岑森 曾琰婷 李欣忱 莊賢泉 吉芳英

摘要：? 為研究農(nóng)村區(qū)域氮素輸出的環(huán)境影響特征，以重慶市永川區(qū)為例，通過物質(zhì)流分析闡明農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)的氮素流動情況。結(jié)果顯示，農(nóng)業(yè)種植、畜禽養(yǎng)殖和廢棄物資源化處理的氮素有效利用率分別為32.4%、20.8%和71.0%;農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)氮流動對環(huán)境的影響體現(xiàn)在大氣、水環(huán)境上，溫室效應(yīng)加劇是氮素大氣輸出影響的體現(xiàn)，N? 2 O是氮素大氣輸出中造成溫室效應(yīng)的主要原因，資源化處理過程是較好的減排著眼點;農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)氮流動對水環(huán)境的影響則主要體現(xiàn)在引起富營養(yǎng)化和危害地下水質(zhì)量上，其中系統(tǒng)地表徑流和淋失氮素2點值得關(guān)注。針對這些影響，肥料施用減量增效、合理配施，優(yōu)化廢物收集、貯存環(huán)節(jié)以及改進廢棄物的資源化處理技術(shù)是有效的減緩措施。

關(guān)鍵詞：? 農(nóng)村; 農(nóng)業(yè)生產(chǎn); 氮流動; 環(huán)境影響

中圖分類號：? S181??? 文獻標識碼： A??? 文章編號：? 1000-4440（2021）05-1224-10

Nitrogen flow in rural production and living system and its environmental impact characteristics

CEN Sen， ZENG Yan-ting， LI Xin-chen， ZHUANG Xian-quan， JI Fang-ying

（Chongqing University， Chongqing 400045， China）

Abstract：? To study the environmental influencing characteristics of nitrogen output in rural area， Yongchuan District of Chongqing City was taken as an example， nitrogen flow in rural production and living system was clarified through material flow analysis. The results showed that， the effective utilization rates of nitrogen by agricultural planting subsystem， livestock and poultry breeding subsystem and waste recycling subsystem were 32.4%， 20.8% and 71.0% respectively. In the rural production and living system， the influence of nitrogen flow on the environment could be reflected by the atmosphere and water environment， and the aggravation of greenhouse effect could reflect the influence of nitrogen emission through the atmosphere. N? 2 O was the main reason causing greenhouse effect during nitrogen emission through the atmosphere， and resourceful treatment could be a good point of N? 2 O emission reduction. The impact of rural production and living system on the water environment mainly reflected in causing eutrophication and harming groundwater quality， among them， systematic surface runoff and nitrogen leaching deserved attention. In response to these effects， reducing fertilizer application and increasing its efficiency， reasonable fertilization combination， optimizing waste collection and storage links， and improving resource utilization technology are effective mitigation measures.

Key words：? countryside; agricultural production; nitrogen flow; environmental impact

氮是生物地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分，也是人類生產(chǎn)生活的必需元素。20世紀以來，人類活動依附于氮循環(huán)的同時，也在極大程度上干擾了其循環(huán)過程，引起了一系列生態(tài)環(huán)境問題? [1] ，甚至對人體健康產(chǎn)生了嚴重威脅，針對人類生產(chǎn)生活的氮流動的相關(guān)研究也因此展開。

物質(zhì)流分析是以質(zhì)量守恒原理為基礎(chǔ)，針對系統(tǒng)物質(zhì)輸入、遷移、轉(zhuǎn)化、輸出過程進行定量化分析和評價的方法? [2] 。據(jù)此，能在氮的物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)中，以氮為目標，根據(jù)循環(huán)路徑識別物質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)變及對環(huán)境的影響。但這種宏觀分析法易受各地不同經(jīng)濟、環(huán)境等因素的影響，因此研究采用同區(qū)域參數(shù)為宜。目前國內(nèi)已有不少相關(guān)研究成果問世，涵蓋了區(qū)域? [3] 、城市? [4] 在內(nèi)的多個層面。但在這些研究中，多是針對農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等特定系統(tǒng)? [5-6] 或以工業(yè)化城市為主體的復(fù)雜系統(tǒng)? [7] 的研究，少有針對農(nóng)村區(qū)域的綜合研究。

近年來我們逐漸厘清了城市環(huán)境氮污染的形式及來源? [4，8-10] ，但是關(guān)于氮流動對農(nóng)村環(huán)境的影響仍較為模糊。在重視農(nóng)村生態(tài)環(huán)境問題的當下，展開相應(yīng)研究有其必要性。本研究通過分析農(nóng)村傳統(tǒng)農(nóng)牧漁業(yè)和生活過程，確定農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)自身以及與外界的氮流動關(guān)系，進而識別氮素對農(nóng)村整體環(huán)境的影響并提出減緩措施，為促進農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)、整治農(nóng)村環(huán)境、推進鄉(xiāng)村振興提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究框架及數(shù)據(jù)來源

根據(jù)農(nóng)村生產(chǎn)生活過程，將參與氮流動的農(nóng)業(yè)種植、畜禽養(yǎng)殖、漁業(yè)養(yǎng)殖以及農(nóng)村生活視為子系統(tǒng)納入，通過相互之間含氮產(chǎn)品的消耗和含氮廢物的再利用構(gòu)成系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)，構(gòu)建農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上以物質(zhì)流分析為研究方法，利用物質(zhì)守恒定律追蹤氮元素的遷移轉(zhuǎn)化，明確系統(tǒng)內(nèi)氮循環(huán)情況和在生物同化、微生物硝化、反硝化以及物理化學(xué)作用下系統(tǒng)與大氣、水環(huán)境之間的氮素流動和環(huán)境影響。

研究統(tǒng)計數(shù)據(jù)摘自《重慶統(tǒng)計年鑒》? [11] 、《永川統(tǒng)計年鑒》? [12] 、《中國統(tǒng)計年鑒》? [13] 、《長江經(jīng)濟帶發(fā)展統(tǒng)計年鑒》? [14] 、《北碚統(tǒng)計年鑒》? [15] ，具體如表1所示。

1.2 氮流動核算方法

1.2.1 農(nóng)業(yè)種植? 農(nóng)業(yè)種植是規(guī)模最大的農(nóng)村生產(chǎn)活動，有著復(fù)雜的氮流動途徑。子系統(tǒng)氮素輸入包括肥料、種子、大氣沉降、生物固氮及灌溉，其中肥料分為化肥、有機肥2類，化肥來源于社會供應(yīng)，而有機肥除社會供應(yīng)外，還有系統(tǒng)內(nèi)廢棄物資源化的來源途徑。子系統(tǒng)氮素輸出則有農(nóng)作物、農(nóng)作廢棄物、水土流失、徑流損失、淋失損失以及大氣排放6種方式。此外，子系統(tǒng)內(nèi)還存在氮素循環(huán)，農(nóng)作物在利用耕作土壤氮素的同時，外源氮素會進入土壤被積累。農(nóng)業(yè)種植氮素輸入 （ AP??? in ）、輸出 （ AP??? out ）分別按式（1）和（2）計算：

AP??? in =? APIN??? fer +? APIN??? of +? APIN??? see +? APIN??? bnf +?? APIN??? and +?? APIN??? irw? （1）

AP??? out =? APOUT??? cro +? APOUT??? pla +? APOUT??? se +? APOUT??? frl +? APOUT??? fdl +? APOUT??? atm? （2）

式（1）和（2）中各核算項含義及核算方法見表2，對應(yīng)農(nóng)業(yè)種植的氮素利用效率為：

η??? AP = ??APOUT??? cro +? APOUT??? pla??? AP??? in? ?（3）

1.2.2 畜禽養(yǎng)殖? 畜禽養(yǎng)殖子系統(tǒng)氮素輸入有飼料產(chǎn)品、農(nóng)作廢棄物、廚余廢物;氮素輸出包括可食用產(chǎn)品、不可食用副產(chǎn)品和糞污。其中糞污在收集、堆置過程中，氮素會逐漸輸出到環(huán)境中。畜禽養(yǎng)殖氮素輸入（? LB??? in ）、輸出 （ LB??? out ）分別按式（4）和（5）計算：

LB??? in =? LBIN??? pla +? LBIN? ??kit +? LBIN??? fee? （4）

LB??? out =? LBOUT??? pro +? LBOUT??? by +? LBOUT??? lm +? LBOUT??? nr +? LBOUT??? wa +? LBOUT??? ww? （5）

式（4）和（5）中各核算項含義及核算方法見表3，對應(yīng)畜禽養(yǎng)殖的氮素利用效率（? η??? LB ）計算公式為：

η??? LB = ??LBOUT??? pro +? LBOUT??? by??? LB??? in? ?（6）

1.2.3 漁業(yè)養(yǎng)殖? 漁業(yè)養(yǎng)殖子系統(tǒng)氮素輸入包括魚種、飼料、肥料及大氣沉降;輸出有漁業(yè)產(chǎn)品、氣相排放及徑流損失。其中氣相排放指養(yǎng)殖活動中釋放的NH? 3 、N? 2 和N? 2 O。此外，底泥不斷釋放并吸收著氮素，在漁業(yè)養(yǎng)殖中構(gòu)成了微小的氮循環(huán)。漁業(yè)養(yǎng)殖氮素輸入（? AQ??? in ）、輸出 （ AQ??? out ）分別按式（7）和（8）計算：

AQ??? in =? AQIN??? see +? AQIN??? fee +? AQIN??? fer +? AQIN??? and ?（7）

AQ??? out =? AQOUT??? fis +? AQOUT??? atm +? AQOUT??? fri? （8）

式（7）和（8）中各核算項含義及核算方法見表4，對應(yīng)漁業(yè)養(yǎng)殖的氮素利用效率（? η??? AQ ）計算公式為：

η??? AQ = ??AQOUT??? fis??? AQ??? in? ?（9）

1.2.4 農(nóng)村生活? 農(nóng)村生活子系統(tǒng)氮素輸入包含農(nóng)作物、可食用畜禽產(chǎn)品以及漁業(yè)產(chǎn)品，三者分別來源于農(nóng)業(yè)種植、畜禽養(yǎng)殖和漁業(yè)養(yǎng)殖。這些氮素在生活中會經(jīng)歷食物加工、人體消化及廁所貯存等環(huán)節(jié)，相應(yīng)的子系統(tǒng)氮素輸出有食物加工損失、廚余廢物、廁所貯存大氣排放等多條途徑。此外，食物中部分氮素會被人體吸收，可理解為農(nóng)村生活子系統(tǒng)的氮素積累。農(nóng)村生活氮素輸入 （ RL??? in ）、輸出 （ RL??? out ）分別按式（10）和（11）計算：

RL??? in =? RLIN??? cro +? RLIN??? liv +? RLIN??? fis? （10）

RL??? out =? RLOUT??? mac +? RLOUT??? kit +? RLOUT??? oth +?? RLOUT??? re +?? RLOUT??? atm? （11）

式（10）和（11）中各核算項含義及核算方法見表5，對應(yīng)農(nóng)村生活的氮素利用效率（? η??? RL ）計算公式為：

η??? RL = ??RLOUT??? bod??? RL??? in? ?（12）

1.2.5 廢棄物資源化? 廢棄物包括農(nóng)作廢棄物、畜禽糞污、農(nóng)村生活污水、廚余廢物等。廢物資源化可以促進廢棄物氮素資源的循環(huán)利用。目前，廢棄物資源化處理的常用技術(shù)有好氧、厭氧處理兩大類。好氧處理能快速實現(xiàn)廢物資源化回用，操作簡單，成本低廉，是目前最常見的資源化處理模式。但是，相對厭氧技術(shù)而言，好氧法有氮素損失嚴重的問題。

本研究以好氧堆肥為基礎(chǔ)，核算了資源化過程中的氮素轉(zhuǎn)化途徑，除進入堆肥產(chǎn)品之外，還關(guān)注了處理過程中氮素進入大氣、滲濾液中的量。廢棄物資源化處理氮素輸入 （ WR??? in ）、輸出（? WR??? out ）分別按式（13）和（14）計算：

WR??? in =? WRIN??? man +? WRIN??? liv +? WRIN??? pla +? WRIN??? kit? （13）

WR??? out =? WROUT??? man +? WROUT??? liv +? WROUT??? pla +? WROUT??? kit +? WROUT??? atm +? WROUT??? le? （14）

式（13）和（14）中各核算項含義及核算方法見表6，對應(yīng)廢棄物資源化的氮素利用效率（? η?? ?WR ）計算公式為：

η??? WR = ??WROUT??? man +? WROUT??? liv +? WROUT??? pla +? WROUT??? kit??? WR??? in

2 結(jié)果與分析

農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)中含氮物質(zhì)關(guān)聯(lián)遵循就近原則，即系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)的作物/產(chǎn)品優(yōu)先滿足系統(tǒng)內(nèi)部需求，富余或不足部分再向社會（系統(tǒng)外）輸出或輸入。研究區(qū)域系統(tǒng)的氮素流動情況詳見圖1。

1.肥料社會輸入：化肥 33 922.33 ?t，有機肥 12 263.23 ?t;2.廢棄物處理后作為有機肥還田：農(nóng)作廢棄物 2 721.44 ?t，畜禽糞污 6 446.99 ?t，人糞污 1 083.26 ?t，廚余廢物100.08 t;3.種子;4.共生固氮;5.非共生固氮 1 643.75 ?t，大氣沉降 1 663.06 ?t;6.灌溉;7.農(nóng)業(yè)種植土壤供應(yīng);8.農(nóng)業(yè)種植土壤輸入;9.植物氨釋放;10.徑流損失;11.水土流失;12.農(nóng)業(yè)種植大氣輸出：氨揮發(fā) 9 437.05 ?t，反硝化 10 005.67 ?t， N 2O釋放409.69 t;13.淋失損失;14.農(nóng)作物社會輸出;15.農(nóng)作物生活消費;16.農(nóng)作廢棄物飼料用途;17.農(nóng)作廢棄物資源化用途;18.飼料產(chǎn)品;19.廚余廢物飼料用途;20.不可食用畜禽副產(chǎn)品;21.可食用畜禽產(chǎn)品社會輸出;22.可食用畜禽產(chǎn)品生活消費;23.糞污收集部分堆置大氣輸出：氨揮發(fā) 2 685.49 ?t， N 2O釋放55.58 t;24.糞污收集部分堆置徑流損失;25.實際資源化糞污氮量;26.糞污未收集部分（具體去向不能確定）;27.飼料產(chǎn)品;28.魚苗;29.肥料;30.大氣沉降;31.底泥供應(yīng);32.底泥輸入;33.漁業(yè)養(yǎng)殖大氣輸出：氨揮發(fā)287.60 t，反硝化400.34 t， N 2O釋放11.83 t;34.徑流損失;35.漁業(yè)產(chǎn)品社會輸出;36.漁業(yè)產(chǎn)品生活消費;37.實際資源化人糞污 1 525.72 ?t，廚余廢物140.96 t;38.人糞污貯存氨揮發(fā)720.38 t，食物加工損失346.97 t，人體排氣259.58 t;39.其他去向111.25 t，人糞污未收集部分 1 017.14 ?t;40.廢棄物資源化大氣輸出：氨揮發(fā) 3 281.95 ?t， N 2O釋放729.00 t;41.滲濾液損失。以上數(shù)據(jù)以N計。

2.1 農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)氮素流動特征

2.1.1 系統(tǒng)整體? 研究區(qū)域2018年農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)的氮輸入、輸出總量分別為 71 714.66 ?t和 66 714.80 ?t，其差值代表氮素在系統(tǒng)中的積累量，而這部分氮積累可能會引起地下水污染等環(huán)境問題。從圖1可知，系統(tǒng)氮素的輸入、輸出途徑多樣，分別以肥料輸入和大氣輸出為最大流動途徑。基于就近原則，農(nóng)業(yè)種植、畜禽養(yǎng)殖、漁業(yè)養(yǎng)殖的部分作物/產(chǎn)品會在系統(tǒng)內(nèi)被消費，若以這些作物/產(chǎn)品的凈社會輸出量作為系統(tǒng)氮素的有效利用部分，研究區(qū)域農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)的氮素利用效率為20.3%。

2.1.2 農(nóng)業(yè)種植子系統(tǒng)? 從圖1可以看出，農(nóng)業(yè)種植子系統(tǒng)的氮通量為 60 757.76 ?t，是研究區(qū)域內(nèi)氮通量最大的部分。施用肥料是農(nóng)業(yè)種植中提高作物產(chǎn)量的有效辦法，因此在子系統(tǒng)中以肥料形式輸入的氮素通量高達輸入總量的93.1%，對應(yīng)研究區(qū)域的施氮量為692.84 ?kg/hm? 2? ，在同區(qū)域或同類研究? [7，56] 中也處于較高水平，且已遠超朱兆良? [57] 建議的 150～ 180 ?kg/hm? 2? 的施氮量控制范圍，會造成大量氮素的損失。在輸出方面，有 19 705.59 ?t氮素進入農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)作廢棄物中，相應(yīng)子系統(tǒng)氮素利用效率為32.4%，這與同類研究得出的32.87%的氮素利用效率? [7] 相當，但也意味著其余大量氮素未被吸收利用，這些氮素會輸出到環(huán)境中引起環(huán)境問題，其中以進入大氣、水環(huán)境中的氮素為主，分別占總量的34.2%和26.4%。因此在農(nóng)業(yè)種植中減少肥料施用量、提高氮素利用效率，對減緩區(qū)域水環(huán)境氮素污染、農(nóng)田氣態(tài)氮排放具有重要意義。

2.1.3 畜禽養(yǎng)殖子系統(tǒng)

畜禽養(yǎng)殖是研究區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的重要組成，其子系統(tǒng)氮通量為 21 102.79 ?t，僅次于農(nóng)業(yè)種植子系統(tǒng)。飼料是唯一的氮素輸入途徑。根據(jù)就近原則，飼料應(yīng)來自區(qū)域內(nèi)農(nóng)作產(chǎn)品、農(nóng)作廢棄物自給，或經(jīng)社會加工后以飼料產(chǎn)品形式回用。但對于區(qū)域內(nèi)較多的規(guī)?；B(yǎng)殖企業(yè)，則還需采購區(qū)域外飼料產(chǎn)品進行補充。畜禽產(chǎn)品是子系統(tǒng)氮素利用的體現(xiàn)形式，相應(yīng)利用效率為20.8%，在畜禽養(yǎng)殖氮流動研究結(jié)果? [58-59] 中處于中間水平，仍有較大的提升空間。畜禽產(chǎn)品和糞污共同構(gòu)成了子系統(tǒng)輸出的氮素。但糞污氮素會因收集不完全、微生物作用等產(chǎn)生環(huán)境輸出，再經(jīng)資源化處理后實際能還田利用的氮素僅為總量的39.0%左右，與目標值60%? [36] 仍有較大差距。為提高糞污養(yǎng)分回用率、減少環(huán)境輸出，降低中間過程的氮素損失是其關(guān)鍵。

2.1.4 漁業(yè)養(yǎng)殖子系統(tǒng)

漁業(yè)養(yǎng)殖子系統(tǒng)氮通量是系統(tǒng)氮通量最小的部分，僅為 2 902.16 ?t。氮素輸入的主要途徑是飼料，但其他途徑也提供了789.81 t氮素。漁業(yè)養(yǎng)殖的氮素利用效率與養(yǎng)殖模式有關(guān)，在不同養(yǎng)殖模式下其利用效率為 18.00% ～68.73%? [60] 。研究區(qū)域漁業(yè)養(yǎng)殖采用多品種混養(yǎng)模式，對應(yīng)子系統(tǒng)氮素利用效率較高，為40.4%。除被吸收利用外，子系統(tǒng)氮素還有36.4%輸出到環(huán)境中和23.2%積累在水體底泥內(nèi)。后者雖然在同類研究結(jié)果? [60] 中處于較低水平，但也表明底泥作為子系統(tǒng)內(nèi)氮素供體，同時也是潛在的環(huán)境污染隱患。

2.1.5 農(nóng)村生活子系統(tǒng)? 農(nóng)村生活子系統(tǒng)的氮通量略高于漁業(yè)養(yǎng)殖子系統(tǒng)，為 4 337.11 ?t。食物是子系統(tǒng)氮素的唯一來源，這些食物氮素會在餐廚加工、人體攝取過程中逐漸轉(zhuǎn)化為不同形態(tài)輸出，其中僅1.7%被人體保留，有75.0%會進入到人糞污中。與畜禽糞污相同的是，這部分氮素也會逐漸損失，最終能進行資源化處理的人糞污氮素量約為總量的35%。

2.1.6 廢棄物資源化子系統(tǒng)

廢棄物資源化子系統(tǒng)氮通量為 14 579.95 ?t，其中畜禽糞污輸入占比高達62.2%。通過堆肥處理有 10 351.76 ?t氮素以有機肥形式還田，利用效率為71.0%。此外，還有27.5%和1.5%氮素以氣態(tài)和滲濾液形式損失。廢棄物資源化子系統(tǒng)在促進氮素資源循環(huán)利用的同時，對改善農(nóng)村生產(chǎn)生活環(huán)境質(zhì)量有著重要貢獻，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少的環(huán)節(jié)。但需要注意的是，資源化技術(shù)如堆肥處理可能會有高達78%的氮素損失? [61] ，這不但會減少子系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻，甚至可能會嚴重危害環(huán)境。因此，重視資源化技術(shù)的選擇與改進也尤為關(guān)鍵。

2.2 農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)氮素流動的環(huán)境影響特征

2.2.1 大氣環(huán)境影響

目前工業(yè)生產(chǎn)的氮肥幾乎都是以大氣中的N? 2 為原料制備的，外加沉降、固氮作用等途徑，可以說大氣環(huán)境向農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)輸入了 38 398.51 ?t以N? 2 為主的氮素。在經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)變后，約 29 528.74 ?t N會以NH? 3 、N? 2 和N? 2 O 3種形式輸回大氣中。而在城市系統(tǒng)中，由于工業(yè)生產(chǎn)、燃料燃燒以及交通運輸?shù)呢暙I，其排放的氣態(tài)氮形式為NO?? X? 和NH? 3?? [9-10] 。其中NO?? X? 和人為排放的碳氫化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成臭氧等物質(zhì)以及NH? 3 與SO? 2 等污染物反應(yīng)生成無機氣溶膠? [62] 會引起城市區(qū)域的光化學(xué)煙霧、PM? 2.5 污染等環(huán)境問題。NH? 3 是兩者共同具有的氣態(tài)氮排放形式，但在農(nóng)村區(qū)域，建筑低矮、地域廣闊的環(huán)境保證了良好的擴散條件，NH? 3 對大氣環(huán)境的影響并不顯著。因此區(qū)別于城市區(qū)域的大氣氮污染，農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)氮素輸出的大氣影響主要體現(xiàn)在N? 2 O的排放影響，即加劇溫室效應(yīng)。N? 2 O強烈吸收長波輻射的物理特性是主要原因。雖然農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)N? 2 O排放量僅占大氣氮素輸出量的4.08%，但由于其顯著的增溫效應(yīng)，相應(yīng)的產(chǎn)生及排放途徑值得關(guān)注。農(nóng)業(yè)種植和廢棄物資源化是農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)N? 2 O的兩大排放源。雖然前者氮通量是后者的4倍以上，但就N? 2 O排放量而言，后者幾乎是前者的2倍，原因在于好氧堆肥過程有約5%? [55] 的氮素會以N? 2 O形式排放，而化肥、有機肥配施過程的N? 2 O排放量僅占肥料總氮量的0.69%? [18] ，可以說好氧堆肥對系統(tǒng)N? 2 O排放的影響更大。因此在減緩系統(tǒng)氮素輸出的大氣環(huán)境影響問題上，廢棄物資源化過程可能會是一個較好的著眼點。

2.2.2 水環(huán)境影響

研究區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活系統(tǒng)向水環(huán)境輸出了至少 16 696.0 ?t N，其中有超過90%來源于農(nóng)業(yè)種植的氮素流失，且有銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機氮等多種存在形式。這與城市系統(tǒng)的氮素水環(huán)境輸出有所不同，污水處理設(shè)施的存在決定了其輸出形式以硝態(tài)氮為主? [63] ，但可能存在的偷排漏排現(xiàn)象會引起水體黑臭等城市水環(huán)境污染問題。

農(nóng)村區(qū)域的水環(huán)境氮素影響不同于城市的污染問題，且不同的輸出去向有著不同的影響。對于地表水環(huán)境，降雨、灌溉等水資源的輸入是造成大量氮素進入其中的重要原因。研究區(qū)域降雨地表徑流流經(jīng)農(nóng)田區(qū)域后的年平均氮質(zhì)量濃度為5.15 ?mg/L ，約是V類（參見GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》）地表水氮質(zhì)量濃度的2.6倍。由于施肥為集中短暫的過程，且降雨具有隨機性，實際徑流氮質(zhì)量濃度可能遠超上述理論值。這些氮素基本以活性氮形式存在? [8] ，短時間的大量輸入會對水體造成強烈沖擊，造成富營養(yǎng)化，引起藻類過度繁殖，進而危害其他生物生存。

而對于地下水環(huán)境，輸出到其中的氮素也稱為淋失氮素，其輸出量約為輸出到地表水中氮素的2倍。這部分氮素會在土壤溶液作用下移動進而影響地下水質(zhì)量，硝態(tài)氮和可溶性有機氮是其主要形態(tài)? [32] 。值得注意的是，目前氮素淋失的研究很多只關(guān)注了土壤溶液的側(cè)滲，忽略了淋洗的積累效應(yīng)，淋失系數(shù)約為0.1? [20] 。但有部分氮素會隨溶液下滲到土壤深層，無法被根系利用或被毛管上升水轉(zhuǎn)運，對應(yīng)系數(shù)可在0.2及以上? [35] 。因此系統(tǒng)淋失氮素有約50%會直接影響地下水質(zhì)量，另外部分會沉積在土壤深層間接威脅地下水安全。

2.3 農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)氮素流動的環(huán)境影響減緩措施

由圖1可知，各子系統(tǒng)對氮素環(huán)境輸出都有貢獻，其中農(nóng)業(yè)種植排放量遠超其他子系統(tǒng)，會造成區(qū)域性環(huán)境影響，但由于種植面積廣闊，以單位面積排放量考慮，畜禽養(yǎng)殖、廢棄物資源化的點源環(huán)境氮排放更具威脅，會引起局部環(huán)境問題。針對這兩方面問題，確定如下3類環(huán)境影響減緩措施。

2.3.1 肥料施用減量提效，合理配施

農(nóng)業(yè)種植過程中肥料損失率高且過量施用是系統(tǒng)氮素輸出造成環(huán)境影響的重要原因。通過測土施肥、覆土深施等措施，在減少肥料施用量同時，可以防止肥料與大氣、地表徑流直接接觸從而提高利用率，能夠有效減少肥料氮素的環(huán)境輸出。

此外，化肥、有機肥的環(huán)境氮素輸出在不同途徑上有所區(qū)別，這與土壤類型等因素有關(guān)。有研究結(jié)果? [18] 表明，在紫色土農(nóng)田中，長期施用有機肥的 N? 2 O 排放量會顯著高于長期施用氮磷鉀肥的農(nóng)田;在華北農(nóng)田，研究結(jié)果? [64] 則相反。因此，化肥、有機肥的因地制宜配施也是必要的減緩措施。

2.3.2 優(yōu)化廢棄物的收集、貯存環(huán)節(jié)

廢棄物收集會直接影響其資源化回用量，進而影響系統(tǒng)對外界氮素的需求;此外未收集、直排的糞污等廢棄物會造成環(huán)境污染。因此，優(yōu)化收集環(huán)節(jié)、提高收集率將有效減少系統(tǒng)氮素輸出。

廢棄物，特別是畜禽糞污，在資源化處理前的貯存環(huán)節(jié)常常直接暴露于環(huán)境中? [40] 。其間會有大量氮素以NH? 3 、N? 2 O形式輸出到大氣中或被降雨徑流裹挾輸出到水體中。對此，優(yōu)化貯存措施如應(yīng)用封閉式貯存、減少堆放時間、添加覆蓋物等都能有效控制其氮素流動。

2.3.3 改進資源化技術(shù)

好氧堆肥雖然能快速實現(xiàn)廢棄物資源化利用? [65] ，但也有著顯著的氮素損失問題，堆肥過程中分別會有22%和5%的氮素以NH? 3 和N? 2 O形式輸出到大氣中。通過改進技術(shù)如適當降低翻堆頻率、添加吸附劑等，能夠減少資源化處理過程的氮素損失，減緩環(huán)境影響。與好氧處理相比，厭氧處理在這個問題上更具優(yōu)勢，如沼氣發(fā)酵過程中約 2.7%～ 15.8%? [66] 的氮素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)進入沼氣內(nèi)，少有N? 2 O生成。因此可見，如果條件允許，筆者更推薦以沼氣發(fā)酵作為資源化技術(shù)應(yīng)用，能夠有效降低相應(yīng)的氮素輸出。

3 結(jié) 論

本研究根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村生活過程及其相互之間的物質(zhì)流動關(guān)系構(gòu)建了農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上通過物質(zhì)流分析闡明氮素在系統(tǒng)、社會與環(huán)境之間的流動關(guān)系。以重慶市永川區(qū)為例分析了系統(tǒng)氮素流動特征和環(huán)境影響，據(jù)此提出環(huán)境影響減緩措施。主要結(jié)論如下：（1）研究區(qū)域系統(tǒng)的氮素總輸入量、總輸出量分別為 71 714.66 ?t、 66 714.80 ?t，其中若以作物/產(chǎn)品形式的氮素凈社會輸出量作為系統(tǒng)氮素的有效利用部分，系統(tǒng)整體氮素利用效率約20.3%。各子系統(tǒng)中，農(nóng)業(yè)種植氮素利用效率為32.4%，其環(huán)境輸出以大氣排放為主;畜禽養(yǎng)殖的氮素利用效率為20.8%，糞污氮素實際能資源化回用的部分約占39.0%;漁業(yè)養(yǎng)殖中23.2%的氮素進入底泥中，形成潛在的環(huán)境污染隱患;農(nóng)作廢棄物資源化處理能夠?qū)崿F(xiàn)71.0%廢棄物氮素的資源化利用。（2）農(nóng)村生產(chǎn)生活系統(tǒng)的環(huán)境影響主要體現(xiàn)在加劇溫室效應(yīng)、引起水體富營養(yǎng)化以及危害地下水質(zhì)量三方面。N? 2 O排放是加劇溫室效應(yīng)的主因，好氧堆肥和農(nóng)業(yè)種植是主要排放源，其中前者對排放的貢獻更大，而NH? 3 會通過物質(zhì)轉(zhuǎn)化從側(cè)面加劇溫室效應(yīng)。過量的肥料是造成水環(huán)境影響的主要原因，地表徑流中活性氮大量輸出可能會對地表水體造成強烈沖擊，引起富營養(yǎng)化。淋失的氮素在直接影響地下水質(zhì)量的同時也會沉積在深層土壤中產(chǎn)生間接威脅。（3）針對系統(tǒng)的環(huán)境影響及各子系統(tǒng)的貢獻，采用測土施肥、覆土深施促進肥料減量增效，并因地制宜合理配施有機肥、化肥能夠有效減少氮素的環(huán)境輸出。優(yōu)化廢棄物收集貯存處理環(huán)節(jié)、提高收集率、減少貯存氮素流動、改進堆肥技術(shù)、降低處理氮損失或通過厭氧處理實現(xiàn)資源化回用等也是有效的環(huán)境影響減緩措施。

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（責任編輯：張震林）