浙江省农用化肥时空分析及环境风险评价

汪玉磊 单英杰 秦叶波

摘要：基于化肥投入强度、使用效率和安全阈值的概念，利用农田化肥使用的环境风险评价模型，分析了浙江省1978—2017年农用化肥情况。结果表明：浙江农用化肥总量和耕地化肥使用强度从1978年到2017年呈现先升高再降低的趋势，地区间存在明显差异。2017年，浙江省农用化肥风险指数为0.69，处于中度风险，其中钾肥使用处于低风险状态，氮、磷肥使用为中度风险。湖州市和舟山市农用化肥使用为低风险，其他城市均为中度风险，2个市的氮肥、3个市的磷肥使用处于重度风险。建议研究科学施肥技术和先进产品以减少化肥施用、提高肥料利用率来降低风险。

关键词：化肥施用;安全阈值;施肥强度;时空分布;风险指数;浙江省

中图分类号： S19     文献标志码：A     论文编号：cjas20200100004

Environmental Risk Assessment and Spatial-temporal Features of Fertilizer Utilization in Zhejiang WANG Yulei1， SHAN Yingjie1， QIN Yebo2

（1Zhejiang Management Station of Cropland Quality and Fertilizer， Hangzhou 310020， Zhejiang China;2Zhejiang Agro-tech Extension and Service Center， Hangzhou 310020， Zhejiang China）

Abstract： Based on the fertilization intensity， environmental safety threshold and fertilization efficiency， a model of environmental risk assessment was adopted to analyze the spatial- temporal features of chemical fertilization in Zhejiang Province from 1978 to 2017. The results showed that the total amount and the intensity of fertilizer used in cultivated land of Zhejiang increased and then decreased from 1978 to 2017， and obvious differences existed in different areas. In 2017， total environmental risk index due to fertilizer use was 0.69， which was at a medium risk level. The environmental risk index of potassium fertilizer application was at low level， and that of nitrogen and phosphate fertilizer application was at medium level. The environmental risk index of fertilizer application in Huzhou and Zhoushan was at a safe level， and that of other regions of Zhejiang Province was at medium level. The nitrogen fertilizer application of 2 cities and potassium fertilizer application of 3 cities were at severe risk level. It is suggested that scientific fertilization technologies should be studied to reduce environmental risks and increase fertilizer use efficiency.

Keywords： fertilizer application; safety threshold; fertilization intensity; spatial- temporal distribution; risk index; Zhejiang Province

0引言

隨着对生态环境的日益重视，学术界对化肥使用造成的农业面源污染予以更多关注和探索[1-4]，2015年3月，原农业部相继提出《到2020年化肥农药使用量零增长行动方案》和“一控、两减、三基本”的污染治理思路[5]，为化肥使用提出新要求。

有学者运用环境风险评价模型对化肥使用的环境风险进行了评价，研究表明，江苏省农田化肥使用已产生面源污染，存在中等程度的环境风险，对大气、土壤、地下水造成了不同程度的危害[6]，贵州各地区存在重度的氮肥污染环境风险[7]，山东的化肥使用环境风险空间分异明显[8]。浙江作为第一批国家农业可持续发展试验示范区暨农业绿色发展试点先行区，积极实施化肥使用负增长行动，从2013年以后的统计数据看，农用化肥使用量在稳步降低。本研究利用前人建立的化肥使用环境安全阈值计算模型，研究浙江农用化肥时空变化及环境风险，评估化肥使用环境风险的突出区域，以期对浙江生态农业建设的化肥面源污染控制提供依据。

1数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本研究所需的耕地面积主要来自各市自然资源局，农用化肥使用量、农作物播种面积等数据主要来自《浙江省统计年鉴》、《浙江农业统计资料》、《中国统计年鉴》。

1.2 化肥污染环境潜在风险评价方法

田若蘅等[9]构建了农田化肥使用的环境风险评价模型，该模型综合考虑了氮、磷、钾肥的投入强度、利用效率和化肥使用的安全阈值等因素，并定量评估出化肥污染的区域环境风险程度。具体公式如（1）～（2）所示。

式（1）中：Rt为化肥使用的环境风险总指数; Vi为单质肥料（氮磷钾肥）污染环境的风险指数; Wi为对应肥料的污染环境效应权重系数，各项权重总和为1;式（2）中，Ti 为各单质肥使用的生态安全阈值，kg/hm2;Di为各单质肥料使用强度，以单位耕地面积当年的化肥使用量为准，kg/hm2;m为耕地复种指数;c为肥料利用率。

以耕地复种指数为1、肥料利用率达50%为标准，将化肥使用环境风险指数分为5类风险程度（表1），反映当年实际化肥使用强度（Di）与生态安全阈值（Ti）间的倍数关系。

参照原环境保护部2014年印发的《国家生态文明建设示范村镇指标（试行）》[10]，化肥使用强度阈值取220 kg/hm2。参考相关省份氮磷钾肥的生态安全阈值标准、适宜肥料配比及对环境影响程度[11-12]，确定氮肥的生态安全阈值为110 kg/hm2，磷肥和钾肥分别为55 kg/hm2，氮磷钾权重系数分别为0.64、0.23和 0.13。复合肥中的氮、磷、钾含量比以1：1：0.8比例进行折算[12]。

2005—2013年氮磷钾肥年均增长率为0.63%、 1.5%、1.25%，原农业部提出从2015年起，主要农作物肥料利用率平均每年提升1个百分点以上[5]，假设浙江在2013—2017年氮磷钾肥年均增长率在全国平均标准，取1.0%、1.5%、1.25%。根据《中国三大粮食作物肥料利用率研究报告》和张福锁等[14]对浙江水稻肥料利用率进行的田间测定，浙江省氮磷钾肥利用率分别取35%、20%和40%，则2017年氮磷钾肥的利用率在39%、26%和45%，各地区也取此值。

1.3 数据处理

采用 Microsoft Excel 2007和 ArcMap10. 1对数据进行处理和分析。

2结果与分析

2.1 浙江农用化肥时间变异

从图1 可以看出，浙江省农用化肥使用总量从1978年到2017年呈现先变高再降低的趋势，先由1978 年的36.72万t增长到1997年的98.98万t，随后稳步降低，2017年为82.63万t 。化肥使用强度也呈现相似趋势，按耕地面积计算，1978年，浙江耕地化肥使用量仅为 199.78 kg/hm2，1997年则增长到613.86 kg/hm2，增幅达3倍，同时期浙江粮棉油水果蔬菜综合产量从1517 kg/hm2 增至 2841.33 kg/hm2，增幅 1.9倍左右。1998—2007年间，肥料使用强度稳中有升，2008—2014年，肥料使用强度稳中有降，2015年以后化肥使用强度有明显降低，到2017年为418.59 kg/hm2，低于同年全国平均化肥使用强度434.43 kg/hm2。

在化肥投入的结构方面，1978年浙江氮肥、磷肥和鉀肥的使用量分别为29.8万、6.37万、0.55万t（没有复合肥使用记载），N：P2O5：K2O（简写为N：P：K）的比例为 1：0.21：0.02，钾肥投入严重不足。到2017年，浙江氮磷钾肥的使用量分别为42.9万、9.34万、6.56万t，复合肥使用比例从1980年的0.98%增长到 2017年的28.84%。

2.2 浙江农用化肥强度空间变异

由于各地种植制度、种植结构以及社会经济发展水平的差异，化肥使用强度表现出明显的地域性。

2017年，绍兴市的化肥使用强度最大（532.11 kg/hm2），是使用强度最小的舟山（178.82 kg/hm2）的2.98倍，化肥使用强度超过400 kg/hm2的市有绍兴、嘉兴、台州、宁波、衢州、杭州、金华。各市氮肥的使用强度占到总使用强度的50%以上。

从图2可以看出，各市氮磷钾肥料的使用侧重不同，氮肥使用以嘉兴、绍兴强度较高，均超过300 kg/hm2，磷肥使用以宁波、杭州、金华、台州较高，均超过100 kg/hm2，钾肥以金华、宁波、衢州、台州较高，均超过80 kg/hm2。

2.3 浙江省农用化肥潜在环境风险

化肥投入为农作物产量的提高起到了重要作用，也为生态环境带来潜在的风险。以2017年为例分析浙江省化肥使用风险，从表2可以看出，浙江省11个市化肥使用平均风险指数0.69，为中度风险，氮磷钾3类单质肥使用环境风险指数为0.71（中度风险）、0.74（中度风险）和0.52（低风险）。尽管磷肥在土壤中较多被固定，运动力较弱，但是也存在潜在的风险。舟山市、湖州市化肥使用处于低风险，其余市均为中度风险。

3结论与讨论

（1）1978—2017年浙江省化肥使用总量和使用强度呈现先变高再降低的趋势，化肥使用零增长行动对浙江化肥使用下降具有促进效应。肥料结构以氮肥为主，钾肥普遍偏低，且不同地区的化肥使用强度存在差异，最低为178.82 kg/hm2，最高为532.11 kg/hm2，有7个市超过400 kg/hm2。部分地区统计农用化肥时包括了林地用肥，结果可能偏高。

（2）综合考虑了氮、磷、钾肥的投入强度、利用效率和化肥使用的安全阈值等因素，浙江省2017年化肥使用的环境总风险指数为0.69，呈中等风险状态， 其中氮、磷肥使用风险为中度，钾肥为低风险。农用化肥施用强度计算是根据耕地面积，风险指数计算则考虑了复种指数，对于像浙江这些复种指数高的地区，以每年实际用于农业生产的化肥施用量（包括氮肥、磷肥、钾肥和复合肥）与耕地总面积之比作为国家生态文明建设示范村镇考核的一项约束性指标也有一定局限性。

2019年，浙江省制定了《关于试行农业投入化肥定额制的意见》[15]，遵循粮油作物“减氮、控磷、稳钾”、经济作物“减氮、减磷、控钾”的总体施肥要求，建立了全省主要作物化肥及氮肥投入的定额制度。从政府层面讲，要控制化肥使用的环境风险，首先要创建促进化肥减量工作的政策环境，提高测土配方施肥到位率和覆盖率[16]，优化氮、磷、钾肥使用量，同时采取推广有机肥、秸秆还田、种植绿肥、增施新型肥料、创新农作制度等有机养分替代措施，推广机械深施、种肥同播、侧深施肥、水肥一体等高效施肥技术[15]，达到减少农田化肥投入、优化生态环境的目标。

参考文献

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