京津冀地区蔬菜废弃物污染风险及资源化利用潜力分析

韩薇薇 高瑞 常青平

摘要 以京津冀地区13个地级市为研究对象，通过文献整理和数据分析，估算出各地级市蔬菜废弃物的污染负荷、污染强度和污染风险，并结合各地化肥施用量，探究蔬菜废弃物的资源化利用潜力。结果表明，2020年京津冀地区的蔬菜废弃物、TN、TP和TK污染负荷分别为2 199 836、46 627、28 509和49 674 t。各地级市中，唐山市、张家口市、石家庄市和邯郸市的污染负荷较高；廊坊市、唐山市、秦皇岛市和石家庄市的污染风险较高。若将京津冀地区蔬菜废弃物资源化利用，所利用带来的肥料化效益达到124 802 t，相当于区域内4.06%的化肥施用折纯量，资源化效益显著。因此，推动京津冀地区蔬菜废弃物的资源化利用对于缓解资源紧缺和环境污染具有重要意义。

关键词 蔬菜废弃物；资源化利用；京津冀地区；污染风险

中图分类号 X705  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）06-0060-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.014

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analysis of Pollution Risk and Resource Utilization Potential of Vegetable Waste in the Beijing-Tianjin-Hebei Region

HAN Wei-wei，GAO Rui，CHANG Qing-ping

（School of Economics and Management，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457）

Abstract Taking 13 prefecture-level cities in the Beijing-Tianjin-Hebei region as the research object，the pollution load，pollution intensity and pollution risk of vegetable waste in various prefecture-level cities were estimated by literature review and data analysis，the potential for resource utilization of vegetable waste was explored based on the application of chemical fertilizers in each region.The results showed that in 2020，the pollution loads of vegetable waste，TN，TP and TK were 2 199 836，46 627，28 509 and 49 674 t，respectively.Among various cities，Tangshan City，Zhangjiakou City，Shijiazhuang City and Handan City showed higher pollution loads，Langfang City，Tangshan City，Qinhuangdao City and Shijiazhuang City exhibited higher pollution risks.If the vegetable waste in the Beijing-Tianjin-Hebei region was utilized as a resource，the fertilizer utilization benefits could reach 124 802 t，equalling 4.06% of the net amount of fertilizer application in the region.The benefits of utilizing this resource were significant.Therefore，promoting the resource utilization of vegetable waste in the Beijing-Tianjin-Hebei region was crucial for reducing resource scarcity and environmental pollution.

Key words Vegetable waste;Resource utilization;Beijing-Tianjin-Hebei region;Pollution risk

我國是世界蔬菜生产第一大国，蔬菜种植面积和产量逐年持续增长。2022年我国蔬菜产量达到7.67亿t，种植面积达到2 235.64万hm2，较2012年分别增加了24.50%和11.89%，其中，京津冀地区蔬菜产量和播种面积占全国总播种面积和总产量的4.16%和7.48%［1］。随着蔬菜产量的不断增长和人民生活质量的提高，蔬菜从播种到消费的整个过程中产生的废弃物量也在急速增加。每年我国蔬菜废弃物产生量超过2.5亿t，可利用量超过2.0亿t，资源量十分丰富。蔬菜废弃物中含有丰富的养分，将其资源化利用后可以增加农业经济效益。据统计，若我国每年产生的蔬菜废弃物得到资源化利用，其产生的农业效益相当于全国当年氮肥、磷肥和钾肥施用量的3.99%、6.44%和13.07%。但是，由于目前我国蔬菜废弃物回收体系不完善和相关技术水平的限制，蔬菜废弃物通常都被随意丢弃在田间地头或经垃圾场进行填埋或焚烧，不仅造成了大量资源的浪费，也导致了严重的生态环境污染，阻碍了蔬菜产业的健康发展［2］。

目前，国内关于蔬菜废弃物的研究仍处于起步阶段，学者的研究集中于利用方式［3］、处理技术［4-5］、发酵工艺［6］等。有研究发现，蔬菜废弃物的资源化利用存在着跨地区现象，区域协同管理能有效促进农业废弃物区域流动，提高区域整

体的资源化利用率［7］。但目前的研究大多侧重于省、市尺度蔬菜废弃物资源量的估算［8-9］，对于地区层面蔬菜废弃物的产生量及分布特征研究涉及较少。京津冀作为中国三大区域经济体之一，是我国主要蔬菜产区，同时也是重要的蔬菜消费区［10］。近年来，随着京津冀协同化的不断推进，农业协同发展成为京津冀协同发展的重要内容。因此，研究其蔬菜废弃物污染风险及资源化利用潜力，对于提出京津冀地区蔬菜废弃物资源化利用策略，以促进蔬菜废弃物高效利用并进而指导全国蔬菜废弃物的有效利用具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

京津冀地区地处华北平原，是我国三大城市群之一，位于113°27′～119°50′E、36°01′～42°37′N，包括北京市、天津市和河北省，总面积2.20×105km2［11］，属于温暖带大陆性季风型气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，年降雨量300～800 mm。该地区耕地面积6.54万km2，约占区域总面积的30%。2020年京津冀地区蔬菜产量为5 602.58万t，占全国总产量的7.48%，是我国的主要蔬菜产区和消费区。

1.2 数据来源

针对京津冀地区所辖的13个地级市种植的主要蔬菜种类开展调查，包括叶菜类、白菜类、甘蓝类、根茎类、瓜果类、豆类、茄果类、葱蒜类、水生菜类和其他蔬菜。京津冀地区各地级市蔬菜产量、化肥施用纯量、耕地面积数据来源于《北京统计年鉴》《天津统计年鉴》《河北省农村统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》。不同种类蔬菜产废系数及养分参考前人的研究综合得到［8，12-13］，具体见表 1。

1.3 研究方法

1.3.1 污染负荷估算。

草谷比法是估算农作物秸秆与作物产量比例的方法，是目前国内普遍认同的蔬菜废弃物资源量估算方法［14］。根据各市统计年鉴获取京津冀地区各地级市各类蔬菜产量，北京市、天津市各类蔬菜产量根据河北省各类蔬菜的产量权重计算得到。采用草谷比法计算13个地级市蔬菜废弃物产量及氮磷钾养分含量，以污染负荷表示，计算公式如下：

V=ni=1（Pi×ri）

VN/P/K=ni=1（Pi×ri×CN/P/K）

式中：V为区域内蔬菜废弃物污染负荷（t）；Pi为区域内各地级市第i种蔬菜产量（t）；i为蔬菜种类，i=1，2，…，n；ri为第i种蔬菜的产废系数；VN/P/K为蔬菜废弃物中TN、TP、TK的污染负荷（t）；CN/P/K为第i种蔬菜废弃物中TN、TP、TK含量（g/kg）。

1.3.2 污染风险评估。

不同地市蔬菜废弃物量及其所蕴含的TN、TP、TK含量不同，耕地面积也不同，无法在同一尺度上比较13个地级市蔬菜废弃物、TN、TP、TK的污染强度关系。农业面源污染中污染强度表示某地区的农业集约化程度和单位土地面积的农业活动对水体的影响［15］。因此在分析京津冀地区蔬菜废弃物污染强度时引入地均污染强度。用各地市的污染负荷分别除以各地的耕地面积，得到京津冀地区蔬菜废弃物污染强度，计算公式如下：

Dv=V/a×100%

DN/P/K=VN/P/K/a×1 000

式中：Dv为蔬菜废弃物污染强度（t/hm2）；DN/P/K为TN、TP、TK污染强度（kg/hm2）；a为耕地面积（hm2）。

由于各指标数值水平相差较大，对求得的TN、TP、TK污染强度进行离差标准化分析，使其结果落于［0，1］，再对这3种污染强度标准化值按相同权重加和得到污染综合指数，从而确定蔬菜废弃物面源污染风险排序，并以此为依据确定重点控制区域。转换函数为：

Qi=（Ii-Imin）/（Imax-Imin）

X=13×（QN+QP+QK）

其中：Qi为评价因子的第i级的污染强度标准化值；Ii为评价因子的第i级的编码值；Imax为评价因子的最大编码值；Imin为评价因子的最小编码值;X为综合污染指数；QN、QP、QK分别表示TN、TP、TK标准化值。

1.3.3 农作物废弃物肥料化效益估算模型。

（1）蔬菜废弃物肥料化效益测算：

FV=VN+VP+VK

式中，FV为蔬菜废弃物肥料化利用效益（t）。

（2）蔬菜废弃物总养分代替肥料率：

P=FV/F×100%

式中：P为蔬菜废弃物总养分替代率（%）；FV为蔬菜废弃物肥料化利用效益（t）；F为化肥施用折纯量（t）。

2 结果与分析

2.1 京津冀地区蔬菜废弃物污染负荷时间特征

近年来，随着农村产业结构的不断调整和农业现代化水平的不断提高，京津冀地区农业逐步向现代化过渡，蔬菜种植面积和产量不断增加，蔬菜废弃物产生量也逐年增加。从图 1可看出，2016—2020年京津冀地区蔬菜废弃物污染负荷呈现一定波动变化，但总体呈上升趋势。自2016年以来蔬菜废弃物污染负荷平均以3.44万t/a的速度增加。2020年京津冀地区蔬菜废弃物污染负荷最高，达到219.98万t。但2017、2019年與之前相比却略有下降，可能与当年气候、种植面积等因素有关。TN、TP、TK污染负荷与蔬菜废弃物污染负荷年际变化规律较为一致，总体呈上升趋势，2020年京津冀地区TN、TP、TK污染负荷分别为46 627、28 509、49 674 t。

2.2 2020年京津冀地区各地级市蔬菜废弃物污染风险分析

2.2.1 蔬菜废弃物及TN、TP、TK污染负荷。

2020年京津冀地区各地级市蔬菜废弃物污染负荷和TN、TP、TK污染负荷如表 2所示。京津冀地区蔬菜废弃物、TN、TP、TK总污染负荷分别为2 199 836、46 627、28 509、49 674 t。各市蔬菜废弃物污染负荷平均为169 218 t，其中，唐山市蔬菜废弃物污染负荷最高，占全京津冀地区的16.15%，其次是张家口市和邯郸市，分别占全地区的11.93%和10.34%，高于平均值的还有石家庄市、保定市、廊坊市；蔬菜废弃物污染负荷量较少的市为北京市、秦皇岛市、衡水市。TN、TP、TK污染负荷平均值分别为3 587、2 193、3 821 t，以唐山市最高，达到20 058 t，占全地区的16.07%，其次是张家口市和石家庄市，分别占全地区的11.37%和10.41%;北京市、衡水市、邢台市、天津市TN、TP、TK污染负荷较少。从以上结果可看出，京津冀地区蔬菜废弃物、TN、TP、TK污染强度分布较为一致，呈中部和东南部较低、西部较高的特点。

2.2.2 蔬菜废弃物污染强度分析。

采用ArcGIS 10.5空间分析技术，绘制2020年京津冀地区各市蔬菜废弃物污染强度空间分布图（图2）。各市蔬菜废弃物、TN、TP、TK平均污染强度分别为370.03、7.89、4.84、8.46 kg/hm2。由图 2可知，2020年京津冀地区蔬菜废弃物污染强度空间差异明显。京津冀地区蔬菜废弃物污染强度平均为370.03 kg/hm2，其中，廊坊市和唐山市蔬菜废弃物污染强度较高，分别为746.20、713.41 kg/hm2，比地区平均值分别增加了101.66%、92.80%，其TN、TP、TK污染强度分别为15.04、9.26、15.97 kg/hm2，这2个市耕地面积较小，蔬菜种植比例和蔬菜产量较高；衡水市、邢台市、沧州市污染强度较低，TN、TP、TK污染强度分别为3.75、2.16、4.11 kg/hm2。

2.2.3 污染风险分析。

经计算可得京津冀地区蔬菜废弃物污染综合指数，2020年13个地市蔬菜废弃物、TN、TP、TK的污染强度标准化值及综合指数结果见表 3。从表3可以看出，综合指数从大到小依次为廊坊、唐山、秦皇岛、石家庄、邯郸、承德、保定、张家口、北京、天津、邢台、衡水、沧州。

分析可知，污染风险与单个污染强度指标分布规律较为一致。其中，廊坊、唐山、秦皇岛污染综合指数较高，为蔬菜废弃物高污染风险区域；石家庄、邯郸、承德、保定为中污染风险区域；张家口、北京、天津、邢台、衡水、沧州为低污染风险区域，其中沧州市蔬菜废弃物、TN、TP、TK的标准化值均为0.00，沧州市综合指数最小，蔬菜废弃物污染风险最低。总体而言，京津冀地区蔬菜废弃物污染呈中部和东北部污染风险高、南部污染风险低的特點。低污染风险区域主要为城市化率较高、农业比重小的城市；高污染风险地区为农地面积少、规模大、蔬菜种植比例高的城市。

2.3 京津冀地区蔬菜废弃物资源化利用潜力分析

由表 4可知，2020年京津冀地区蔬菜废弃物资源化利用带来的肥料化效益达到124 802 t，相当于区域内4.06%的化肥施用折纯量。区域内各地级市蔬菜废弃物肥料化效益在3 165～20 058 t，其可替代化肥施用纯量的比率在1.76%～10.99%。若将其进行肥料化利用，可有效减少区域内化肥施用量。

张家口市蔬菜废弃物肥料化效益替代化肥施用纯量的比率最高，其肥料化效益为14 193 t，资源化利用潜力最高。此外，肥料替代率高利用潜力地区还包括廊坊市、承德市，肥料化效益分别为11 700和8 275 t。沧州市、邢台市、衡水市肥料化利用潜力相对较小，其肥料替代率位于后3位。

3 讨论

废弃物资源化利用是缓解环境压力和资源短缺的重要手段［16］，由上述可知，京津冀地区蔬菜废弃物产生量巨大，由此带来的污染负荷和污染风险较高，但同时，其中蕴含的养分量也十分丰富，资源化利用潜力巨大。若能将资源化利用，不仅能减少氮、磷、钾等污染元素的排放，带来较大的环境效益，也能获得蔬菜废弃物中养分的价值，得到较大的经济效益。

京津冀地区作为我国的政治及文化中心、北方经济的重要核心区，其蔬菜废弃物资源化利用水平关系到该区域乃至全国蔬菜产业的健康稳定发展。为防治农业废弃物污染，促进农业废弃物资源化利用，2023年中央一号文件再次提出要建立健全秸秆、农膜、农药包装废弃物、畜禽粪污等农业废弃物收集利用处理体系。但是由于产业链条结构不完整、农户绿色生产观念落后、各地区发展不均衡等原因，京津冀地区蔬菜废弃物资源化率较低。因此，需要当地政府和相关部门加大宣传力度，引导农民认识到资源化利用蔬菜废弃物的优点和重要性。同时，还应积极研发适合农民使用，有益于农民的处理技术，以期在处理蔬菜废弃物时达到最大的环境效益、经济效益和社会效益。

4 结论

（1）2020年京津冀地区蔬菜废弃物、TN、TP、TK污染负荷分别为2 199 836、46 627、28 509、49 674 t。各市蔬菜废弃物平均污染强度分别为370.03、7.89、4.84、8.46 kg/hm2。

（2）京津冀地区蔬菜废弃物污染风险较高的地区为廊坊市、唐山市和秦皇岛市，邢台市、衡水市、沧州市污染风险较低。污染风险与单个污染强度指标分布较为一致。

（3）2020年京津冀地区蔬菜废弃物资源化利用带来的肥料化效益达到124 802 t，相当于区域内4.06%的化肥施用折纯量。肥料化利用潜力较高的地级市为张家口市、廊坊市、承德市。

参考文献

［1］ 国家统计局农村社会经济调查司.中国农村统计年鉴2022［M］.北京：中国统计出版社，2022：132.

［2］ 袁远，张金辉，李银月，等.蔬菜废弃物好氧堆肥处理研究进展［J］.江苏农业科学，2022，50（19）：29-35.

［3］ ESPARZA I，JIMNEZ-MORENO N，BIMBELA F，et al.Fruit and vegetable waste management：Conventional and emerging approaches［J］.Journal of environmental management，2020，265：1-18.

［4］ 薛颖昊，徐志宇，张明明，等.我国蔬菜秸秆無害化处理技术优化探讨［J］.中国农业资源与区划，2021，42（10）：75-83.

［5］ GANESH K S，SRIDHAR A，VISHALI S.Utilization of fruit and vegetable waste to produce value-added products：Conventional utilization and emerging opportunities-A review［J］.Chemosphere，2022，287：1-14.

［6］ 马泓若.尾菜和农作物秸秆联合两级厌氧发酵工艺的研究［D］.兰州：兰州大学，2020.

［7］ 张红丽，李洁艳.西部地区农业废弃物可利用潜力及环境效益研究［J］.生态经济，2022，38（10）：111-118.

［8］ 徐大兵，赵书军，陈云峰，等.湖北省蔬菜废弃物资源量估算与分布特征［J］.中国蔬菜，2019（4）：66-72.

［9］ 常小箭，陈妮，郭鹏飞，等.西安市蔬菜秸秆资源化利用潜力分析［J］.安徽农业科学，2019，47（14）：58-60，135.

［10］ 张倩，胡雁翔，于峰，等.京津冀地区市域及县域蔬菜生产特征分析［J］.中国瓜菜，2021，34（2）：82-87.

［11］ 洪传春，刘某承，张雅静，等.时空视角下京津冀农业灰水足迹强度与效率分析［J］.河北农业大学学报，2021，44（2）：128-135.

［12］ 韩雪，常瑞雪，杜鹏祥，等.不同蔬菜种类的产废比例及性状分析［J］.农业资源与环境学报，2015，32（4）：377-382.

［13］ 徐子云，李永强，李洁，等.黄淮海地区蔬菜废弃物污染风险及资源化潜力分析［J］.农业资源与环境学报，2020，37（6）：904-913.

［14］ 段亚军，张惠，吕诗，等.河北省不同蔬菜种类废弃物资源量、分布特征及肥料化利用潜力分析［J］.中国蔬菜，2020（10）：77-82.

［15］ 熊昭昭，王书月，童雨，等.江西省农业面源污染时空特征及污染风险分析［J］.农业环境科学学报，2018，37（12）：2821-2828.

［16］ 田慎重，郭洪海，姚利，等.中国种养业废弃物肥料化利用发展分析［J］.农业工程学报，2018，34（S1）：123-131.