江蘇省耕地過剩氮排放評(píng)價(jià)及減排對(duì)策

鄭微微++易中懿++沈貴銀

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.136

摘要：農(nóng)牧業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致氮、磷等營養(yǎng)元素的投入和排放超出了耕地環(huán)境承載能力，造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染問題，直接威脅農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?；谵r(nóng)牧結(jié)合視角，采用過剩氮計(jì)算方法測(cè)算江蘇省各市的過剩氮排放現(xiàn)狀，并探尋過剩氮形成的原因，提出過剩氮治理的對(duì)策。治理過剩氮主要可從3個(gè)方面進(jìn)行，即降低化肥施用強(qiáng)度，提高化肥利用效率；合理安排農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，形成良性物質(zhì)循環(huán)；降低耕地生產(chǎn)強(qiáng)度，完善農(nóng)作物輪作生產(chǎn)體系，適當(dāng)實(shí)施休耕。

關(guān)鍵詞：江蘇??；耕地；過剩氮；減排；對(duì)策；農(nóng)牧結(jié)合

中圖分類號(hào)： F323.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0472-03

收稿日期：2016-04-01

基金項(xiàng)目：江蘇省社會(huì)科學(xué)基金（編號(hào)：15WTA008）；中國博士后科學(xué)基金（編號(hào)：2015M581756）。

作者簡(jiǎn)介：鄭微微（1987—），女，浙江臺(tái)州人，博士，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究。Tel：（025）84391165；E-mail：starxiaowei168@163.com。

通信作者：易中懿，博士，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理研究。E-mail：yzy201@163.com。21世紀(jì)以來，江蘇省農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了巨大成就，糧食生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了“十二連增”，產(chǎn)量在全國排名第4位至第5位，畜牧業(yè)產(chǎn)值從2000年的430億元增加至2014年的 1 180億元[1]，翻了近3番，且一直保持著生豬主產(chǎn)區(qū)地位。然而，隨著農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，種植業(yè)生產(chǎn)過程中化肥過量施用且利用效率低、畜牧業(yè)糞污排放量大且處置不當(dāng)?shù)葐栴}日益凸出，導(dǎo)致氮、磷等營養(yǎng)元素的投入和排放超出了耕地的環(huán)境承載能力，成為江蘇省耕地農(nóng)業(yè)面源污染的重要污染源。

根據(jù)養(yǎng)分循環(huán)使用的原理，畜牧業(yè)糞污中含有大量氮、磷等，是植物生長(zhǎng)所必需的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素，大部分經(jīng)適當(dāng)處理可轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。如畜禽養(yǎng)殖固體排泄物制成的有機(jī)肥，以及液體排泄物經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的沼渣沼液均是優(yōu)質(zhì)高效的肥料，可廣泛應(yīng)用于蔬菜、水果、苗木等種植業(yè)生產(chǎn)[2]。盡可能多地實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)糞污轉(zhuǎn)化，不僅可減少對(duì)化肥的需求，還可從總量上控制氮、磷等營養(yǎng)元素的使用和排放，減輕對(duì)環(huán)境的壓力。

目前，關(guān)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)養(yǎng)分排放的研究可分為技術(shù)學(xué)派和統(tǒng)計(jì)學(xué)派。技術(shù)學(xué)派主要采用試驗(yàn)技術(shù)方法對(duì)某一生產(chǎn)系統(tǒng)中的養(yǎng)分排放、損失等進(jìn)行測(cè)量或模擬評(píng)價(jià)[3-6]，但該方法對(duì)試驗(yàn)條件要求較高，無法進(jìn)行大規(guī)模、大范圍的測(cè)算。統(tǒng)計(jì)學(xué)派主要基于養(yǎng)分平衡法理論，從宏觀角度對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的冗余養(yǎng)分進(jìn)行評(píng)估。有學(xué)者通過計(jì)算過剩氮量來表征農(nóng)業(yè)面源污染程度[7-9]，或通過過剩氮的計(jì)算對(duì)畜牧業(yè)水資源承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]。然而，已有研究多集中于對(duì)冗余養(yǎng)分未來發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)判，或?qū)Νh(huán)境承載能力的評(píng)價(jià)，從排放根源入手分析其治理辦法的研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)，且對(duì)其支撐技術(shù)的研究較少。

本研究在曲勞（truog）養(yǎng)分平衡法理論的指導(dǎo)下，立足農(nóng)牧結(jié)合，采用過剩氮計(jì)算方法，同時(shí)借鑒已有研究中的農(nóng)作物耗（含）氮系數(shù)，在測(cè)算并分析江蘇省各市耕地過剩氮排放現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從排放根源入手剖析耕地過剩氮產(chǎn)生的原因，進(jìn)而從技術(shù)、模式、制度等方面提出耕地過剩氮的治理辦法，對(duì)持續(xù)提高江蘇省農(nóng)田環(huán)境承載能力具有重要意義。

1研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1過剩氮測(cè)算方法

根據(jù)曲勞的養(yǎng)分平衡法理論，當(dāng)進(jìn)入土地的氮素超過作物的需要時(shí)，就會(huì)發(fā)生富營養(yǎng)問題，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。氮素包括牲畜糞便中的氮素、化學(xué)肥料中的氮素、土壤本身蓄積的氮素。過剩氮的計(jì)算公式為：

Nsurplus=Nanimal+NCF+Nland-Ncrop。（1）

式中：Nanimal、NCF、Nland、Ncrop分別為牲畜糞肥中的含氮量、化肥中的含氮量、土壤的蓄積氮量、作物的氮素需求量。 Nanimal、NCF、Nland、Ncrop的計(jì)算公式分別為：

Nanimal=∑iαiXi；（2）

NCF=∑jβjYj；（3）

Nland=∑kγkZk；（4）

Ncrop=∑kδkWk。（5）

式中：αi、βj、γk、δk分別為i種牲畜的糞肥含氮系數(shù)、j種化肥的含氮系數(shù)、k種作物土壤中的氮蓄積系數(shù)、k種作物的耗氮系數(shù)，Xi、Yj、Zk、Wk分別為i種牲畜的飼養(yǎng)量、j種化肥的使用量、k種作物的播種面積、k種作物的產(chǎn)量。出于考慮數(shù)據(jù)的可獲得性，本研究計(jì)算的牲畜品種包括豬、牛、羊、家禽，化肥以總化肥使用量及平均含氮系數(shù)表示，作物品種包括谷物、豆類等糧食作物，棉花，油料，麻類，蔬菜，瓜果。

單位耕地過剩氮負(fù)載指數(shù)的計(jì)算公式為：

Nindex=Nsurplus/land。（6）

式中：Nindex為耕地過剩氮負(fù)載指數(shù)，land為耕地面積。

1.2數(shù)據(jù)來源及說明

本研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于《江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒》（2007—2015年）、《江蘇省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》（2007—2015年），各類耗（含）氮系數(shù)參考相關(guān)部門公布的數(shù)據(jù)及公開發(fā)表的期刊論文。

2江蘇省耕地過剩氮排放現(xiàn)狀

2.1江蘇省農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)狀況

根據(jù)《江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（圖1），2006—2014年江蘇省農(nóng)牧業(yè)發(fā)展迅速。農(nóng)作物播種面積從760萬hm2增加至785萬hm2，增加了3.3%；畜禽養(yǎng)殖肉類總產(chǎn)量從330萬t增加至436萬t，增加了32.1%。隨著農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中氮素的投入和排放也在不斷變動(dòng)。其中，種植業(yè)生產(chǎn)中化肥氮素的投入量于2009年達(dá)到峰值224萬t后開始下降，于2014年下降至210萬t，比2006年下降了5.4%，畜禽糞尿氮素的排放則比2006年增長(zhǎng)了6.5%；但從絕對(duì)量來看，化肥氮素的投入量遠(yuǎn)大于畜禽糞尿氮素的排放量?？梢?，充分推進(jìn)農(nóng)牧結(jié)合可使種植業(yè)生產(chǎn)完全消納畜牧業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的營養(yǎng)元素，并能減少種植業(yè)對(duì)化肥的需求，從總量上控制冗余養(yǎng)分的排放，降低對(duì)環(huán)境的壓力。

2.2江蘇省耕地過剩氮排放測(cè)算及分析

根據(jù)過剩氮測(cè)算方法對(duì)江蘇省各市的過剩氮及耕地過剩氮負(fù)載情況進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果見表1。

江蘇省耕地過剩氮現(xiàn)狀令人堪憂。（1）江蘇省各市氮過?，F(xiàn)象普遍存在。蘇北地區(qū)各市土壤中的過剩氮量均在10萬t以上，其中徐州市的過剩氮量最高，高達(dá)36.64萬t；蘇中地區(qū)各市的過剩氮量絕大多數(shù)在5萬～10萬t之間；蘇南地區(qū)各市的過剩氮量基本在5萬t以內(nèi)，其中鎮(zhèn)江市的過剩氮量最低，為0.73萬t。過剩氮量的存在不僅對(duì)環(huán)境產(chǎn)生威脅，還對(duì)資源造成嚴(yán)重浪費(fèi)。（2）近10年過剩氮情況有轉(zhuǎn)好趨勢(shì)，但沒有根本改變。江蘇省經(jīng)歷了“十一五”“十二五”農(nóng)牧業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及技術(shù)創(chuàng)新與進(jìn)步，過剩氮情況有所好轉(zhuǎn)，總量從2006年的162.00萬t下降至2014年的133.84萬t，僅下降了28.16萬t。其中，蘇南地區(qū)年均下降率約為10%，蘇中地區(qū)年均下降速度約為5%；蘇北地區(qū)的過剩氮量居高不下，年均下降速度不足1%，宿遷市、淮安市的過剩氮量仍以年均約2.5%的速度不斷增加。單位耕地氮素負(fù)載水平嚴(yán)重超標(biāo)，環(huán)境污染程度嚴(yán)重。江蘇省耕地投入的平均氮素水平約為 590 kg/hm2（按照江蘇省1 hm2耕地投入的化肥量折算得到），耕地負(fù)載的過剩氮水平約為290 kg/hm2。其中，蘇南地區(qū)各市的過剩氮水平較低，約為122.43 kg/hm2；蘇中地區(qū)次之，約為171.88 kg/hm2；蘇北地區(qū)最高，約為404.41 kg/hm2。為防止化肥對(duì)水體的污染，國際上公認(rèn)225 kg/hm2（折合氮素約146 kg/hm2）為安全上限，江蘇省與其對(duì)比存在嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象，環(huán)境污染程度十分嚴(yán)重。

3江蘇省耕地形成過剩氮的原因

根據(jù)對(duì)過剩氮計(jì)算方法的分析得出，導(dǎo)致單位耕地氮素負(fù)載水平超標(biāo)的原因可能包括以下3個(gè)方面。

（1）化肥過量施用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年江蘇省化肥施用強(qiáng)度（化肥施用強(qiáng)度等于化肥投入量與農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的比值）為327.40萬t/億t，其中蘇南、蘇中、蘇北地區(qū)分別為246.85、310.87、417.87萬t/億t[1]，遠(yuǎn)超過國際公認(rèn)的適宜消耗強(qiáng)度范圍142～250萬t/億t。過量的化肥施用是造成農(nóng)田氮素過量的主要原因。

（2）畜禽糞污處置不當(dāng)。江蘇省尤其蘇北地區(qū)歷來是傳統(tǒng)的生豬主產(chǎn)區(qū)，畜禽糞污產(chǎn)量巨大。以氮素計(jì)，年均產(chǎn)氮量約50萬t，約為化肥投入量（按化肥中的含氮系數(shù)折算）的25%。目前為止，江蘇省對(duì)畜禽糞污的有效利用率仍不高，浪費(fèi)資源且污染環(huán)境。還田的畜禽糞便主要作為基肥施用，但大多數(shù)農(nóng)戶并不因施用了有機(jī)肥而減少生產(chǎn)過程中的化肥施用，畜禽有機(jī)肥對(duì)化肥的替代功能尚未得到充分發(fā)揮。

（3）耕地過度開發(fā)。江蘇省人均耕地僅0.061 hm2（蘇南、蘇中、蘇北地區(qū)人均耕地分別為0.030、0.066、0.089 hm2），比全國平均水平約少30%，但耕地復(fù)種指數(shù)為1.68（蘇南、蘇中、蘇北地區(qū)分別為1.38、1.82、1.76），比全國平均水平約高50%。耕地的開發(fā)水平遠(yuǎn)高于全國平均水平，且輪作體系單一，以稻麥輪作、小麥玉米輪作為主。過高的耕地復(fù)種指數(shù)帶來了化學(xué)品氮素的富集，單一的輪作方式降低了作物固氮和土壤固氮的能力。

4江蘇省耕地過剩氮治理的建議

解決過剩氮的關(guān)鍵思路分為3個(gè)方面，即降低化肥施用強(qiáng)度，提高化肥利用效率；合理安排農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，形成良性物質(zhì)循環(huán)；降低耕地生產(chǎn)強(qiáng)度，完善農(nóng)作物輪作生產(chǎn)體系，適當(dāng)實(shí)施休耕。江蘇省在構(gòu)建過剩氮治理體系時(shí)，必須立足于種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)發(fā)展階段的實(shí)際情況，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo)，在充分尊重農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)污染排放特征和經(jīng)濟(jì)屬性的基礎(chǔ)上來構(gòu)建。具體建議如下。

（1）構(gòu)建減少施肥、提高肥料利用率的技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)化肥“零增長(zhǎng)”。推廣精準(zhǔn)施肥技術(shù)，通過深入推廣測(cè)土配方施肥技術(shù)，科學(xué)分析基于目標(biāo)產(chǎn)量的施肥量，合理調(diào)整基肥、分蘗肥、穗肥的施用比例，防止過量施肥。推廣節(jié)肥增效技術(shù)，在化肥減量的基礎(chǔ)上進(jìn)行有機(jī)肥無機(jī)肥配施，使用緩控釋肥、摻混肥等，減少氮素?fù)p失。完善基肥深施、肥料運(yùn)籌、控制氨揮發(fā)等過程管理技術(shù)，提高氮素利用效率。

（2）建立農(nóng)牧循環(huán)生產(chǎn)體系，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，減少排放。建立畜禽養(yǎng)殖禁養(yǎng)、限養(yǎng)、宜養(yǎng)制度，在水源保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、工業(yè)及人口集中等地區(qū)建立禁養(yǎng)區(qū)，在禁養(yǎng)區(qū)周圍適當(dāng)范圍內(nèi)以及污染排放超標(biāo)地區(qū)建立限養(yǎng)區(qū)，其他地區(qū)設(shè)為宜養(yǎng)區(qū)，實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖與環(huán)境承載相協(xié)調(diào)。完善農(nóng)牧廢棄物綜合利用技術(shù)體系，創(chuàng)新技術(shù)模式，完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)養(yǎng)殖規(guī)模、品種類型、區(qū)域生產(chǎn)條件等研發(fā)相應(yīng)的廢棄物資源化利用、無害化處理技術(shù)集成模式，促進(jìn)畜禽糞便還田、秸稈還田、秸稈飼料化等資源化利用，完善畜禽規(guī)模養(yǎng)殖土地消納配比、沼渣沼液還田等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)綜合利用、達(dá)標(biāo)排放。探尋符合江蘇省農(nóng)業(yè)生態(tài)特點(diǎn)的種養(yǎng)循環(huán)模式，將畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展與綠色食品、有機(jī)食品生產(chǎn)基地建設(shè)相結(jié)合，通過技術(shù)服務(wù)與創(chuàng)新探尋生態(tài)養(yǎng)殖—沼氣生產(chǎn)—有機(jī)肥還田等多級(jí)種養(yǎng)循環(huán)模式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

（3）調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，建立合理的農(nóng)作物輪作、休耕制度。在保障糧食安全的基礎(chǔ)上，建立與豆科等固氮作物的輪作、混套作制度。緩解單一輪作或長(zhǎng)期連作帶來的作物產(chǎn)量和質(zhì)量問題，增強(qiáng)作物固氮能力，提高氮素利用效率。糧食產(chǎn)能富余的地區(qū)，在滿足糧食生產(chǎn)的前提下實(shí)施適當(dāng)休耕，實(shí)現(xiàn)耕地肥力自然恢復(fù)，減少用于肥力恢復(fù)部分的化學(xué)肥料投入。適度發(fā)展草食畜牧業(yè)，建立豆科、禾本科等固氮牧草輪作制度，完善農(nóng)牧結(jié)合的養(yǎng)殖模式，推動(dòng)牧草業(yè)和草食畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

（4）加強(qiáng)政府政策規(guī)制與補(bǔ)貼，構(gòu)建控肥減肥的制度體系。將氮素納入到土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)體系，真實(shí)反映氮素排放對(duì)土地產(chǎn)能的影響。對(duì)高等別耕地實(shí)施重點(diǎn)保護(hù)，對(duì)中等別耕地進(jìn)行投入控制，對(duì)低等別耕地進(jìn)行整改或逐步調(diào)出，明確土地整治方向，系統(tǒng)控制氮素排放。充分運(yùn)用強(qiáng)制性政策工具，在區(qū)域性養(yǎng)殖發(fā)展規(guī)劃、養(yǎng)殖總量控制、養(yǎng)殖排放標(biāo)準(zhǔn)、畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)市場(chǎng)準(zhǔn)入、種養(yǎng)布局調(diào)整、環(huán)境監(jiān)管等方面做好頂層設(shè)計(jì)，完善法律規(guī)章，掌握污染防治主動(dòng)權(quán)，從源頭減少過剩氮排放。建立綠色生態(tài)導(dǎo)向的補(bǔ)貼制度，減少并逐步取消對(duì)化肥企業(yè)的財(cái)政補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠，提高對(duì)新型環(huán)保肥料和測(cè)土配方施肥等的補(bǔ)助力度，從外源投入控制農(nóng)牧系統(tǒng)中的過量養(yǎng)分。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)減肥技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)、推廣、使用的全程補(bǔ)貼，建立減肥技術(shù)科研成果權(quán)益分享機(jī)制，形成完整的農(nóng)業(yè)“減肥”政策體系。

（5）運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制，調(diào)動(dòng)市場(chǎng)主體應(yīng)用環(huán)境友好型技術(shù)的積極性。提高環(huán)境友好型技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益，通過補(bǔ)貼環(huán)境友好型技術(shù)的正外部性，提高經(jīng)濟(jì)效益并增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，充分調(diào)動(dòng)種養(yǎng)主體應(yīng)用環(huán)境友好型技術(shù)。扶持污染第三方治理相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，積極推進(jìn)糞便收集處理中心、有機(jī)肥生產(chǎn)廠商、沼渣沼液中介服務(wù)組織等第三方治理的模式，拓寬環(huán)境友好型技術(shù)的市場(chǎng)服務(wù)。建立氮總量和強(qiáng)度雙控示范基地，對(duì)環(huán)境友好型技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)、示范、推廣，并為各類種養(yǎng)主體提供技術(shù)培訓(xùn)和服務(wù)，全面推廣環(huán)境友好型技術(shù)。

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