浙江省農(nóng)用化肥時(shí)空分析及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

汪玉磊 單英杰 秦葉波

摘要：基于化肥投入強(qiáng)度、使用效率和安全閾值的概念，利用農(nóng)田化肥使用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，分析了浙江省1978—2017年農(nóng)用化肥情況。結(jié)果表明：浙江農(nóng)用化肥總量和耕地化肥使用強(qiáng)度從1978年到2017年呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，地區(qū)間存在明顯差異。2017年，浙江省農(nóng)用化肥風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.69，處于中度風(fēng)險(xiǎn)，其中鉀肥使用處于低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，氮、磷肥使用為中度風(fēng)險(xiǎn)。湖州市和舟山市農(nóng)用化肥使用為低風(fēng)險(xiǎn)，其他城市均為中度風(fēng)險(xiǎn)，2個(gè)市的氮肥、3個(gè)市的磷肥使用處于重度風(fēng)險(xiǎn)。建議研究科學(xué)施肥技術(shù)和先進(jìn)產(chǎn)品以減少化肥施用、提高肥料利用率來降低風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：化肥施用;安全閾值;施肥強(qiáng)度;時(shí)空分布;風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);浙江省

中圖分類號(hào)： S19???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 論文編號(hào)：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(duì)生態(tài)環(huán)境的日益重視，學(xué)術(shù)界對(duì)化肥使用造成的農(nóng)業(yè)面源污染予以更多關(guān)注和探索[1-4]，2015年3月，原農(nóng)業(yè)部相繼提出《到2020年化肥農(nóng)藥使用量零增長行動(dòng)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(xué)者運(yùn)用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)化肥使用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，研究表明，江蘇省農(nóng)田化肥使用已產(chǎn)生面源污染，存在中等程度的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)大氣、土壤、地下水造成了不同程度的危害[6]，貴州各地區(qū)存在重度的氮肥污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[7]，山東的化肥使用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分異明顯[8]。浙江作為第一批國家農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展試驗(yàn)示范區(qū)暨農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展試點(diǎn)先行區(qū)，積極實(shí)施化肥使用負(fù)增長行動(dòng)，從2013年以后的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，農(nóng)用化肥使用量在穩(wěn)步降低。本研究利用前人建立的化肥使用環(huán)境安全閾值計(jì)算模型，研究浙江農(nóng)用化肥時(shí)空變化及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估化肥使用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的突出區(qū)域，以期對(duì)浙江生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)的化肥面源污染控制提供依據(jù)。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所需的耕地面積主要來自各市自然資源局，農(nóng)用化肥使用量、農(nóng)作物播種面積等數(shù)據(jù)主要來自《浙江省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《浙江農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》、《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》。

1.2 化肥污染環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

田若蘅等[9]構(gòu)建了農(nóng)田化肥使用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，該模型綜合考慮了氮、磷、鉀肥的投入強(qiáng)度、利用效率和化肥使用的安全閾值等因素，并定量評(píng)估出化肥污染的區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度。具體公式如（1）～（2）所示。

式（1）中：Rt為化肥使用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù); Vi為單質(zhì)肥料（氮磷鉀肥）污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù); Wi為對(duì)應(yīng)肥料的污染環(huán)境效應(yīng)權(quán)重系數(shù)，各項(xiàng)權(quán)重總和為1;式（2）中，Ti 為各單質(zhì)肥使用的生態(tài)安全閾值，kg/hm2;Di為各單質(zhì)肥料使用強(qiáng)度，以單位耕地面積當(dāng)年的化肥使用量為準(zhǔn)，kg/hm2;m為耕地復(fù)種指數(shù);c為肥料利用率。

以耕地復(fù)種指數(shù)為1、肥料利用率達(dá)50%為標(biāo)準(zhǔn)，將化肥使用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分為5類風(fēng)險(xiǎn)程度（表1），反映當(dāng)年實(shí)際化肥使用強(qiáng)度（Di）與生態(tài)安全閾值（Ti）間的倍數(shù)關(guān)系。

參照原環(huán)境保護(hù)部2014年印發(fā)的《國家生態(tài)文明建設(shè)示范村鎮(zhèn)指標(biāo)（試行）》[10]，化肥使用強(qiáng)度閾值取220 kg/hm2。參考相關(guān)省份氮磷鉀肥的生態(tài)安全閾值標(biāo)準(zhǔn)、適宜肥料配比及對(duì)環(huán)境影響程度[11-12]，確定氮肥的生態(tài)安全閾值為110 kg/hm2，磷肥和鉀肥分別為55 kg/hm2，氮磷鉀權(quán)重系數(shù)分別為0.64、0.23和 0.13。復(fù)合肥中的氮、磷、鉀含量比以1：1：0.8比例進(jìn)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(nóng)業(yè)部提出從2015年起，主要農(nóng)作物肥料利用率平均每年提升1個(gè)百分點(diǎn)以上[5]，假設(shè)浙江在2013—2017年氮磷鉀肥年均增長率在全國平均標(biāo)準(zhǔn)，取1.0%、1.5%、1.25%。根據(jù)《中國三大糧食作物肥料利用率研究報(bào)告》和張福鎖等[14]對(duì)浙江水稻肥料利用率進(jìn)行的田間測(cè)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(qū)也取此值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2007和 ArcMap10. 1對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2結(jié)果與分析

2.1 浙江農(nóng)用化肥時(shí)間變異

從圖1 可以看出，浙江省農(nóng)用化肥使用總量從1978年到2017年呈現(xiàn)先變高再降低的趨勢(shì)，先由1978 年的36.72萬t增長到1997年的98.98萬t，隨后穩(wěn)步降低，2017年為82.63萬t ?；适褂脧?qiáng)度也呈現(xiàn)相似趨勢(shì)，按耕地面積計(jì)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(dá)3倍，同時(shí)期浙江糧棉油水果蔬菜綜合產(chǎn)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(qiáng)度穩(wěn)中有升，2008—2014年，肥料使用強(qiáng)度穩(wěn)中有降，2015年以后化肥使用強(qiáng)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(qiáng)度434.43 kg/hm2。

在化肥投入的結(jié)構(gòu)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(fù)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(yán)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(fù)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(nóng)用化肥強(qiáng)度空間變異

由于各地種植制度、種植結(jié)構(gòu)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異，化肥使用強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的地域性。

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

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

2.3 浙江省農(nóng)用化肥潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

化肥投入為農(nóng)作物產(chǎn)量的提高起到了重要作用，也為生態(tài)環(huán)境帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn)。以2017年為例分析浙江省化肥使用風(fēng)險(xiǎn)，從表2可以看出，浙江省11個(gè)市化肥使用平均風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)0.69，為中度風(fēng)險(xiǎn)，氮磷鉀3類單質(zhì)肥使用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.71（中度風(fēng)險(xiǎn)）、0.74（中度風(fēng)險(xiǎn)）和0.52（低風(fēng)險(xiǎn)）。盡管磷肥在土壤中較多被固定，運(yùn)動(dòng)力較弱，但是也存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)。舟山市、湖州市化肥使用處于低風(fēng)險(xiǎn)，其余市均為中度風(fēng)險(xiǎn)。

3結(jié)論與討論

（1）1978—2017年浙江省化肥使用總量和使用強(qiáng)度呈現(xiàn)先變高再降低的趨勢(shì)，化肥使用零增長行動(dòng)對(duì)浙江化肥使用下降具有促進(jìn)效應(yīng)。肥料結(jié)構(gòu)以氮肥為主，鉀肥普遍偏低，且不同地區(qū)的化肥使用強(qiáng)度存在差異，最低為178.82 kg/hm2，最高為532.11 kg/hm2，有7個(gè)市超過400 kg/hm2。部分地區(qū)統(tǒng)計(jì)農(nóng)用化肥時(shí)包括了林地用肥，結(jié)果可能偏高。

（2）綜合考慮了氮、磷、鉀肥的投入強(qiáng)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(huán)境總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.69，呈中等風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)， 其中氮、磷肥使用風(fēng)險(xiǎn)為中度，鉀肥為低風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)用化肥施用強(qiáng)度計(jì)算是根據(jù)耕地面積，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算則考慮了復(fù)種指數(shù)，對(duì)于像浙江這些復(fù)種指數(shù)高的地區(qū)，以每年實(shí)際用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的化肥施用量（包括氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥）與耕地總面積之比作為國家生態(tài)文明建設(shè)示范村鎮(zhèn)考核的一項(xiàng)約束性指標(biāo)也有一定局限性。

2019年，浙江省制定了《關(guān)于試行農(nóng)業(yè)投入化肥定額制的意見》[15]，遵循糧油作物“減氮、控磷、穩(wěn)鉀”、經(jīng)濟(jì)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(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，首先要?jiǎng)?chuàng)建促進(jìn)化肥減量工作的政策環(huán)境，提高測(cè)土配方施肥到位率和覆蓋率[16]，優(yōu)化氮、磷、鉀肥使用量，同時(shí)采取推廣有機(jī)肥、秸稈還田、種植綠肥、增施新型肥料、創(chuàng)新農(nóng)作制度等有機(jī)養(yǎng)分替代措施，推廣機(jī)械深施、種肥同播、側(cè)深施肥、水肥一體等高效施肥技術(shù)[15]，達(dá)到減少農(nóng)田化肥投入、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。

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