氮排放量評估及降氮潛力研究
——以浙江省為例

呂　越，陳忠清

(1.紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院，浙江　紹興　312000；2.紹興文理學(xué)院巖石力學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害實(shí)驗(yàn)中心，浙江　紹興　312000)

氮排放量評估及降氮潛力研究

——以浙江省為例

呂越1,2，陳忠清1,2

(1.紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院，浙江紹興312000；2.紹興文理學(xué)院巖石力學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害實(shí)驗(yàn)中心，浙江紹興312000)

摘要：基于密集的交通工業(yè)設(shè)施、高投入的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等情況，以人類生活產(chǎn)生的氮排放為切入點(diǎn)，研究了浙江省氮排放變化及時(shí)空氮排放差異、降氮潛力和規(guī)模，以及氮排放驅(qū)動(dòng)因素。結(jié)果表明：氮排放量以杭州、寧波、溫州、嘉興、湖州、紹興和金華地區(qū)居高；杭州、寧波、溫州、嘉興為降氮規(guī)模最大的地區(qū)，對浙江省可降氮量有較強(qiáng)的拉動(dòng)力；提高環(huán)境治理強(qiáng)度及科研投資力度、優(yōu)化能耗、產(chǎn)業(yè)與對外貿(mào)易開放結(jié)構(gòu)、合理控制工業(yè)化水平，對降低氮排放有積極作用。

關(guān)鍵詞：氮排放；降氮潛力和規(guī)模；驅(qū)動(dòng)因素；浙江

1引言

目前，減少氮排放并發(fā)展低氮經(jīng)濟(jì)已是政府關(guān)注的重點(diǎn)。薛建福等[1]利用作物施肥和灌溉新技術(shù)分析了農(nóng)作新措施對生態(tài)系統(tǒng)氮排放量的影響；樊慶鋅等[2]通過設(shè)置人工濕地方法降低氮排放量和氮源污染；方華軍等[3]研究了森林土壤氧化亞氮排放對增氮的時(shí)序變化規(guī)律；Tan等[4]揭示了栽培技術(shù)對稻田氧化亞氮排放的影響規(guī)律；蔡睿堃等[5]通過健康風(fēng)險(xiǎn)模型評價(jià)了氮污染對人體的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)；趙銀慧等[6]通過專項(xiàng)監(jiān)測指出總氮是影響污水處理廠達(dá)標(biāo)的主要污染因子；岳建華等[7]通過氮溶出模型預(yù)測了日常生活垃圾中氮在水體中的排放量及其速率；Bruna等[8]研究了食物消耗各形態(tài)氮的轉(zhuǎn)化規(guī)律和排出方式。但是，鮮有研究從氮排放量的本質(zhì)因素考慮降氮潛力和規(guī)模。本研究基于地區(qū)差異和動(dòng)態(tài)趨勢，研究浙江省氮排放量及其影響因素、降氮潛力和規(guī)模，目的在于為不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和實(shí)際情況制定和實(shí)施有效的降氮政策措施。

2研究區(qū)域與方法

2.1研究區(qū)域

浙江地處東南沿海長江三角洲，陸地和海域面積分別約為11萬和26萬平方公里。2014年常住人口約5500萬人，人均GDP約為75000元，均高于全國平均水平。目前為浙江省生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵期，但以高耗能和高排放為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來的生態(tài)環(huán)境問題未得到根本性治理。

2.2數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于浙江省統(tǒng)計(jì)年鑒、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年報(bào)、發(fā)展統(tǒng)計(jì)匯編、環(huán)保署水質(zhì)保護(hù)處、國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、浙江國土資源廳網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫等。

2.3研究方法

(1)氮排放計(jì)算方法。據(jù)Shi等[9]的方法，公式為：

N=NA+NU

(1)

式中，N為氮排放總量，NA和NU分別為農(nóng)業(yè)和城市系統(tǒng)氮排放量。

農(nóng)業(yè)系統(tǒng)氮排放量包括水產(chǎn)品養(yǎng)殖、家禽養(yǎng)殖和農(nóng)作物種植[10]，公式為：

NA=NAQ+NL+NF

(2)

式中，NAQ、NL與NF分別為水產(chǎn)品養(yǎng)殖、家禽養(yǎng)殖和農(nóng)作物種植。其中，NAQ包括飼料中和水產(chǎn)品含氮量，NL包括各類家禽糞便含氮量，NF包括含農(nóng)作物固氮、肥料使用、灌溉用水、農(nóng)作物秸稈還田和農(nóng)作物收獲含氮量。

城市系統(tǒng)氮排放量包括交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)、人類生活[11]，公式為：

Nu=NT+NI+NH

(3)

式中，NT、NI與NH分別為交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)與人類生活氮排放量。其中，NT包括水運(yùn)、公路、航空交通所消耗的化石燃料和廢氣含氮量，NI包括工業(yè)廢水和固體廢棄物含氮量，NH包括生活污水和固體垃圾、人類糞便含氮量。

(2)降氮潛力計(jì)算方法。據(jù)Wang等[12]的方法，公式為：

NPPit=(ANPit-TNPit)/ANPit

(4)

式中，ANPit為i地區(qū)t時(shí)期實(shí)際氮排放量，TNPit為前沿面上目標(biāo)點(diǎn)的氮排放量。NPPit數(shù)值越大，氮排放過度量越多，該地區(qū)降氮潛力和規(guī)模越大。

(3)氮排放影響因素分析方法。

①影響因素的選擇。據(jù)以往研究[13]選取變量,能源結(jié)構(gòu)(ES)：化石燃料消耗量占能源消耗總量的比重；工業(yè)化水平(IL)：工業(yè)增加值占GDP的比重；對外開放度(OD)：人民幣表示的進(jìn)出口貿(mào)易總額占GDP的比重；環(huán)境治理強(qiáng)度(EMD)：工業(yè)污染治理投資額占GDP的比重；技術(shù)進(jìn)步(TP)：研發(fā)經(jīng)費(fèi)支出占GDP的比重；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(IS)：第三產(chǎn)業(yè)增加值占GDP的比重。

②回歸結(jié)果及分析。氮排放為被解釋變量，上述6個(gè)影響因素為解釋變量，建立面板數(shù)據(jù)計(jì)量模型：

MNPit=a0+a1·ESit+a2·ILit+a3·ODit+a4·EMDit+a5·TPit+a6·ISit+bit

(5)

式中，i和t分別為區(qū)域和時(shí)期，a0和bit分別為不可觀測的區(qū)域和時(shí)間效應(yīng)，a1～a6為回歸系數(shù)。

3結(jié)果與分析

3.1農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和城市系統(tǒng)氮排放

(1)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)氮排放。由圖1可知，首先，農(nóng)作物種植氮排放比重高于水產(chǎn)品養(yǎng)殖和家禽養(yǎng)殖。其中，肥料氮排放雖然在農(nóng)作物種植部分中比重最高，但近十年來呈降低態(tài)勢；農(nóng)作物收獲時(shí)和秸稈還田的氮排放量均逐年減少；農(nóng)作物固氮維持在穩(wěn)定水平。其次，水產(chǎn)品和家禽養(yǎng)殖氮排放量之和為4.32萬～5.22萬噸?？傮w上，農(nóng)作物種植(91.2%)為農(nóng)業(yè)排氮的主要部分。

圖1　2005—2014年農(nóng)業(yè)系統(tǒng)氮排放量變化

年份含氮肥使用灌溉用水農(nóng)作物收獲農(nóng)作物固定秸稈還田作物種植總排放2005141.841.4435.287.5619.80120.602006140.041.4436.368.2818.72115.562007132.481.4433.4810.0818.36108.722008137.881.4428.8010.8018.00117.362009133.201.4428.089.3614.76111.962010132.841.4429.169.7215.12110.522011131.401.4425.569.3612.24110.162012124.201.4427.009.7212.24100.802013126.361.4428.809.3613.32102.962014125.641.4427.009.3612.96103.68

通過比較地區(qū)十年氮排放均值(見圖2)，作物種植和動(dòng)物養(yǎng)殖的氮排放量均以杭州、寧波、溫州等地區(qū)居高，年均值分別在10萬噸和1萬噸以上，衢州、舟山和臺(tái)州次之，年均值分別在5萬噸和0.5萬噸以上。

圖2　2005—2014年農(nóng)業(yè)系統(tǒng)氮排放區(qū)域均值差異

(2)城市系統(tǒng)氮排放。人類生活(生活污水和固體垃圾、人類糞便)、工業(yè)生產(chǎn)(工業(yè)廢水和固體廢棄物)、交通運(yùn)輸(化石燃料和廢氣)的氮排放量均逐年減少(見圖3)?？傮w上，人類生活(93.7%)為城市排氮的主要部分。

圖3　2005—2014年城市系統(tǒng)氮排放量變化

通過比較地區(qū)十年氮排放均值(見圖4)，人類生活、交通運(yùn)輸和工業(yè)生產(chǎn)的氮排放量均以杭州、寧波、溫州等地區(qū)居高，年均值分別在2.5萬噸、0.10萬噸和0.10萬噸以上，衢州、舟山和臺(tái)州次之，年均值分別在2.0萬噸、0.08萬噸和0.07萬噸以上。

圖4　2005—2014年城市系統(tǒng)氮排放區(qū)域均值差異

3.2氮降排潛力的測算與分析

降氮潛力是可降氮量占實(shí)際氮排放量的比重，比重值越大，降氮空間越大；降氮量是在既定投入和產(chǎn)出基礎(chǔ)下的可降氮量。根據(jù)式(4)，計(jì)算i區(qū)域在t時(shí)期的可降氮量和降氮潛力(見表2)。

2005—2014年浙江省降氮潛力地區(qū)差異較大，年降氮潛力均超過10%的地區(qū)包括杭州、寧波、溫州等地。從2010年起，衢州和麗水也超過10%，表明這些地區(qū)有10%以上的氮是過度排放。其中，杭州、寧波、溫州和嘉興從2010年起均達(dá)到了15%以上，是氮降排的重點(diǎn)監(jiān)控地區(qū)。分析可降氮量和規(guī)模，杭州、寧波、溫州和嘉興每年可降氮量占浙江省的比重均超過了5%，為降氮重點(diǎn)區(qū)域。湖州、紹興和金華2012年起可降氮量所占比重超過了浙江省的5%，衢州、舟山、臺(tái)州和麗水自2012年可降氮量超過了浙江省的3%，是需進(jìn)一步關(guān)注與監(jiān)控的降氮重點(diǎn)地區(qū)。杭州、寧波、溫州、嘉興為浙江省降氮規(guī)模最大的地區(qū)，對浙江省可降氮量具有較強(qiáng)的拉動(dòng)力。

表2　2005—2014年地區(qū)降氮潛力和規(guī)模

注：由于版面所限，本表僅列出3年計(jì)算結(jié)果，降氮規(guī)模指地區(qū)可降氮量占浙江省可降氮量的比重。

從動(dòng)態(tài)趨勢看(見圖5)，各地區(qū)降氮潛力經(jīng)歷了2005—2009年的波動(dòng)和2009年后的逐漸提高。因?yàn)閺?009年起浙江迎來了新一輪經(jīng)濟(jì)高速增長期，伴隨著煤炭鋼鐵水泥等建材高能耗、重污染行業(yè)過度發(fā)展，能源消耗和氮排放量劇增而環(huán)保凈化設(shè)施缺失，加劇了氮排放在內(nèi)的污染物排放量。

中國政府已明確到2030年浙江省氮排放比2005年至少降低5%，結(jié)合氮排放量和降氮潛力計(jì)算結(jié)果，僅杭州、寧波、溫州、嘉興、湖州、紹興和金華可以完成目標(biāo)，衢州、舟山、臺(tái)州和麗水還需進(jìn)一步挖掘降氮潛力。

圖5　2005—2014年地區(qū)降氮潛力趨勢

3.3氮排放的影響因素分析

以固定效應(yīng)模型計(jì)算結(jié)果為說明對象，回歸結(jié)果見表3。能源結(jié)構(gòu)、工業(yè)化水平和對外開放度回歸系數(shù)為正。能源結(jié)構(gòu)顯著為正(1%水平)，化石燃料消費(fèi)所占比重每降低一個(gè)百分點(diǎn)，氮排放量降低0.61個(gè)百分點(diǎn)，說明化石燃料消耗量降低有利于降低氮排放。工業(yè)化水平顯著為正(10%水平)，現(xiàn)階段重工業(yè)產(chǎn)值所占比重增加不利于降低氮排放。對外開放度顯著為正(1%水平)，進(jìn)出口貿(mào)易會(huì)產(chǎn)生惡化效應(yīng)和技術(shù)引進(jìn)效應(yīng)，而進(jìn)出口貿(mào)易隱藏的氮排放對環(huán)境的惡化效應(yīng)大于技術(shù)引進(jìn)效應(yīng)。

政府環(huán)境治理強(qiáng)度、技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)回歸系數(shù)為負(fù)，其優(yōu)化均會(huì)改善氮排放。環(huán)境治理強(qiáng)度所占比重顯著為負(fù)(5%水平)，表明政府通過提高污染治理投資度，可顯著減少污染物排放和氮排放。研發(fā)投資所占比重每提高一個(gè)百分點(diǎn)，氮排放量降低0.26個(gè)百分點(diǎn)，說明通過提高科研投資(尤其是能源環(huán)境領(lǐng)域)，可明顯降低氮排放。第三產(chǎn)業(yè)所占比重顯著為負(fù)(1%水平)，每提高一個(gè)百分點(diǎn)，氮排放量降低0.2155個(gè)百分點(diǎn)，說明優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對降低氮排放有顯著推動(dòng)作用。

表3　氮排放影響因素回歸結(jié)果

注：回歸區(qū)間為2005—2014年，***、**和*分別在1%、5% 和10%水平上顯著。

4結(jié)論

(1)農(nóng)作物種植和人類生活分別為農(nóng)業(yè)和城市系統(tǒng)氮排放的主要部分，農(nóng)作物種植和動(dòng)物養(yǎng)殖、人類生活、交通運(yùn)輸和工業(yè)生產(chǎn)的氮排放量均以杭州、寧波、溫州、嘉興、湖州、紹興和金華地區(qū)居高。

(2)浙江省各城市氮排放量、降氮潛力和規(guī)模存在差異，應(yīng)據(jù)各地區(qū)的異質(zhì)性制定并實(shí)施差異化的氮降排政策。對氮排放量大、降氮潛力和規(guī)模較大的城市，應(yīng)在已有基礎(chǔ)上繼續(xù)提高環(huán)境規(guī)制強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)并制定降氮目標(biāo)。同時(shí)，通過政府給予技術(shù)、資金等的扶持，以推進(jìn)清潔生產(chǎn)技術(shù)，使其成為浙江省氮降排的主要貢獻(xiàn)者。對于氮排放量相對較小、降氮潛力和規(guī)模較小的城市，在現(xiàn)有技術(shù)條件下挖掘降氮潛力的空間不大，可著重進(jìn)行低氮技術(shù)的開發(fā)和推廣研究，逐步成為中國低氮技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用和國際先進(jìn)水平接軌的主要貢獻(xiàn)者。

(3)氮排放的影響因素涉及能源結(jié)構(gòu)、工業(yè)化水平、對外開放度、政府環(huán)境治理強(qiáng)度、技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面?？紤]目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的特殊性，挖掘降氮潛力以降低氮排放量，應(yīng)做到幾個(gè)方面：①加大環(huán)境治理強(qiáng)度，培育低氮生活方式，尤其是加強(qiáng)低氮技術(shù)、清潔生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)；②重視科技進(jìn)步對降低氮排放量的支撐作用，創(chuàng)新低氮技術(shù)以及高氮產(chǎn)業(yè)的低氮化技術(shù)改造，健全推動(dòng)低氮科技創(chuàng)新的激勵(lì)機(jī)制；③優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和對外貿(mào)易開放結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建低氮產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式和能源消費(fèi)模式，加強(qiáng)能源利用對氮排放的抑制作用，加快對外貿(mào)易的低氮轉(zhuǎn)型；④融合工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)，發(fā)展低氮經(jīng)濟(jì)并建立以低氮為特征的工業(yè)體系，針對性制定與發(fā)展階段相關(guān)的政策及相應(yīng)措施。

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(責(zé)任編輯沈蓉)

Study on Nitrogen Emissions Evaluation and Nitrogen Reduction Potential:A Case Study of Zhejiang

Lyn Yue1，2，Chen Zhongqing1，2

(1.School of Civil Engineering，Shaoxing University，Shaoxing 312000，China；2.Centre of Rock Mechanics and Geological Disaster，Shaoxing University，Shaoxing 312000，China)

Abstract：Based on concentrated traffic industry and intense agriculture in Zhejiang province and taking the nitrogen(N)emissions from human life as the breakthrough point，the temporal trend of N emissions，N reduction potential，the scale of each province，and the driving factors of N emissions were studied.The results indicate that:Hangzhou，Ningbo，Wenzhou，Jiaxing，Huzhou，Shaoxing and Jinhua are high N emissions areas；Hangzhou，Ningbo，Wenzhou and Jiaxing are the areas with largest scale of N reduction，which had a strong pull power to reduce N emissions in Zhejiang；Enhancing environmental governance and research investment intensity，optimizing the structure of consumption，industry and opening-up foreign trade，and controlling reasonably industrialization level have positive effect on reducing N emissions.

Key words:Nitrogen emissions；Nitrogen reduction potential and size；Driving factor；Zhejiang province

基金項(xiàng)目：紹興文理學(xué)院科研啟動(dòng)項(xiàng)目(20145013、20155010)。

收稿日期：2015-10-08

作者簡介：呂越(1982-)，女，浙江紹興人，博士，講師；研究方向：生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展。

中圖分類號:X32

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A