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.紹興文理學院土木工程學院，浙江　紹興　312000；2.紹興文理學院巖石力學與地質災害實驗中心，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.紹興文理學院土木工程學院，浙江紹興312000；2.紹興文理學院巖石力學與地質災害實驗中心，浙江紹興312000)

摘要：基于密集的交通工業設施、高投入的農業生產等情況，以人類生活產生的氮排放為切入點，研究了浙江省氮排放變化及時空氮排放差異、降氮潛力和規模，以及氮排放驅動因素。結果表明：氮排放量以杭州、寧波、溫州、嘉興、湖州、紹興和金華地區居高；杭州、寧波、溫州、嘉興為降氮規模最大的地區，對浙江省可降氮量有較強的拉動力；提高環境治理強度及科研投資力度、優化能耗、產業與對外貿易開放結構、合理控制工業化水平，對降低氮排放有積極作用。

關鍵詞：氮排放；降氮潛力和規模；驅動因素；浙江

1引言

目前，減少氮排放并發展低氮經濟已是政府關注的重點。薛建福等[1]利用作物施肥和灌溉新技術分析了農作新措施對生態系統氮排放量的影響；樊慶鋅等[2]通過設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序變化規律；Tan等[4]揭示了栽培技術對稻田氧化亞氮排放的影響規律；蔡睿堃等[5]通過健康風險模型評價了氮污染對人體的潛在健康風險；趙銀慧等[6]通過專項監測指出總氮是影響污水處理廠達標的主要污染因子；岳建華等[7]通過氮溶出模型預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氮的轉化規律和排出方式。但是，鮮有研究從氮排放量的本質因素考慮降氮潛力和規模。本研究基于地區差異和動態趨勢，研究浙江省氮排放量及其影響因素、降氮潛力和規模，目的在于為不同地區經濟發展水平和實際情況制定和實施有效的降氮政策措施。

2研究區域與方法

2.1研究區域

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。目前為浙江省生態環境保護的關鍵期，但以高耗能和高排放為主的產業結構帶來的生態環境問題未得到根本性治理。

2.2數據來源

本研究數據來源于浙江省統計年鑒、農業統計年報、發展統計匯編、環保署水質保護處、國民經濟和社會發展統計公報、浙江國土資源廳網站數據庫等。

2.3研究方法

(1)氮排放計算方法。據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分別為農業和城市系統氮排放量。

農業系統氮排放量包括水產品養殖、家禽養殖和農作物種植[10]，公式為：

NA=NAQ+NL+NF

(2)

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

城市系統氮排放量包括交通運輸、工業生產、人類生活[11]，公式為：

Nu=NT+NI+NH

(3)

式中，NT、NI與NH分別為交通運輸、工業生產與人類生活氮排放量。其中，NT包括水運、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)降氮潛力計算方法。據Wang等[12]的方法，公式為：

NPPit=(ANPit-TNPit)/ANPit

(4)

式中，ANPit為i地區t時期實際氮排放量，TNPit為前沿面上目標點的氮排放量。NPPit數值越大，氮排放過度量越多，該地區降氮潛力和規模越大。

(3)氮排放影響因素分析方法。

①影響因素的選擇。據以往研究[13]選取變量,能源結構(ES)：化石燃料消耗量占能源消耗總量的比重；工業化水平(IL)：工業增加值占GDP的比重；對外開放度(OD)：人民幣表示的進出口貿易總額占GDP的比重；環境治理強度(EMD)：工業污染治理投資額占GDP的比重；技術進步(TP)：研發經費支出占GDP的比重；產業結構(IS)：第三產業增加值占GDP的比重。

②回歸結果及分析。氮排放為被解釋變量，上述6個影響因素為解釋變量，建立面板數據計量模型：

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

(5)

式中，i和t分別為區域和時期，a0和bit分別為不可觀測的區域和時間效應，a1～a6為回歸系數。

3結果與分析

3.1農業系統和城市系統氮排放

(1)農業系統氮排放。由圖1可知，首先，農作物種植氮排放比重高于水產品養殖和家禽養殖。其中，肥料氮排放雖然在農作物種植部分中比重最高，但近十年來呈降低態勢；農作物收獲時和秸稈還田的氮排放量均逐年減少；農作物固氮維持在穩定水平。其次，水產品和家禽養殖氮排放量之和為4.32萬～5.22萬噸。總體上，農作物種植(91.2%)為農業排氮的主要部分。

圖1　2005—2014年農業系統氮排放量變化

年份含氮肥使用灌溉用水農作物收獲農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

通過比較地區十年氮排放均值(見圖2)，作物種植和動物養殖的氮排放量均以杭州、寧波、溫州等地區居高，年均值分別在10萬噸和1萬噸以上，衢州、舟山和臺州次之，年均值分別在5萬噸和0.5萬噸以上。

圖2　2005—2014年農業系統氮排放區域均值差異

(2)城市系統氮排放。人類生活(生活污水和固體垃圾、人類糞便)、工業生產(工業廢水和固體廢棄物)、交通運輸(化石燃料和廢氣)的氮排放量均逐年減少(見圖3)。總體上，人類生活(93.7%)為城市排氮的主要部分。

圖3　2005—2014年城市系統氮排放量變化

通過比較地區十年氮排放均值(見圖4)，人類生活、交通運輸和工業生產的氮排放量均以杭州、寧波、溫州等地區居高，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年城市系統氮排放區域均值差異

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出基礎下的可降氮量。根據式(4)，計算i區域在t時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差異較大，年降氮潛力均超過10%的地區包括杭州、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年起均達到了15%以上，是氮降排的重點監控地區。分析可降氮量和規模，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%，為降氮重點區域。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、臺州和麗水自2012年可降氮量超過了浙江省的3%，是需進一步關注與監控的降氮重點地區。杭州、寧波、溫州、嘉興為浙江省降氮規模最大的地區，對浙江省可降氮量具有較強的拉動力。

表2　2005—2014年地區降氮潛力和規模

注：由于版面所限，本表僅列出3年計算結果，降氮規模指地區可降氮量占浙江省可降氮量的比重。

從動態趨勢看(見圖5)，各地區降氮潛力經歷了2005—2009年的波動和2009年后的逐漸提高。因為從2009年起浙江迎來了新一輪經濟高速增長期，伴隨著煤炭鋼鐵水泥等建材高能耗、重污染行業過度發展，能源消耗和氮排放量劇增而環保凈化設施缺失，加劇了氮排放在內的污染物排放量。

中國政府已明確到2030年浙江省氮排放比2005年至少降低5%，結合氮排放量和降氮潛力計算結果，僅杭州、寧波、溫州、嘉興、湖州、紹興和金華可以完成目標，衢州、舟山、臺州和麗水還需進一步挖掘降氮潛力。

圖5　2005—2014年地區降氮潛力趨勢

3.3氮排放的影響因素分析

以固定效應模型計算結果為說明對象，回歸結果見表3。能源結構、工業化水平和對外開放度回歸系數為正。能源結構顯著為正(1%水平)，化石燃料消費所占比重每降低一個百分點，氮排放量降低0.61個百分點，說明化石燃料消耗量降低有利于降低氮排放。工業化水平顯著為正(10%水平)，現階段重工業產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)，進出口貿易會產生惡化效應和技術引進效應，而進出口貿易隱藏的氮排放對環境的惡化效應大于技術引進效應。

政府環境治理強度、技術進步和產業結構回歸系數為負，其優化均會改善氮排放。環境治理強度所占比重顯著為負(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。研發投資所占比重每提高一個百分點，氮排放量降低0.26個百分點，說明通過提高科研投資(尤其是能源環境領域)，可明顯降低氮排放。第三產業所占比重顯著為負(1%水平)，每提高一個百分點，氮排放量降低0.2155個百分點，說明優化產業結構對降低氮排放有顯著推動作用。

表3　氮排放影響因素回歸結果

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

4結論

(1)農作物種植和人類生活分別為農業和城市系統氮排放的主要部分，農作物種植和動物養殖、人類生活、交通運輸和工業生產的氮排放量均以杭州、寧波、溫州、嘉興、湖州、紹興和金華地區居高。

(2)浙江省各城市氮排放量、降氮潛力和規模存在差異，應據各地區的異質性制定并實施差異化的氮降排政策。對氮排放量大、降氮潛力和規模較大的城市，應在已有基礎上繼續提高環境規制強度和標準并制定降氮目標。同時，通過政府給予技術、資金等的扶持，以推進清潔生產技術，使其成為浙江省氮降排的主要貢獻者。對于氮排放量相對較小、降氮潛力和規模較小的城市，在現有技術條件下挖掘降氮潛力的空間不大，可著重進行低氮技術的開發和推廣研究，逐步成為中國低氮技術開發與應用和國際先進水平接軌的主要貢獻者。

(3)氮排放的影響因素涉及能源結構、工業化水平、對外開放度、政府環境治理強度、技術進步和產業結構方面。考慮目前經濟發展階段的特殊性，挖掘降氮潛力以降低氮排放量，應做到幾個方面：①加大環境治理強度，培育低氮生活方式，尤其是加強低氮技術、清潔生產技術的開發；②重視科技進步對降低氮排放量的支撐作用，創新低氮技術以及高氮產業的低氮化技術改造，健全推動低氮科技創新的激勵機制；③優化產業結構、能源消費結構和對外貿易開放結構，創建低氮產業發展模式和能源消費模式，加強能源利用對氮排放的抑制作用，加快對外貿易的低氮轉型；④融合工業化和經濟，發展低氮經濟并建立以低氮為特征的工業體系，針對性制定與發展階段相關的政策及相應措施。

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(責任編輯沈蓉)

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

基金項目：紹興文理學院科研啟動項目(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：生態環境與可持續發展。

中圖分類號:X32

文獻標識碼:A