中國農業廢棄物源活性氮排放特征、驅動因素及差異性分析

摘要：旨在研究農業廢棄物源活性氮排放規律和監測活性氮荇染，進而為減少活性氮排放量和提高氨污染治理公平提供理論依據，研究首先采用排放因子法測算了1990-2019年全國農業廢棄物源活性氮排放量，并分析確定了我國（除港澳臺之外）31個省級行政區域的活性氮排放特征。然后利用LMDI模型和集中指數法分別研究農業廢棄物源活性氮排放變化量的驅動因素和活性氮排放量的地區差異性。結果發現，1990-2019年，全國農業廢棄物源活性氮排放量在1996年達到峰值，整體呈現“M”型變化趨勢，全國范圍內人均活性氮排放強度呈現以胡煥庸線為界的西北低密度一東南高密度的格局?；谵r產品前端消費及其農業廢棄物末端處置2個維度來考察活性氮的排放特征，從農產品消費端來看，消費肉類農產品生產活性氨排放量占比（36.75％）最高，其中，牛羊肉類農產品占比高達22％；從農業廢棄物末端處置來看，處置畜禽糞尿產生的活性氮占比較高，且對畜禽糞屎和秸稈而言直接排放與燃燒還田均是活性氮排放量較高的2種處置方式。國家層面農業廢棄物源活性氮排放量的驅動因素為經濟發展效應，而省級層面農業廢棄物源活性氮排放變化量的主要驅動因素為經濟發展效應、購買能力效應和消費結構效應。栝性氮排放總量、人均活性氮和地均活性氮排放量均是農業經濟強省較高，這些省份承擔了更多的氮污染環境壓力。

關鍵詞：農業廢棄物；活性氮；LMDI模型，集中指數法，排放特征；驅動因素

中圖分類號：X712 文獻標識碼：A 文章編號：1002-2481（2024）03-0035-15

氮是人類生活生產必不可少的元素，而活性氮是氮排放的主要形式?；钚缘话闶侵赣勺匀唤绾腿祟惢顒?、燃料使用、工業活動和農業活動產生的除氮氣以外的結合態氮，它主要是在農作物秸稈和畜禽糞尿在經過直接還田、燃燒還田、能源化以及直接排放等方式處置過程中產生的。過量活性氮（結合態氮）排放會對人類生存環境造成嚴重危害，如將過量的氣體活性氮排放至空氣中會導致大氣污染（霧霾等）、NzO排放會導致平流層臭氧耗竭并引起全球氣候變化。我國是世界上最大的活性氮排放國，農業生產是其主要來源，占比約為57.19％m。農業有機廢棄物是農業活性氮污染的重要來源之一，1990-2019年我周農業廢棄物的產生量持續保持在21億t以上，其中2005年產量最高超過33億t。為了減少活性氮對環境的危害，國務院于2021年10月明確指出，要建立健全禽畜糞污、農作物秸稈等農業廢棄物綜合利用和無害化處理體系。因此，定量分析和研究農業廢棄物源活性氮的排放特征、驅動因素和區域性排放差異性將有助于防止環境活性氮污染，進而推動農業可持續發展。

目前，已對農業源活性氮開展了較多研究。翟元曉等利用排放因子法對黃河流域的農業生產端的活性氮排放量進行核算，發現年均排放量最高和最低的省份分別為河南和四川。趙明炯等采用生命周期評價（LCA）方法研究了長三角地區三省一市蔬菜生產的活性氮排放格局，發現蔬菜的活性氮損失和溫室氣體排放潛值較高。總體上，現有研究呈現以下特征：研究區域范圍上，多數學者主要研究某區域或某流域的農業活性氮排放特征，少部分學者借助短時間序列從國家層面展開研究。從研究視角上，現有的主要聚焦于前端農業生產以及中端居民家庭農產品消費系統活性氮排放特征的研究。活性氮污染排放差異性的研究層面上，較多學者主要采用基尼系數、聚類分析等常規方法測算并分析某一區域的氮污染差異問題，而缺少國家層面的研究。如楊玉潔采用基尼系數測算遼寧省農業面源氮污染排放特征，并確定了農業活性氮污染減量的關鍵控制點。多層次的研究可為探析農業源活性氮排放特征提供參考，但仍存在一些不足：現有文獻大多關注區域層面，較少關注國家層面，尤其是鮮有從長時間序列研究國家層面的農業源活性氮的排放特征；現有成果主要從農業生產和農產品消費端以及農業廢棄物末端處置方面來研究對活性氮的影響，而忽視了農業廢棄物作為固體廢棄物在末端處置環節中對環境系統帶來活性氮污染問題；基尼系數法運用在研究環境污染問題時，只能反映區域間相對不平等而無法反映絕對差異，即它無法反映不同經濟水平區域的環境污染差異程度。

本研究首先運用排放網子法和LMDI模型（對數平均迪氏指數法）核算我國（除港澳臺之外）31個省份的農業廢棄物源活性氮排放量，然后從農產品的生產、消費以及農業廢棄物的處置全過程分析農業廢棄物源活性氮排放的驅動因素，并比較與分析各省份的活性氮排放空間的差異；此外，將集中指數法引入環境領域探究區域之間氮污染排放差異問題，旨在為明晰近30 a來農業廢棄物源活性氮時空演化格局和減少活性氮污染提供科學依據。

1材料和方法

1.1研究對象

本研究對象為1990-2019年全國（除港澳臺之外）31個省份農業廢棄物源活性氮排放量。其中，氣相活性氮包括NOX，NH3、N2O；液相活性氮是指排放進水體中的活性氮，主要是秸稈和畜禽糞尿在處置過程中廢棄、流失、淋洗和積累至土壤中的氮。農業廢棄物源活性氮包含秸稈源和畜禽糞尿源兩大類。首先，分別計算2類農業廢棄物在不同處置方式下產生的活性氮。其次，為了便于后文的解構分析，將產生活性氮的處置方式歸納為四大類，即直接還田、燃燒還田、能源化和直接排放（由于其他處置方式的氮產物最終流向工業系統，故本研究不作過多討論）。最后，根據4類處置方式產生的活性氮量加總得到活性氮的總量。本研究參照現有文獻的研究數據，采用排放因子法對31個省市的農業廢棄物源活性氮排放量進行估算，通過排放因子法計算秸稈源活性氮。參考已有研究確定15種農作物的草谷比及秸稈含氮比例，并計算得到15種秸稈的含氮總量。然后確認秸稈的處置方式占比及不同處置方式產生的活性氮占比，并計算得到不同處置方式下不同品類的活性氮量。參考已有研究確定畜禽糞尿系數及糞尿含氮系數，并計算得到每種畜禽的含氮量。進一步根據已有研究確定不同種類畜禽糞尿的處置方式系數及不同處置方式產生的活性氮品種占比系數，并計算得到畜禽糞尿源活性氮量。最后根據畜禽糞尿和秸稈源活性氮產量歸類并加總得出活性氮排放總量。