劉春蕾， 姚利鵬

(江蘇省南京市環(huán)境保護科學(xué)研究院，江蘇南京 210013)

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江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放分布特征

劉春蕾， 姚利鵬

(江蘇省南京市環(huán)境保護科學(xué)研究院，江蘇南京 210013)

[目的]研究江蘇省氨排放分布特征。[方法]根據(jù)江蘇省農(nóng)業(yè)源活動水平數(shù)據(jù)，采用排放因子法，建立了2014年江蘇省農(nóng)業(yè)源大氣氨排放清單，利用GIS軟件分析了江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放的分布特征。[結(jié)果]2014年江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放總量為679.23 kt，排放強度為6.61 t/km2；畜禽養(yǎng)殖是江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放的最大貢獻(xiàn)源，占總排放量的67.80%，氮肥施用是第二大貢獻(xiàn)源，占29.29%；雞是江蘇省畜禽養(yǎng)殖氨排放最大的貢獻(xiàn)源，其次是豬，分別貢獻(xiàn)了41.15%和30.17%。[結(jié)論]江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放無論是排放量還是排放強度都呈現(xiàn)出由南向北遞增的空間分布特征，蘇北地區(qū)是江蘇省最需要控制的農(nóng)業(yè)源氨排放貢獻(xiàn)區(qū)。

氨排放；特征；江蘇省

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，區(qū)域大氣污染日益加重，灰霾、臭氧和酸雨等區(qū)域性大氣污染問題日益突出，對人民群眾的身體健康和生態(tài)安全構(gòu)成威脅，2015年冬季頻發(fā)的重度霧霾天氣更是把PM2.5推上了新的高度。國務(wù)院于2013年9月公布的《大氣污染防治行動計劃》中明確提出對 PM2.5、PM10的控制，2015年3月環(huán)保部發(fā)布了《關(guān)于開展源排放清單編制試點工作的通知》(環(huán)辦〔2015〕14號)，選取了14個具有一定源排放清單工作基礎(chǔ)和地域代表性的城市，以頒發(fā)的《城市大氣污染物排放清單編制指南》(以下簡稱《指南》)為指導(dǎo)，開展源排放清單編制工作，以支撐全國大氣污染防治工作，大氣氨排放清單是其中的重要組成部分。歐美日等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)對氨的研究起步較早，研究內(nèi)容從氨排放清單的建立、貢獻(xiàn)源分析等基礎(chǔ)研究發(fā)展到側(cè)重農(nóng)業(yè)氨源對空氣污染的影響，尤其是對PM2.5二次粒子形成的影響。研究結(jié)果顯示，減少農(nóng)業(yè)源氨排放可有效降低空氣中PM2.5濃度，控制氨排放是降低大氣顆粒物濃度最經(jīng)濟有效的辦法[1]。近年來，歐盟、美國已經(jīng)將研究成果應(yīng)用于環(huán)境管理中，開始了對養(yǎng)殖場氨排放的控制[2]。我國對氨排放研究起步較晚，研究尺度由全國[3]、長三角[4]、珠三角[5]、內(nèi)陸川渝[6]等大尺度逐步向單一城市[7-9]小尺度發(fā)展，研究內(nèi)容也從源清單編制到特征分析、減排潛力研究[10]和對顆粒物形成貢獻(xiàn)[11]逐步深入。國內(nèi)研究結(jié)果一致表明，畜禽養(yǎng)殖和氮肥施用是國內(nèi)兩大氨排放貢獻(xiàn)源，控制二次粒子可能是目前控制大氣PM2.5污染一個最為有效的突破點[12]。開展氨排放對PM2.5的影響研究以及采取相應(yīng)的控制措施是國內(nèi)大氣污染防治的發(fā)展方向。江蘇省地處長江三角洲，是我國人口最為密集、經(jīng)濟最為發(fā)達(dá)區(qū)域之一，是顆粒物污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一，也是氨排放強度較高的地區(qū)之一[3]。截至目前，江蘇省尚無完整且詳細(xì)的氨排放研究成果。筆者根據(jù)收集的江蘇省農(nóng)業(yè)氨源數(shù)據(jù)，選取了國內(nèi)修正后的較貼近實情的排放因子，編制了2014年江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放清單，利用GIS軟件對氨排放量分布、氨排放強度分布特征進(jìn)行了分析，以期為探索江蘇省大氣污染形成機制及PM2.5達(dá)標(biāo)治理提供科學(xué)支撐。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況研究區(qū)域為江蘇省，位于我國大陸東部沿海中心、長江下游。東南與浙江、上海毗鄰，西接安徽，北接山東。包括南京、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江、泰州、南通、揚州、徐州、連云港、淮安、鹽城、宿遷共13個市。省內(nèi)社會經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域化明顯，目前形成了三大區(qū)域——蘇南(南京、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江)、蘇中(南通、泰州、揚州)、蘇北(徐州、連云港、宿遷、淮安、鹽城)。

1.2研究對象包括氮肥施用、土壤本底、畜禽養(yǎng)殖、生物質(zhì)燃燒、秸稈堆肥5項農(nóng)業(yè)源?；鶞?zhǔn)年為2014年。

1.3數(shù)據(jù)來源各市行政區(qū)域面積來源于2014年江蘇省統(tǒng)計年鑒[13]，2014年各市主要農(nóng)作物種植面積及產(chǎn)量、農(nóng)村人口數(shù)、畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)來自江蘇省農(nóng)業(yè)委員會。

1.4估算方法農(nóng)業(yè)源氨排放量的估算主要采用排放因子法，計算公式為：

Ei,j=∑ (Ai,j×EFj)

(1)

式中，E為氨排放量；i，j分別為地區(qū)和源類別；Ai為活動水平；EF為排放因子。

1.4.1氮肥施用。江蘇省各城市氮肥施用量根據(jù)江蘇省各城市小麥、水稻[14]、油菜[15]平均施氮量計算得出，氮肥施用比例取自國內(nèi)學(xué)者研究結(jié)果的平均值[4]，碳銨、硝銨、硫胺、尿素和其他氮肥的比例分別為13%、7%、4%、65%和11%，排放因子根據(jù)各市農(nóng)作物施肥時間、土壤性質(zhì)選擇自《指南》(表1)。

表1　氮肥施用基準(zhǔn)排放系數(shù)

1.4.2秸稈堆肥。2008年蘇南、蘇中、蘇北秸稈肥料化利用率分別為31.10%、22.00%、21.20%，蘇南地區(qū)肥料化水平領(lǐng)先全省，無錫市達(dá)50.00%，鎮(zhèn)江市達(dá)41.00%，蘇州市達(dá)33.00%。據(jù)江蘇省秸稈利用發(fā)展規(guī)劃，到2012年，江蘇省秸稈肥料化利用率達(dá)32.00%。該研究以50.00%、41.00%、33.00%和32.00%作為無錫、鎮(zhèn)江、蘇州及其他地區(qū)的肥料化比例來估算各城市秸稈堆肥量。

1.4.3畜禽養(yǎng)殖。畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)包括黃牛、奶牛、水牛、馬、驢、騾、能繁母豬、生豬、山羊、綿羊、蛋雞、肉雞、肉蛋兼用型雞、蛋鴨、肉鴨、鵝、兔共17項。根據(jù)數(shù)據(jù)特點，該研究選取了楊志鵬[16]的研究成果，該成果是以物質(zhì)流方法為指導(dǎo)，根據(jù)我國家畜糞便學(xué)、家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)和植物營養(yǎng)學(xué)等相關(guān)研究的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，核定了符合我國畜牧生產(chǎn)實踐的畜禽氮排泄量，然后利用糞、尿進(jìn)入糞肥管理過程(圈養(yǎng)、放牧、儲存、還田4個階段)后的不同氮揮發(fā)率，修正了畜禽的氨排放系數(shù)，與其他清單中畜禽源排放因子及分類參考國外文獻(xiàn)相比更符合國內(nèi)實情。畜禽數(shù)量根據(jù)飼養(yǎng)周期決定，飼養(yǎng)周期大于1 a的，取當(dāng)年存欄量作為該畜禽品種數(shù)量，飼養(yǎng)周期小于1 a的，取當(dāng)年出欄量作為該畜禽品種數(shù)量(表2)。

表2　畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放因子

1.4.4生物質(zhì)燃燒。該研究估算的生物質(zhì)燃燒包括露天燃燒和戶用生物質(zhì)燃燒，生物質(zhì)燃燒活動水平計算公式為：

A=P×N×R×η

(2)

式中，A為生物質(zhì)燃燒量；P為主要農(nóng)作物產(chǎn)量；N為農(nóng)作物谷草比；R為燃燒比例；η為燃燒率。生物質(zhì)燃燒活動水平可直接由主要農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生量、燃燒比例、燃燒率來估算，農(nóng)作物秸稈燃燒率取0.9，燃燒比例取各市2014年政府公報及新聞報道數(shù)據(jù)。

戶用生物質(zhì)燃料包括薪柴和秸稈燃燒。戶用薪柴燃燒量依據(jù)文獻(xiàn)[17]計算，蘇南、蘇中、蘇北薪柴人均消費量分別為203.2、226.9、323.0 kgce/(人·a)。戶用秸稈消耗量按各市農(nóng)村直接生活燃料利用率計算。排放因子參考《指南》，秸稈和薪柴分別為0.53、1.30 g/kg，小麥、水稻和其他秸稈因子為0.37、0.53 g/kg。

2　結(jié)果與分析

2.1江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放清單根據(jù)上述研究方法和數(shù)據(jù)，建立了2014年江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放清單。由表3可見，2014年江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放總量為679 228.34 t，從排放源分擔(dān)率來看，畜禽養(yǎng)殖是最大的農(nóng)業(yè)氨排放貢獻(xiàn)源，占總排放量的67.80%，氮肥施用是第二大排放源，占29.29%，兩者合計占農(nóng)業(yè)源氨排放總量的97.09%。江蘇省常駐人口總體呈低速增長的態(tài)勢，隨著人民收入和生活水平的提高，對畜禽產(chǎn)品的需求量逐年增加。近年來，隨著上海市控制畜禽養(yǎng)殖規(guī)模和數(shù)量，江蘇省在一定程度上還擔(dān)當(dāng)了上海市的畜禽產(chǎn)品的供應(yīng)地[18]，自身和外地的雙重需求，導(dǎo)致了畜禽養(yǎng)殖量的居高不下。江蘇省作為傳統(tǒng)的肉羊、生豬、禽類養(yǎng)殖大省，肉羊和生豬的排放因子相對較高，氨排放貢獻(xiàn)率也大。

氮肥施用是第二大農(nóng)業(yè)氨排放源與全省的氮肥施用量量大密不可分。我國氮肥施用超標(biāo)，耕地僅占全世界9%，但氮肥消費量卻“占全世界總消費量的1/3”，且超標(biāo)施用的氮肥主要集中在東部農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)[19]。無論是單位農(nóng)田面積還是單位播種面積，江蘇省的氮肥施用量在全國來看都是處于最高等級的地區(qū)[20]，而且江蘇省絕大部分地區(qū)的土壤性質(zhì)為堿性，土壤pH是影響農(nóng)田氨揮發(fā)的主要因素，施用于堿性土壤的氨揮發(fā)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于酸性土壤，另外，國內(nèi)氮肥施用缺乏精細(xì)化管理，主要是表面撒施方式，長期過量施氮肥導(dǎo)致氨排放總量偏大。

生物質(zhì)燃燒氨排放量僅占總排放量的1.91%，這與江蘇省高度重視秸稈綜合利用，積極推進(jìn)秸稈禁燒工作密切相關(guān)。近年來，江蘇省連續(xù)出臺了《江蘇省秸稈禁燒考核辦法》、《全面推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用意見》等相關(guān)政策，2015年全省基本形成秸稈收貯利用體系，秸稈綜合利用率達(dá)到90.00%，基本杜絕露天焚燒秸稈。2014年蘇南地區(qū)秸稈綜合利用率已達(dá)到95.00%以上，秸稈露天燃燒較嚴(yán)重的蘇北地區(qū)也達(dá)到了85.00%以上，未來生物質(zhì)燃燒氨排放對全省氨排放總量的貢獻(xiàn)將進(jìn)一步減小。

表32014年江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放清單

Table 3List of agricultural ammonia emissions in Jiangsu Province in 2014

排放源Emissionsource排放量Emissionamount∥t分擔(dān)率Sharerate∥%畜禽養(yǎng)殖Livestockbreeding460500.7067.80氮肥施用Nitrogenfertilizerapplication198977.3829.29生物質(zhì)燃燒Biomassburning12996.221.91秸稈堆肥Strawcompost5752.130.85土壤本底Soilbackground1001.910.15合計Total679228.34100

筆者對江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放的最大排放源——畜禽養(yǎng)殖源進(jìn)行了進(jìn)一步分析。從圖1可以看出，雞是江蘇省畜禽養(yǎng)殖氨排放最大的貢獻(xiàn)源，其次是豬和羊，分別貢獻(xiàn)了41.15%、30.17%和16.38%，其他畜禽僅貢獻(xiàn)了1成多。結(jié)合飼養(yǎng)量來看，占總年內(nèi)飼養(yǎng)量92.78%的家禽[雞(71.6%)、鴨、鵝]排放了46.49%的氨，占年內(nèi)飼養(yǎng)量僅4.36%的大型家畜(豬(3.16)、牛、羊、馬驢騾)卻排放了51.43%的氨?？梢?，大型家畜由于糞便排放量大，含氮高，相應(yīng)的氨排放量也大。在控制江蘇省畜禽養(yǎng)殖氨排放時，建議重點控制畜禽品種為養(yǎng)殖數(shù)量最大的雞和養(yǎng)殖量少但是排放量占比最大的豬。

圖1　 2014年江蘇省各畜禽源氨排放貢獻(xiàn)率和養(yǎng)殖數(shù)量占比Fig. 1　Ammonia emission contributions of livestock source and quantity proportion in Jiangsu Province in 2014

2.2農(nóng)業(yè)源氨排放的城市分布從圖2可以看出，江蘇省各城市農(nóng)業(yè)源氨排放呈現(xiàn)一定的地域分布特征。鹽城市是江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放的最大城市，占總排放量的22.60%，其次為徐州和宿遷，分別占16.67%和11.70%，3個城市排放占全省總量的50.97%。無錫、常州、蘇州是前3個排放量最低的城市，排放量占比均小于2.00%，南京市是蘇南地區(qū)排放量最大的城市。蘇中城市中，南通的排放量最大，排放量接近蘇北地區(qū)的連云港、淮安。蘇北、蘇中、蘇南的農(nóng)業(yè)源氨排放占全省份額約7∶2∶1。

造成江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放明顯的地域差異的原因是各城市地理位置及社會經(jīng)濟發(fā)展不平衡，區(qū)域化明顯。蘇南地區(qū)位處長三角地區(qū)，基礎(chǔ)條件優(yōu)越，受經(jīng)濟總量位居大中華區(qū)第1位的上海市的輻射，經(jīng)濟發(fā)展水平高，第二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重低，為1.60%～4.40%，畜牧業(yè)占農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值比重低，僅21.95%。蘇北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展相對落后，第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重高，為9.70%～14.50%，且與畜禽養(yǎng)殖大省山東省接壤，畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的比重高，達(dá)41.50%。

圖2　2014年江蘇省各城市農(nóng)業(yè)源氨排放量及構(gòu)成Fig. 2　Ammonia emission contribution and composition of agricultural sources in Jiangsu Province in 2014

2.3氨排放量和排放強度空間分布特征排放強度是指一個地區(qū)單位面積污染物的排放量，衡量某個地區(qū)污染物排放情況不僅要考慮該地區(qū)的排放總量，同時也應(yīng)該結(jié)合該地區(qū)的排放強度，綜合進(jìn)行考慮，才能更準(zhǔn)確地反應(yīng)該區(qū)域的污染情況。

從圖3可以看出，無論是排放量還是排放強度，從全省看，均呈現(xiàn)由南向北遞增的空間分布特征。從區(qū)域內(nèi)部看，蘇北地區(qū)呈現(xiàn)東西高、中部低，蘇中地區(qū)呈由東往西遞減，蘇南地區(qū)呈由西往東遞減的空間分布特征。蘇北地區(qū)無疑是江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放的主要貢獻(xiàn)區(qū)，特別是鹽城、徐州、宿遷的排放量和排放強度都是前3名，是江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放最嚴(yán)重的3個城市。蘇南地區(qū)中蘇、錫、常3市是農(nóng)業(yè)源氨排放量最少、排放強度最小的3個城市。蘇北地區(qū)的排放量是蘇南地區(qū)的6.6倍，是蘇中地區(qū)的3.57倍，因此，在削減氨排放總量時，應(yīng)重點控制蘇北地區(qū)特別是鹽城、徐州、宿遷3市即可取得可觀的減排效果。

從圖4可以看出，畜禽養(yǎng)殖氨排放量較大的城市分別是鹽城、徐州、宿遷、連云港、南通、淮安；蘇北、蘇中、蘇南的排放份額分別為73.25%、17.61%和9.14%；從排放強度來看，徐州、鹽城、宿遷、南通依次是畜禽養(yǎng)殖氨排放較嚴(yán)重的城市。

從圖5可以看出，氮肥施用排放量較大的城市分別是鹽城、淮安、徐州、宿遷、連云港、泰州、揚州；蘇北、蘇中、蘇南的排放份額分別為62.21%、24.39%和13.39%；從排放強度來看，泰州、淮安、連云港、揚州、宿遷依次是氮肥施用氨排放較嚴(yán)重的城市。

注：a為農(nóng)業(yè)源氨排放量；b為排放強度。Note: a was the emission load of agricultural source; b was the emission intensity. 圖3　2014年江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放量和排放強度空間分布Fig.3　Spatial allocation of agricultural ammonia emission and intensities in Jiangsu Province in 2014

注：a為農(nóng)業(yè)源氨排放量；b為排放強度。Note: a was the emission load of agricultural source; b was the emission intensity. 圖4　2014年江蘇省畜禽養(yǎng)殖氨排放量和排放強度空間分布Fig. 4　Spatial allocation of livestock ammonia emission and intensities in Jiangsu Province in 2014

3　結(jié)論與討論

(1)該研究結(jié)果表明，2014年江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放總量為679 228.34 t，排放強度為6.61 t/km2;畜禽養(yǎng)殖是江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放的最大貢獻(xiàn)源，占總排放量的67.80%，氮肥施用是第二大貢獻(xiàn)源，占29.29%;雞是江蘇省畜禽養(yǎng)殖氨排放最大的貢獻(xiàn)源，其次是豬，分別貢獻(xiàn)了41.15%和30.17%;江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放無論是排放量還是排放強度均呈現(xiàn)出從南往北遞增的空間分布特征，蘇北地區(qū)是江蘇省最需要控制的農(nóng)業(yè)源氨排放貢獻(xiàn)區(qū)。

(2)據(jù)調(diào)查，我國90%以上的規(guī)?；B(yǎng)殖場缺乏必要的污染治理措施，大量畜禽糞便不經(jīng)處理就排放到環(huán)境中[21]，結(jié)合該研究結(jié)果，江蘇省農(nóng)業(yè)源氨排放控制的重點首先是畜禽養(yǎng)殖，其次是氮肥施用。分城市看，揚州市的氮肥施用氨排放量是氮肥施用的近2倍，是唯一一個氮肥施用氨排放量大于畜禽養(yǎng)殖氨排放的城市，該市應(yīng)當(dāng)重點控制氮肥施用源。南京市、無錫市、南通市、連云港市、鹽城市、宿遷市、徐州市的畜禽養(yǎng)殖氨排放量是氮肥施用源的2～4倍，這些城市應(yīng)當(dāng)重點控制畜禽養(yǎng)殖源。鎮(zhèn)江市、淮安市、蘇州市、常州市、泰州市氮肥施用和畜禽養(yǎng)殖氨排放量大致持平。

(3)隨著江蘇省畜牧業(yè)專業(yè)化程度不斷提高，區(qū)域特色逐步顯現(xiàn)，畜禽養(yǎng)殖種類發(fā)展不平衡，地區(qū)分布差異明顯[22-23]。從各城市畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放量及各畜禽排放分擔(dān)情況來看，雞、豬、羊3種畜禽是各城市最主要的貢獻(xiàn)源，三者合計氨排放量占各市的74.87%以上，但是各市的最大貢獻(xiàn)畜禽品種不同。除了其他城市為雞，蘇州、泰州、連云港3個城市為豬的貢獻(xiàn)最大。因此，在實際管理時，需梳理各城市的優(yōu)先控制源及主要控制畜禽品種，各城市區(qū)別對待，“對癥下藥”。

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Agricultural Ammonia Emission Inventory and Its Distribution Characteristics in Jiangsu Province

LIU Chun-lei, YAO Li-peng

(Nanjing Academy of Environmental Science, Nanjing, Jiangsu 210013)

[Objective] To research the distribution characteristics of ammonia emission. [Method] Based on the activity data of agricultural ammonia emission sources, an agricultural ammonia emission inventory of Jiangsu in 2014 was compiled by using emission factor method. GIS software was used to analyze the distribution characteristics of agricultural ammonia emission. [Result] Emission amount of Jiangsu Province was approximately 679.23 kt in 2014, and the emission intensity was 6.61 t/km2. Livestock and poultry breeding and N fertilizer application were main contributor of agricultural NH3sources, accounting for 67.80% and 29.29% of total NH3emission, respectively. Meat chicken dominated the emission source of livestock and poultry with the percentage of 41.15%, followed by pork pig, which was accounted for 30.17%. [Conclusion] The agricultural ammonia emission is increasing from south to north in Jiangsu, and North Jiangsu is the area that must be controlled.

Ammonia emission; Characteristics; Jiangsu Province

劉春蕾(1986- )，女，江蘇南京人，工程師，碩士，從事大氣環(huán)境研究。

2016-06-22

S 181.3

A

0517-6611(2016)22-070-05