氨是大气中的微量气体之一，能够与SO₂、NO_x发生反应生成硝酸铵和硫酸铵等二次粒子，是细颗粒物(PM_2.5)形成的重要前体物^[1-4]。氨排放对大气环境的影响不容小觑，大量的氨在空气中累积将对生态系统造成破坏，引起空气质量恶化，危害人类健康^[5-8]。此外，氨排放还会造成土壤酸化、水体富营养化、温室气体增多等环境问题^[9]。因此，掌握氨的排放及分布特征将有利于从源头上控制氨排放，对治理雾霾、改善空气质量有重要的现实意义。

大气中的氨来源主要分为自然源和人为源，自然源包括非农用土地和海洋蒸发，人为源包括农业源和非农业源^[10-11]。农业源是氨排放的主要贡献源，包括氮肥施用、畜牧养殖、秸秆燃烧等，其中氮肥施用及畜牧养殖氨排放占农业源氨排放总量的70%~90%，农业生态系统的氨排放会造成农作物营养流失以及氮肥损失^[12-14]。近年来，大气污染成为热点话题，国内外对氨排放清单及特征研究逐渐增多，已有学者从国家、区域等不同尺度进行了研究^[15-16]。

山东是我国工业、文化、农业、人口大省，随着经济社会的快速发展，人口数量持续增加，加大了对农牧产品的需求力度，增加了该地区的氨排放量。与此同时，雾霾天气时有出现，成为城市之痛，虽然近年来环保督查力度不断加大，空气质量有所好转，但是空气质量并没有从根本上得到改善。大气污染防治往往更多地集中于工业燃煤、施工扬尘、汽车尾气、散煤燃烧等方面，对农业源氨减排的关注度则较低。因此，对山东省农业源氨排放进行研究有利于全面掌握农业源氨排放现状及趋势，可为合理施肥、控制氨源、改善环境以及研究雾霾形成机制提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 研究区域及数据来源

以2015年为基准年，研究区域为山东省17个地市，参考环保部《大气氨源排放清单编制技术指南(试行)》[17(]以下简称《指南》)相关要求，基于《山东统计年鉴2016》牛、猪、羊、家禽、兔、氮肥折吨量、农村人口、稻谷、小麦、玉米、大豆、薯类、花生、棉花、农作物播种面积等活动水平数据(表 1)^[18]，计算主要的农业源氨排放量(畜禽养殖、氮肥施用、农村人口、生物质燃烧、土壤本底和固氮植物等)。

1.2 排放因子法

采用排放因子法进行估算，计算公式^{[1, 14]}如下：

(1)

(2)

式中：E为氨排放量，t；i和j分别为地市和源类别；A为活动数据；EF为排放因子。不同排放源活动水平代表的数据类型存在差异，不同农业源活动水平和排放因子如下。

1.2.1 畜禽养殖

以《山东统计年鉴2016》中猪、牛、羊、家禽及兔5种畜禽为活动数据(表 1)，排放因子主要参照《指南》以及国内外研究成果，优先选用国家的编制指南或国内实测数据，确定本文的畜禽养殖排放因子^{[3, 10-16, 19]}，分别为牛21.76 kg·头^-1·a^-1、猪5.66 kg·头^-1·a^-1、羊2.59 kg·头^-1·a^-1、兔0.42 kg·只^-1·a^-1、家禽0.23 kg·只^-1·a^-1。

1.2.2 氮肥施用

氮肥施用后会以氨的形式挥发到大气中，是重要的大气氨排放源。氮肥种类、施用量、土壤类型、气候条件等都会影响氨的排放。山东省氮肥施用类型主要为碳酸氢铵和尿素，因统计年鉴中未按氮肥类型给出施用量数据，所以本文参考相关文献计算不同类型氮肥的施用份额及排放因子^{[9, 14, 20-22]}：碳酸氢铵48%，排放因子22.8%；尿素43%，排放因子20.85%；硝酸铵3%，排放因子2.31%；硫酸铵1%，排放因子8%；其他氮肥5%，排放因子4%。

1.2.3 土壤本底

土壤本底的活动水平为各地市农作物播种面积，土壤本底排放系数定义为每亩(667 m²)耕地每年向大气排放氨的量，参考《指南》，确定土壤本底排放因子为0.12 kg·亩^-1·a^-1。

1.2.4 固氮植物

固氮植物的活动水平为大豆、花生等固氮植物的年种植面积，固氮植物排放系数定义为该植物单位固氮量排放大气氨的量。根据统计年鉴数据并参考《指南》，确定大豆的排放因子为0.07 kg·亩^-1·a^-1，花生为0.08 kg·亩^-1·a^-1。

1.2.5 人体排放

人体主要通过汗液、呼吸和粪便三种途径释放氨，农业源氨排放主要考虑农村人口的排放量，活动水平为农村人口数量，排放因子取0.5 kg·人^-1·a^{-1 [20]}。

1.2.6 生物质燃烧

结合山东省实际情况，生物质燃烧主要考虑秸秆焚烧氨排放量，计算公式^{[4, 20]}如下：

(3)

式中：j为农作物类型；P为农作物产量，t；C和R分别为农作物谷草比和谷草干燥比；D为废弃秸秆焚烧比例；F为焚烧效率；EF_j为排放因子，取1.3 g·kg^-1·a^-1。具体取值如表 2^[20]所示。

2 结果与讨论 2.1 山东省农业源氨排放总量

山东省2015年农业源氨排放清单及排放贡献率如表 3及图 1所示，农业源氨排放总量105.831万t，其中畜禽养殖排放量最大，为68.673万t，占排放总量的64.89%；其次是氮肥施用，排放量30.835万t，占排放总量的29.14%；生物质燃烧、农村人口、土壤本底的氨排放量差异不大，分别占排放总量的2.05%、2.00%、1.84%；固氮植物的氨排放量最小，仅为0.09万t，占排放总量的0.09%，这主要是因为花生、大豆等经济作物在山东种植面积不大。由此可以看出，畜禽养殖和氮肥施用是山东省农业源氨排放的最主要贡献源，两者占总排放量的94%，这与浙江、四川、重庆、上海、西安、苏州、长株潭地区、川渝地区等省(市)或地区的情况类似^[6-14]。

畜禽养殖是农业源氨排放的最大贡献源。具体分析(图 2)来看，猪是氨排放量最大的贡献源，排放量为32.895万t，占畜禽排放的47.9%；其次是家禽，排放量为17.152万t，贡献率为24.98%；羊和牛的氨排放量差异不大，分别为88.493万t和84.074万t，贡献率分别为12.89%和12.24%；兔的排放量最小，为13.693万t，仅占畜禽排放的1.99%。

2.2 山东省农业源氨排放的地区差异

山东省各地市农业源氨排放特征如表 3所示，排放量最大的地市为菏泽市，达到了13.662万t，排放强度为11.16 t·km^-2；其次是德州和潍坊市，分别为10.739万t和10.713万t，潍坊市面积大于德州市，导致潍坊市的排放强度(6.76 t · km^-2)小于德州市(10.37 t·km^-2)；临沂及济宁市的排放量接近10万t，分别为9.738万t和9.674万t，排放强度为5.66 t·km^-2和8.65 t·km^-2；排放量位于5~8万t的地市依次为聊城(7.91万t)、济南(6.295万t)、烟台(6.143万t)、泰安(5.905万t)、滨州(5.589万t)；其他地市排放量在5万t以下，莱芜市的排放量最小，仅为0.891万t，这主要是因为莱芜市是以钢铁为主的工业市，面积较小，农业不是其主要产业。

因为畜禽养殖和氮肥施用是农业源氨排放的最主要贡献源，所以本文具体分析了这两大贡献源的地区差异。由图 3可知，菏泽市无论是畜禽养殖氨排放量(8.238万t)还是氮肥施用氨排放量(4.648万t)都是山东省17地市当中最高的，畜禽养殖贡献率最大的是猪(3.315万t)和羊(2.681万t)，其次是家禽(1.122万t)、牛(0.999万t)和兔(0.121万t)，这与其他地市略有区别，其他地市畜禽养殖贡献率最大的是猪和家禽。菏泽是传统农业大市，畜禽养殖和氮肥施用量均居山东省前列，而且羊汤是菏泽的传统名吃，因此羊的养殖量高于其他地市。潍坊市的畜禽养殖氨排放量(8.003万t)仅次于菏泽市，猪和家禽是其主要贡献源，临沂、德州、济宁的畜禽养殖氨排放量在6万t以上，其余地市均在5万t以下。氮肥施用氨排放贡献大的是碳酸氢铵和尿素。德州、聊城、济宁、临沂、潍坊、烟台的氮肥施用导致的氨排放在2万t以上，明显高于其他地市。由此可以看出，菏泽、德州、潍坊、临沂、济宁、聊城等以农业为主的地市，对其农业源氨排放量有很大影响^[6]。

2.3 山东省农业源氨排放清单与部分省份对比

与部分省份氨排放清单比较结果见表 4，四川省(2012年)农业源氨排放量接近于山东省(2015年)，其中畜禽养殖氨排放量较山东少6.693万t，氮肥施用氨排放量较山东少7.815万t，生物质燃烧排放量较山东多1.817万t，人口排放量较山东多4.242万t，这主要是因为四川省的人体排放包括城市人口和农村人口，而山东省农业源氨排放量仅考虑了农村人口；广东省(2010年)的畜禽养殖和氮肥施用的农业源氨排放量接近，二者之和为49.31万t，比山东省(2015年)畜禽养殖氨排放量还小；浙江省(2013年)畜禽养殖、氮肥施用、土壤本底、固氮植物的氨排放量合计为12.87万t，仅为山东省(2015年)排放总量的13%；安徽省(2014年)氮肥施用、土壤本底和固氮植物氨排放之和为4.98万t，仅占山东省(2015年)氮肥施用氨排放量的16%。由此可知，与部分省份相比，山东省农业源氨排放总量是较高的。

2.4 山东省农业源氨减排措施

山东省是农业、人口、工业大省，也是农业源氨排放大省，与部分省或地区相比排放量较大^[15]。但是其区域发展不平衡问题较突出，所以农业源氨排放表现出明显的地市差异，淄博、东营、威海、莱芜等市是传统的工业城市，其农业源氨排放量较小，而菏泽、德州、潍坊、临沂、济宁、聊城等农业大市的农业源氨排放量则较大，今后应加强监测这些重点地市，从源头加以控制农业源氨排放。

对于菏泽、德州、潍坊、临沂、济宁、聊城等农业源氨排放大市，应从控制畜禽养殖规模和合理施肥两方面着手整改，对于畜禽养殖而言，菏泽市的重点控制源是猪和羊，其他地市重点控制猪和家禽。从饲喂、畜禽圈舍、粪污存储、粪肥土地利用4个方面着手采取相应的控制措施^[23]，如采取严格划定禁养区、建立规模化养殖场、低氮饲料喂养、及时清理畜舍、加强粪污密封、合理利用粪污施肥等措施减少畜禽养殖氨排放量。对于氮肥施用而言，应加强测土配方施肥力度、控制施肥强度、有机肥替代化肥、多施控释氮肥、覆土深施，大力推行种养结合模式，切实减少农业源氨排放量^{[1, 6-7, 23]}。

2.5 不确定性分析

排放因子本地化不足及部分统计年鉴数据缺失等问题是排放量估算不确定性的主要来源^[12]。畜禽氨排放主要来自圈养、放牧、厩肥保存和施肥4个阶段，但是由于年鉴提供的活动水平数据并没有将畜禽养殖细分为4个阶段，且不同排放源的排放因子未采用《指南》中列出的排放因子，而是参考以往研究折算的平均值，缺少本地化数据，这增加了研究结果的不确定性，所以在下一步研究中应结合实地调查、模型估算等手段对研究结果进行校验，不断完善估算方法及排放因子本地化研究，以获得更准确的研究结果^[3]。此外，农作物冠层氨挥发量也是农业源氨排放的重要来源，在下一步研究中，应该进一步考虑农作物冠层氨挥发，制定冠层氨挥发排放因子，使估算结果更科学准确。

3 结论

(1) 山东省2015年农业源氨排放量为105.831万t，排放强度为6.71 t·km^-2。

(2) 畜禽养殖是最大的排放源，排放量为68.673万t，占总排放量的64.89%，其中猪是畜禽养殖的最大排放源，占畜禽养殖氨排放的47.90%。氮肥施用是仅次于畜禽养殖的主要排放源，排放量为30.835万t，占总排放量的29.14%，而生物质燃烧、农村人口、土壤本底和固氮植物的氨排放量较小。

(3) 菏泽、德州、潍坊、临沂、济宁、聊城是农业源氨排放大市，氨排放量为7.91~13.662万t，而东营、威海、淄博、莱芜是传统的工业城市，农业源氨排放量较小(< 3万t)。