig.3 Changes of livestock and poultry breeding volume at county level in Hebei Province during 1994—2013

2.3 農(nóng)田畜禽理論承載量與畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量變化的耦合特征

圖4 1994—2003年河北省縣域農(nóng)畜彈性系數(shù)變化格局Fig.4 Changes of elastic coefficient between breeding capacity and volume of livestock and poultry in Hebei Province during 1994—2003

按照承載狀態(tài)超載和未超載2種情形，進(jìn)一步分析各時(shí)段河北省縣域農(nóng)田畜禽理論承載量和畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量變化的耦合特征。由圖4可知，在1994—2003年間，畜禽養(yǎng)殖超載的縣市有69個(gè)，主要分布在燕山、太行山和沿海地區(qū)，在承德、唐山、秦皇島和石家莊等市較為集中。67個(gè)縣市屬于生態(tài)持續(xù)衰退型，其中39個(gè)縣市屬于類型Ⅰ，主要分布在平原地區(qū)；26個(gè)縣市屬于類型Ⅱ，大部分分布在燕山—太行山地區(qū)；寬城和曲陽(yáng)屬于類型Ⅲ。僅有新樂和青龍屬于生態(tài)轉(zhuǎn)好趨勢(shì)型縣市，這2個(gè)縣市畜禽糞便污染風(fēng)險(xiǎn)減小。畜禽養(yǎng)殖未超載的70個(gè)縣市主要分布在張家口、保定、滄州、邢臺(tái)和邯鄲等市，僅有6個(gè)屬于生態(tài)持續(xù)良好型。在屬于生態(tài)轉(zhuǎn)衰趨勢(shì)型的64個(gè)縣市中，30個(gè)縣市屬于類型Ⅶ，主要分布在河北省中南部；31個(gè)縣市屬于類型Ⅷ，主要集中在張家口和保定，邯鄲、衡水等也有零星分布；僅有3個(gè)縣市屬于類型Ⅸ。從種養(yǎng)結(jié)合角度分析，1994—2003年河北省有49.64%的縣市屬于超載狀態(tài)，有94.24%的縣市屬于生態(tài)持續(xù)衰退型和生態(tài)轉(zhuǎn)衰趨勢(shì)型，山區(qū)、丘陵區(qū)縣市主要是因?yàn)檗r(nóng)作物播種面積的快速減少，而平原區(qū)縣市主要是畜禽養(yǎng)殖量的快速增加導(dǎo)致。

由圖5可知，在2003—2013年間，畜禽養(yǎng)殖超載的縣市有26個(gè)，只占全省的18.7%，主要集中在承德、石家莊和唐山等市。有6個(gè)屬于生態(tài)持續(xù)衰退型縣市。在20個(gè)屬于生態(tài)轉(zhuǎn)好趨勢(shì)型縣市中，圍場(chǎng)和鹽山屬于類型Ⅳ；有10個(gè)縣市屬于類型Ⅴ，主要分布在承德和石家莊；其余8個(gè)縣市屬于類型Ⅵ，集中在河北省東北部。畜禽養(yǎng)殖未超載的縣市有113個(gè)，主要集中在河北省東北部以外的其他地區(qū)。有10個(gè)縣市屬于生態(tài)轉(zhuǎn)衰趨勢(shì)型，其中棗強(qiáng)屬于類型Ⅶ；7個(gè)縣市屬于類型Ⅷ，主要集中在張家口；青龍和安平屬于類型Ⅸ。在103個(gè)生態(tài)持續(xù)良好型縣域中，寬城、永清和阜城屬于類型Ⅹ；56個(gè)縣市屬于類型Ⅺ，主要分布在河北省中南部平原地區(qū)；44個(gè)縣市屬于類型Ⅻ，主要集中在保定、邢臺(tái)、邯鄲和張家口，除承德外其余各市也有零星分布。比較而言，相比上一時(shí)段河北省各縣市畜禽養(yǎng)殖承載狀態(tài)明顯改善。在退耕還林政策影響下，承德和唐山的農(nóng)作物播種面積有所減少，而畜禽養(yǎng)殖量呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，部分縣市仍處于超載狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)引起足夠重視；隨著畜禽需求量的增速減緩和最嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策實(shí)施，加之耕地后備資源開墾，除承德和唐山外，其他地區(qū)畜禽養(yǎng)殖超載縣市明顯減少。

圖5 2003—2013年河北省縣域農(nóng)畜彈性系數(shù)變化空間格局Fig.5 Changes of elastic coefficient between breeding capacity and volume of livestock and poultry in Hebei Province during 2003—2013

2.4 農(nóng)畜變化耦合類型分區(qū)與調(diào)控

采用Ward聚類分析方法，將河北省劃分為9個(gè)農(nóng)畜變化耦合類型區(qū)(表3和圖6)。Ⅰ區(qū)包括圍場(chǎng)、隆化、曹妃甸和鹽山4個(gè)縣市，畜禽養(yǎng)殖處于超載狀態(tài)。近20 a，該區(qū)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，畜禽養(yǎng)殖量占全省比重由1994年的2.49%升至2013年的10.15%，已經(jīng)超出了該區(qū)的農(nóng)田承載能力，呈現(xiàn)持續(xù)衰退趨勢(shì)。一方面應(yīng)控制養(yǎng)殖規(guī)模，禁止新增、擴(kuò)建畜禽養(yǎng)殖基地；另一方面在規(guī)?；B(yǎng)殖基礎(chǔ)上，積極引入畜禽污染物處理技術(shù)，加工成有機(jī)肥，銷往其他地區(qū)。Ⅱ區(qū)主要集中在石家莊，處于超載狀態(tài)，研究期間建設(shè)用地侵占耕地等造成農(nóng)田畜禽理論承載量降低，畜禽需求量增加等導(dǎo)致畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量增長(zhǎng)，呈現(xiàn)持續(xù)衰退特征。應(yīng)積極落實(shí)兩個(gè)“最嚴(yán)格制度”，推進(jìn)永久性高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，引導(dǎo)養(yǎng)殖業(yè)向鄰近未超載縣市轉(zhuǎn)移。Ⅲ區(qū)主要集中在唐山、秦皇島北部和承德南部，屬于超載區(qū)域。近20 a，該區(qū)域農(nóng)用地快速減少，面臨較大的畜禽污染風(fēng)險(xiǎn)。要推進(jìn)廢棄工礦土地復(fù)墾并嚴(yán)格劃定生態(tài)保育區(qū)，控制畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模。Ⅳ區(qū)主要包括承德大部分地區(qū)，唐山、秦皇島和廊坊部分縣市屬于超載區(qū)域，是超載區(qū)唯一一個(gè)有轉(zhuǎn)好趨勢(shì)的區(qū)域，需進(jìn)一步按照京津冀水源涵養(yǎng)功能區(qū)和全國(guó)首批生態(tài)文明先行示范區(qū)要求，在水源地附近優(yōu)先退出畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，此外區(qū)域內(nèi)應(yīng)有計(jì)劃的縮減養(yǎng)殖規(guī)模。Ⅶ區(qū)主要分布在唐山、秦皇島和滄州沿海地區(qū)，屬于未超載區(qū)域，其農(nóng)用地畜禽理論承載力增長(zhǎng)慢于畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量增長(zhǎng)，呈現(xiàn)轉(zhuǎn)衰趨勢(shì)。這一區(qū)域受北京、天津大城市畜禽產(chǎn)品需求量的影響，養(yǎng)殖量快速增長(zhǎng)，但較大規(guī)模的農(nóng)作物播種面積緩解了畜禽污染風(fēng)險(xiǎn)。然而，按此趨勢(shì)發(fā)展將會(huì)超出區(qū)域畜禽承載能力，造成土壤、水體的污染。因此要按照“農(nóng)畜結(jié)合、合理布局、標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖、設(shè)施化處理”的思路，重點(diǎn)建設(shè)生豬和奶牛等標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)和大中型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程等。Ⅷ區(qū)全部分布在張家口，屬于未超載地區(qū)，呈轉(zhuǎn)衰趨勢(shì)。張家口市是京津冀生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，也是2022年冬奧會(huì)舉辦地，從種養(yǎng)循環(huán)角度存在畜禽污染風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)山區(qū)生態(tài)建設(shè)，嚴(yán)格控制畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，尤其在水源地附近區(qū)域禁止養(yǎng)殖畜禽。Ⅹ區(qū)主要分布在保定和衡水境內(nèi)，該區(qū)域農(nóng)作物播種面積和畜禽養(yǎng)殖量分別占全省的12.72%和4.98%。這些區(qū)域主要分布在糧食主產(chǎn)區(qū)，遠(yuǎn)離大都市區(qū)，農(nóng)田面積呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。畜禽承載狀態(tài)處于較低水平，養(yǎng)殖規(guī)模有較大提升空間。因此可適當(dāng)承接相鄰區(qū)域養(yǎng)殖業(yè)轉(zhuǎn)移，并在此區(qū)域推廣種養(yǎng)結(jié)合模式，建立生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)示范區(qū)。Ⅺ區(qū)面積最大，轄36個(gè)縣市，河北省中部地市均有分布，屬于未超載地區(qū)，其農(nóng)用地畜禽承載力增長(zhǎng)，畜禽養(yǎng)殖量減少，呈良好態(tài)勢(shì)。該區(qū)后備資源開墾和農(nóng)村土地整治促進(jìn)耕地增加，畜禽養(yǎng)殖方式從農(nóng)戶散養(yǎng)逐漸過渡到規(guī)?；B(yǎng)殖，役用牛、馬、騾、驢大幅減少，豬、羊、雞等數(shù)量逐漸上升。該區(qū)畜禽養(yǎng)殖數(shù)量占河北省的20.64%，雖然屬于未超載地區(qū)，但人口眾多、鄉(xiāng)村發(fā)展落后，人們生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)還比較淡薄，政府應(yīng)借助建設(shè)河北省環(huán)首都現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范帶契機(jī)重點(diǎn)發(fā)展生態(tài)養(yǎng)殖、有機(jī)雜糧等特色產(chǎn)業(yè)，并深入推廣生態(tài)文明理念。Ⅻ區(qū)主要分布在邯鄲市和邢臺(tái)市，屬于未超載區(qū)域。該區(qū)農(nóng)作物播種面積占全省的16.76%，養(yǎng)殖量只有9.14%，使得該區(qū)域的畜禽污染風(fēng)險(xiǎn)較小，應(yīng)嚴(yán)格保護(hù)耕地，并適當(dāng)承接相鄰地區(qū)畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)或擴(kuò)大養(yǎng)殖規(guī)模。

表3 1994—2013年河北省類型區(qū)的基本特征Tab.3 Characteristics of zones in Hebei Province during 1994—2013

注：農(nóng)作物播種面積比重和養(yǎng)殖量比重分別表示2013年該區(qū)占河北省的百分比。

圖6 河北省縣域農(nóng)畜變化耦合類型分區(qū)Fig.6 Zoning of coupling types between carrying capacity and output of livestock and poultry at county level in Hebei Province

3 討論

由于數(shù)據(jù)獲取有限，且研究時(shí)間跨度較大，《河北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》部分年份統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存在缺失；沒有計(jì)算果園面積，導(dǎo)致各地承載能力偏小；將各類畜禽折算成豬當(dāng)量可以直接反應(yīng)縣域畜禽養(yǎng)殖總量，但其內(nèi)部各類畜禽的增減無(wú)法得知，會(huì)影響針對(duì)不同畜禽處理措施的制定；此外，農(nóng)田承載畜禽污染物總量還受地形地貌、土壤理化特性、利用方式(裸露和保護(hù)地)、施肥習(xí)慣等多因素影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然地理數(shù)據(jù)的豐富、完善，有必要針對(duì)上述問題開展深入研究。

4 結(jié)論

(1)1994—2013年河北省農(nóng)作物播種面積總量呈現(xiàn)波動(dòng)態(tài)勢(shì)，其中，1994—2003年山區(qū)縣市農(nóng)作物播種面積有所減少，平原區(qū)縣市則普遍增加；2003—2013年張家口、唐山和秦皇島農(nóng)作物播種面積減少，其余各市仍呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)。

(2)畜禽養(yǎng)殖總量呈現(xiàn)先增加后減少的態(tài)勢(shì)，南北差異顯著，其中1994—2003年河北省中南部縣市養(yǎng)殖量增長(zhǎng)較快；2003—2013年南部大部分縣市呈減少態(tài)勢(shì)，增長(zhǎng)的縣市主要集中在北部。

(3)2個(gè)時(shí)段農(nóng)田畜禽承載狀況存在明顯差異。1994—2003年，49.64%的縣市處于超載狀態(tài)，94.24%的縣市屬于生態(tài)持續(xù)衰退型和生態(tài)轉(zhuǎn)衰趨勢(shì)型；2003—2013年，僅18.7%的縣市處于超載狀態(tài)，且僅11.5%的縣市屬于生態(tài)持續(xù)衰退型和生態(tài)轉(zhuǎn)衰趨勢(shì)型。

(4)選取農(nóng)田畜禽理論承載量變化率、畜禽實(shí)際養(yǎng)殖量變化率等5項(xiàng)指標(biāo)，采用Ward聚類分析方法，將河北省劃分為9個(gè)類型區(qū)。各類型區(qū)應(yīng)當(dāng)結(jié)合耦合特征、自然地理?xiàng)l件、地域系統(tǒng)功能和經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢(shì)等主導(dǎo)因素，科學(xué)協(xié)調(diào)農(nóng)用地與畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部, 中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局,中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部. 第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)[R].2010-02-06.

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Spatio-temporal Coupling between Livestock Carrying Capacity of Farmland and Livestock Breeding at County Level in Hebei Province

SUN Chao1,2LIU Yu1,2PAN Yuchun1,2

(1.BeijingResearchCenterforInformationTechnologyinAgriculture,Beijing100097,China2.NationalEngineeringResearchCenterforInformationTechnologyinAgriculture,Beijing100097,China)

Actual livestock and poultry breeding capacity was calculated by using area under crops and amount of breeding livestock based on GIS technology and modulation, the changes and spatio-temporal coupling relationship of the livestock and poultry breeding capacity and its volume in Hebei Province in 1994, 2003 and 2013 were analyzed by using crops planting area to calculate the capacity and using polluting coefficient to calculate the volume. The research result revealed that the acreage of crops was increased to 83 663 hm2, and the areas were mainly concentrated in Chengde and south central plain. The livestock and poultry breeding capacity was increased to 1.087 million in counting of pigs, and the areas were mainly concentrated in Shijiazhuang, Tangshan, Zhangjiakou and other urban areas. The livestock and poultry breeding volume showed a trend of firstly increase and then decrease, which was increased by 11.02 million in counting of pigs. Considering the crops planting area as the only factor absorbing feces, following results could be deduced: there were 69 counties which were overloaded in Hebei Province between 1994 and 2003; 94.24% of the counties in Hebei Province were under ecological sustainable redline; overloaded situation was improved between 2003 and 2013, total number of overloaded counties was decreased to 26, which accounted about 18.7% of all counties in Hebei Province, except for Chengde and Tangshan, other areas of livestock and poultry over loaded counties were significantly reduced. Using Ward cluster analysis, coupling features were classified into nine regional types by its volume and changes of crops planting area in Hebei Province from 1994 to 2013. The research results provided decision support for development of livestock and poultry breeding industry and improvement on Beijing-Tianjin-Hebei eco-environment.

farmland; livestock and poultry breeding capacity; livestock and poultry breeding volume; spatio-temporal coupling; Hebei Province

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.03.022

2016-06-27

2016-08-29

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0800900)

孫超(1989—)，男，工程師，主要從事區(qū)域農(nóng)業(yè)與鄉(xiāng)村發(fā)展研究，E-mail: sunc@nercita.org.cn

潘瑜春(1971—)，男，研究員，主要從事GIS空間分析與空間信息系統(tǒng)集成研究，E-mail: panyc@nercita.org.cn

X713

A

1000-1298(2017)03-0173-08