蘇州市農田-畜禽-家庭系統廢棄物氮的量化及其環境影響①

張 寧，王延華,2*，邱 雨，楊 浩,2，周 偉，蔡祖聰,2

(1 南京師范大學地理科學學院，南京 210023；2江蘇省物質循環與污染控制重點實驗室，南京 210023；3中國科學院南京土壤研究所，南京 210008)

蘇州市農田-畜禽-家庭系統廢棄物氮的量化及其環境影響①

張 寧1，王延華1,2*，邱 雨1，楊 浩1,2，周 偉3，蔡祖聰1,2

(1 南京師范大學地理科學學院，南京 210023；2江蘇省物質循環與污染控制重點實驗室，南京 210023；3中國科學院南京土壤研究所，南京 210008)

為了解食物鏈過程廢棄物氮流情況及其環境影響，以我國經濟發達地區蘇州市為對象，基于農田生產-畜禽養殖-家庭消費系統，使用清單核算方法，估算了該市農田種植、畜禽養殖及家庭食物消費活動產生的廢棄物氮量，并對廢棄物氮的資源化利用水平及環境影響狀況進行了評價。結果表明：蘇州市農田生產-畜禽養殖-家庭消費系統一年共產生廢棄物氮5.35萬t，其中59.76% 來自居民食物消費活動，57.53% 損失進入環境。秸稈氮、畜禽糞尿氮、餐廚垃圾氮和人糞尿氮的資源化率分別為84.03%、49.26%、37.72% 和21.99%。1.70萬t廢棄物氮進入水環境，造成的水體氮濃度達到4.3 mg/L，是 Ⅲ 類水環境質量標準的4.3倍；大氣環境廢棄物氮負荷量0.58萬t，其主要來自糞尿廢棄物，并以氨氮形態為主；廢棄物氮的農田負荷警戒值為0.15 ～ 0.22，屬Ⅰ級無污染水平。通徑分析表明人口因素和政策科技因素是影響廢棄物氮環境排放的兩個最主要驅動因素。本文建議蘇州市在農業生產中增施糞尿有機肥，在廢棄物管理中通過秸稈多樣化利用、糞尿科學管理以及餐廚垃圾專門處理等綜合措施來改善當地環境污染狀況。

蘇州市；農田生產；畜禽養殖；家庭消費；廢棄物氮；環境影響

農田種植、畜禽養殖和家庭食品消費活動不可避免會產生多種有機廢棄物，如作物秸稈、人畜糞尿、餐廚垃圾、沼液沼渣、菌基廢料。這些廢棄物具資源與環境污染雙重屬性。為更好發揮廢棄物資源屬性，避免或減輕環境污染風險，秸稈還田[1-2]在生態農業發展中被大力推廣；糞尿及秸稈的能源化利用方式[3](沼氣工程)也成為循環農業發展典范；餐廚垃圾資源化處理工藝[4]因其較好的經濟-環境效益推廣應用日益廣泛。但局部地區秸稈焚燒引起的大氣污染[4-5]、畜禽養殖和生活排污帶來的農業面源污染等問題[6-7]仍較普遍。廢棄物中所含氮素稱為“廢棄物氮”。部分廢棄物氮會在廢棄物的資源化利用中得到再利用，其余則最終進入環境，引發霧霾、酸雨、水體富營養化等污染問題[8-10]。

清單核算方法是流域農業面源污染研究中普遍使用的數據量化方法，也被廣泛用于農業廢棄物、氮循環、氮平衡研究。該法與常規實驗方法的不同之處在于，其部分參數直接來源于實驗檢測，如各種物質的氮含量，另一部分參數來源于統計調研，如人口、畜禽養殖數量、作物產量等。該法為研究者提供實驗無法直接獲得的數據，確保了定量方法在環境污染宏觀層面研究中的應用。應用該方法研究太湖流域農業區氮平衡時間變化特征，促進了氮平衡驅動因素的深入研究[11]；該方法也使馬林[12]構建的食物鏈氮素流動模型得以量化，從而展開對我國氮平衡、利用率等的分析；基于該法，有研究表明總氮對太湖流域農業面源污染的貢獻率在34% ～52%[13]；進入太湖的總氮染污物83% 來源于農田種植、畜禽養殖和農村生活排污[14]，由此可見秸稈、人畜糞尿、餐廚垃圾等廢棄物的處理與再利用對農業面源污染有重要影響。

目前，蘇州市秸稈綜合利用水平已超過90%[15]，畜禽規模化養殖比重在85% ～ 99.5%[16]，并建有全國領先的餐廚垃圾專門處理廠[17]。此背景下，該市農田種植、畜禽養殖、居民農畜食品消費活動究竟產生了多少廢棄物氮？廢棄物氮資源化利用程度如何？進入環境的廢棄物氮對當地環境產生了何種程度的污染威脅？面對上述問題，本文以2014年為例，量化該市年內農田生產-畜禽養殖-家庭消費系統中廢棄物氮量，并以廢棄物氮一次去向為基準評析了其資源化利用水平、環境影響狀況以及廢棄物氮環境排放驅動因素。本研究可為區域廢棄物管理提供理論依據，促進實現生態-經濟雙贏目標；并對氮素資源優化管理政策法規的制定有指導意義，促進區域可持續發展。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

蘇州市(119°59′ ～ 121°20′E，30°47′ ～ 32°02′N)位于太湖流域中部，地勢低平，亞熱帶季風海洋性氣候，年均氣溫16.9 ℃，年降水量1 265.7 mm[18]。該市轄姑蘇、相城、張家港等6區4市，總面積8 488.42 km2，水域面積占42.5%[18]。自2000年以來該市GDP一直居全國第五或第六位、江蘇省第一位。2014年年末常住人口達1 060.4萬人[18]。該市人口多，食品生產消費量大，秸稈、糞尿、餐廚垃圾等廢棄物產生量多，因而環境受廢棄物氮污染的潛在風險較大。2014年該市環境狀況公報顯示其水體和大氣環境均受到不同程度氮素污染。

1.2 研究方法

1.2.1 研究系統邊界 本文以氮素在農田生產、畜禽養殖和家庭農畜食品消費活動中的流動循環為核心，對農田生產(crop production)-畜禽養殖(livestock breeding)-家庭消費(household consumption)系統(下文簡稱農田-畜禽-家庭系統)展開研究。如圖1所示，系統邊界由肥料氮、飼料氮、食品氮、廢棄物氮、環境損失氮、土壤盈余氮等輸入輸出氮流所構成。其中，肥料氮是化肥、種子、有機肥、灌溉水、大氣沉降、生物固氮等物質和過程中氮素的總稱；飼料氮是秸稈飼料、糧食飼料、副產物飼料、餐廚垃圾飼料及其他飼料氮的總稱；食品氮指農田和畜禽兩子系統產出的食品氮和進口食品氮；環境損失氮指經氨揮發、反硝化、徑流、淋溶、燃燒等過程損失進入環境的氮素，土壤盈余氮指盈余于土壤中的氮素。廢棄物氮是本文研究對象，指秸稈、人畜糞尿、餐廚垃圾廢棄物中所含的氮素。

圖1 農田生產-畜禽養殖-家庭消費系統邊界Fig. 1 Boundary of crop production-livestock breeding-household consumption system

1.2.2 廢棄物氮數量及其資源化率核算方法 1)秸稈氮量計算方法。

式中：Nstr為秸稈氮量(t)；α為單位轉換系數；Hcrop,i為第i種作物收獲物產量(t)；Rstr/gra,i為第i種農作物秸稈/籽粒比(kg/kg)；Cstr,i為第i種農作物秸稈氮含量(g/kg)。本研究包括水稻、麥類、蔬菜等11種作物，秸稈氮去向按廢棄物的一次去向主要分為還田、作飼料、作原料、燃燒、其他。表1列出了各種農作物秸稈氮含量、秸稈/籽粒比及秸稈氮去向等參數值。

2) 畜禽糞尿氮量計算方法。

式中：Nani-exc表示畜禽糞尿氮量(t)；α為單位轉換系數；ni為第i種畜禽養殖數量(頭、只)，包括奶牛、豬、羊等6類畜禽；Qexc,i為第i種畜禽日均排氮量(g/(頭(只)·d))，主要參考我國第一次全國污染普查畜禽養殖業源產排污系數手冊；ti為飼養周期(d)。畜禽糞尿氮一次去向分為還田、作原料、進入大氣、進入水體。畜禽排氮量等參數值見表2。

3) 餐廚垃圾氮資源化率計算方法。

式中：Nfood-waste為餐廚垃圾氮量(t)；α為單位轉換系數；p為人口數量(人)；Fcon,i為第i種食品人均年消費量(kg)，包括糧食、蔬菜、肉類等18種農畜食品；Cfood,i為第i種食品氮含量(g/kg)；Rwaste/food,i為第i種單位質量食品產生餐廚垃圾的量(kg/kg)。該市餐廚垃圾主要去向有3類：被專門餐廚垃圾處理廠回收作資源化處理，占37.72%；不能被處理廠回收的有60% ～99%(本研究取80%)被養殖戶收購作豬飼料或被商販收購提煉地溝油(下文統稱私人回收)，合計占49.82%；其余混入生活垃圾，30% 填埋，70% 焚燒。表3為各種食品氮含量和餐廚垃圾產生量。

表1 作物秸稈氮含量、秸稈/籽粒比[11,19-20]及秸稈氮去向[15,20-25]Table 1 Nitrogen contents, straw /grain ratios and dispositions of crop straws

表2 畜禽排氮量、飼養周期[11,26-27]及畜禽糞尿氮不同去向[26,28-32]Table 2 Excrement nitrogen contents, raising periods and excrement nitrogen dispositions of livestock and poultry

表3 食品氮含量及餐廚垃圾產生量[30,33-34]Table 3 Food nitrogen contents and production of food residue

4) 人糞尿氮資源化率計算方法。

式中：Nhum-exc為人糞尿氮量(t)；Ncon為居民食品氮消費總量(t)，由式(3)中人口數量、人均食品消費量、食品氮含量相乘求得；Nfood-waste同式(3)；Nbody為人體吸收氮量(t)，按人體吸收進食的2% 計[35-36]。人糞尿氮一次去向主要有進入大氣、進入水體、還田，各去向比例見表4。

表4 人糞尿氮不同去向[26,30-31,37]Table 4 Dispositions of human excrements

5) 廢棄物氮資源化率計算方法。

式中：RR代表廢棄物氮資源化率，受氮素自身遷移轉化和人類活動復雜性的影響，廢棄物氮的最終去向極富變化，量化困難，因此本文廢棄物氮資源化率基于一次去向的再利用情況；NR代表再利用的廢棄物氮量，當用于秸稈氮時指還田、作飼料、作原料的氮量，用于畜禽糞尿氮時指還田、作原料的氮量，用于餐廚垃圾氮時指處理廠回收的氮量，用于人糞尿氮時指還田氮量；NT代表每種廢棄物氮總量。

1.2.3 環境影響評價方法 本文環境影響評價基于廢棄物氮一次去向，主要從水體、大氣和耕地環境3方面進行。

1) 水體環境。按CN=QN-to-water/Qwater計算排至水體的廢棄物氮濃度。式中：CN為排至水體的廢棄物氮濃度(mg/L)；QN-to-water為進入水體的廢棄物氮量(t)；Qwater為研究區地表水資源總量(m3)，數據源于2014年江蘇水資源公報。所得濃度與GB 3838- 2002中 Ⅲ 類水環境質量標準(1.0 mg/L)進行比較。

2)大氣環境。廢棄物燃燒以及氨揮發、反硝化過程會向大氣釋放氣態氮。反硝化釋放的N2是惰性氮，不對環境產生污染，本文僅對廢棄物產生的N2O-N、NH3-N和NxO-N的總量進行估算，以量化大氣環境廢棄物氮負荷。污染物排放因子見表5。

表5 NH3-N、N2O-N、NOX-N排放因子[29-30,38-39]Table 5 Emission factors of NH3-N, N2O-N and NOX-N

3) 耕地環境。因秸稈還田利于作物生產，且能改善土壤性狀[40]，是生態農業提倡的低碳環保措施，因此本研究僅衡量糞尿廢棄物氮還田對耕地環境的影響。糞尿氮過量還田會對耕地環境造成污染。本文使用還田糞尿氮的農田負荷警戒值(r)[41-42]分析蘇州市耕地環境所受污染程度：r = p/t。式中，p為還田糞尿氮量(N，kg/hm2)；t為理論建議農田氮負荷量(N，kg/hm2)，不同研究者提出的t值存在差異[43]，其范圍在150 ～ 225 kg/hm2之間；r等級：無污染(r＜0.4)、稍有污染(0.4≤r＜0.7)、有污染(0.7≤r＜1.0)、較重污染(1.0≤r＜1.5)、嚴重污染(r≥1.5)。

1.2.4 數據采集與處理方法 本研究所需數據主要通過實地調研、訪問調研和文獻薈萃廣泛獲得，在此基礎上對所得數據進行統計分析，并結合研究區域進行篩選。主要包括以下幾類：

1) 基礎信息數據：農作物產量、人口數量、食品人均年消費量等，數據源于蘇州市和江蘇省統計年鑒[18,44]。

2) 基本參數數據：秸稈/籽粒比、秸稈氮含量、食品氮含量等，主要通過文獻薈萃獲得。

3) 廢棄物氮去向比例參數：即4種廢棄物氮去向比例，這類參數主要通過實地調研和部門訪談獲得基本信息數據，再結合本地文獻資料對調研數據的統計結果進行校正得到。

數據處理通過WPS Office 2016、CorelDRAW 12、SPSS18完成。

2 結果與討論

2.1 廢棄物氮產生量

據估算，蘇州市農田-畜禽-家庭系統一年共產生5.35 萬t廢棄物氮，其中秸稈氮、人畜糞尿氮和餐廚垃圾氮各占24.63%、69.37%、5.99%(圖2)。這些廢棄物氮24.63% 來源于農田生產子系統，15.60% 源于畜禽養殖子系統，59.76% 源于家庭消費子系統。從去向看，廢棄物氮總量的42.47% 通過還田、作飼料和原料得到再利用，以還田最多；其余57.53% 進入環境，以進入水環境的最多，約1.70 萬t。

結果表明，蘇州市農田生產-畜禽養殖-家庭消費系統的廢棄物氮主要來源于居民食物消費活動并以糞尿氮種類為主，且廢棄物氮的主要去向是進入環境而非資源化再利用。蘇州市人口規模巨大，超過千萬，居江蘇省第一位；但種植業和畜牧業規模卻是省內最小，如種植業產值僅占農林牧漁及其服務業總產值的41.14%，畜牧業占9.89%；因此導致家庭消費子系統產生的廢棄物氮占比最大。此外，廢棄物氮主要來源于居民食物消費活動還與人對食品氮的吸收利用率低有極大關系。據研究，人對食品氮的吸收利用率僅為1% ～ 2%[36]，而畜禽對食品氮的吸收利用率要比人高，豬約為30% ～ 35%[45]、奶牛14% ～ 38%[46]、羊10%[39]，所以人類所食絕大部分食品氮都轉化成了糞尿氮。該市廢棄物氮大部分進入環境，表明資源化率有待提高，且當地環境遭受污染的風險較大。

圖2 蘇州市廢棄物氮量及其來源去向(2014年)Fig. 2 Quantities, sources and destinations of waste nitrogen in Suzhou City(2014)

2.2 資源化利用情況

廢棄物具有資源與環境污染雙重屬性，得到再利用，才能發揮資源屬性。還田、作飼料、作原料是蘇州市廢棄物氮資源化利用的主要途徑。2014年蘇州市農田-畜禽-家庭系統產生的廢棄物氮中約2.27 萬t得到合理再利用(圖3)。秸稈氮的56.70% 機械還田，4% 用作畜禽飼料，23.33% 用作沼氣、生物燃料、包裝材料等的生產原料以及菌類蔬菜生產基料，因此秸稈氮的資源化率總計達到84.03%；畜禽糞尿氮21.50%堆肥還田，27.76% 用于沼氣與有機肥生產原料，資源化率達49.26%；餐廚垃圾氮中，37.72% 被餐廚垃圾處理廠回收后進行充分資源化利用，生產蛋白飼料、生物柴油和有機肥等；人糞尿氮大部分由于揮發和處理中損失進入大氣和水體，僅21.99% 還田。

圖3 蘇州市廢棄物氮的資源化利用(2014 年)Fig. 3 Recycling utilization of waste nitrogen in Suzhou City(2014)

蘇州市政府十分重視農作物秸稈的綜合利用，秸稈禁燒工作全面到位，秸稈資源化利用途徑多樣，秸稈綜合利用率已超過90%[15,25,47]。而黃淮海地區秸稈的資源化率為76%[48]，陜西甘肅等省60%[49]，北京郊區55%[20]，我國整體水平54%[50]，可見蘇州秸稈及其所含氮素的資源化率均明顯高于我國大多數地區。蘇州市畜禽養殖規模化程度高，規模化養殖利于糞尿的綜合利用，該市不同畜禽糞尿綜合處理率為75.7% ～ 89.5%[28]。但由于水沖清糞方式，淋溶徑流過程會使部分氮素進入水體，再加上儲存與處理中不可避免的揮發損失，使其糞尿氮資源化率明顯低于糞尿的綜合利用率，但仍高于全國43% 的總體水平[29]。據調研，2014年內蘇州市范圍內僅市區和張家港市建有餐廚垃圾專門處理廠并投入運營，兩地每日共可處理餐廚垃圾400 t，這些餐廚垃圾經雜物分選、油脂分離后被加工成動物飼料、生物柴油、有機肥等產品，沖洗污水厭氧發酵生產沼氣，因此這些餐廚垃圾可得到高度資源化利用。其余大部分餐廚垃圾被用作豬飼料或提煉地溝油。這種利用途徑對居民飲食安全和身體健康存在威脅，不符合“資源化利用”生態-環保-健康的目標追求。目前蘇州常熟、太倉及昆山市都在積極籌建餐廚垃圾專門處理廠，將進一步提高該市餐廚垃圾資源化利用水平。蘇州市鄉村地區水沖廁所普及，城市地區有專門糞污處理系統，糞尿氮已較少還田，加之該市地表水極為豐富，糞尿氮容易進入水體，致使糞尿氮的資源化率僅22%，低于我國整體水平(23%)[29]。

2.3 環境影響狀況

廢棄物氮進入環境，將變成環境污染因子，因此廢棄物環境污染問題備受關注。這類污染問題由多種原因所致，明確驅動因素將利于廢棄物氮管理和環境治理。

2.3.1 水體、大氣和耕地環境影響 2014年蘇州市共有1.70萬 t廢棄物氮進入水環境，當地水資源總量為39.5億 m3，廢棄物氮濃度達到4.30 mg/L，超出 Ⅲ 類水環境質量標準限值3.3倍。本研究核算的秸稈、糞尿等廢棄物恰是農業面源污染眾多來源的一部分，流域河湖水庫等水環境惡化多與農業面源污染密切相關。有研究[7]核算蘇州市種植業、畜禽養殖業、水產養殖業及農村生活污水排放使2.18萬 t氮污染進入水體，本研究廢棄物氮量入水量占其77.78%。可見，蘇州市農業面源污染中的氮污染物很大部分源于農田-畜禽-家庭系統廢棄物。因此，該市有必要加強農田-畜禽-家庭系統廢棄物氮管理，減少廢棄物氮入水量，改善水環境。

廢棄物在人類不合理的處理方式及自然狀態下會釋放含氮氣體進入大氣并造成污染。經核算，蘇州市2014年農田-畜禽-家庭系統的廢棄物產生0.58萬t大氣環境氮負荷，其中91.93% 是氨氮形態。廢棄物氮大氣負荷量的55.05% 產生于人糞尿，42.04%產生于畜禽糞尿，秸稈和餐廚垃圾燃燒排放的僅占2.90%。廢棄物燃燒釋放的大氣氮污染物少主要得益于該市秸稈禁燒與秸稈綜合利用工作的有效開展。而該市人口眾多，畜禽養殖數量雖相對較少，但糞尿廢棄物產生量巨大，加之人畜糞尿處理工作中氮污染氣體普遍缺乏有效回收處理，使糞尿廢棄物成為大氣廢棄物氮負荷的主要來源。雖然目前尚無研究指出秸稈焚燒、畜禽養殖活動、人糞尿是蘇州市大氣污染、霧霾災害及酸雨的主要污染源，但在種養活動、日常食物消費及廢棄物處理中自覺減少氮的污染氣體排放，也定將利于大氣污染和酸雨災害的防治。值得注意的是，本研究“農田-畜禽-家庭”系統中化肥與有機肥氮造成的大氣負荷量是廢棄物氮大氣負荷量的2 ～ 3倍，因此不僅廢棄物氮的大氣環境影響需要關注，農田生產活動中的肥料管理也需高度重視。

糞尿廢棄物可作有機肥還田，但這種資源化利用方式同樣對耕地環境存在威脅可能。據核算，蘇州市2014年農田-畜禽-家庭系統有0.81萬 t糞尿氮還田，單位耕地面積氮素負荷為N 33.48 kg/hm2。糞尿氮的農田負荷警戒值r為0.15 ～ 0.22，與2002年劉培芳等人[51]計算的該市畜禽糞便農田負荷警戒值(0.28)同處于Ⅰ 級無污染等級。統計年鑒顯示該市2000—2014年畜禽養殖規模不斷減小(圖4)，因此畜禽糞尿廢棄物產生量隨之減少。加之糞尿還田率降低，所以蘇州市耕地中的糞尿氮負荷逐年減少，耕地面臨的糞尿氮污染威脅減輕。另有研究[52]對我國31個省市進行畜禽糞尿氮農田污染評估，結果顯示江蘇同另外7省處于Ⅰ 級無污染水平。可見江蘇全省耕地在面對糞尿廢棄物帶來的氮素污染威脅方面都較安全，但這并非表明蘇州市耕地環境是絕對安全的。因為耕地土壤還面臨著化肥大量施用的氮盈余威脅。據太湖流域各地區統計年鑒進行估算，2014年該域平均化肥施用水平約為N 272.92 kg/hm2，蘇州市糞尿廢棄物氮還田水平只占其12.27%，因此土壤盈余氮及其造成的土壤氮素污染也主要來源于化肥而非糞尿有機肥。土壤盈余氮會直接導致耕地土壤氮負荷過高，引起地下水硝酸鹽污染、水體富營養化等問題。所以，減施化肥[53]、增施有機肥的農業措施被廣泛提倡。以本文方法中建議施氮水平的最低值計算，蘇州市耕地共可消納3.80萬 t糞尿氮，現有糞尿氮還田量約占21%，由此可知該市耕地還有較大的糞尿氮環境容量，這揭示出蘇州市種植業施行減少化肥氮施用、增加糞尿氮還田具有一定可行性。

圖4 蘇州市畜禽養殖規模年際變化Fig. 4 Annual variation of livestock breeding scale in Suzhou City

2.3.2 廢棄物氮環境排放驅動因素 蘇州市2014年產生的5.35 萬t廢棄物氮中約有3.08 萬t進入環境，這是多方面原因導致的，如經濟、人口、政策、科技等。本文使用通徑分析方法，對農田-畜禽-家庭系統廢棄物氮環境排放(因變量Y)的驅動因素(自變量X)進行了分析，分析指標和結果見表6和表7。

由表6可見，8個可能的驅動因素變量中，X1、X2、X3、X4、X5均與廢棄物氮環境排放量呈高度正相關，說明經濟水平、城鎮化水平、居民消費水平的提高以及人口數量的增加會引起廢棄物氮排放進入環境量的增多；在政策引導和科技投入促進下引起的廢棄物氮資源化利用量(X8)與廢棄物氮環境排放量呈中度負相關，說明秸稈禁燒、秸稈還田、沼氣建設、廢棄物工業化利用等政策措施和相應的科技保障可促進減少廢棄物氮排放進入環境的量；產業結構變動方面的農牧業比重與廢棄物氮環境排放量相關性不明顯，反映出農業內部結構變化對廢棄物氮環境排放量的影響與其他因素相比驅動作用不明顯。

表6 分析指標及相關系數Table 6 Analysis indexes and correlation coefficients

表7 逐步回歸和通徑分析結果Table 7 Consequences of step-wise regression and path analysis

經分析，所有變量均服從正態分布；VIF =2.96＜5，表明回歸分析變量間不存在多重共線；T檢驗和F檢驗結果表明此次回歸分析變量間具有顯著性差異，回歸方程具有統計學意義。由表7可知，逐步回歸過程在8個驅動因素中優選出了兩個最主要的驅動因素X4和X8。剩余通徑為0.18，表明這兩個驅動因素指標對廢棄物氮環境排放量的直接影響程度達82%，逐步回歸排除的6個驅動因素指標的直接影響作用僅占18%；X4和X8的直接通徑系數說明蘇州市總人口數量的變化對廢棄物氮環境排放量多少的直接影響作用最大，其次是政策和科技的保障作用。綜上分析，人口數量和政策科技因素是農田-畜禽-家庭系統廢棄物氮環境排放的最主要的驅動因素。由于人口調控措施難以在短期內取得明顯成效，因此，建議廢棄物氮排放管理和環境治理工作重點應從政府政策引導、廢棄物科學管理和先進科技投入等方面展開。

3 結論

1) 2014年蘇州市農田生產-畜禽養殖-家庭消費系統共產生5.35 萬t廢棄物氮，其主要(59.76%)來自居民食物消費活動，57.53% 損失進入環境。

2) 秸稈氮、畜禽糞尿氮、餐廚垃圾氮和人糞尿氮的資源化率分別為84.03%、49.26%、37.72%、21.99%；秸稈氮資源化率處在全國較高水平；人畜糞尿氮由于損失進入大氣和水體的較多，其資源化率相對較低；餐廚垃圾氮資源化率及利用方式需進一步改善。

3) 耕地幾乎不受本研究系統產生的廢棄物氮污染；大氣環境和水環境均已受到廢棄物氮污染；人口數量、政策引導和科技支撐是蘇州市廢棄物氮排入環境的最主要驅動因素。

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Quantification and Environmental Effects of Waste Nitrogen in Crop-livestock-household System of Suzhou City

ZHANG Ning1, WANG Yanhua1,2*, QIU Yu1, YANG Hao1,2, ZHOU Wei3, CAI Zucong1,2
(1 School of Geography Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China; 2 Jiangsu Provincial Key Laboratory of Materials Cycling and Pollution Control, Nanjing 210023, China; 3 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008, China)

In order to know the waste nitrogen flow and its environmental effects in the food chain, the crop productionlivestock breeding-household consumption system in Suzhou City was studied. Results showed that 5.35×104t waste nitrogen were produced, 59.76% of which were from human food consumption and 57.53% of which were lost into environment. The nitrogen recycling rates of crop straw, animal excrement, food residue and human excrement were 84.03%, 49.26%, 37.72% and 21.99%, respectively. 1.70×104t waste nitrogen were transported into water, and the concentration was 4.30 mg/L, which is 4.3 folds of the three-level standard of water environmental quality. The atmospheric environmental waste nitrogen load was 5.8×103t and most of the pollutants stemmed from human and animal excrement, mainly in the form of ammonia. The farmland load warning value ranged from 0.15 to 0.22, belonged to the first level and signified non-pollution. Path analysis showed that population, policy and science-technology are the strongest driving forces for the waste nitrogen discharged in environment.Therefore, comprehensive measures in agricultural production and waste management could be taken into practice to improve the environment in Suzhou City, such as fertilizing more excrement, reusing straw diversely, managing excrement scientifically, and processing food residue specially.

Suzhou City; Crop production; Livestock breeding; Household consumption; Waste nitrogen; Environmental effect

X708

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.05.011

國家重大科學研究計劃項目(2014CB953801)、國家自然科學基金項目(41673107)和南京師范大學百人計劃項目(184080H20181)資助。

* 通訊作者(wangyanhua@njnu.edu.cn)

張寧(1990—)，女，河北保定人，碩士研究生，研究方向為氮素遷移轉化對環境的影響。E-mail： zhangning _njnu@163.com