徐少奇，陳文杰,2，解林奇，柴勝陽，賈凱雪，魏雨泉,2*

[1 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 北京 100193；2 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)有機(jī)循環(huán)研究院(蘇州), 江蘇蘇州 215100；3 北京大北農(nóng)科技集團(tuán)股份有限公司, 北京 100080]

有機(jī)廢棄物是指人們在生活和生產(chǎn)活動(dòng)中丟棄的一類有機(jī)物質(zhì)。隨著人民生活水平的不斷提高，工農(nóng)業(yè)的逐步發(fā)展，我國各類有機(jī)廢棄物的生產(chǎn)量以每年5%～10%的速度遞增[1]。我國有機(jī)廢棄物產(chǎn)量巨大，朱建春等[2]估算我國2009年主要農(nóng)作物秸稈量約為7億t；宋大利等[3]估算2015年我國畜禽糞尿數(shù)量為31.6億t；施軍營等[4]估計(jì)我國每年產(chǎn)生9000萬t餐廚垃圾；戴曉虎[5]預(yù)測2020年我國污泥產(chǎn)量可達(dá)到6000萬t。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界每年產(chǎn)生約20.1億t生活垃圾，如果按目前的趨勢繼續(xù)發(fā)展，到2050年，每年將產(chǎn)生約34億t生活垃圾[6]。張福鎖[7]研究表明，長江流域農(nóng)業(yè)面源污染占長江水體氮磷輸入的50%以上。若不能將產(chǎn)量巨大的廢棄物進(jìn)行妥善處理，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，如造成水體富營養(yǎng)化、土壤酸化[8]等，影響人類健康[9]。而有機(jī)廢棄物資源化處理，不僅可以有效避免環(huán)境污染，還可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物中的養(yǎng)分資源循環(huán)利用，對(duì)我國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。

近年來隨著人類對(duì)糧食的需求量不斷增加，化學(xué)肥料的施用量急劇增加[10]，部分施用化肥水平較高地區(qū)出現(xiàn)報(bào)酬遞減現(xiàn)象[11]。過量施用化肥不僅加劇了對(duì)環(huán)境的污染[12]，還變相減少了有機(jī)廢棄物的還田利用量。我國政府高度重視環(huán)境污染問題，2015年農(nóng)業(yè)部印發(fā)了《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見》[13]，要求降低化肥施用量。截至2019年，我國雖然已減少了10%的化肥施用，但現(xiàn)階段由于我國化肥價(jià)格快速增長，種糧成本提高，肥料形勢仍舊緊張[14]，需要繼續(xù)推進(jìn)有機(jī)無機(jī)肥配合施用，通過利用有機(jī)肥對(duì)中低產(chǎn)田的涵養(yǎng)，進(jìn)一步提高化肥利用效率來實(shí)現(xiàn)化肥的減量施用[15]。同時(shí)我國政府不斷發(fā)力，連續(xù)出臺(tái)《農(nóng)村改廁管理辦法(試行)》[16](全愛衛(wèi)辦發(fā)〔2009〕4號(hào))、《關(guān)于加強(qiáng)地溝油整治和餐廚廢棄物管理的意見》(國辦發(fā)〔2010〕36號(hào))[17]、《“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實(shí)施方案》(發(fā)改環(huán)資〔2011〕2615號(hào))[18]、《關(guān)于印發(fā)水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》(國發(fā)〔2015〕17號(hào))[19]、《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》(國辦發(fā)〔2017〕48號(hào))[20]和《生活垃圾分類制度實(shí)施方案》(國辦發(fā)〔2017〕26號(hào))[21]等一系列政策，推進(jìn)農(nóng)村人糞尿、農(nóng)作物秸稈、污泥、畜禽糞便和生活垃圾等有機(jī)廢棄物資源化利用。

國內(nèi)外實(shí)踐表明，有機(jī)廢棄物的資源化利用和無害化處理，是減少化肥施用、提高化肥利用率、控制農(nóng)業(yè)環(huán)境污染從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[22]。明確我國有機(jī)廢棄物資源化利用潛力有利于進(jìn)一步合理配置和利用我國各類有機(jī)廢棄物資源，同時(shí)還可為制定科學(xué)、規(guī)范的發(fā)展規(guī)劃，健全發(fā)展體系提供理論數(shù)據(jù)[15]。因此，根據(jù)推動(dòng)有機(jī)廢棄物資源利用的相關(guān)政策，對(duì)2009—2019年我國典型有機(jī)廢棄物(秸稈、畜禽糞便、農(nóng)村人糞尿、污泥和生活有機(jī)垃圾)產(chǎn)生量進(jìn)行估算，同時(shí)對(duì)其利用潛力進(jìn)行分析。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究對(duì)象與范圍

研究對(duì)象為我國2009—2019年間秸稈、畜禽糞便、農(nóng)村人糞尿、污泥以及生活有機(jī)垃圾的年產(chǎn)量。依據(jù)中國統(tǒng)計(jì)年鑒，秸稈類作物選取了水稻、小麥、玉米、豆類、薯類、棉花、花生、油菜和甘蔗；畜禽種類選取了牛(肉牛、奶牛和役用牛)、馬、驢、騾、羊、豬、家禽和兔。

作物秸稈系數(shù)，畜禽飼養(yǎng)期、單頭日排泄量，生活污泥產(chǎn)率系數(shù)，人年均排泄量，農(nóng)村人均日產(chǎn)垃圾量，農(nóng)村生活垃圾有機(jī)比，城鎮(zhèn)人均日產(chǎn)垃圾量，城鎮(zhèn)生活垃圾有機(jī)比，有機(jī)廢棄物養(yǎng)分含量、含水率等參數(shù)均參考國內(nèi)外研究成果而確定[23-26]，詳見表1、表2、表3。

表1 各類作物秸稈系數(shù)[23]及養(yǎng)分含量(干基)[24-25]Table 1 Straw coefficient and nutrient content of various crops

表2 各類畜禽飼養(yǎng)周期[23]、糞便日排泄量[24,26]、養(yǎng)分含量(鮮基)[24,26]及含水率[24]Table 2 Feeding days, daily excretion, nutrient content, and moisture content of various livestock and poultry

表3 人糞尿、污泥、生活有機(jī)垃圾養(yǎng)分含量(鮮基)及含水率[24]Table 3 Nutrient content and moisture content of human manure, sludge and domestic organic waste

1.2 有機(jī)廢棄物產(chǎn)生總量及作物養(yǎng)分需求量估算方法

1.2.1 我國各類作物秸稈年產(chǎn)生量 由作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與秸稈的關(guān)系(谷草比)計(jì)算，作物秸稈養(yǎng)分資源量由秸稈產(chǎn)量與秸稈養(yǎng)分含量的關(guān)系得出，參照下列公式計(jì)算：

式中，Mt-dry為秸稈產(chǎn)量(t) (干基)；Ci為第i種作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(t)；Ri為第i種作物的秸稈系數(shù)；MtN、MtP2O5、MtK2O分別表示農(nóng)作物秸稈的氮、磷、鉀養(yǎng)分資源量(t)；Ni、Pi、Ki分別表示第i種秸稈氮、磷、鉀養(yǎng)分含量(干基)；2.29是單質(zhì)磷換算為P2O5的系數(shù)，1.2是單質(zhì)鉀換算成K2O的系數(shù)。

1.2.2 畜禽糞便產(chǎn)量及其養(yǎng)分資源量 參照下列公式計(jì)算：

式中，Mm-fresh為畜禽糞便產(chǎn)量(t，鮮基)；Mm-dry為畜禽糞便產(chǎn)量(t，干基)；Cdi為第i種畜禽數(shù)量(萬頭或萬只)；di為第i種畜禽糞便日排泄量(kg/d)；hi為第i種畜禽的飼養(yǎng)周期(d)；θi為第i種畜禽糞便含水率；MmN、MmP2O5、MmK2O分別表示畜禽糞便的氮、磷、鉀養(yǎng)分資源量(t)；Ni、Pi、Ki分別表示第i種畜禽糞便中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量(鮮基)；2.29是單質(zhì)磷換算為P2O5的系數(shù)，1.2是單質(zhì)鉀換算成K2O的系數(shù)。

1.2.3 農(nóng)村人糞尿量及其養(yǎng)分資源量 參照下列公式計(jì)算：

式中，Mu-fresh為人糞尿量(t，鮮基)；Mu-dry為人糞尿量(t，干基)；D為14歲以上農(nóng)村人口數(shù)量；β為成年人年糞尿排泄量(以年齡大于14歲記)；θ為農(nóng)村人糞尿含水率。MuN、MuP2O5、MuK2O分別表示人糞尿的氮、磷、鉀養(yǎng)分資源量(t)；N、P、K分別表示人糞尿中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量(鮮基)；2.29是單質(zhì)磷換算為P2O5的系數(shù)，1.2是單質(zhì)鉀換算成K2O的系數(shù)。

1.2.4 污泥產(chǎn)量及其養(yǎng)分資源量 污泥產(chǎn)生量與污水處理量呈一定的比例關(guān)系，因此本研究采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法對(duì)生活污泥的產(chǎn)生量進(jìn)行估算，污泥產(chǎn)量及其養(yǎng)分資源量計(jì)算公式如下：

式中，Ms-fresh為城鎮(zhèn)污泥產(chǎn)生量(t，鮮基)；Ms-dry為城鎮(zhèn)污泥產(chǎn)生量(t，干基)；D為城鎮(zhèn)生活污水排放量；α為城鎮(zhèn)生活污水處理率(%)；0.02%為生活污泥產(chǎn)生率系數(shù)[27]；θ為污泥含水率；MsN、MsP2O5、MsK2O分別表示污泥的氮、磷、鉀養(yǎng)分資源量(t)；N、P、K分別表示污泥中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量(鮮基)；2.29是單質(zhì)磷換算為P2O5的系數(shù)，1.2是單質(zhì)鉀換算成K2O的系數(shù)。

1.2.5 有機(jī)垃圾量及其養(yǎng)分含量 生活有機(jī)垃圾主要包括生活垃圾物理構(gòu)成中的廚余、果皮、草木等易腐類有機(jī)物，本研究對(duì)有機(jī)垃圾量及其養(yǎng)分含量進(jìn)行了估算，公式如下：

式中，Mw-fresh為生活有機(jī)垃圾產(chǎn)生量(t，鮮基)；Mw-dry為生活有機(jī)垃圾產(chǎn)生量(t，干基)；PT為城市的人口數(shù)(人)，1.03是城市人均垃圾產(chǎn)率[kg/(人·d)]，0.41%是城市垃圾中有機(jī)物含量(%)；PV為農(nóng)村的人口數(shù)(人)，0.3是農(nóng)村人均垃圾產(chǎn)率[kg/(人·d)]，0.15%是農(nóng)村垃圾中有機(jī)物含量(%)[14]；θ為生活有機(jī)垃圾含水率；MwN、MwP2O5、MwK2O分別表示生活有機(jī)垃圾的氮、磷、鉀養(yǎng)分資源量(t)；N、P、K分別表示污泥中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量(鮮基)；2.29是單質(zhì)磷換算為P2O5的系數(shù)，1.2是單質(zhì)鉀換算成K2O的系數(shù)。

1.2.6 作物養(yǎng)分需求量 計(jì)算公式如下：

式中，MnN、MnP2O5、MnK2O分別為作物氮、磷、鉀養(yǎng)分需求量(萬t)；S為該作物播種面積(×103hm2)；NiN、NiP2O5、NiK2O分別為該作物推薦施氮、磷、鉀量(kg/hm2)。

1.3 數(shù)據(jù)來源

作物產(chǎn)量、播種面積、農(nóng)村人口數(shù)量、城鎮(zhèn)人口數(shù)量數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計(jì)年鑒2020》[28]；畜禽出欄量、存欄量數(shù)據(jù)來源《中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒2010—2020》[29]；污水排放量數(shù)據(jù)來源《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒2010—2020》[30]；2009—2019年化肥施用量來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒2020》[28]。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)廢棄物總量及養(yǎng)分資源總量

圖1和圖2顯示，2009—2019年我國有機(jī)廢棄物每年資源總量相對(duì)穩(wěn)定，平均有機(jī)廢棄物總量(干重)為12.9億t，平均養(yǎng)分含量(N、P2O5、K2O)為4537.9萬t。2011年有機(jī)廢棄物總量(干重)最低，約為11.3億t，養(yǎng)分含量4220.0萬t；2015年有機(jī)廢棄物總量(干重)最高，約為13.6億t，養(yǎng)分含量為4730.4萬t。與2009年相比，2019年有機(jī)廢棄物總量增加約7.1%，總養(yǎng)分含量則增加約3.0%。2011年秸稈產(chǎn)量最低，約8.3億t，養(yǎng)分含量分別為596.6萬 t (N)、195.7萬 t (P2O5)、1049.2萬 t (K2O)，之后秸稈產(chǎn)量和養(yǎng)分含量均呈小幅上漲。2019年秸稈量相較2009年增加了約1.4億t，養(yǎng)分總量增加約379.5萬t，其中N增加128.5萬t、P2O5增加44.6萬t、K2O增加206.4萬t。2009—2019年我國畜禽糞便、農(nóng)村人糞尿產(chǎn)量以及養(yǎng)分含量均呈現(xiàn)下降趨勢。2009年畜禽糞便總產(chǎn)量(干重)約為4.2億t，養(yǎng)分總量約1751.6萬t，其中N 739.2萬t、P2O5496.3萬t、K2O 591.0萬t。2019年畜禽糞便總產(chǎn)量(干重)相較2009年下降0.67億t；養(yǎng)分總量下降221.8萬t，其中包括92.8萬t (N)、60.4萬t (P2O5)、68.6萬t (K2O)。2019年農(nóng)村人糞尿總產(chǎn)量(干重)和養(yǎng)分含量相較10年前分別下降了0.07億t和79.2萬t。10年中，污泥以及生活有機(jī)垃圾產(chǎn)量和養(yǎng)分含量均持續(xù)上升，相較2009年廢棄物產(chǎn)量(干重)分別增長0.002億t (污泥)、0.2億t (生活有機(jī)垃圾)，養(yǎng)分含量分別增長1.3萬t (污泥)、53.2萬t (生活有機(jī)垃圾)。

圖1 2009—2019年我國有機(jī)廢棄物總量(干重)Fig.1 Total amount of domestic organic waste from 2009 to 2019 (dry weight)

圖2 2009—2019年我國各類有機(jī)廢棄物養(yǎng)分資源總量Fig.2 Total amount of nutrient resources of various organic wastes in China from 2009 to 2019

2019年我國有機(jī)廢棄物總量(干重)約為13.11億t，其中秸稈占比最大，約為8.27億t，占2019年廢棄物總量的63.1%；其次是畜禽糞便量，2019年畜禽糞便總量約為3.54億t，占比為27.0%；占比最少的是污泥，2019年產(chǎn)量僅為0.004億t。

從養(yǎng)分總量（圖3）看，我國有機(jī)廢棄物養(yǎng)分潛力巨大。2019年我國有機(jī)廢棄物養(yǎng)分總量高達(dá)約4503.5萬t，其中N總量約為1653.3萬t，P2O5總量約為799.6萬t，K2O總量約2050.6萬t。鉀養(yǎng)分資源量最高，其次是氮和磷，分別占總養(yǎng)分量的45.5%(K2O)，36.7% (N)和17.8% (P2O5)。有機(jī)廢棄物養(yǎng)分資源量中以秸稈氮和鉀養(yǎng)分資源量最高，分別占總養(yǎng)分量的46.3% (N)和65.8% (K2O)，磷養(yǎng)分資源量以畜禽糞便最高，占54.5% (P2O5)。秸稈養(yǎng)分含量最高約為2362.0萬t，占總養(yǎng)分量的52.4%，證明秸稈養(yǎng)分還田是實(shí)現(xiàn)化肥減施的有效措施，具有廣闊的應(yīng)用前景[31]。同時(shí)，畜禽糞便作為我國三大面源污染之一[32]，其總養(yǎng)分量約為1529.8萬t，約占34.0%。農(nóng)村人糞尿和生活有機(jī)垃圾總養(yǎng)分量分別約為353.1萬、255.8萬t，分別占總養(yǎng)分量的7.8%和5.7%。養(yǎng)分含量最少的有機(jī)廢棄物為污泥，僅占全部養(yǎng)分含量的0.01%，約為2.80萬t (圖2)。

圖3 2009—2019年我國有機(jī)廢棄物養(yǎng)分總量Fig.3 Nutrient resources of organic wastes in China from 2009 to 2019

2.2 農(nóng)用化肥施用量

化肥的大量使用極大促進(jìn)了糧食產(chǎn)量的增長。2009年我國化肥施用量為5390萬t，且施肥量逐年增長，于2015年達(dá)到化肥施用量峰值，約為6000萬t (圖4)，增幅約達(dá)到11.2%。2016年起，我國化肥施用量開始逐年降低，2019年全年化肥施用量降至5400萬t。相較2015年，2019年化肥施用量降低了10%。氮肥和磷肥施用量占比都呈下降趨勢，占比分別由1980年的73.5% (N)和21.5% (P2O5)下降至2019年化肥施用總量的35.7% (N)和12.6%(P2O5)。鉀肥化肥施用量比例由2.7%逐年增長，至2019年鉀肥施用量占比約為10.4%。復(fù)合肥施用量所占比例也在逐年上升，到2019年施用比例略高于氮肥，為41.2%。

圖4 2009—2019年我國化肥施用量Fig.4 Fertilizer application amount in China from 2009 to 2019

2.3 有機(jī)廢棄物利用潛力

2019年，我國主要農(nóng)作物（包括水稻、小麥、玉米、豆類、薯類、棉花、花生、油菜和甘蔗）種植面積為1.29億hm2，作物理論N、P2O5和K2O需求量分別為2303.9萬、1053.2萬、1338.6萬t，需求比例為 1∶0.46∶0.58 (N∶P2O5∶K2O) (表4)。2019 年我國有機(jī)廢棄物中的N養(yǎng)分含量較作物N需求量低650.6萬t，占需N量的71.8%；有機(jī)廢棄物中的P2O5養(yǎng)分含量占作物P2O5需求量的75.9%；有機(jī)廢棄物中K2O含量較作物K2O需求量多712.0萬t，占養(yǎng)分需求量的153.2% (表4)。

表4 2019年我國主要作物種植面積、最佳施肥量[31,33-34]及養(yǎng)分需求量Table 4 Planting area, optimal fertilizer application rate, and nutrient requirement of main crops in China in 2019

3 討論

3.1 有機(jī)廢棄物產(chǎn)生量及養(yǎng)分量估算

目前，關(guān)于我國有機(jī)廢棄物產(chǎn)生量及養(yǎng)分量的估算已有較多研究，但是不同研究者之間的計(jì)算結(jié)果存在一定差距。戴志剛等[35]對(duì)2009年全國農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量的估算值為6.46億t，其中N 600.80萬 t、P2O592.56 萬 t、K2O 940.86 萬 t；石祖梁等[36]估算2015年我國秸稈產(chǎn)量約為8.99億t。耿維等[37]研究認(rèn)為2010年我國畜禽糞便總量達(dá)22.35億t。張海成等[38]估算2009年我國畜禽糞便量約為39.9億t，秸稈總量約為8.99億t。苑亞茹[23]估算2006年我國有機(jī)廢棄物總量高達(dá)14.2億t (干重)，有機(jī)廢棄物的總養(yǎng)分貯量達(dá)6359萬t，包括N 2362萬t、P2O51422萬t和K2O 2575萬t。劉曉永[39]估算2016年我國有機(jī)廢棄物總養(yǎng)分量約8140萬t，其中N 3910萬t、P 854萬t和K 3377萬t。這些研究結(jié)果存在較大差異，但均證明了我國有機(jī)廢棄物產(chǎn)生量和養(yǎng)分量巨大。產(chǎn)生差異的主要原因是各研究者在估算時(shí)廢棄物總量干、濕重展現(xiàn)形式不同，以及選擇的研究對(duì)象的范圍不同、系數(shù)選擇的出入，如：秸稈系數(shù)、畜禽排泄系數(shù)、飼養(yǎng)周期、養(yǎng)分含量等，從而導(dǎo)致各研究者在估算秸稈、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物產(chǎn)生量和養(yǎng)分量上出現(xiàn)較大差異。

3.2 有機(jī)廢棄物還田潛力與貢獻(xiàn)

有機(jī)廢棄物中含有豐富的氮、磷、鉀等養(yǎng)分資源，如果能夠合理還田資源化利用，將大大減少化肥的施用量。趙俊偉等[40]研究發(fā)現(xiàn)，如果畜禽糞便能夠完全實(shí)現(xiàn)肥料化利用，則畜禽糞便中養(yǎng)分的化肥替代率將達(dá)60%以上。目前我國不同種類有機(jī)廢棄物還田潛力與貢獻(xiàn)不同。秸稈肥料化利用分為直接還田和加工商品有機(jī)肥兩種形式[41]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國秸稈直接還田率達(dá)到61.27%，直接還田的秸稈養(yǎng)分量分別為N 706萬t、P2O587萬t和K2O 909萬t[39]。畜禽糞便肥料化方式主要包括直接還田、堆漚還田、制作生物有機(jī)肥和燃燒后灰分還田，畜禽糞便還田給農(nóng)田提供了大量的氮磷鉀養(yǎng)分。2010年我國畜禽糞便養(yǎng)分還田量約為1733萬t，還田率為41.83%[39]，宋大利等[3]估算糞尿全量還田理論上氮、磷、鉀施用量分別平均可以減少37.3%、87.6%和65.9%。隨著我國污水處理行業(yè)的發(fā)展，污泥產(chǎn)生量逐年增加，但污泥利用現(xiàn)狀仍然堪憂。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國污泥的土地利用率僅有44.8%，仍有很多污泥被隨意堆放，造成資源浪費(fèi)[42]，而因污泥本身重金屬含量較高，目前主要用于園林綠化施用[43]。1980年以前，我國種養(yǎng)結(jié)合較為緊密，農(nóng)村人糞尿大部分被還田利用，但隨著城鎮(zhèn)化的加速，人口向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，人糞尿還田量逐漸下降[39]。隨著《農(nóng)村改廁管理辦法(試行)》[16]頒布，從源頭上提高了人糞尿收集量、無害化程度以及還田潛力。本研究估算，在我國有機(jī)廢棄物養(yǎng)分資源結(jié)構(gòu)保持不變且全量還田的情況下，有機(jī)廢棄物中的氮、磷、鉀養(yǎng)分總量可以滿足作物各類養(yǎng)分需求的N 71.8%、P2O575.9%、K2O 100% (圖5)。雖然有機(jī)廢棄物養(yǎng)分資源潛力巨大，但有機(jī)廢棄物中氮磷鉀養(yǎng)分并不能完全被作物吸收，同時(shí)有機(jī)廢棄物在肥料化處理過程中會(huì)存在一定的養(yǎng)分損失(如NH3揮發(fā)等)，單純依賴有機(jī)廢棄物還田仍不能實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物與作物之間養(yǎng)分的完全循環(huán)。故在保持土壤養(yǎng)分含量不變的情況下，化肥與有機(jī)肥配合施用仍是必要的。

圖5 2019年有機(jī)廢棄物中養(yǎng)分含量與作物養(yǎng)分需求量比較Fig.5 Comparison of nutrient amount in organic waste and crop nutrient requirement in 2019

據(jù)估計(jì)，我國農(nóng)田目前僅有38%的養(yǎng)分來自有機(jī)肥料[39]，相較于丹麥農(nóng)田70%氮素養(yǎng)分來自有機(jī)肥[44]，我國有機(jī)廢棄物利用程度仍舊較低。2021年10月國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》[45]，要求到2025年大宗固廢年利用量達(dá)到40億t左右，生活垃圾資源化利用比例提升至60%左右，到2030年，固廢年利用量達(dá)到45億t左右，生活垃圾資源化利用比例提升至65%。為實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰目標(biāo)，可將有機(jī)廢棄物堆肥制成有機(jī)肥進(jìn)行資源化利用。籍春蕾等[46]研究表明，若將有機(jī)廢棄物堆制成有機(jī)肥，全球變暖潛力、富營養(yǎng)化潛力和環(huán)境酸化潛力將分別降低17.5%、52.9%和62.6%。不僅如此，提高有機(jī)肥施用量還可間接降低化肥生產(chǎn)、施用過程中的碳排放，據(jù)估算我國平均氮、磷、鉀肥綜合碳排放系數(shù)分別為2.116 t CE/t (N)和0.636 t CE/t (P2O5)和0.180 t CE/t (K2O)，是國外平均水平的1.6倍(N)、3.2倍(P2O5)和1.2倍(K2O)[47]。此外，土壤長期施用有機(jī)肥不僅可維持作物產(chǎn)量[48]，還可促進(jìn)土壤固碳，提高土壤有機(jī)碳含量[49]。因此，提高有機(jī)廢棄物利用率，減少化肥施用是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要實(shí)施路線。但目前我國缺乏對(duì)農(nóng)田施肥結(jié)構(gòu)和施用數(shù)量的科學(xué)指導(dǎo)，化肥和有機(jī)肥施用不協(xié)調(diào)，部分地區(qū)存在施肥量大、肥效低、肥料配比及布局不當(dāng)?shù)葐栴}，限制了養(yǎng)分資源的高效利用[39]。同時(shí)長距離運(yùn)輸?shù)葐栴}加大了有機(jī)肥的施用成本，降低了種植業(yè)使用有機(jī)肥的主動(dòng)性[50]。為了解決商品有機(jī)肥時(shí)空分布差異導(dǎo)致有機(jī)肥施用成本提高的問題，應(yīng)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，推進(jìn)有機(jī)廢棄物資源化利用進(jìn)程。

3.3 有機(jī)廢棄物循環(huán)利用模式

有機(jī)廢棄物還田利用是消除廢棄物污染、減少化肥施用量的重要途徑。有機(jī)肥與化肥配合使用對(duì)土壤有一定的調(diào)控效應(yīng)，可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤結(jié)構(gòu)[51]、提高肥料利用率[52]、提升土壤微生物多樣性和生物活性[53]；但肥料的不合理施用以及有機(jī)廢棄物空間、產(chǎn)生時(shí)間上分布不均勻，都會(huì)對(duì)耕田承載能力產(chǎn)生負(fù)荷。目前我國種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)分離現(xiàn)象嚴(yán)重，同時(shí)養(yǎng)殖場集約化程度不同，耕地畜禽糞便利用量在空間上分布不平衡[54]。因此，將有機(jī)廢棄物資源化還田的同時(shí)，應(yīng)評(píng)估其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，考慮區(qū)域農(nóng)田污染負(fù)荷程度，選擇合適的有機(jī)廢棄物循環(huán)模式，實(shí)行循環(huán)農(nóng)業(yè)，調(diào)整和優(yōu)化農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，延長產(chǎn)業(yè)鏈條，提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)物質(zhì)的多級(jí)循環(huán)利用，最大限度地利用農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源，加大有機(jī)廢棄物養(yǎng)分的“靜脈循環(huán)”(當(dāng)?shù)匮h(huán)利用)和“廣域循環(huán)”(異地循環(huán)利用)，從而提高有機(jī)廢棄物資源利用率。李祖章等[55]研究表明，每年稻田施用豬糞量應(yīng)控制在15 t/hm2以內(nèi)，在利用畜禽糞便時(shí)，應(yīng)充分考慮土壤環(huán)境承載力，避免糞便施用量過高而造成環(huán)境污染，同時(shí)減少大范圍、跨地區(qū)移動(dòng)，充分利用當(dāng)?shù)馗剡M(jìn)行消納處理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧中循環(huán)，降低農(nóng)業(yè)成本。此外，隨著我國垃圾分類政策的落實(shí)，若能將年產(chǎn)量約9000萬t的餐廚垃圾[56]進(jìn)行規(guī)?；醚醵逊蔬\(yùn)營，保證商品有機(jī)肥質(zhì)量穩(wěn)定，便可兼顧經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益[57]，將農(nóng)村輸入城市中的糧食以有機(jī)肥料的形式歸還農(nóng)村，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物城鄉(xiāng)大循環(huán)。

4 結(jié)論

我國有機(jī)廢棄物數(shù)量巨大，2009—2019年我國有機(jī)廢棄物每年資源總量相對(duì)穩(wěn)定，平均有機(jī)廢棄物總量(干重)為12.9億t，平均養(yǎng)分含量為4537.9萬t。2019年我國有機(jī)廢棄物總量(干重)達(dá)到13.11億t，作物秸稈對(duì)有機(jī)廢物總量(干重)貢獻(xiàn)最大，占比為63.1%，其次是畜禽糞便，占比27.0%。2019年我國有機(jī)廢棄物養(yǎng)分總量為4503.5萬t，其中，N、P2O5、K2O養(yǎng)分含量分別為1653.3萬、799.6萬、2050.6萬t。2019年我國有機(jī)廢棄物中的N養(yǎng)分含量占推薦施氮量的71.8%；P2O5養(yǎng)分含量占推薦施磷量的75.9%；K2O含量占推薦施鉀量的153.2%。因此，在我國有機(jī)廢棄物養(yǎng)分資源結(jié)構(gòu)保持不變，且全量還田的情況下，有機(jī)廢棄物中的氮、磷、鉀養(yǎng)分總量可以滿足作物各類養(yǎng)分需求的71.8% (N)、75.9% (P2O5)、100% (K2O)。