浙江省農用化肥時空分析及環境風險評價

汪玉磊 單英杰 秦葉波

摘要：基于化肥投入強度、使用效率和安全閾值的概念，利用農田化肥使用的環境風險評價模型，分析了浙江省1978—2017年農用化肥情況。結果表明：浙江農用化肥總量和耕地化肥使用強度從1978年到2017年呈現先升高再降低的趨勢，地區間存在明顯差異。2017年，浙江省農用化肥風險指數為0.69，處于中度風險，其中鉀肥使用處于低風險狀態，氮、磷肥使用為中度風險。湖州市和舟山市農用化肥使用為低風險，其他城市均為中度風險，2個市的氮肥、3個市的磷肥使用處于重度風險。建議研究科學施肥技術和先進產品以減少化肥施用、提高肥料利用率來降低風險。

關鍵詞：化肥施用;安全閾值;施肥強度;時空分布;風險指數;浙江省

中圖分類號： S19???? 文獻標志碼：A???? 論文編號：cjas20200100004

Environmental Risk Assessment and Spatial-temporal Features of Fertilizer Utilization in Zhejiang WANG Yulei1， SHAN Yingjie1， QIN Yebo2

（1Zhejiang Management Station of Cropland Quality and Fertilizer， Hangzhou 310020， Zhejiang China;2Zhejiang Agro-tech Extension and Service Center， Hangzhou 310020， Zhejiang China）

Abstract： Based on the fertilization intensity， environmental safety threshold and fertilization efficiency， a model of environmental risk assessment was adopted to analyze the spatial- temporal features of chemical fertilization in Zhejiang Province from 1978 to 2017. The results showed that the total amount and the intensity of fertilizer used in cultivated land of Zhejiang increased and then decreased from 1978 to 2017， and obvious differences existed in different areas. In 2017， total environmental risk index due to fertilizer use was 0.69， which was at a medium risk level. The environmental risk index of potassium fertilizer application was at low level， and that of nitrogen and phosphate fertilizer application was at medium level. The environmental risk index of fertilizer application in Huzhou and Zhoushan was at a safe level， and that of other regions of Zhejiang Province was at medium level. The nitrogen fertilizer application of 2 cities and potassium fertilizer application of 3 cities were at severe risk level. It is suggested that scientific fertilization technologies should be studied to reduce environmental risks and increase fertilizer use efficiency.

Keywords： fertilizer application; safety threshold; fertilization intensity; spatial- temporal distribution; risk index; Zhejiang Province

0引言

隨著對生態環境的日益重視，學術界對化肥使用造成的農業面源污染予以更多關注和探索[1-4]，2015年3月，原農業部相繼提出《到2020年化肥農藥使用量零增長行動方案》和“一控、兩減、三基本”的污染治理思路[5]，為化肥使用提出新要求。

有學者運用環境風險評價模型對化肥使用的環境風險進行了評價，研究表明，江蘇省農田化肥使用已產生面源污染，存在中等程度的環境風險，對大氣、土壤、地下水造成了不同程度的危害[6]，貴州各地區存在重度的氮肥污染環境風險[7]，山東的化肥使用環境風險空間分異明顯[8]。浙江作為第一批國家農業可持續發展試驗示范區暨農業綠色發展試點先行區，積極實施化肥使用負增長行動，從2013年以后的統計數據看，農用化肥使用量在穩步降低。本研究利用前人建立的化肥使用環境安全閾值計算模型，研究浙江農用化肥時空變化及環境風險，評估化肥使用環境風險的突出區域，以期對浙江生態農業建設的化肥面源污染控制提供依據。

1數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本研究所需的耕地面積主要來自各市自然資源局，農用化肥使用量、農作物播種面積等數據主要來自《浙江省統計年鑒》、《浙江農業統計資料》、《中國統計年鑒》。

1.2 化肥污染環境潛在風險評價方法

田若蘅等[9]構建了農田化肥使用的環境風險評價模型，該模型綜合考慮了氮、磷、鉀肥的投入強度、利用效率和化肥使用的安全閾值等因素，并定量評估出化肥污染的區域環境風險程度。具體公式如（1）～（2）所示。

式（1）中：Rt為化肥使用的環境風險總指數; Vi為單質肥料（氮磷鉀肥）污染環境的風險指數; Wi為對應肥料的污染環境效應權重系數，各項權重總和為1;式（2）中，Ti 為各單質肥使用的生態安全閾值，kg/hm2;Di為各單質肥料使用強度，以單位耕地面積當年的化肥使用量為準，kg/hm2;m為耕地復種指數;c為肥料利用率。

以耕地復種指數為1、肥料利用率達50%為標準，將化肥使用環境風險指數分為5類風險程度（表1），反映當年實際化肥使用強度（Di）與生態安全閾值（Ti）間的倍數關系。

參照原環境保護部2014年印發的《國家生態文明建設示范村鎮指標（試行）》[10]，化肥使用強度閾值取220 kg/hm2。參考相關省份氮磷鉀肥的生態安全閾值標準、適宜肥料配比及對環境影響程度[11-12]，確定氮肥的生態安全閾值為110 kg/hm2，磷肥和鉀肥分別為55 kg/hm2，氮磷鉀權重系數分別為0.64、0.23和 0.13。復合肥中的氮、磷、鉀含量比以1：1：0.8比例進行折算[12]。

2005—2013年氮磷鉀肥年均增長率為0.63%、 1.5%、1.25%，原農業部提出從2015年起，主要農作物肥料利用率平均每年提升1個百分點以上[5]，假設浙江在2013—2017年氮磷鉀肥年均增長率在全國平均標準，取1.0%、1.5%、1.25%。根據《中國三大糧食作物肥料利用率研究報告》和張福鎖等[14]對浙江水稻肥料利用率進行的田間測定，浙江省氮磷鉀肥利用率分別取35%、20%和40%，則2017年氮磷鉀肥的利用率在39%、26%和45%，各地區也取此值。

1.3 數據處理

采用 Microsoft Excel 2007和 ArcMap10. 1對數據進行處理和分析。

2結果與分析

2.1 浙江農用化肥時間變異

從圖1 可以看出，浙江省農用化肥使用總量從1978年到2017年呈現先變高再降低的趨勢，先由1978 年的36.72萬t增長到1997年的98.98萬t，隨后穩步降低，2017年為82.63萬t 。化肥使用強度也呈現相似趨勢，按耕地面積計算，1978年，浙江耕地化肥使用量僅為 199.78 kg/hm2，1997年則增長到613.86 kg/hm2，增幅達3倍，同時期浙江糧棉油水果蔬菜綜合產量從1517 kg/hm2 增至 2841.33 kg/hm2，增幅 1.9倍左右。1998—2007年間，肥料使用強度穩中有升，2008—2014年，肥料使用強度穩中有降，2015年以后化肥使用強度有明顯降低，到2017年為418.59 kg/hm2，低于同年全國平均化肥使用強度434.43 kg/hm2。

在化肥投入的結構方面，1978年浙江氮肥、磷肥和鉀肥的使用量分別為29.8萬、6.37萬、0.55萬t（沒有復合肥使用記載），N：P2O5：K2O（簡寫為N：P：K）的比例為 1：0.21：0.02，鉀肥投入嚴重不足。到2017年，浙江氮磷鉀肥的使用量分別為42.9萬、9.34萬、6.56萬t，復合肥使用比例從1980年的0.98%增長到 2017年的28.84%。

2.2 浙江農用化肥強度空間變異

由于各地種植制度、種植結構以及社會經濟發展水平的差異，化肥使用強度表現出明顯的地域性。

2017年，紹興市的化肥使用強度最大（532.11 kg/hm2），是使用強度最小的舟山（178.82 kg/hm2）的2.98倍，化肥使用強度超過400 kg/hm2的市有紹興、嘉興、臺州、寧波、衢州、杭州、金華。各市氮肥的使用強度占到總使用強度的50%以上。

從圖2可以看出，各市氮磷鉀肥料的使用側重不同，氮肥使用以嘉興、紹興強度較高，均超過300 kg/hm2，磷肥使用以寧波、杭州、金華、臺州較高，均超過100 kg/hm2，鉀肥以金華、寧波、衢州、臺州較高，均超過80 kg/hm2。

2.3 浙江省農用化肥潛在環境風險

化肥投入為農作物產量的提高起到了重要作用，也為生態環境帶來潛在的風險。以2017年為例分析浙江省化肥使用風險，從表2可以看出，浙江省11個市化肥使用平均風險指數0.69，為中度風險，氮磷鉀3類單質肥使用環境風險指數為0.71（中度風險）、0.74（中度風險）和0.52（低風險）。盡管磷肥在土壤中較多被固定，運動力較弱，但是也存在潛在的風險。舟山市、湖州市化肥使用處于低風險，其余市均為中度風險。

3結論與討論

（1）1978—2017年浙江省化肥使用總量和使用強度呈現先變高再降低的趨勢，化肥使用零增長行動對浙江化肥使用下降具有促進效應。肥料結構以氮肥為主，鉀肥普遍偏低，且不同地區的化肥使用強度存在差異，最低為178.82 kg/hm2，最高為532.11 kg/hm2，有7個市超過400 kg/hm2。部分地區統計農用化肥時包括了林地用肥，結果可能偏高。

（2）綜合考慮了氮、磷、鉀肥的投入強度、利用效率和化肥使用的安全閾值等因素，浙江省2017年化肥使用的環境總風險指數為0.69，呈中等風險狀態， 其中氮、磷肥使用風險為中度，鉀肥為低風險。農用化肥施用強度計算是根據耕地面積，風險指數計算則考慮了復種指數，對于像浙江這些復種指數高的地區，以每年實際用于農業生產的化肥施用量（包括氮肥、磷肥、鉀肥和復合肥）與耕地總面積之比作為國家生態文明建設示范村鎮考核的一項約束性指標也有一定局限性。

2019年，浙江省制定了《關于試行農業投入化肥定額制的意見》[15]，遵循糧油作物“減氮、控磷、穩鉀”、經濟作物“減氮、減磷、控鉀”的總體施肥要求，建立了全省主要作物化肥及氮肥投入的定額制度。從政府層面講，要控制化肥使用的環境風險，首先要創建促進化肥減量工作的政策環境，提高測土配方施肥到位率和覆蓋率[16]，優化氮、磷、鉀肥使用量，同時采取推廣有機肥、秸稈還田、種植綠肥、增施新型肥料、創新農作制度等有機養分替代措施，推廣機械深施、種肥同播、側深施肥、水肥一體等高效施肥技術[15]，達到減少農田化肥投入、優化生態環境的目標。

參考文獻

[1] 熊昭昭，王書月，童雨，等.江西省農業面源污染時空特征及污染風險分析[J].農業環境科學學報，2018，37（12）：2821-2828.

[2] 王磊，香寶，蘇本營，等.京津冀地區農業面源污染風險時空差異研究[J].農業環境科學學報，2017，36（7）：1254-1265.

[3] 姜瀅，尤悅文，徐楊，等.2005—2014年蘇州市農業面源污染源強變化特征[J].熱帶作物學報，2016，37（9）：1805-1811.

[4] 姜茜，孫煒琳.浙江省農業面源污染風險分析及防治對策[J].江蘇農業科學，2018，46（9）：311-315.

[5] 農業部種植業管理司.農業部關于印發《到2020年化肥使用量零增長行動方案》和《到2020年農藥使用量零增長行動方案》的通知[EB/OL].中華人民共和國農業部.[2015-03-18].http：//jiuban. moa.gov.cn/zwllm/tzgg/tz/201503/t201503184444765.htm.

[6] 劉欽普.江蘇省農田化肥使用環境風險評價及影響因素[J].江蘇農業科學，2014，42（8）：310-312.

[7] 薛超， 田若蘅，雷永疆，等.貴州省化肥施用時空分異及環境風險評價[J].農村經濟與科技，2018，29（18）：1-4.

[8] 劉欽普，林振山，周亮.山東省化肥使用時空分異及潛在環境風險評價[J].農業工程學報，2015，31（7）：208–214.

[9] 田若蘅，黃成毅，鄧良基等.四川省化肥面源污染環境風險評估及趨勢模擬[J].中國生態農業學報，2018，26（11）：1739-1751.

[10] 環境保護部.關于印發《國家生態文明建設示范村鎮指標（試行）》的通知[EB/OL].[2014-01-17].http：//www.mee.gov.cn/gkml/hbb/ bwj/201401/t20140126_266962.htm.

[11] 劉欽普.中國化肥投入區域差異及環境風險分析[J].中國農業科學，2014，47（18）：3596-3605.

[12] 吳良泉，武良，崔振嶺.中國水稻區域氮磷鉀肥推薦用量及肥料配方研究[J].中國農業大學學報，2016，21（9）：01-13.

[13] 李書田，金繼運.中國不同區域農田養分輸入、輸出與平衡[J].中國農業科學，2011，44（20）：4207-4229.

[14] 張福鎖，王激清，張衛峰，等.中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J].土壤學報，2017，45（5）：915-924.

[15] 浙江省農業農村廳浙江省財政廳關于試行農業投入化肥定額制的意見[EB/OL].[2019-08-07].http：//www.zjagri.gov.cn/art/2019/8/7/art_1589297_36435903.html.

[16] 陸若輝，陳思力，沈月.降低浙江農田化肥施肥強度對策分析[J].浙江農業科學，2017，58（8）：1293-1295， 1301.