西安市农业有机废弃物转化为农用氮素供需平衡分析

摘要以西安市主要涉农区县为研究对象，通过文献资料查询及实地调研，对西安市农业有机废弃物的氮素供需平衡进行了研究分析。首先，计算了主要涉农区县农作物秸秆、瓜果藤蔓、畜禽粪便的氮素转化量。其次，根据土壤理化性质及农作物种植面积，估算了主要涉农区县农作物的氮素养分需求量。结合计算结果分析了西安市主要涉农区县农业废弃物转化为农用氮素养分的供需平衡关系。结果表明：2021年西安市涉农区县主要农作物种植需要44 414.75 t氮素养分，农业有机废弃物转化氮素养分的总供应量为28 560.12 t，其中农作物秸秆、瓜果藤蔓转化氮素养分23 155.00 t，占供应量的81.07%，畜禽粪便转化为氮素养分5 405.15 t，占供应量的18.93%，氮素养分供需比为1.56，即供不应求，因此应该充分利用农业有机废弃物的氮素转化，并配合施用化肥及有机肥满足作物生长养分需求。

关键词农业有机废弃物；供需平衡；氮素养分；西安

中图分类号S21文献标识码A

文章编号0517-6611（2023）11-0178-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.11.043开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analysis of Supply and Demand Balance of Agricultural Organic Waste Converted into Agricultural Nitrogen in Xi’an

CHANG Xiao-jian， LI Fang-xiang，WANG Tao et al（Xi’an Agricultural Technology Extension Center，Xi’an，Shaanxi 710061）

AbstractIn this article， the nitrogen supply and demand balance of agricultural organic waste in Xi’an was studied and analyzed through literature search and field research， taking the main agriculture-related districts and counties in Xi’an as the research target. Firstly， the nitrogen conversion amounts of crop straw， fruit and vine， and livestock manure in the main agriculture-related districts and counties were calculated. Secondly， the nitrogen nutrient demand of crops in major agriculture-related districts and counties was estimated based on soil physical and chemical properties and crop cultivation area. Combined with the calculation results， the supply-demand balance of agricultural wastes converted into agricultural nitrogen nutrients in the main agriculture-related districts and counties of Xi’an was analyzed. The research results showed that 44 414.75 tons of nitrogen nutrients were required for the cultivation of major crops in the agriculture-related districts and counties of Xi’an in 2021， and the total supply of nitrogen nutrients converted from agricultural organic waste was 28 560.12 tons， among which 23 155.00 tons of nitrogen nutrients were converted from crop straws， fruits and vines， accounting for 81.07% of the supply， and 5 405.15 million tons of nitrogen nutrients were converted from livestock and poultry manure， accounting for 18.93% of the supply， and the nitrogen nutrient The supply-demand ratio was 1.56， both supply and demand exceeded supply， so we should make full use of the nitrogen conversion of agricultural organic waste and apply chemical fertilizers and organic fertilizers together.

Key wordsAgricultural organic waste;Supply-demand balance;Nitrogen nutrients;Xi’an

随着经济的快速发展，化肥、农药的大量施用等导致农业面源污染严重，农产品问题层出不穷，人们对生态、绿色农产品的需求越来越大，对循环农业的关注度也越来越高。农业有机废弃物的资源化利用是实现生态循环农业的重要举措之一［1］。农作物秸秆、蔬菜尾菜、畜禽粪便等含有较多养分，具有较大资源利用潜力，但由于收集、回收、利用体系尚不完善，目前西安市农业有机废弃物的利用也不充分，尚未实现高效利用［2-3］。农作物秸秆、畜禽粪便是农业有机废弃物的主要来源，也是回收的重点。已经有很多学者研究探讨了不同农业废弃物的回收方法及综合利用技术［4-6］。目前，畜禽粪便主要通过堆肥和沼气发酵进行利用，该技术对环境影响较小［7］。但随着我国经济的快速增长，农村地区有机废弃物人均排放量持续增加，且高于其他发展中国家［8］，这对农村人居环境造成了极大影响，严重影响农村人居环境的可持续发展。

西安市拥有丰富的农作物秸秆来源，2015年主要农作物秸秆资源量达到211.93万t，可收集资源量达到175.95万t［2］。2017年西安市蔬菜秸秆理论资源量达31.63万t［3］。然而，这些农作物秸秆并未得到充分的利用，许多随意丢弃在路边或者焚烧。同时，西安畜牧业的蓬勃发展也带来了大量粪便，据估算，西安市畜禽粪便量达到96.71万t，这些粪便大部分未经分解直接施用到农田，不仅危害农作物，而且对地表水和地下水造成了污染，成为西安农业生态环境的主要污染源。

在这种情况下，研究农作物生长的氮素需求量及农作物秸秆、畜禽粪便的氮素供应量，分析西安市不同区域氮素供需平衡，促进农业有机废弃物的回收利用，能够有效实现农业生产系统中物质转化和能量的循环，对促进西安地区农村环境保护及发展循环农业具有重要的理论指导意义。

1研究方法

1.1数据来源数据来源于《2021年西安市统计年鉴》中各区、县主要农作物数据及畜禽存栏数量。

1.2研究内容主要研究西安市主要涉农区域灞桥、未央、阎良、临潼、长安、高陵、鄠邑、蓝田、周至、西咸主要农作物秸秆及畜禽粪便中氮素养分含量。结合研究地区的土壤理化性质、农作物生长对氮素的需求量，对各区域的氮素供需平衡进行了定量分析，为农业有机废弃物的循环利用提供科学参考。

1.3系数说明不同农作物的氮素需求量、秸秆回收系数及氮素养分含量参考Aramaki等［9］研究结果，小麦、玉米、蔬菜、瓜果的氮素需求量分别为0.074、0.113、0.250、0.220 t/hm2其秸秆系数和氮素养分含量见表1。畜禽粪便排泄系数及氮素养分含量参考Zhou等［10］的研究结果（表2）。

2计算方法

2.1需求计算各区县氮素养分需求量Qij 的计算方法是每种作物的种植面积Rij与每种作物对氮素养分的参考需求量Sij的乘积，计算公式如下：

Q_ij=R_ij×S_ij （1）

其中，Q_ij是农作物种植对氮素的养分需求量（×10³ t/a）；R_ij是各区县每种作物的种植面积（×10₃ hm²/a）；S_ij是每种作物对氮素养分的参考需求量（t/hm²）；j为作物序号；i为各区县序号。

2.2供应计算

2.2.1农作物氮素养分供应量。农作物秸秆氮素养分含量分两步计算，首先计算出各区县农作物秸秆理论资源量即农作物秸秆产量W_ij，再将秸秆产量W_ij与秸秆中的氮素养分N_ij含量相乘。计算公式如下：

W_ij=Σ（H_ij×B_ij） （2）

式中，W_ij为各区县农作物秸秆产量（×10³ t）；Hij为作物产量（×10³ t）；Bij为每种作物的秸秆系数比；j为作物序号；i是各区县序号。

每种作物的氮素养分含量C_ij计算方法是将作物的秸秆量W_ij与作物氮含量百分比N_ij相乘。计算公式如下：

C_ij=W_ij×N_ij （3）

式中，C_ij为每种作物的氮素养分含量（×10³ t）；Wij是每种作物的秸秆量（×10³ t）；Nij为不同作物氮含量百分数（%）；j为作物序号；i是各区县序号。

2.2.2畜禽粪便的氮素养分供应量。畜禽粪便的氮素养分含量也分两步计算。首先，每个畜禽粪便的数量F_ij的计算方法是将每个畜禽粪便的数量Y_ij与该畜禽的日排泄系数E_ij相乘，再乘以该畜禽的饲养期T_ij，计算公式如下：

F_ij=Σ（Y_ij×E_ij×T_ij） （4）

式中，F_ij是每种畜禽的产粪量（×10³ t）；Y_ij是每种畜禽的存栏量（个）；E_ij是不同畜禽的日排泄系数；T_ij是每个畜禽的饲养周期；j是不同畜禽的序号；i是不同区域的序列号。

每个畜禽粪便的氮素养分含量B_ij 计算方法是将每个畜禽粪便的数量F_ij与该畜禽粪便中氮的百分比M_ij相乘，计算公式如下：