中國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮排放特征、驅(qū)動(dòng)因素及差異性分析

摘要：旨在研究農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮排放規(guī)律和監(jiān)測(cè)活性氮荇染，進(jìn)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(jù)，研究首先采用排放因子法測(cè)算了1990-2019年全國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮排放量，并分析確定了我國(guó)（除港澳臺(tái)之外）31個(gè)省級(jí)行政區(qū)域的活性氮排放特征。然后利用LMDI模型和集中指數(shù)法分別研究農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮排放變化量的驅(qū)動(dòng)因素和活性氮排放量的地區(qū)差異性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1990-2019年，全國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮排放量在1996年達(dá)到峰值，整體呈現(xiàn)“M”型變化趨勢(shì)，全國(guó)范圍內(nèi)人均活性氮排放強(qiáng)度呈現(xiàn)以胡煥庸線為界的西北低密度一東南高密度的格局。基于農(nóng)產(chǎn)品前端消費(fèi)及其農(nóng)業(yè)廢棄物末端處置2個(gè)維度來考察活性氮的排放特征，從農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)端來看，消費(fèi)肉類農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)活性氨排放量占比（36.75％）最高，其中，牛羊肉類農(nóng)產(chǎn)品占比高達(dá)22％；從農(nóng)業(yè)廢棄物末端處置來看，處置畜禽糞尿產(chǎn)生的活性氮占比較高，且對(duì)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(guó)家層面農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮排放量的驅(qū)動(dòng)因素為經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)，而省級(jí)層面農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮排放變化量的主要驅(qū)動(dòng)因素為經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)、購買能力效應(yīng)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)效應(yīng)。栝性氮排放總量、人均活性氮和地均活性氮排放量均是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省較高，這些省份承擔(dān)了更多的氮污染環(huán)境壓力。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)廢棄物；活性氮；LMDI模型，集中指數(shù)法，排放特征；驅(qū)動(dòng)因素

中圖分類號(hào)：X712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-2481（2024）03-0035-15

氮是人類生活生產(chǎn)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?dòng)、燃料使用、工業(yè)活動(dòng)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的除氮?dú)庖酝獾慕Y(jié)合態(tài)氮，它主要是在農(nóng)作物秸稈和畜禽糞尿在經(jīng)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(chǎn)生的。過量活性氮（結(jié)合態(tài)氮）排放會(huì)對(duì)人類生存環(huán)境造成嚴(yán)重危害，如將過量的氣體活性氮排放至空氣中會(huì)導(dǎo)致大氣污染（霧霾等）、NzO排放會(huì)導(dǎo)致平流層臭氧耗竭并引起全球氣候變化。我國(guó)是世界上最大的活性氮排放國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是其主要來源，占比約為57.19％m。農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物是農(nóng)業(yè)活性氮污染的重要來源之一，1990-2019年我周農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)生量持續(xù)保持在21億t以上，其中2005年產(chǎn)量最高超過33億t。為了減少活性氮對(duì)環(huán)境的危害，國(guó)務(wù)院于2021年10月明確指出，要建立健全禽畜糞污、農(nóng)作物秸稈等農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮的排放特征、驅(qū)動(dòng)因素和區(qū)域性排放差異性將有助于防止環(huán)境活性氮污染，進(jìn)而推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

目前，已對(duì)農(nóng)業(yè)源活性氮開展了較多研究。翟元曉等利用排放因子法對(duì)黃河流域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)端的活性氮排放量進(jìn)行核算，發(fā)現(xiàn)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(píng)價(jià)（LCA）方法研究了長(zhǎng)三角地區(qū)三省一市蔬菜生產(chǎn)的活性氮排放格局，發(fā)現(xiàn)蔬菜的活性氮損失和溫室氣體排放潛值較高?？傮w上，現(xiàn)有研究呈現(xiàn)以下特征：研究區(qū)域范圍上，多數(shù)學(xué)者主要研究某區(qū)域或某流域的農(nóng)業(yè)活性氮排放特征，少部分學(xué)者借助短時(shí)間序列從國(guó)家層面展開研究。從研究視角上，現(xiàn)有的主要聚焦于前端農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及中端居民家庭農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)系統(tǒng)活性氮排放特征的研究?；钚缘廴九欧挪町愋缘难芯繉用嫔?，較多學(xué)者主要采用基尼系數(shù)、聚類分析等常規(guī)方法測(cè)算并分析某一區(qū)域的氮污染差異問題，而缺少國(guó)家層面的研究。如楊玉潔采用基尼系數(shù)測(cè)算遼寧省農(nóng)業(yè)面源氮污染排放特征，并確定了農(nóng)業(yè)活性氮污染減量的關(guān)鍵控制點(diǎn)。多層次的研究可為探析農(nóng)業(yè)源活性氮排放特征提供參考，但仍存在一些不足：現(xiàn)有文獻(xiàn)大多關(guān)注區(qū)域?qū)用?，較少關(guān)注國(guó)家層面，尤其是鮮有從長(zhǎng)時(shí)間序列研究國(guó)家層面的農(nóng)業(yè)源活性氮的排放特征；現(xiàn)有成果主要從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)端以及農(nóng)業(yè)廢棄物末端處置方面來研究對(duì)活性氮的影響，而忽視了農(nóng)業(yè)廢棄物作為固體廢棄物在末端處置環(huán)節(jié)中對(duì)環(huán)境系統(tǒng)帶來活性氮污染問題；基尼系數(shù)法運(yùn)用在研究環(huán)境污染問題時(shí)，只能反映區(qū)域間相對(duì)不平等而無法反映絕對(duì)差異，即它無法反映不同經(jīng)濟(jì)水平區(qū)域的環(huán)境污染差異程度。

本研究首先運(yùn)用排放網(wǎng)子法和LMDI模型（對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)法）核算我國(guó)（除港澳臺(tái)之外）31個(gè)省份的農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮排放量，然后從農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、消費(fèi)以及農(nóng)業(yè)廢棄物的處置全過程分析農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮排放的驅(qū)動(dòng)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(shù)法引入環(huán)境領(lǐng)域探究區(qū)域之間氮污染排放差異問題，旨在為明晰近30 a來農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮時(shí)空演化格局和減少活性氮污染提供科學(xué)依據(jù)。

1材料和方法

1.1研究對(duì)象

本研究對(duì)象為1990-2019年全國(guó)（除港澳臺(tái)之外）31個(gè)省份農(nóng)業(yè)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(jìn)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(nóng)業(yè)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(jì)算2類農(nóng)業(yè)廢棄物在不同處置方式下產(chǎn)生的活性氮。其次，為了便于后文的解構(gòu)分析，將產(chǎn)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(chǎn)物最終流向工業(yè)系統(tǒng)，故本研究不作過多討論）。最后，根據(jù)4類處置方式產(chǎn)生的活性氮量加總得到活性氮的總量。本研究參照現(xiàn)有文獻(xiàn)的研究數(shù)據(jù)，采用排放因子法對(duì)31個(gè)省市的農(nóng)業(yè)廢棄物源活性氮排放量進(jìn)行估算，通過排放因子法計(jì)算秸稈源活性氮。參考已有研究確定15種農(nóng)作物的草谷比及秸稈含氮比例，并計(jì)算得到15種秸稈的含氮總量。然后確認(rèn)秸稈的處置方式占比及不同處置方式產(chǎn)生的活性氮占比，并計(jì)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(shù)及糞尿含氮系數(shù)，并計(jì)算得到每種畜禽的含氮量。進(jìn)一步根據(jù)已有研究確定不同種類畜禽糞尿的處置方式系數(shù)及不同處置方式產(chǎn)生的活性氮品種占比系數(shù)，并計(jì)算得到畜禽糞尿源活性氮量。最后根據(jù)畜禽糞尿和秸稈源活性氮產(chǎn)量歸類并加總得出活性氮排放總量。