黑龙江省作物秸秆养分资源时空特征及替代化肥潜力

黑龙江省农作物秸秆资源丰富,明确秸秆资源特征及其养分替代利用潜力,对于黑龙江省养分资源管理、农田土壤培肥和农业可持续发展具有重要意义。本研究以黑龙江省主要农作物玉米、水稻、大豆和小麦为研究对象,基于黑龙江省统计年鉴数据,采用草谷比法和系数法分别估算了秸秆资源量和秸秆养分资源量,分析了黑龙江省秸秆资源演变特征和有效养分量。结果表明:1980年到2018年黑龙江省主要农作物秸秆资源量表现为前期缓、后期快的波动上升趋势。2018年秸秆资源量达到了8 523.0万t,玉米秸秆资源量占到总量的57.5%,水稻占30.9%,大豆为11.1%,小麦为0.5%。黑龙江省农作物秸秆资源存在区域特征:玉米秸秆主要分布在黑龙江省南部和西部,水稻秸秆主要分布在黑龙江南部和东部,大豆秸秆主要分布在黑龙江北部和西部,小麦秸秆主要分布在黑龙江北部。哈尔滨市、齐齐哈尔市、绥化市、佳木斯市和农垦总局的秸秆资源量最高,占比76.0%。2018年秸秆全部还田后的氮(N)、磷(P₂O₅)和钾(K₂O)有效养分资源量分别为27.6、10.0和77.3万t,分别可...     

豫东地区主要农作物秸秆资源量及化肥替代潜力

本文以周口市为例,采用草谷比法估算了2012—2021年周口市小麦、玉米、花生、大豆4种主要农作物秸秆产量及养分资源量。结果表明：周口市主要农作物秸秆产量年均1 005万t,秸秆养分资源总量年均为纯N 8.04万t、P2O5 5.28万t、K2O 15.26万t,秸秆养分释放总量年均达到20.98万t,小麦、玉米秸秆是周口市秸秆资源的主要来源;以2021年数据为例,玉米秸秆全量还田后可以释放氮35.46 kg/hm2、磷17.08 kg/hm2、钾85.35 kg/hm2,理论上可替代小麦生产中纯N 19.3%～20.3%、P2O5 10.7%～34.2%和K2O 100%的化肥施用量。周口市秸秆资源量丰富,合理化利用后将具有巨大的化肥替代潜力。随着周口市农作物种植结构的变化,小麦、玉米播种面积有望持续增加,将影响未来作物秸秆的产出和利用结构。     

豫东平原主要农作物秸秆资源量及化肥替代潜力

以周口市为例,采用草谷比法估算了周口市自2012-2021年以来主要农作物秸秆产量及养分资源量。结果表明:(1)周口市主要农作物秸秆产量年均1005万t,秸秆养分资源总量年均为8.04万t(N)、5.28万t(P2O5)、15.26万t(K2O),秸秆养分释放总量年均达20.98万t,小麦、玉米秸秆是周口市秸秆资源的主要来源;(2)以2021年数据为例,玉米秸秆全量还田后可释放氮素35.46 kg/hm2、磷素17.08 kg/hm2、钾素85.35 kg/hm2,理论上可替代小麦生产中19.3%~20.3%(N),10.7%~34.2%(P2O5),和100%(K2O)的化肥施用量。周口市秸秆资源量丰富,合理化利用后将具有巨大的化肥替代潜力。随着周口市农作物种植结构的变化,小麦、玉米播种面积有望持续增加,将影响未来作物秸秆的产出和利用结构。     

天津市农作物秸秆资源量评估及分布特征评价

依据天津市统计年鉴,对天津市农作物秸秆类型、资源量及其区域分布特点进行分析评价。结果表明:2012年全市可收集利用的秸秆资源量为1.7×106 t,玉米秸秆和小麦秸秆是天津市主要的作物秸秆种类,其资源量比重分别达到52.0%和34.0%,累积占全市秸秆总量的87.0%,属于优势秸秆资源。其次是棉花秸秆和稻谷秸秆,分别约占总量的7.7%和6.9%。秸秆资源总量区域分布特征显示,远郊5区县秸秆资源量较大,近郊4区和滨海新区秸秆资源量较小。单位播种面积资源分布呈现自北向南、自西向东递减的趋势。     

我国主要粮食作物秸秆还田养分资源量及其对小麦化肥减施的启示

【目的】明确我国主要粮食作物秸秆及其养分资源特征,为秸秆肥料化利用、化肥合理减施及农业绿色生产提供科学依据。【方法】基于《中国统计年鉴》和文献资料数据,估算我国水稻、小麦和玉米秸秆及其养分资源量,分析秸秆和养分资源区域分布特征、养分资源当季释放量以及小麦生产中化肥减施量。【结果】通过文献数据加权估算,我国水稻、小麦和玉米的草谷比分别为1.01、1.14和1.25。2014—2 018年,我国三大粮食作物秸秆年均产量为65 386.6万t,其中水稻、小麦和玉米秸秆产量分别占32.3%、22.7%和45.0%。秸秆资源量的73.3%分布在我国华北、长江中下游和东北农区,其中水稻秸秆主要集中在长江中下游农区(50.7%)、小麦秸秆主要集中在华北农区(59.0%)、玉米秸秆主要集中在东北农区(33.7%)和华北农区(30.4%)。我国水稻、小麦和玉米秸秆氮素(N)平均含量分别为0.78%、0.64%和0.85%,磷素(P₂O₅)平均含量分别为0.42%、0.27%和0.53%,钾素(K₂O)平均含量分别为2.31%、1.53%和...     

滨州市农作物秸秆综合利用现状及发展探析

滨州市位于山东省北部,全市耕地面积660万亩,农作物以小麦、玉米、棉花、水稻、大豆、瓜菜为主。农作物播种面积1019.5万亩,其中,粮食播种面积725万亩,总产量339.3万t,棉花播种面积216万亩,总产量23.2万t。全市农作物秸秆总产量532.24万t,主要来源于小麦、玉米、棉花,3种主要农作物秸秆总量503.37万t,占秸秆总量的94.52%。     

南通市农作物秸秆资源估算及其分布特点

以2002—2017年南通市统计年鉴中农作物经济产量数据为基础,对南通市农作物秸秆资源量进行估算,并分析其分布特点。结果表明,南通市农作物秸秆资源总量多年平均为461.26万t,2013年最高,达484.54万t。农作物秸秆资源以小麦、水稻、玉米和油菜为主。整体来看,南通市小麦秸秆资源量整体呈上升趋势,而水稻秸秆资源量相对稳定。从分布来看,如东秸秆资源量最大,市辖区最少;海安、如东秸秆资源相对丰富,而启东、海门秸秆资源相对匮乏。     

广西主要农作物秸秆资源估算及其空间分布

【目的】分析广西主要农作物秸秆资源量及其空间格局,挖掘广西主要农作物秸秆资源的开发潜力,为广西农作物秸秆资源的综合利用提供参考。【方法】采用草谷比法分析广西主要农作物秸秆资源量及其空间格局。【结果】广西主要农作物秸秆资源总量逐年增加,其中水稻、马铃薯和玉米秸秆是主要来源。2016年广西主要农作物秸秆理论资源量为2306.86万t,可收集资源量为1868.32万t,可能源化利用量为1588.07万t,可转化能源量可折算为733.16万t标准煤。水稻秸秆资源主要分布在南部和北部地区;玉米秸秆资源主要分布在北部和西南部地区;薯类秸秆资源主要分布在西北部和南部地区。【结论】广西主要农作物秸秆资源丰富,秸秆资源总量逐年平稳增加,水稻、薯类和玉米秸秆是主要来源,主要分布在西南和北部地区。     

阜阳市主要作物秸秆养分资源量核算与还田利用潜力分析

阜阳市是农业大市，农作物常年种植面积123万hm2，大宗农作物主要有小麦、玉米、大豆、水稻、薯类等，由此产生的秸秆资源储量十分丰富。本研究以主要种植作物为研究对象，通过查阅阜阳市统计年鉴、政府工作报告和公开发表文献资料，系统估算和分析了阜阳市农业秸秆资源量、养分供应潜力、空间分布特征和主要利用方式，为合理利用秸秆养分资源，实现“减施化肥”和“化肥零增长目标”提供参考。结果表明，全市秸秆有机质资源量为370.62万t，氮、磷、钾总养分为64.82万t秸秆还田养分贡献率约20%，建议秸秆还田后下茬作物化肥施用量减少20%。     

1980—2010年东北地区种植结构时空变化特征

【目的】探讨过去30年东北地区像元尺度种植结构的时空分布特征和演变规律,为东北地区农业政策的调整提供科学基础。【方法】基于1980—2010年东北三省的玉米、大豆、水稻和小麦种植面积的县级统计数据,利用SPAM-China模型获取10 km像元尺度上种植结构的分布信息,构建以像元内种植面积比例超过30%和占比前三位的种植结构类型的判定方式,利用空间叠加方法分析种植比例及其结构类型的时空变化特征。【结果】运用像元结果初步阐明了东北地区的种植结构变化特征,首先种植规模的优先顺序在2000年左右发生了变化,由玉米大豆小麦水稻变为玉米大豆水稻小麦;其次,30年间共出现14种组合类型,包括6种水稻及其组合类型由1980年的8.30%增至2010年18.64%,主要分布于辽河平原、松嫩平原和三江平原等地;7种玉米及其组合类型占比超过三分之二,累积比例增长3.7%,主要分布在东北的中西部,是该地区的主要种植作物;5种大豆及其组合类型累积比例减少4.2%,空间上发生了显著的置换,由散布在三省的格局迅速北移集中于黑龙江;7种小麦及其组合类型累积比例从26.82%降为3.17%,是变化最为显著的种植结构类型,现有少量集中于黑龙江嫩江附近。再次,3种种植结构类型变化较多,一是由开垦耕地带来的新类型,占所有变化类型比例为20.91%,特别是黑龙江省拓荒带来的大规模水稻种植;二是单一作物型变化为两种或以上作物类型组合,占比为34.90%,组合作物主要为水稻和大豆;三是多种作物组合型变为单一作物型,将种植结构类型集聚,占比为41.36%,主要为玉米种植区的调整。【结论】过去30年种植结构类型变化规律为种植结构类型分布受玉米和大豆主导,其中大豆空间转移至黑龙江,水稻正成为东北地区重要种植类型,而小麦则持续萎缩至局部地区,种植结构类型变化趋势将以玉米、大豆和水稻为主,单一化趋势显著。种植结构调整方向应从减少单一玉米型和增加水稻和大豆组合型入手。     

我国主要粮食作物秸秆还田替代化学氮肥潜力

基于最新农业统计资料和文献数据,分析了2013—2017年我国不同省份和不同农区主要粮食作物秸秆氮养分资源量及还田当季替代化学氮肥的潜力,为秸秆还田条件下的化学氮肥替代和减施提供科学依据。结果表明,我国主要粮食作物种植区域水稻、小麦和玉米秸秆年均产量分别为2.3亿、1.7亿t和3.9亿t,所含氮养分资源量分别为209万、108万t和356万t。三大粮食作物秸秆氮养分资源主要分布在华北、长江中下游和东北农区,分别占全国总量的31.6%、25.4%和24.2%。其中,水稻秸秆氮养分资源主要分布在长江中下游农区(120.9万t);小麦秸秆氮养分资源主要分布在华北农区(66.6万t),玉米秸秆氮养分资源集中分布于华北农区(142.1万t)和东北农区(132.5万t)。水稻秸秆还田化学氮肥可替代量较大的省份为江苏、湖北、浙江、湖南、辽宁和安徽,为34.6～46.5 kg·hm(~-2);小麦秸秆还田化学氮肥可替代量较大的省份为河南、河北、山东、安徽、江苏和新疆,为22.2～27.4kg·hm(~-2);玉米秸秆还田化学氮肥可替代量较大的省份有吉林、辽宁、内蒙古、宁夏、黑龙江、山东、江苏、新疆、湖南和安徽,为54.3～70.7 kg·hm(~-2)。在秸秆全量还田的情况下,我国水稻、小麦和玉米秸秆还田当季化学氮肥可替代总量分别为99万、54万t和192万t,化学氮肥可替代量分别为33.6、23.4 kg·hm(~-2)和51.2 kg·hm(~-2)。我国主要粮食作物秸秆氮养分资源量巨大,在秸秆还田化学氮肥替代潜力较大的地区,合理利用秸秆氮养分资源是实现化学氮肥减量的重要途径。     

长三角地区农作物秸秆资源量的时空分布特点

为提高长三角地区秸秆资源的综合利用率,采用草谷比法,评估长三角地区秸秆的资源量和秸秆资源的分布特点。结果表明:2000-2014年长三角地区农作物秸秆资源总量呈稳中上升趋势;秸秆分布地区格局差异显著;作物秸秆产量主要分布在粮食主产区的江苏省和安徽省,浙江省和上海市则比较低,2000-2014年作物秸秆资源量为江苏安徽浙江上海;农作物秸秆主要类型为稻谷、小麦和油菜籽,以稻谷为长三角地区最主要的粮食作物秸秆。     

吉林省主要农作物秸秆空间分布特征及沼气潜力分析

基于吉林省主要农作物水稻、玉米、薯类、大豆、油料作物的产量，本文利用草谷比系数和可收集系数分区域估算不同种类的农作物秸秆资源量，以未被利用的秸秆资源量为原料，计算秸秆资源的沼气利用潜力。结果表明，2020年吉林省主要农作物秸秆理论资源量为6 522.51万t，可收集资源量为5 393.73万t，中部地区秸秆资源较多，东南地区较少，其中长春市秸秆资源最多。吉林省未被利用的玉米、水稻秸秆资源为1 291.29万t，折合标煤667.30万t，通过沼气工程处置，产沼气潜力为40.16亿～58.67亿m³，折合标煤343.52万～502.00万t，可以减排二氧化碳913.76万～1 335.32万t，能源转化率可达51.48%～75.24%；如果全部用于发电，发电潜力为72.27亿～129.08亿kW·h。产沼气潜力最大的地区是松原市，为8.83亿～12.96亿m³，发电潜力为15.89亿～28.51亿kW·h。通过分析农作物秸秆资源量及空间特征，估算不同地区农作物秸秆的沼气潜力，对吉林省农作物秸秆的合理利用及沼气工程建设发展具有非常重要而深远的意义。     

21世纪以来三江平原农作物种植结构演化研究

客观分析农作物种植结构演化是优化调整农作物种植结构、推进农业供给侧改革和实现农业现代化的重要基础。基于2000—2015年遥感影像反演数据,利用数理统计分析和GIS空间分析方法,刻画三江平原农作物种植结构时空演变特征及规律。结果表明:1)2000—2015年三江平原大豆与其他作物的种植面积明显减少,而玉米和水稻种植面积显著增加。2)从时序看,15 a间三江平原县域农作物种植结构类型向水稻与玉米等单一化类型演变,且以大豆与其他作物组合型为主导的县域农作物种植结构类型向水稻和玉米组合型转变。3)从空间看,玉米与水稻的单一化类型与组合型主要扩张于东北部河流沿岸及中部地势低平的平原县域,而大豆与其他作物组合型则萎缩至西北和南部地势较高的山地丘陵县域。4)自然环境、社会经济状况、科学技术等因素共同作用推动了三江平原农作物种植面积和种植结构类型时空变化。在国家/区域农业供给侧结构性改革中,三江平原需要调减玉米种植规模,适当调增大豆种植规模,稳定水稻种植规模,形成合理种植结构与布局。     

中国玉米生育期变化及其影响因子研究

【目的】在全球气候变化背景下,分析中国玉米播种期和成熟期的变动情况以及气候资源变化特征。【方法】在收集整理全国2 414个县的玉米生育期数据的基础上,绘制了1970s和2000s中国玉米的播种期与收获期分布图;在整理全国618个气象站点1971-2010年气象资料的基础上,绘制了1970s时段和2000s时段中国年均温度、降雨和太阳辐射量空间分布图。以农业种植一级区为基本单位,建立不同区域农业气候资源变化与玉米生育期变化的回归方程,并将PRECIS模型中B2情景数据代入方程组预测2030s中国玉米的生育期。【结果】与1970s时段相比,2000s时段东北大豆春麦甜菜区的玉米播种期基本保持不变;其它各农业种植一级区的玉米播种期均提前约1-15 d;除东北大豆春麦甜菜区和北部高原小杂粮甜菜区春玉米的成熟期平均推迟了11 d和3 d,2000s时段其它玉米种植区域的成熟期平均提前3-12 d。2000s时段云贵高原稻玉米烟草区的玉米生育期缩短约5 d,黄淮海棉麦油烟果区、华南双季稻热带作物甘蔗区和西北绿洲麦棉甜菜葡萄区的玉米生育期基本保持不变;其它各区域玉米生育期均有所延长。与2000s时段相比,B2情景下,2030s东北大豆春麦甜菜区的春玉米播种期将推迟2-5 d,其它各农业种植一级区的玉米播种期将提前2-19 d;东北大豆春麦甜菜区、北部高原小杂粮甜菜区和华南双季稻热带作物甘蔗区的玉米成熟期将推迟4-15 d,黄淮海棉麦油烟果区、长江中下游稻棉油桑茶区、川陕盆地稻玉米薯类柑橘桑区和云贵高原稻玉米烟草区的玉米成熟期将提前2-12 d,南方丘陵双季稻茶柑橘区和西北绿洲麦棉甜菜葡萄区的玉米成熟期则基本保持不变。2030s时段黄淮海棉麦油烟果区和云贵高原稻玉米烟草区的玉米生育期则将缩短3-6 d,其它区域的玉米生育期将延长2-15 d。【结论】中国气候正朝着增温、变干和低辐射的方向发展。受温度、降雨和太阳辐射量变化的影响,中国不同农业种植区域内玉米生育期变动明显,其中除东北大豆春麦甜菜区外玉米播种期以提前为主,玉米成熟期的变动则较为复杂,玉米的生育期则以延长为主。     

我国农作物秸秆资源利用特征、技术模式及发展建议

为促进我国秸秆禁烧和综合利用工作,综述了各区域农作物秸秆资源产生、利用现状及现有技术模式。2016年全国秸秆理论资源量达到9.84×108t,可收集量达到8.24×108t,玉米、水稻和小麦三类农作物秸秆占总量的83.51%。秸秆已利用量为6.73×108t,综合利用率达到81.68%,其中肥料化、饲料化、基料化、燃料化、原料化利用率分别为47.20%、17.99%、11.79%、2.23%、2.47%,形成农用为主的综合利用格局。不同区域之间秸秆利用水平差异显著,华北区、西北区、华东区、中南区、西南区、东北区秸秆综合利用率依次为94.73%、89.21%、88.89%、83.01%、74.27%、63.43%。全国秸秆利用技术模式可分为秸秆还田利用型和循环利用型两大类,其中秸秆还田模式主要有玉米秸秆深翻养地还田模式、棉花秸秆深翻还田技术模式、麦秸覆盖玉米秸秆旋耕还田技术模式、少免耕秸秆覆盖还田技术模式、稻麦(油)秸秆粉碎旋耕还田技术模式、秸秆快速腐熟还田技术模式;秸秆循环利用模式主要有秸-饲-肥种养结合技术模式、秸-沼-肥能源生态技术模式、秸-菌-肥基质利用技术模式、秸-炭-肥还田改土技术模式。为进一步促进秸秆综合利用产业化发展,提出了构建整体推进的工作体系、全量利用的技术体系、完善配套的政策体系相互结合的对策建议。     

中国主要农作物生物质能生态潜力及时空分析

【目的】农业生物质能资源可开发潜力的估算是农业生物质能科学开发利用研究的关键和基础。同时农作物秸秆还田具有维护和增强土壤功能的作用,因此对农业生物质能生态潜力的评估,是实现农业生物质能可持续开发的重要前提。基于此,考虑土壤生态要求,研究不同还田比情景下中国主要农作物的生物质能生态潜力,并对其时空间特性和结构构成进行分析,为中国农业生物质能的开发利用提供参考。【方法】首先,结合相关历史统计数据,运用线性回归法、文献调研和专家预测等方法,对未来全国农作物播种面积、各省（市、自治区）播种面积占比、主要农作物种植比例和单产进行预测;其次,在分析已有相关研究的基础上,对秸秆的草谷比、工业比、饲料比和燃烧比进行设计,并从保护土壤功能的角度,结合相关研究文献,运用情景分析法,设计高、中、低三种秸秆还田比情景;最终,从空间分布和时间分布的角度,对中国主要农作物最终可利用生物质能潜力进行分析说明,并提出相关发展建议。【结果】（1）到2050年,低还田比（0.3）、中还田比（0.5）和高还田比（0.75）情景下中国主要农作物最终可利用生物质能分别为1.62亿吨标煤、0.78亿吨标煤、0.11亿吨标煤,且随着时间的推移,中国主要农作物最终可利用生物质能会发生空间、时间和种类构成集聚的现象;（2）在低、中还田比情景下,中国主要农作物最终可利用生物质能主要分布在东北、华东、华中,其中河南、黑龙江、山东、新疆等地占比较大;从时间分布上来看主要集中在8月、9月和10月,从构成上来看主要是由稻谷、小麦和玉米秸杆构成;（3）在高还田比情景下,从空间上来看则主要集中在华东、华中、华南和西南,其中广西、云南、河南、黑龙江等地占比较大,时间上则集中在1月、2月、11月和12月,在构成上则仅由小麦、豆类、薯类和甘蔗构成。【结论】在主要农作物生物质能开发方面,可优先考虑河南、黑龙江、新疆、山东等地。在构建区域农作物秸秆集散基地、农业生物质能开发利用产业基地、大型秸秆直燃发电基地等大型综合农业生物质能开发项目,可优先考虑东北和华中区域。此外,可通过农作物种植结构调整、提高农业管理水平等措施,进一步提高西南、西北地区主要农作物最终可利用生物质能潜力。     

Effects of Conservation Tillage on Crop Yield: a Case Study in the Part of Typical Ecological Zones in China

To evaluate the effects of different conservation tillage modes on crop yield in various ecological regions, we interviewed peasant households in the Northeast China Plain, North China Plain, Chengdu Plain, and Northwest China Oasis, China, to analyze the influencing factors of the tillage methods on crop yield. An index set was determined from seven yield parameters based on expert consultation and relevant literature. A comprehensive evaluation of conservation tillage methods in the various ecological regions was carried out using fuzzy theory. The approaches with the highest scores were identified for each region: wide and narrow rotation planting with high stubble standing retention in the Northeast China Plain; seeding after rotary tilled of wheat under corn straw mulching and no-tillage seeding of corn and other crops under wheat straw mulching in the North China Plain; no tillage with high stubble retention in the Northwest China Oasis;and no-tillage seeding of wheat and other crops under rice straw mulching in Chengdu Plain. These research data provide a useful guide for the selection of conservation tillage methods for optimum yields in different regions of China.