江蘇省耕地過剩氮排放評價及減排對策

鄭微微++易中懿++沈貴銀

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.136

摘要：農牧業的快速發展導致氮、磷等營養元素的投入和排放超出了耕地環境承載能力，造成嚴重的農業面源污染問題，直接威脅農業的可持續發展。基于農牧結合視角，采用過剩氮計算方法測算江蘇省各市的過剩氮排放現狀，并探尋過剩氮形成的原因，提出過剩氮治理的對策。治理過剩氮主要可從3個方面進行，即降低化肥施用強度，提高化肥利用效率；合理安排農牧業生產，形成良性物質循環；降低耕地生產強度，完善農作物輪作生產體系，適當實施休耕。

關鍵詞：江蘇省；耕地；過剩氮；減排；對策；農牧結合

中圖分類號： F323.2文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0472-03

收稿日期：2016-04-01

基金項目：江蘇省社會科學基金（編號：15WTA008）；中國博士后科學基金（編號：2015M581756）。

作者簡介：鄭微微（1987—），女，浙江臺州人，博士，助理研究員，主要從事農業產業經濟研究。Tel：（025）84391165；E-mail：starxiaowei168@163.com。

通信作者：易中懿，博士，研究員，主要從事農業經濟管理研究。E-mail：yzy201@163.com。21世紀以來，江蘇省農業農村經濟發展取得了巨大成就，糧食生產實現了“十二連增”，產量在全國排名第4位至第5位，畜牧業產值從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區地位。然而，隨著農牧業的發展，種植業生產過程中化肥過量施用且利用效率低、畜牧業糞污排放量大且處置不當等問題日益凸出，導致氮、磷等營養元素的投入和排放超出了耕地的環境承載能力，成為江蘇省耕地農業面源污染的重要污染源。

根據養分循環使用的原理，畜牧業糞污中含有大量氮、磷等，是植物生長所必需的有機質和營養元素，大部分經適當處理可轉變為農業生產資料。如畜禽養殖固體排泄物制成的有機肥，以及液體排泄物經發酵產生的沼渣沼液均是優質高效的肥料，可廣泛應用于蔬菜、水果、苗木等種植業生產[2]。盡可能多地實現畜牧業糞污轉化，不僅可減少對化肥的需求，還可從總量上控制氮、磷等營養元素的使用和排放，減輕對環境的壓力。

目前，關于農業生產系統養分排放的研究可分為技術學派和統計學派。技術學派主要采用試驗技術方法對某一生產系統中的養分排放、損失等進行測量或模擬評價[3-6]，但該方法對試驗條件要求較高，無法進行大規模、大范圍的測算。統計學派主要基于養分平衡法理論，從宏觀角度對農業生產系統中的冗余養分進行評估。有學者通過計算過剩氮量來表征農業面源污染程度[7-9]，或通過過剩氮的計算對畜牧業水資源承載能力進行評價[10]。然而，已有研究多集中于對冗余養分未來發展趨勢的預判，或對環境承載能力的評價，從排放根源入手分析其治理辦法的研究有待進一步加強，且對其支撐技術的研究較少。

本研究在曲勞（truog）養分平衡法理論的指導下，立足農牧結合，采用過剩氮計算方法，同時借鑒已有研究中的農作物耗（含）氮系數，在測算并分析江蘇省各市耕地過剩氮排放現狀的基礎上，從排放根源入手剖析耕地過剩氮產生的原因，進而從技術、模式、制度等方面提出耕地過剩氮的治理辦法，對持續提高江蘇省農田環境承載能力具有重要意義。

1研究方法與數據來源

1.1過剩氮測算方法

根據曲勞的養分平衡法理論，當進入土地的氮素超過作物的需要時，就會發生富營養問題，導致資源的浪費和環境的污染。氮素包括牲畜糞便中的氮素、化學肥料中的氮素、土壤本身蓄積的氮素。過剩氮的計算公式為：

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、j種化肥的含氮系數、k種作物土壤中的氮蓄積系數、k種作物的耗氮系數，Xi、Yj、Zk、Wk分別為i種牲畜的飼養量、j種化肥的使用量、k種作物的播種面積、k種作物的產量。出于考慮數據的可獲得性，本研究計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。

單位耕地過剩氮負載指數的計算公式為：

Nindex=Nsurplus/land。（6）

式中：Nindex為耕地過剩氮負載指數，land為耕地面積。

1.2數據來源及說明

本研究的基礎數據來源于《江蘇統計年鑒》（2007—2015年）、《江蘇省農村統計年鑒》（2007—2015年），各類耗（含）氮系數參考相關部門公布的數據及公開發表的期刊論文。

2江蘇省耕地過剩氮排放現狀

2.1江蘇省農牧業生產狀況

根據《江蘇統計年鑒》數據統計（圖1），2006—2014年江蘇省農牧業發展迅速。農作物播種面積從760萬hm2增加至785萬hm2，增加了3.3%；畜禽養殖肉類總產量從330萬t增加至436萬t，增加了32.1%。隨著農牧業的發展，農業生產系統中氮素的投入和排放也在不斷變動。其中，種植業生產中化肥氮素的投入量于2009年達到峰值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年增長了6.5%；但從絕對量來看，化肥氮素的投入量遠大于畜禽糞尿氮素的排放量。可見，充分推進農牧結合可使種植業生產完全消納畜牧業生產產生的營養元素，并能減少種植業對化肥的需求，從總量上控制冗余養分的排放，降低對環境的壓力。

2.2江蘇省耕地過剩氮排放測算及分析

根據過剩氮測算方法對江蘇省各市的過剩氮及耕地過剩氮負載情況進行測算，結果見表1。

江蘇省耕地過剩氮現狀令人堪憂。（1）江蘇省各市氮過剩現象普遍存在。蘇北地區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36.64萬t；蘇中地區各市的過剩氮量絕大多數在5萬～10萬t之間；蘇南地區各市的過剩氮量基本在5萬t以內，其中鎮江市的過剩氮量最低，為0.73萬t。過剩氮量的存在不僅對環境產生威脅，還對資源造成嚴重浪費。（2）近10年過剩氮情況有轉好趨勢，但沒有根本改變。江蘇省經歷了“十一五”“十二五”農牧業結構調整以及技術創新與進步，過剩氮情況有所好轉，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，蘇南地區年均下降率約為10%，蘇中地區年均下降速度約為5%；蘇北地區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。單位耕地氮素負載水平嚴重超標，環境污染程度嚴重。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），耕地負載的過剩氮水平約為290 kg/hm2。其中，蘇南地區各市的過剩氮水平較低，約為122.43 kg/hm2；蘇中地區次之，約為171.88 kg/hm2；蘇北地區最高，約為404.41 kg/hm2。為防止化肥對水體的污染，國際上公認225 kg/hm2（折合氮素約146 kg/hm2）為安全上限，江蘇省與其對比存在嚴重超標現象，環境污染程度十分嚴重。

3江蘇省耕地形成過剩氮的原因

根據對過剩氮計算方法的分析得出，導致單位耕地氮素負載水平超標的原因可能包括以下3個方面。

（1）化肥過量施用。據統計，2014年江蘇省化肥施用強度（化肥施用強度等于化肥投入量與農產品產量的比值）為327.40萬t/億t，其中蘇南、蘇中、蘇北地區分別為246.85、310.87、417.87萬t/億t[1]，遠超過國際公認的適宜消耗強度范圍142～250萬t/億t。過量的化肥施用是造成農田氮素過量的主要原因。

（2）畜禽糞污處置不當。江蘇省尤其蘇北地區歷來是傳統的生豬主產區，畜禽糞污產量巨大。以氮素計，年均產氮量約50萬t，約為化肥投入量（按化肥中的含氮系數折算）的25%。目前為止，江蘇省對畜禽糞污的有效利用率仍不高，浪費資源且污染環境。還田的畜禽糞便主要作為基肥施用，但大多數農戶并不因施用了有機肥而減少生產過程中的化肥施用，畜禽有機肥對化肥的替代功能尚未得到充分發揮。

（3）耕地過度開發。江蘇省人均耕地僅0.061 hm2（蘇南、蘇中、蘇北地區人均耕地分別為0.030、0.066、0.089 hm2），比全國平均水平約少30%，但耕地復種指數為1.68（蘇南、蘇中、蘇北地區分別為1.38、1.82、1.76），比全國平均水平約高50%。耕地的開發水平遠高于全國平均水平，且輪作體系單一，以稻麥輪作、小麥玉米輪作為主。過高的耕地復種指數帶來了化學品氮素的富集，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

解決過剩氮的關鍵思路分為3個方面，即降低化肥施用強度，提高化肥利用效率；合理安排農牧業生產，形成良性物質循環；降低耕地生產強度，完善農作物輪作生產體系，適當實施休耕。江蘇省在構建過剩氮治理體系時，必須立足于種植業和養殖業生產發展階段的實際情況，以實現農牧產業和環境保護協調發展為目標，在充分尊重農牧業生產污染排放特征和經濟屬性的基礎上來構建。具體建議如下。

（1）構建減少施肥、提高肥料利用率的技術體系，實現化肥“零增長”。推廣精準施肥技術，通過深入推廣測土配方施肥技術，科學分析基于目標產量的施肥量，合理調整基肥、分蘗肥、穗肥的施用比例，防止過量施肥。推廣節肥增效技術，在化肥減量的基礎上進行有機肥無機肥配施，使用緩控釋肥、摻混肥等，減少氮素損失。完善基肥深施、肥料運籌、控制氨揮發等過程管理技術，提高氮素利用效率。

（2）建立農牧循環生產體系，實現資源循環利用，減少排放。建立畜禽養殖禁養、限養、宜養制度，在水源保護區、風景名勝區、自然保護區、工業及人口集中等地區建立禁養區，在禁養區周圍適當范圍內以及污染排放超標地區建立限養區，其他地區設為宜養區，實現畜禽養殖與環境承載相協調。完善農牧廢棄物綜合利用技術體系，創新技術模式，完善技術標準。根據養殖規模、品種類型、區域生產條件等研發相應的廢棄物資源化利用、無害化處理技術集成模式，促進畜禽糞便還田、秸稈還田、秸稈飼料化等資源化利用，完善畜禽規模養殖土地消納配比、沼渣沼液還田等相關技術標準，實現綜合利用、達標排放。探尋符合江蘇省農業生態特點的種養循環模式，將畜禽養殖業發展與綠色食品、有機食品生產基地建設相結合，通過技術服務與創新探尋生態養殖—沼氣生產—有機肥還田等多級種養循環模式，實現農業生產與生態環境全面協調發展。

（3）調整農業產業結構，建立合理的農作物輪作、休耕制度。在保障糧食安全的基礎上，建立與豆科等固氮作物的輪作、混套作制度。緩解單一輪作或長期連作帶來的作物產量和質量問題，增強作物固氮能力，提高氮素利用效率。糧食產能富余的地區，在滿足糧食生產的前提下實施適當休耕，實現耕地肥力自然恢復，減少用于肥力恢復部分的化學肥料投入。適度發展草食畜牧業，建立豆科、禾本科等固氮牧草輪作制度，完善農牧結合的養殖模式，推動牧草業和草食畜牧業可持續發展。

（4）加強政府政策規制與補貼，構建控肥減肥的制度體系。將氮素納入到土地質量等級評價體系，真實反映氮素排放對土地產能的影響。對高等別耕地實施重點保護，對中等別耕地進行投入控制，對低等別耕地進行整改或逐步調出，明確土地整治方向，系統控制氮素排放。充分運用強制性政策工具，在區域性養殖發展規劃、養殖總量控制、養殖排放標準、畜禽規模養殖場市場準入、種養布局調整、環境監管等方面做好頂層設計，完善法律規章，掌握污染防治主動權，從源頭減少過剩氮排放。建立綠色生態導向的補貼制度，減少并逐步取消對化肥企業的財政補貼和稅收優惠，提高對新型環保肥料和測土配方施肥等的補助力度，從外源投入控制農牧系統中的過量養分。同時，加強對減肥技術研發、生產、推廣、使用的全程補貼，建立減肥技術科研成果權益分享機制，形成完整的農業“減肥”政策體系。

（5）運用市場機制，調動市場主體應用環境友好型技術的積極性。提高環境友好型技術的經濟效益，通過補貼環境友好型技術的正外部性，提高經濟效益并增加市場競爭力，充分調動種養主體應用環境友好型技術。扶持污染第三方治理相關產業的發展，積極推進糞便收集處理中心、有機肥生產廠商、沼渣沼液中介服務組織等第三方治理的模式，拓寬環境友好型技術的市場服務。建立氮總量和強度雙控示范基地，對環境友好型技術進行試驗、示范、推廣，并為各類種養主體提供技術培訓和服務，全面推廣環境友好型技術。

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