CN111599418B - 一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用，该评估方法能够系统性评估有机废弃物资源的农业面源污染风险，进而应用在防治农业面源污染的区域中，通过对农业有机废弃物有机养分总量盘点，资源转化后科学对标到退化土壤地力提升的本质需求中，实现区域有机养分与土地承载力的精准匹配从而科学减少农田化肥的区域养分综合管理目的；进而有针对性地解决农业有机废弃物中的大量养分资源作为废弃物被丢弃而造成资源浪费问题，改善由于有机废弃物随意丢弃而造成的环境污染现状，进一步引导区域农业有机废弃物资源化循环利用产业链与价值链提升，实现生产清洁化、利用安全化、水土共治、农业可持续发展的目的。

Description

一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用

技术领域

本发明涉及生态环境治理技术领域，更具体地说，是涉及一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用。

背景技术

随着我国农业生产水平的快速发展与国民生活水平的不断提高，农村作为粮食生产与肉奶养殖的主要聚集地，每年产生的农业有机废弃物种类与数量急剧增长，据报道：农业生产中产生的废弃物中秸秆和畜禽粪污占比最大，也是农村面源污染的两大主要来源，占比农村面源污染总量的70％以上。最新数据统计表明，农村每年产生的秸秆量近9亿吨，综合利用率不足80％；畜禽粪污量约38亿吨，综合利用率不足60％。这不但给生态环境带来巨大压力，也严重制约着我国农村经济的可持续发展。

农村有机废弃物资源是不可低估的有机养分资源库，据估算，我国每年产生的农村有机废弃物的有机养分总量达8～10亿吨，是化学肥料养分的1.3～1.5倍。但是，目前国家对有机废弃物资源化利用的科技体系、管理手段、效益拉动等系统性、实效性平台机制的建立显的很薄弱，如有机废弃物的处理水平低，对其安全风险的综合评价关注不足，资源浪费的同时给生态环境带来巨大压力；因此，如何从农业面源污染角度对有机废弃物资源进行系统性评估，从而能够从源头控制因农业有机废弃物未得到合理利用带来的农业面源污染问题，进而提高农业经济收益，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用，能够系统性评估有机废弃物资源产生的农业面源污染，进而有针对性地解决农业有机废弃物中的大量养分资源作为废弃物被丢弃而造成资源浪费问题，改善由于有机废弃物随意丢弃而造成的环境污染现状，进一步引导区域农业有机废弃物资源化循环利用产业链与价值链提升，实现生产清洁化、利用安全化、水土共治、农业可持续发展的目的。

本发明提供了一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法，包括以下步骤：

a)对待评估区域中的有机废弃物资源的有机养分总量进行盘点后，采用式(I)和式(II)计算，得到有机废弃物资源产生的农业面源污染量；

式(I)～(II)中，P_i为区域内存在的某类畜禽年产粪污总量，w _i为区域内存在的某类有机废弃物实际含水率，A(N)_i为某类有机废弃物的有机氮含量标准值，A(P)_i为某类有机废弃物的有机磷含量标准值。

优选的，步骤a)中所述有机废弃物资源包括养殖业粪污和种植业秸秆。

优选的，步骤a)中所述养殖业粪污的总量盘点方法采用以下计算公式：

式(III)中，N_i为调查统计到的区域内存在的某类畜禽养殖数量，p_i为某类畜禽单只年产粪污量标准值，w_i为某类畜禽粪污含水率标准值；

所述种植业秸秆的总量盘点方法采用以下计算公式：

式(IV)中，Q_i为区域内存在的某类农作物年产秸秆总量，M_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物种植面积，n_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物种植茬数，y_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物亩单产，λ_i为某类作物草谷比的标准值。

优选的，步骤a)中所述有机废弃物资源的养分总量的盘点方法采用以下计算公式：

式(V)中，G_(OW-N)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机氮总量；

式(VI)中，G_(OW-P)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机磷总量；

式(VII)中，G_(OW-K)为区域内年产生的有机废弃物资源有机钾总量，A(K)_i为某类有机废弃物的有机钾含量标准值。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法，应用在水土共治区域中的农业面源污染的防治中。

优选的，包括以下步骤：

对完成有机废弃物资源产生的农业面源污染量评估的有机废弃物进行堆肥资源化转化，并核算出有机废弃物资源化产物的有机养分总量；

再对待评估区域中的农田所用化肥的化学养分总量进行盘点后，通过建立的区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系，进行上述待评估区域的养分综合管理，实现水土共治区域农业面源污染的防治；

所述养分综合管理的过程具体为：

通过区域养分综合管理评估方法，计算出待评估区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例，并按照上述计算的结果进行有机废弃物资源化产物对农田所用化肥的替代；

所述区域养分综合管理评估方法采用以下计算公式：

式(VIII)中，R_N为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机氮可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-N)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机氮总量，G_(CF-N)为待评估区域中农田所用化肥化学氮总量；

式(IX)中，R_P为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机磷可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-P)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机磷总量，G_(CF-P)为待评估区域中农田所用化肥化学磷总量；

式(X)中，R_K为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机钾可替代农田所用化肥中化学钾的比例，G_(OF-K)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机钾总量，G_(CF-K)为待评估区域中农田所用化肥有机钾总量；

K＝min(R_N，R_P，R_K) 式(XI)；

式(XI)中，K为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例。

优选的，所述资源化转化的方式为堆肥发酵；所述堆肥发酵的过程具体为：

a1)根据待评估区域中的有机废弃物资源的养分总量的盘点结果及配方原则，确定发酵配方，并对所述发酵配方进行科学性验证；

a2)采用步骤a1)确定的发酵配方进行发酵，并控制发酵过程中物料通氧量，得到有机废弃物资源化产物。

优选的，所述有机废弃物资源化产物的养分总量的核算方法采用以下计算公式：

有机废弃物资源化产物总吨数＝0.55∑Y_i 式(XII)；

式(XII)中，Y_i为区域内用于资源化转化的某种有机废弃物重量；

式(XIII)中，W为区域内用于资源化转化的有机废弃物混合发酵料初始含水率预估值；

式(XIV)中，G_(OF-N)为区域内有机废弃物资源化产物有机氮总量，G_(OFM-N)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机氮总量；

式(XV)中，G_(OF-P)为区域内有机废弃物资源化产物有机磷总量，G_(OFM-P)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机磷总量；

式(XVI)中，G_(OF-K)为区域内有机废弃物资源化产物有机钾总量，G_(OFM-K)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机钾总量；

式(XVII)中，G_(OF-C)为区域内有机废弃物资源化产物有机碳总量，G_(OFM-C)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机碳总量。

优选的，所述待评估区域中的农田所用化肥的化学养分总量的盘点方法采用以下计算公式：

式(XVIII)中，M_i为区域内某种农作物的全区种植面积，X_i为区域内某种农作物的化肥全年亩用量，f(N)_i为区域内某种农作物对氮的需求占氮磷钾总需求比例标准值；

式(XIX)中，f(P₂O₅)_i为区域内某种农作物对磷的需求占氮磷钾总需求比例标准值；

式(XX)中，f(K₂O)_i为区域内某种农作物对钾的需求占氮磷钾总需求比例标准值。

优选的，所述区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系具体包括：

土壤有机质含量≤2％时，有机废弃物资源化产物还田量为3～5t/亩；

土壤有机质含量为2％～3.5％时，有机废弃物资源化产物还田量为1.5～3t/亩；

土壤有机质含量为3.5％～5％时，有机废弃物资源化产物还田量为0.5～1.5t/亩；

土壤有机质含量为5％～7％时，有机废弃物资源化产物还田量为0.2～0.5t/亩；

土壤有机质含量≥7％时，有机废弃物资源化产物还田量为0～0.2t/亩。

本发明提供了一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用，该评估方法能够系统性评估有机废弃物资源产生的农业面源污染，进而应用在区域农业面源污染的防治中，通过对农业有机废弃物的有机养分总量盘点，资源转化后科学对标到退化土壤地力提升的本质需求中，实现区域有机养分与土地承载力的精准匹配从而科学减少农田所用化肥用量的区域养分综合管理目的；进而有针对性地解决农业有机废弃物中的大量养分资源作为废弃物被丢弃而造成资源浪费问题，改善由于有机废弃物随意丢弃而造成的环境污染现状，进一步引导区域农业有机废弃物资源化循环利用产业链与价值链提升，实现生产清洁化、利用安全化、水土共治的目的，对我国的农业、农村可持续发展具有极其重要的意义。实验结果表明，本发明提供的有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用兼具土壤改良、作物增产及品质提升、水质改善等多重技术效果优势，对农业面源污染控制及生态环境治理具有重要意义。

附图说明

图1为待评估区域实施水土共治的逻辑图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法，包括以下步骤：

a)对待评估区域中的有机废弃物资源的有机养分总量进行盘点后，采用式(I)和式(II)计算，得到有机废弃物资源的农业面源污染量；

式(I)～(II)中，P_i为区域内存在的某类畜禽年产粪污总量，w_i为区域内存在的某类有机废弃物实际含水率，A(N)_i为某类有机废弃物的有机氮含量标准值，A(P)_i为某类有机废弃物的有机磷含量标准值。

本发明首先对待评估区域中的有机废弃物资源的有机养分总量进行盘点。在本发明中，所述待评估区域的范围优选根据地区行政管理单元划定，最小区域范围为“村”级单位，最大区域范围为“县/区”级单位；在本发明优选的实施例中，以寿光市作为待评估区域。

在本发明中，纳入盘点范围内的待评估区域中的有机废弃物资源需具备如下特点：(1)来源长期稳定；(2)价廉易得；(3)运距不超过50km(特殊情况下可拓展至100km)。在本发明中，所述有机废弃物资源优选包括养殖业粪污和种植业秸秆；其中，常见养殖类型及粪污产生量盘点关键参数查询表参见表1所示。

表1常见养殖类型及粪污产生量盘点关键参数查询表

在本发明中，所述养殖业粪污的总量盘点方法优选采用以下计算公式：

式(III)中，P_i为区域内存在的某类畜禽年产粪污总量(单位：t/年)，N_i为调查统计到的区域内存在的某类畜禽养殖数量(单位：只)，p_i为某类畜禽单只年产粪污量标准值(单位：t/年)，w_i为某类畜禽粪污含水率标准值(单位：％)，w_i为区域内存在的某类有机废弃物(畜禽粪污)实际含水率(单位：％)；另外，以上标准值均通过查询表1获得；i为表1中畜禽类型编号，i＝1，2，3，4，5......，10。

在本发明中，以高于平均水平10％和20％含量界定高养分和富养分秸秆，将秸秆分类如下：富氮类秸秆有薯类、花生和大豆秸秆；高氮类秸秆有烟草、棉花、小杂粮和甘薯秸秆；富磷类秸秆包括甜菜、薯类、大豆和花生秸秆；高磷类秸秆有玉米、水稻和棉花秸秆；富钾类秸秆是甜菜、薯类、油菜、水稻和向日葵秸秆；高钾类秸秆有小杂粮和烟草秸秆；其中薯类秸秆富含氮、磷、钾，大豆和花生秸秆富含氮、磷，甜菜和烟草秸秆富含磷、钾；常见种植作物类型及秸秆产生量盘点关键参数查询表参见表2所示。

表2常见种植作物类型及秸秆产生量盘点关键参数查询表

备注：草谷比即作物秸秆量/作物产量(以秸秆含水量15％计算)，根据全国各地区的平均值核算。

在本发明中，所述种植业秸秆的总量盘点方法优选采用以下计算公式：

式(IV)中，Q_i为区域内存在的某类农作物年产秸秆总量(单位：t/年)，M_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物种植面积(单位：亩)，n_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物种植茬数，y_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物亩单产(单位：kg/亩)，λ_i为某类农作物草谷比的标准值，w_i为区域内存在的某类有机废弃物(作物秸秆)实际含水率(单位：％)；另外，以上标准值均通过查询表2获得；85％为秸秆干物质量；i为表2中作物类型编号，i＝11，12，13......，24。

在此基础上，所述有机废弃物资源的有机养分总量的盘点方法优选采用以下计算公式：

式(V)中，G_(OW-N)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机氮总量(单位：t/年)，A(N)_i为某类有机废弃物的有机氮含量标准值(单位：％)；

式(VI)中，G_(OW-P)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机磷总量(单位：t/年)，A(P)_i为某类有机废弃物的有机磷含量标准值(单位：％)；

式(VII)中，G_(OW-K)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机钾总量(单位：t/年)，A(K)_i为某类有机废弃物的有机钾含量标准值(单位：％)；

另外，以上标准值通过查询表1～2获得；i为表1～2中的类型编号n，i＝1，2，3......，24。

完成对待评估区域中的有机废弃物资源的有机养分总量的盘点后，本发明采用式(I)和式(II)计算，得到有机废弃物资源的农业面源污染量；

式(I)～(II)中，畜禽粪污损失入水氮污染量和畜禽粪污损失入水磷污染量的单位均为t/年；5％是根据国家环保总局南京环科所(1997)的研究结果：鲜粪污染物进入水体的流失率处于2％-8％的水平，平均5％计；P_i为区域内存在的某类畜禽年产粪污总量(单位：t/年)，w_i为区域内存在的某类有机废弃物(畜禽粪污)实际含水率(单位：％)；A(N)_i为某类有机废弃物的有机氮含量标准值(单位：％)；A(P)_i为某类有机废弃物的有机磷含量标准值(单位：％)；另外，以上标准值均通过查询表1获得；i为表1中畜禽类型编号，i＝1，2，3，4，5......，10。

本发明提供了一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法，能够系统性评估有机废弃物资源的农业面源污染，进而应用在防治农业面源污染的水土共治区域中。参见图1所示，图1为待评估区域实施水土共治的逻辑图。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法在防治区域农业面源污染中的应用，优选包括以下步骤：

对完成有机废弃物资源的农业面源污染量评估的有机废弃物进行堆肥资源化转化，并核算出有机废弃物资源化产物的有机养分总量；

再对待评估区域中的农田所用化肥的化学养分总量进行盘点后，通过建立的区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系，进行上述待评估区域的养分综合管理，实现水土共治区域农业面源污染的防治；

所述养分综合管理的过程具体为：

通过区域养分综合管理评估方法，计算出待评估区域中有机废弃物资源化产物的有机养分替代农田所用化肥有机养分的最大比例，并按照上述计算的结果进行有机废弃物资源化产物对农田所用化肥的替代；

所述区域养分综合管理评估方法采用以下计算公式：

式(VIII)中，R_N为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机氮可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-N)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机氮总量，G_(CF-N)为待评估区域中农田所用化肥化学氮总量；

式(IX)中，R_P为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机磷可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-P)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机磷总量，G_(CF-P)为待评估区域中农田所用化肥化学磷总量；

式(X)中，R_K为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机钾可替代农田所用化肥中化学钾的比例，G_(OF-K)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机钾总量，G_(CF-K)为待评估区域中农田所用化肥化学钾总量；

K＝min(R_N，R_P，R_K) 式(XI)；

式(XI)中，K为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例。

本发明首先对产生农业面源污染的有机废弃物资源进行资源化转化，并核算出有机废弃物资源化产物的有机养分总量。在本发明中，所述资源化转化的方式优选为堆肥发酵，此方式能够实现快速资源化转化。针对堆肥发酵，影响发酵质量的关键因素取决于发酵过程中对4个关键参数的有效控制，即：混合发酵料初始C/N比适宜范围需控制为(20～30)：1、含水率为50％～60％、pH为5.5～8.5、堆体氧气浓度为15％～20％；为满足以上发酵参数要求，提高准确性与利用效率，所述堆肥发酵的过程优选具体为：

a1)根据待评估区域中的有机废弃物资源的有机养分总量的盘点结果及配方原则，确定发酵配方，并对所述发酵配方进行科学性验证；

a2)采用步骤a1)确定的发酵配方进行发酵，并控制发酵过程中物料通氧量，得到有机废弃物资源化产物(堆肥)。

本发明首先根据待评估区域中的有机废弃物资源的有机养分总量的盘点结果及配方原则，确定发酵配方，并对所述发酵配方进行科学性验证。在本发明中，所述待评估区域中的有机废弃物资源的有机养分总量的盘点结果参见上述内容，在此不再赘述；所述配方原则优选包括：(1)避免单一使用粪便或秸秆发酵；应将低碳氮比、高含水量、碱性/弱碱性的畜禽粪便类有机废弃物(C/N一般在18以下、水分含量一般在50％～80％之间、pH一般在7～9之间)组合高C/N比、低含水量、中性弱酸性的秸秆类废弃物(C/N一般在55以上、水分含量一般在30％以下、pH一般在5～7之间)混合发酵；(2)有机废弃物的资源化处理应最大化优先利用畜禽粪污类有机废弃物；(3)影响发酵质量的四个关键指标需满足：混合发酵料初始C/N比适宜范围为(20～30)：1、含水率为50％～60％、pH为5.5～8.5、发酵过程中物料氧气浓度15％～20％的要求。

在本发明中，对所述发酵配方进行科学性验证的方法优选具体为：

(1)C/N适宜范围验证：

G_(OFM-N)＝∑Y_i×A(N)_i×(1-w_i)；

G_(OFM-P)＝∑Y_i×A(P)_i×(1-w_i)；

G_(OFM-K)＝∑Y_i×A(K)_i×(1-w_i)；

G_(OFM-C)＝∑Y_i×A(C)_i×(1-w_i)；

上式中，G_(OFM-N)为区域内用作堆肥的有机废弃物有机氮总量(单位：t/年)；G_(OFM-P)为区域内用作堆肥的有机废弃物有机磷总量(单位：t/年)；G_(OFM-K)为区域内用作堆肥的有机废弃物有机钾总量(单位：t/年)；G_(OFM-C)为区域内用作堆肥的有机废弃物有机碳总量(单位：t/年)；Y_i为区域内用作堆肥的某种有机废弃物的总量(单位：t/年)；w_i为区域内用作堆肥的某种有机废弃物的实际含水率(单位：％)；A(C)_i为区域内用作堆肥的某种有机废弃物有机碳含量标准值(单位：％)，通过查询表1～2获得；

(2)含水率适宜范围验证：

①可通过手抓物料的经验感觉判断，判断依据如表3所示。

表3感觉判断发酵原料含水率标准

水分范围	物料状态
		>80％	手抓一把物料成团，可滴水，落地不散
60-80％	手抓一把物料成团，可滴水，落地能散
		40-60％	手抓一把物料成团，手掌可见水印但不滴水，落地即散
<40％	手抓一把物料不成团，手掌稍见水印，落地即散

②采用简单计算公式验证：

上式中，W为堆肥发酵混合料初始含水率预估值(单位：％)，Y_i为用作堆肥发酵的某种有机废弃物重量(单位：t/年)，w_i为用作堆肥发酵的某种有机废弃物的实测含水率(单位：％)。

(3)pH适宜范围验证：

采用便携式pH快速检测仪进行。

验证完成后，本发明采用步骤a1)确定的发酵配方进行发酵，并控制发酵过程中物料通氧量，得到有机废弃物资源化转化产物(堆肥)。在本发明中，所述控制发酵过程中物料通氧量的方法优选具体为：

通过根据环境温度进行翻堆控制，翻抛原则需做到：环境适宜(10℃以上)时第3、6、9、12天翻堆，第15天完成(也可在第15天继续翻堆，第18天完成)；环境温度过低(10℃以下)时第4、7、11、15天翻堆，第18天完成。

得到所述有机废弃物资源化产物后，本发明核算出有机废弃物资源化产物的有机养分总量；所述有机废弃物资源化产物的有机养分总量的核算方法优选采用以下计算公式：

有机废弃物资源化产物总吨数＝0.55∑Y_i 式(XII)；

式(XII)中，Y_i为区域内用于资源化转化的某种有机废弃物的总量(单位：t/年)；

式(XIII)中，W为区域内用于资源化转化的有机废弃物混合物料初始含水率预估值(单位：％)；

式(XIV)中，G_(OF-N)为区域内有机废弃物资源化产物有机氮总量(单位：t/年)，G_(OFM-N)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机氮总量(单位：t/年)；

式(XV)中，G_(OF-P)为区域内有机废弃物资源化产物有机磷总量(单位：t/年)，G_(OFM-P)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机磷总量(单位：t/年)；

式(XVI)中，G_(OF-K)为区域内有机废弃物资源化产物有机钾总量(单位：t/年)，G_(OFM-K)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机钾总量(单位：t/年)；

式(XVII)中，G_(OF-C)为区域内有机废弃物资源化产物有机碳总量(单位：t/年)，G_(OFM-C)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机碳总量(单位：t/年)。

上式中，有机废弃物用作堆肥的物质量得率为55％(堆肥过程含水率折损约50％，有机物矿化折损率5％)，其中，养分元素N、P、K可实现95％的资源化利用，5％以气体形式释放，有机碳的腐殖化率为65％，即有机碳可实现65％的资源化利用，而未经处理直接还田的生粪所产生的污染物可直接进入水体造成水质污染。

另外，得到所述有机废弃物资源化产物后，本发明优选还包括：

根据NY525-2012标准中对重金属含量的要求进行安全性检验，需确保所有安全指标达标的资源化产物才能还田使用。

之后，本发明对待评估区域中的农田所用化肥的化学养分总量进行盘点后，通过建立的区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系，进行上述待评估区域的养分综合管理，实现水土共治区域农业面源污染的防治。

鉴于近几年来随着复合肥市场的不断壮大，为节省施肥成本，提高用肥方便度，多数农户农耕以复合肥为主，单元素化肥为辅，本发明中所涉及到的农作物化肥类型以总养分45％的复合肥为标准核算；常见作物需肥比例查询表参见表4所示。

表4常见作物需肥比例查询表

注：茄果菜类：西红柿、茄子、椒；白菜类：大白菜、小白菜小油菜；瓜菜类：黄瓜、南瓜、西葫芦、冬瓜、丝瓜、苦瓜等；绿叶菜类：菠菜、莴苣、芹菜、苋菜、生菜、茼蒿等；根茎类：萝卜、胡萝卜、马铃薯、芋头等；果树：苹果、梨、桃、橘、枣等。

在本发明中，所述待评估区域中的农田所用化肥的养分总量(投入量)的盘点方法优选采用以下计算公式：

式(XVIII)中，G_(CF-N)为待评估区域中农田所用化肥的化学氮总量(单位：t/年)，M_i为区域内某种农作物的种植面积(单位：亩)，X_i为区域内某种农作物的化肥全年亩用量(单位：kg/亩)，f(N)_i为区域内某种农作物对氮的需求占氮磷钾总需求比例标准值(单位：％)，通过查询表4获得；

式(XIX)中，G_(CF-P)为待评估区域中农田所用化肥化学磷总量(单位：t/年)，f(P₂O₅)_i为区域内某种作物对磷的需求占氮磷钾总需求比例标准值(单位：％)，通过查询表4获得；

式(XX)中，G_(CF-K)为待评估区域中农田所用化肥化学钾总量(单位：t/年)，f(K₂O)_i为区域内某种作物对钾的需求占氮磷钾总需求比例标准值(单位：％)，通过查询表4获得；

另外，上式中i为表4中农作物编号，i＝1，2，3......，15；45％为化肥氮磷钾养分总含量。

本发明对待评估区域中的农田所用化肥的化学养分总量进行盘点后，优选还包括：

对待评估区域中的农田所用化肥产生的农业面源污染量进行评估；所述待评估区域中的农田所用化肥产生的农业面源污染量的评估方法优选采用以下计算公式：

农田所用化肥损失入水氮污染量＝G_(CF-N)×65％×20％×85％ 式(XXI)；

农田所用化肥损失入水磷污染量＝G_(CF-P)×75％×10％×85％ 式(XXII)。

其中，农田所用化肥损失入水氮污染量和农田所用化肥损失入水磷污染量的单位均为t/年；65％为氮肥当季未利用率，按氮肥当季利用率35％核算；20％为氮肥当季未利用量中的随水流失率；85％为氮、磷肥随水流失量的入水率；75％为磷肥当季未利用率，按磷肥当季利用率25％核算；10％为磷肥当季未利用量中的随水流失率。

在本发明中，所述区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系优选具体包括：

土壤有机质含量≤2％时，有机废弃物资源化产物还田量为3～5t/亩；

土壤有机质含量为2％～3.5％时，有机废弃物资源化产物还田量为1.5～3t/亩；

土壤有机质含量为3.5％～5％时，有机废弃物资源化产物还田量为0.5～1.5t/亩；

土壤有机质含量为5％～7％时，有机废弃物资源化产物还田量为0.2～0.5t/亩；

土壤有机质含量≥7％时，有机废弃物资源化产物还田量为0～0.2t/亩。

本发明通过调查区域内不同作物的耕地土壤有机质平均含量，判断土壤基础肥力大小，根据上述关系，确定区域内土地承载能力的有机废弃物最大还田量。

本发明通过上述区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系，进行待评估区域的养分综合管理；所述养分综合管理的过程优选具体为：

通过区域养分综合管理评估方法，计算出待评估区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例，并按照上述计算的结果进行有机废弃物资源化产物对农田所用化肥的替代，实现水土共治区域农业面源污染的防治。

在本发明中，所述区域养分综合管理评估方法采用以下计算公式：

式(VIII)中，R_N为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机氮可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-N)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机氮总量(单位：t/年)，G_(CF-N)为待评估区域中农田所用化肥化学氮总量(单位：t/年)；

式(IX)中，R_P为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机磷可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-P)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机磷总量(单位：t/年)，G_(CF-P)为待评估区域中农田所用化肥化学磷总量(单位：t/年)；

式(X)中，R_K为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机钾可替代农田所用化肥中化学钾的比例，G_(OF-K)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机钾总量(单位：t/年)，G_(CF-K)为待评估区域中农田所用化肥化学钾总量(单位：t/年)；

K＝min(R_N，R_P，R_K) 式(XI)；

式(XI)中，K为待评估区域中有机废弃物资源化产物养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例，即待评估区域内可实现的农田最大减化肥率。

本发明提供了一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用，该评估方法能够系统性评估有机废弃物资源产生的农业面源污染，进而应用在防治区域农业面源污染中，通过对农业有机废弃物有机养分总量盘点，资源转化后科学对标到退化土壤地力提升的本质需求中，实现区域有机养分与土地承载力的精准匹配从而科学减少农田化肥用量的区域养分综合管理目的；进而有针对性地解决农业有机废弃物中的大量养分资源作为废弃物被丢弃而造成资源浪费问题，改善由于有机废弃物随意丢弃而造成的环境污染现状，进一步引导区域农业有机废弃物资源化循环利用产业链与价值链提升，实现生产清洁化、利用安全化、水土共治的目的，对我国的农业、农村可持续发展具有极其重要的意义。实验结果表明，本发明提供的有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用兼具土壤改良、作物增产及品质提升、水质改善等多重技术效果优势，对农业面源污染控制及生态环境治理具有重要意义。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。以下实施例所涉及的待评估区域为山东省潍坊市寿光；寿光是大棚蔬菜的发源地、主产区，全市蔬菜种植面积60万余亩，粮食作物120万余亩，由于传统农作物的长期种植、大棚蔬菜的高产种植，需肥、需水量大导致严重的土壤质量退化与地下水资源的连年超采，水资源匮乏，地下水污染严重。

实施例

本发明实施例提供的有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用，具体步骤如下：

(1)对寿光市种养业有机废弃物资源的有机养分总量进行盘点，并对其面源污染进行风险评估，具体包括以下步骤：

①采用上述技术方案中所述的区域常见畜禽粪污总量盘点方法，对全市常见畜禽粪污的总量进行盘点，得到全县养殖业畜禽粪污总量盘点表，参见表5所示。

表5全市养殖业畜禽粪污总量盘点表

通过表5可知，该县养殖业以生猪、鸡两大类为主，生猪、蛋鸡、肉鸡年产粪便量数量基本相当，分别为86万吨、75万吨、80万吨；全县常见畜禽粪污年产生总量约240万吨。

②根据上述技术方案中所述的区域常见农作物秸秆总量盘点方法，对全县常见农作物秸秆资源的总量进行盘点，得到全县作物秸秆总量盘点表，参见表6所示。

表6全县作物秸秆总量盘点表

由表6可知，该县种植业以小麦、玉米、棉花、蔬菜四大类作物为主，蔬菜秸秆量最多，年产生量约124万吨，全县年产生秸秆总量约191万吨。

③根据上述技术方案中所述的区域有机废弃物的养分总量评估方法和农业面源污染量的计算公式，对全县典型有机废弃物的养分总量进行盘点，并对其农业面源污染量进行评估，得到全县种养业有机废弃物的养分总量盘点与农业面源污染量评估表，参见表7所示。

表7全县种养业有机废弃物养分总量盘点与农业面源污染量评估表

由表7可知，该县全年产生约433万吨有机废弃物，其中有机氮总量约27818吨，有机磷总量约5584吨，有机钾总量约24吨，全年损失入水总氮量约为530吨，总磷量约160吨。

(2)采取堆肥发酵的方式对县域典型有机废弃物进行快速资源化转化，并对资源化产物(堆肥)的各养分总量进行估算，具体包括以下步骤：

①确定发酵配方：通过县域典型有机废弃物类型与总量盘点可知，该县有机废弃物类型较全面，根据上述技术方案所述的配方原则(畜禽粪污类+秸秆类有机废弃物混合发酵与优先处理畜禽粪污的配方制定基本原则)，制定表8所示的发酵配方，并根据配方按照上述技术方案所述的配方科学性验证方法进行科学性验证，列举各验证参数值。

表8有机废弃物快速资源化发酵配方及科学性验证关键参数表

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根据表8得出，该发酵配方的发酵混合料的理论初始C/N为26：1(612020吨/23641吨)，而通过化学方法检测得出的C/N实测值为27.6：1；理论含水率为50％(1815000吨/3650000吨)，实测值为53.8％，pH值为7.7，各发酵关键参数复合发酵要求(即，混合发酵料初始C/N比适宜范围为(20～30)：1、含水率为50％～60％、pH为5.5～8.5)，因此可确定最佳发酵配方为：

23.5％猪粪+20.5％蛋鸡粪+22％肉鸡粪+34％蔬菜秸秆。

②采用上述技术方案中所述的发酵过程中物料通氧量控制方法，控制发酵过程物料通氧量：发酵时间自7月24日开始(环境温度30℃)，采取槽式发酵方式，第3、5、8、10、12天翻堆，第15天完成。

③根据上述技术方案所述的区域有机废弃物资源化产物(堆肥)的养分总量评估方法，对发酵终产品(堆肥)的各养分总量进行估算，得到发酵终产物关键参数核算表，参见表9所示。

表9发酵终产物关键参数核算表

由表9可知，该配方发酵混合料的总氮含量约为1.29％，总磷0.27％，总钾0.92％，有机质根据有机废弃物资源的N、P、K能实现95％的资源化利用、C可实现65％的腐殖化率、发酵资源化产率55％的原则，发酵终产物的总氮含量约为1.22％，总磷0.26％，总钾0.87％，总碳22％，且与各指标实测值吻合度较高。

(3)采用上述技术方案所述的区域农田所用化肥的化学养分总量盘点方法及农业面源污染量的计算公式，对寿光市农田所用化肥的养分总量进行盘点，并对其农业面源污染进行风险评估，得到县域农田所用化肥养分总量盘点与农业面源污染量评估表，参见表10所示。

表10县域农田所用化肥养分总量盘点与农业面源污染量评估表

由表10可知，全县约189万亩耕地全年化肥投入量约156500吨，其中氮素26719吨，磷素5588吨，钾素24542吨，化肥损失入水污染物总总氮约2952吨/年，总磷约356吨/年。

(4)根据上述技术方案所述的区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系标准，得到该市耕地可承载的堆肥最大还田量为粮食作物1.5～3.0吨，蔬菜地为0.5～1.5吨(具体用量需进一步根据化肥减量率与作物养分管理情况酌情考虑)，参见表11所示。

表11基于土地承载能力的有机废弃物还田量评估原则

再通过上述技术方案所述的区域养分综合管理评估方法，计算得出区域内利用有机养分可最大化可替代的化学养分的比例，得到县域环境-农业养分综合管理评估表，参见表12所示。

表12县域环境-农业养分综合管理评估表

由表12可知，待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机养分可替代农田化肥化学养分的比例分别为：N 69％、P 69％、K54％，即待治理区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田化肥化学养分，整体最高可实现减化肥率54％。

最后确定县域环境-农业养分综合管理具体实施方案，参见表13所示；实现水土共治区域农业面源污染的防治。

表13县域环境-农业养分综合管理具体实施方案

对本发明实施例提供的有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法和应用的技术效果进行评价：

(1)土壤改良效果，参见表14～15所示。

表14对土壤肥力变化的影响

表15对土壤生物活性的影响

与常规化肥种植方式的土壤质量相比，得出以下结论：

①该地蔬菜大棚土壤的次生盐渍化问题突出，土壤平均pH为8.0以上，水溶性总盐平均含量0.4％以上，露地蔬菜土壤也存在明显碱化问题，土壤平均pH约8.0。经土壤改良减化肥处理的土壤pH与可溶性总盐含量均出现明显下降，有效缓解了土壤盐碱化问题。这是因为减少化肥投入，增加土壤有机质的投入，特别是腐植酸的投入，在改良土壤的同时，使得土壤形成良好的酸碱缓冲体系，土壤酸碱调节更健康。

②与常规化肥种植土壤相比，土壤改良减化肥处理的土壤有机质均有不同程度的提升，其中，大棚西红柿种植土壤的有机质年均提升了0.5个百分点，露地萝卜种植土壤的有机质年均提升0.7个百分点。且土壤容重显著降低，土壤疏松透气性好。

③与常规化肥处理相比，土壤改良减化肥处理的土壤养分含量有所降低，但仍属于较适宜含量水平，这表明有机养分部分替代化学养分足以满足作物整个生长周期对养分的需求，可有效避免水体农业面源污染风险。

④从土壤微生物指标变化趋势可知，土壤改良减化肥处理可明显改善土壤生物活性，土壤有机质提升必然带来土壤微生态系统的改善，土壤细菌、真菌、放线菌含量总数达10⁷以上，提高1～2个数量级。

(2)作物增产效果，参见表16～17所示。

表16对西红柿产量的影响

处理	平均单果重(g)	平均亩产(t)
			对照	126.62	1.2
土壤改良40％减化肥处理	165.54	1.4

表17对萝卜产量的影响

经测产结果显示，土壤改良减40％化肥处理的大棚西红柿亩产量约1.4吨，常规化肥种植西红柿亩产量约1.2吨，比常规种植亩增产约16％。土壤改良减40％化肥处理的露天萝卜比常规种植亩增产约90％，精品果产出率提高约34.7％。

(3)作物品质提升效果，参见表18～19所示。

表18对西红柿品质的影响

表19对萝卜品质的影响

土壤改良减40％化肥种植的西红柿较常规对照处理品质明显更好；其中可溶性糖提高29％，果形指数高，商品性更好；硬度小，果实成熟度更好。

土壤改良减40％化肥处理的萝卜较常规种植的萝卜长度长，地上部/地下部值高，果实商品性更好。

(4)水质改善效果，参见表20所示。

在设施大棚中布设大棚西红柿地下水采集模型试验，具体做法：采集大棚原状土壤装入两个长2米，宽1米、深80厘米的木质盒中，盒低开孔，便于收集流出的灌溉水。盆栽模型试验的西红柿种植管理与大棚土壤栽培同步。于9月、10月连续两个月进行灌溉水的收集分析。

表20大棚西红柿地下水减排模型试验效果

设施大棚西红柿水土共治种植模型试验中：采用有机废弃物资源化安全还田，实现土壤增碳扩容，有机养分替代化学养分，化肥减量40％的生态西红柿种植方式，水质检测结果表明：与常规化肥种植的西红柿地下水水质相比，9月下旬地下水水质总氮减排率66％，总磷减排率48％、硝酸盐浓度减排率55％，10月下旬收集到的地下水的总氮减排率52％，总磷减排率64％，硝酸盐浓度减排率65％；平均总氮减排率59％，总磷减排率56％，硝酸盐浓度减排率60％。

由此可见，农业面源污染是影响水体质量的关键因素之一，开展“水土共治”的环水有机农业至关重要。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法，包括以下步骤：

a)对待评估区域中的有机废弃物资源的有机养分总量进行盘点后，采用式(I)和式(II)计算，得到有机废弃物资源产生的农业面源污染量；

式(I)～(II)中，P_i为区域内存在的某类畜禽年产粪污总量，w_i为区域内存在的某类有机废弃物实际含水率，A(N)_i为某类有机废弃物的有机氮含量标准值，A(P)_i为某类有机废弃物的有机磷含量标准值；

所述有机废弃物资源包括养殖业粪污和种植业秸秆；

所述养殖业粪污的总量盘点方法采用以下计算公式：

式(III)中，N_i为调查统计到的区域内存在的某类畜禽养殖数量，pi为某类畜禽单只年产粪污量标准值，w_i为某类畜禽粪污含水率标准值；

所述种植业秸秆的总量盘点方法采用以下计算公式：

式(IV)中，Q_i为区域内存在的某类农作物年产秸秆总量，M_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物种植面积，n_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物种植茬数，y_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物亩单产，λ_i为某类作物草谷比的标准值；

所述有机废弃物资源的有机养分总量的盘点方法采用以下计算公式：

式(V)中，G_(OW-N)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机氮总量；

式(VI)中，G_(OW-P)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机磷总量；

式(VII)中，G_(OW-K)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机钾总量，A(K)_i为某类有机废弃物的有机钾含量标准值。

2.一种权利要求1所述的有机废弃物资源的农业面源污染的评估方法应用在水土共治区域的农业面源污染防治中。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

对完成有机废弃物资源的农业面源污染量评估的有机废弃物进行堆肥资源化转化，并核算出有机废弃物资源化产物的有机养分总量；

再对待评估区域中的农田化肥的化学养分总量进行盘点后，通过建立的区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系，进行上述待评估区域的养分综合管理，实现水土共治区域农业面源污染的防治；

所述养分综合管理的过程具体为：

通过区域养分综合管理评估方法，计算出待评估区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例，并按照上述计算的结果进行有机废弃物资源化产物对农田所用化肥的替代；

所述区域养分综合管理评估方法采用以下计算公式：

式(VIII)中，R_N为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机氮可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-N)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机氮总量，G_(CF-N)为待评估区域中农田所用化肥化学氮总量；

式(IX)中，R_P为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机磷可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-P)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机磷总量，G_(CF-P)为待评估区域中农田所用化肥化学磷总量；

式(X)中，R_K为待评估区域中有机废弃物资源化产物中有机钾可替代农田所用化肥中化学钾的比例，G_(OF-K)为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机钾总重量，G_(CF-K)为待评估区域中农田所用化肥化学钾素总量；

K＝min(R_N，R_P，R_K) 式(XI)；

式(XI)中，K为待评估区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述资源化转化的方式为堆肥发酵；所述堆肥发酵的过程具体为：

a1)根据待评估区域中的有机废弃物资源的有机养分总量的盘点结果及配方原则，确定发酵配方，并对所述发酵配方进行科学性验证；

a2)采用步骤a1)确定的发酵配方进行发酵，并控制发酵过程中物料通氧量，得到有机废弃物资源化产物。

5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述有机废弃物资源化物的有机养分总量的核算方法采用以下计算公式：

有机废弃物资源化产物总吨数＝0.55∑Y_i 式(XII)；

式(XII)中，Y_i为区域内用于资源化转化的某种有机废弃物总量；

式(XIII)中，W为区域内用于资源化转化的有机废弃物混合发酵料初始含水率预估值；

式(XIV)中，G_(OF-N)为区域内有机废弃物资源化产物有机氮总量，G_(OFM-N)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机氮总量；

式(XV)中，G_(OF-P)为区域内有机废弃物资源化产物有机磷总量，G_(OFM-P)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机磷总量；

式(XVI)中，G_(OF-K)为区域内有机废弃物资源化产物有机钾总量，G_(OFM-K)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机钾总量；

式(XVII)中，G_(OF-C)为区域内有机废弃物资源化转化产物有机碳总量，G_(OFM-C)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机碳总量。

6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述待评估区域中的农田所用化肥的化学养分总量的盘点方法采用以下计算公式：

式(XVIII)中，M_i为区域内某种农作物的种植面积，X_i为区域内某种农作物的化肥全年亩用量，f(N)_i为区域内某种农作物对氮的需求占氮磷钾总需求比例标准值；

式(XIX)中，f(P₂O₅)_i为区域内某种农作物对磷的需求占氮磷钾总需求比例标准值；

式(XX)中，f(K₂O)_i为区域内某种农作物对钾的需求占氮磷钾总需求比例标准值。

7.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系具体包括：

土壤有机质含量≤2％时，有机废弃物资源化产物还田量为3～5t/亩；

土壤有机质含量为2％～3.5％时，有机废弃物资源化产物还田量为1.5～3t/亩；

土壤有机质含量为3.5％～5％时，有机废弃物资源化产物还田量为0.5～1.5t/亩；

土壤有机质含量为5％～7％时，有机废弃物资源化产物还田量为0.2～0.5t/亩；

土壤有机质含量≥7％时，有机废弃物资源化产物还田量为0～0.2t/亩。

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