京津冀地區蔬菜廢棄物污染風險及資源化利用潛力分析

韓薇薇 高瑞 常青平

摘要 以京津冀地區13個地級市為研究對象，通過文獻整理和數據分析，估算出各地級市蔬菜廢棄物的污染負荷、污染強度和污染風險，并結合各地化肥施用量，探究蔬菜廢棄物的資源化利用潛力。結果表明，2020年京津冀地區的蔬菜廢棄物、TN、TP和TK污染負荷分別為2 199 836、46 627、28 509和49 674 t。各地級市中，唐山市、張家口市、石家莊市和邯鄲市的污染負荷較高；廊坊市、唐山市、秦皇島市和石家莊市的污染風險較高。若將京津冀地區蔬菜廢棄物資源化利用，所利用帶來的肥料化效益達到124 802 t，相當于區域內4.06%的化肥施用折純量，資源化效益顯著。因此，推動京津冀地區蔬菜廢棄物的資源化利用對于緩解資源緊缺和環境污染具有重要意義。

關鍵詞 蔬菜廢棄物；資源化利用；京津冀地區；污染風險

中圖分類號 X705? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）06-0060-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.014

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis of Pollution Risk and Resource Utilization Potential of Vegetable Waste in the Beijing-Tianjin-Hebei Region

HAN Wei-wei，GAO Rui，CHANG Qing-ping

（School of Economics and Management，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457）

Abstract Taking 13 prefecture-level cities in the Beijing-Tianjin-Hebei region as the research object，the pollution load，pollution intensity and pollution risk of vegetable waste in various prefecture-level cities were estimated by literature review and data analysis，the potential for resource utilization of vegetable waste was explored based on the application of chemical fertilizers in each region.The results showed that in 2020，the pollution loads of vegetable waste，TN，TP and TK were 2 199 836，46 627，28 509 and 49 674 t，respectively.Among various cities，Tangshan City，Zhangjiakou City，Shijiazhuang City and Handan City showed higher pollution loads，Langfang City，Tangshan City，Qinhuangdao City and Shijiazhuang City exhibited higher pollution risks.If the vegetable waste in the Beijing-Tianjin-Hebei region was utilized as a resource，the fertilizer utilization benefits could reach 124 802 t，equalling 4.06% of the net amount of fertilizer application in the region.The benefits of utilizing this resource were significant.Therefore，promoting the resource utilization of vegetable waste in the Beijing-Tianjin-Hebei region was crucial for reducing resource scarcity and environmental pollution.

Key words Vegetable waste;Resource utilization;Beijing-Tianjin-Hebei region;Pollution risk

我國是世界蔬菜生產第一大國，蔬菜種植面積和產量逐年持續增長。2022年我國蔬菜產量達到7.67億t，種植面積達到2 235.64萬hm2，較2012年分別增加了24.50%和11.89%，其中，京津冀地區蔬菜產量和播種面積占全國總播種面積和總產量的4.16%和7.48%［1］。隨著蔬菜產量的不斷增長和人民生活質量的提高，蔬菜從播種到消費的整個過程中產生的廢棄物量也在急速增加。每年我國蔬菜廢棄物產生量超過2.5億t，可利用量超過2.0億t，資源量十分豐富。蔬菜廢棄物中含有豐富的養分，將其資源化利用后可以增加農業經濟效益。據統計，若我國每年產生的蔬菜廢棄物得到資源化利用，其產生的農業效益相當于全國當年氮肥、磷肥和鉀肥施用量的3.99%、6.44%和13.07%。但是，由于目前我國蔬菜廢棄物回收體系不完善和相關技術水平的限制，蔬菜廢棄物通常都被隨意丟棄在田間地頭或經垃圾場進行填埋或焚燒，不僅造成了大量資源的浪費，也導致了嚴重的生態環境污染，阻礙了蔬菜產業的健康發展［2］。

目前，國內關于蔬菜廢棄物的研究仍處于起步階段，學者的研究集中于利用方式［3］、處理技術［4-5］、發酵工藝［6］等。有研究發現，蔬菜廢棄物的資源化利用存在著跨地區現象，區域協同管理能有效促進農業廢棄物區域流動，提高區域整

體的資源化利用率［7］。但目前的研究大多側重于省、市尺度蔬菜廢棄物資源量的估算［8-9］，對于地區層面蔬菜廢棄物的產生量及分布特征研究涉及較少。京津冀作為中國三大區域經濟體之一，是我國主要蔬菜產區，同時也是重要的蔬菜消費區［10］。近年來，隨著京津冀協同化的不斷推進，農業協同發展成為京津冀協同發展的重要內容。因此，研究其蔬菜廢棄物污染風險及資源化利用潛力，對于提出京津冀地區蔬菜廢棄物資源化利用策略，以促進蔬菜廢棄物高效利用并進而指導全國蔬菜廢棄物的有效利用具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

京津冀地區地處華北平原，是我國三大城市群之一，位于113°27′～119°50′E、36°01′～42°37′N，包括北京市、天津市和河北省，總面積2.20×105km2［11］，屬于溫暖帶大陸性季風型氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，年降雨量300～800 mm。該地區耕地面積6.54萬km2，約占區域總面積的30%。2020年京津冀地區蔬菜產量為5 602.58萬t，占全國總產量的7.48%，是我國的主要蔬菜產區和消費區。

1.2 數據來源

針對京津冀地區所轄的13個地級市種植的主要蔬菜種類開展調查，包括葉菜類、白菜類、甘藍類、根莖類、瓜果類、豆類、茄果類、蔥蒜類、水生菜類和其他蔬菜。京津冀地區各地級市蔬菜產量、化肥施用純量、耕地面積數據來源于《北京統計年鑒》《天津統計年鑒》《河北省農村統計年鑒》和《中國農村統計年鑒》。不同種類蔬菜產廢系數及養分參考前人的研究綜合得到［8，12-13］，具體見表 1。

1.3 研究方法

1.3.1 污染負荷估算。

草谷比法是估算農作物秸稈與作物產量比例的方法，是目前國內普遍認同的蔬菜廢棄物資源量估算方法［14］。根據各市統計年鑒獲取京津冀地區各地級市各類蔬菜產量，北京市、天津市各類蔬菜產量根據河北省各類蔬菜的產量權重計算得到。采用草谷比法計算13個地級市蔬菜廢棄物產量及氮磷鉀養分含量，以污染負荷表示，計算公式如下：

V=ni=1（Pi×ri）

VN/P/K=ni=1（Pi×ri×CN/P/K）

式中：V為區域內蔬菜廢棄物污染負荷（t）；Pi為區域內各地級市第i種蔬菜產量（t）；i為蔬菜種類，i=1，2，…，n；ri為第i種蔬菜的產廢系數；VN/P/K為蔬菜廢棄物中TN、TP、TK的污染負荷（t）；CN/P/K為第i種蔬菜廢棄物中TN、TP、TK含量（g/kg）。

1.3.2 污染風險評估。

不同地市蔬菜廢棄物量及其所蘊含的TN、TP、TK含量不同，耕地面積也不同，無法在同一尺度上比較13個地級市蔬菜廢棄物、TN、TP、TK的污染強度關系。農業面源污染中污染強度表示某地區的農業集約化程度和單位土地面積的農業活動對水體的影響［15］。因此在分析京津冀地區蔬菜廢棄物污染強度時引入地均污染強度。用各地市的污染負荷分別除以各地的耕地面積，得到京津冀地區蔬菜廢棄物污染強度，計算公式如下：

Dv=V/a×100%

DN/P/K=VN/P/K/a×1 000

式中：Dv為蔬菜廢棄物污染強度（t/hm2）；DN/P/K為TN、TP、TK污染強度（kg/hm2）；a為耕地面積（hm2）。

由于各指標數值水平相差較大，對求得的TN、TP、TK污染強度進行離差標準化分析，使其結果落于［0，1］，再對這3種污染強度標準化值按相同權重加和得到污染綜合指數，從而確定蔬菜廢棄物面源污染風險排序，并以此為依據確定重點控制區域。轉換函數為：

Qi=（Ii-Imin）/（Imax-Imin）

X=13×（QN+QP+QK）

其中：Qi為評價因子的第i級的污染強度標準化值；Ii為評價因子的第i級的編碼值；Imax為評價因子的最大編碼值；Imin為評價因子的最小編碼值;X為綜合污染指數；QN、QP、QK分別表示TN、TP、TK標準化值。

1.3.3 農作物廢棄物肥料化效益估算模型。

（1）蔬菜廢棄物肥料化效益測算：

FV=VN+VP+VK

式中，FV為蔬菜廢棄物肥料化利用效益（t）。

（2）蔬菜廢棄物總養分代替肥料率：

P=FV/F×100%

式中：P為蔬菜廢棄物總養分替代率（%）；FV為蔬菜廢棄物肥料化利用效益（t）；F為化肥施用折純量（t）。

2 結果與分析

2.1 京津冀地區蔬菜廢棄物污染負荷時間特征

近年來，隨著農村產業結構的不斷調整和農業現代化水平的不斷提高，京津冀地區農業逐步向現代化過渡，蔬菜種植面積和產量不斷增加，蔬菜廢棄物產生量也逐年增加。從圖 1可看出，2016—2020年京津冀地區蔬菜廢棄物污染負荷呈現一定波動變化，但總體呈上升趨勢。自2016年以來蔬菜廢棄物污染負荷平均以3.44萬t/a的速度增加。2020年京津冀地區蔬菜廢棄物污染負荷最高，達到219.98萬t。但2017、2019年與之前相比卻略有下降，可能與當年氣候、種植面積等因素有關。TN、TP、TK污染負荷與蔬菜廢棄物污染負荷年際變化規律較為一致，總體呈上升趨勢，2020年京津冀地區TN、TP、TK污染負荷分別為46 627、28 509、49 674 t。

2.2 2020年京津冀地區各地級市蔬菜廢棄物污染風險分析

2.2.1 蔬菜廢棄物及TN、TP、TK污染負荷。

2020年京津冀地區各地級市蔬菜廢棄物污染負荷和TN、TP、TK污染負荷如表 2所示。京津冀地區蔬菜廢棄物、TN、TP、TK總污染負荷分別為2 199 836、46 627、28 509、49 674 t。各市蔬菜廢棄物污染負荷平均為169 218 t，其中，唐山市蔬菜廢棄物污染負荷最高，占全京津冀地區的16.15%，其次是張家口市和邯鄲市，分別占全地區的11.93%和10.34%，高于平均值的還有石家莊市、保定市、廊坊市；蔬菜廢棄物污染負荷量較少的市為北京市、秦皇島市、衡水市。TN、TP、TK污染負荷平均值分別為3 587、2 193、3 821 t，以唐山市最高，達到20 058 t，占全地區的16.07%，其次是張家口市和石家莊市，分別占全地區的11.37%和10.41%;北京市、衡水市、邢臺市、天津市TN、TP、TK污染負荷較少。從以上結果可看出，京津冀地區蔬菜廢棄物、TN、TP、TK污染強度分布較為一致，呈中部和東南部較低、西部較高的特點。

2.2.2 蔬菜廢棄物污染強度分析。

采用ArcGIS 10.5空間分析技術，繪制2020年京津冀地區各市蔬菜廢棄物污染強度空間分布圖（圖2）。各市蔬菜廢棄物、TN、TP、TK平均污染強度分別為370.03、7.89、4.84、8.46 kg/hm2。由圖 2可知，2020年京津冀地區蔬菜廢棄物污染強度空間差異明顯。京津冀地區蔬菜廢棄物污染強度平均為370.03 kg/hm2，其中，廊坊市和唐山市蔬菜廢棄物污染強度較高，分別為746.20、713.41 kg/hm2，比地區平均值分別增加了101.66%、92.80%，其TN、TP、TK污染強度分別為15.04、9.26、15.97 kg/hm2，這2個市耕地面積較小，蔬菜種植比例和蔬菜產量較高；衡水市、邢臺市、滄州市污染強度較低，TN、TP、TK污染強度分別為3.75、2.16、4.11 kg/hm2。

2.2.3 污染風險分析。

經計算可得京津冀地區蔬菜廢棄物污染綜合指數，2020年13個地市蔬菜廢棄物、TN、TP、TK的污染強度標準化值及綜合指數結果見表 3。從表3可以看出，綜合指數從大到小依次為廊坊、唐山、秦皇島、石家莊、邯鄲、承德、保定、張家口、北京、天津、邢臺、衡水、滄州。

分析可知，污染風險與單個污染強度指標分布規律較為一致。其中，廊坊、唐山、秦皇島污染綜合指數較高，為蔬菜廢棄物高污染風險區域；石家莊、邯鄲、承德、保定為中污染風險區域；張家口、北京、天津、邢臺、衡水、滄州為低污染風險區域，其中滄州市蔬菜廢棄物、TN、TP、TK的標準化值均為0.00，滄州市綜合指數最小，蔬菜廢棄物污染風險最低。總體而言，京津冀地區蔬菜廢棄物污染呈中部和東北部污染風險高、南部污染風險低的特點。低污染風險區域主要為城市化率較高、農業比重小的城市；高污染風險地區為農地面積少、規模大、蔬菜種植比例高的城市。

2.3 京津冀地區蔬菜廢棄物資源化利用潛力分析

由表 4可知，2020年京津冀地區蔬菜廢棄物資源化利用帶來的肥料化效益達到124 802 t，相當于區域內4.06%的化肥施用折純量。區域內各地級市蔬菜廢棄物肥料化效益在3 165～20 058 t，其可替代化肥施用純量的比率在1.76%～10.99%。若將其進行肥料化利用，可有效減少區域內化肥施用量。

張家口市蔬菜廢棄物肥料化效益替代化肥施用純量的比率最高，其肥料化效益為14 193 t，資源化利用潛力最高。此外，肥料替代率高利用潛力地區還包括廊坊市、承德市，肥料化效益分別為11 700和8 275 t。滄州市、邢臺市、衡水市肥料化利用潛力相對較小，其肥料替代率位于后3位。

3 討論

廢棄物資源化利用是緩解環境壓力和資源短缺的重要手段［16］，由上述可知，京津冀地區蔬菜廢棄物產生量巨大，由此帶來的污染負荷和污染風險較高，但同時，其中蘊含的養分量也十分豐富，資源化利用潛力巨大。若能將資源化利用，不僅能減少氮、磷、鉀等污染元素的排放，帶來較大的環境效益，也能獲得蔬菜廢棄物中養分的價值，得到較大的經濟效益。

京津冀地區作為我國的政治及文化中心、北方經濟的重要核心區，其蔬菜廢棄物資源化利用水平關系到該區域乃至全國蔬菜產業的健康穩定發展。為防治農業廢棄物污染，促進農業廢棄物資源化利用，2023年中央一號文件再次提出要建立健全秸稈、農膜、農藥包裝廢棄物、畜禽糞污等農業廢棄物收集利用處理體系。但是由于產業鏈條結構不完整、農戶綠色生產觀念落后、各地區發展不均衡等原因，京津冀地區蔬菜廢棄物資源化率較低。因此，需要當地政府和相關部門加大宣傳力度，引導農民認識到資源化利用蔬菜廢棄物的優點和重要性。同時，還應積極研發適合農民使用，有益于農民的處理技術，以期在處理蔬菜廢棄物時達到最大的環境效益、經濟效益和社會效益。

4 結論

（1）2020年京津冀地區蔬菜廢棄物、TN、TP、TK污染負荷分別為2 199 836、46 627、28 509、49 674 t。各市蔬菜廢棄物平均污染強度分別為370.03、7.89、4.84、8.46 kg/hm2。

（2）京津冀地區蔬菜廢棄物污染風險較高的地區為廊坊市、唐山市和秦皇島市，邢臺市、衡水市、滄州市污染風險較低。污染風險與單個污染強度指標分布較為一致。

（3）2020年京津冀地區蔬菜廢棄物資源化利用帶來的肥料化效益達到124 802 t，相當于區域內4.06%的化肥施用折純量。肥料化利用潛力較高的地級市為張家口市、廊坊市、承德市。

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