中国秸秆养分资源及还田的时空分布特征

中国农作物秸秆资源丰富,但不同地区秸秆及其养分资源数量、还田利用状况以及随时间的变化特征仍不清楚。该研究基于官方统计数据和文献资料,分析了中国不同年代各省秸秆资源和氮磷钾养分资源量及其还田利用状况,为秸秆养分资源的合理利用和化肥零增长下作物养分管理提供科学依据和参考。结果表明:从1980s到2010s,中国秸秆及其养分资源总量分别增长了85.5%和10~4%,西北地区以及西藏、黑龙江增幅明显。华北、长江中下游、四川盆地以及黑龙江地区的秸秆及其养分资源占全国的2/3以上。到2010s秸秆资源和氮磷钾养分资源分别达到9.01×10~8和2 485.63×10~4 t,相当于单位耕地面积上6 665.52和183.91 kg/hm~2,比1980s分别增加1 601.18和56.85 kg/hm~2。各种作物秸秆及其养分资源所占比例各地区差异较大,2010s谷类作物秸秆及其养分资源分别占全国的69.86%和56.47%,东北地区谷类作物秸秆比例最高;果蔬类作物秸秆及其养分资源分别占9.67%和21.99%,东南地区果蔬类作物秸秆比例最高;豆类、薯类、油料类、棉麻纤维类和其他类作物秸秆及其养分资源占比相对较小。从1980s到2010s,秸秆直接还田量持续增加,燃烧还田量从1980s到2000s增加,2010s则下降。然而,秸秆养分还田量持续增加,氮磷钾还田总量从1980s的583.92×10~4 t(N 97.81×10~4 t、P_2O_5 40.10×10~4 t和K_2O 446.01×10~4 t)增加到2010s的1 770.66×10~4 t(N 574.53×10~4 t、P_2O_5 105.53×10~4 t和K_2O 1 090.60×10~4 t),相当于单位耕地面积从60.89 kg/hm~2(N 10.20 kg/hm~2、P_2O_5 4.18 kg/hm~2、K_2O 46.51 kg/hm~2)增加到131.02 kg/hm~2(N 42.51 kg/hm~2、P_2O_5 7.81 kg/hm~2、K_2O 80.70 kg/hm~2)。1980s、1990s、2000s、2010s秸秆氮磷钾养分还田率分别为47.92%、56.16%、60.11%和71.24%。内蒙古、新疆、黑龙江省秸秆养分还田率增加明显,但华北、长江中下游和四川盆地秸秆养分还田量占全国秸秆养分还田总量的2/3以上。     

安徽省县域麦稻玉米秸秆时空分异特征与还田养分输入量测算

安徽省是国家重要商品粮生产基地,作为农业大省其粮食作物秸秆产量居于全国前列。明晰全省产粮大县主要粮食作物秸秆理论资源量和可收集资源量时空分布特征,并准确测算秸秆就地还田对土壤养分输入的贡献,可为秸秆全量化差异化利用策略优化及秸秆还田情景下的农田养分平衡调控提供决策依据。研究表明,2011-2019年安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆资源总量呈现出稳步增长的态势,而不同作物秸秆产量年际变化趋势各异：小麦秸秆先升后稳,水稻秸秆波动不大,玉米秸秆逐年递增。2019年安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆理论资源量为3 878万t,其中小麦、水稻和玉米秸秆所占比例分别为47.3%、36.3%和16.4%。淮北区为小麦和玉米秸秆资源集中分布区,占比分别为73.0%和88.3%,水稻秸秆主要产自江淮区（41.7%）、皖西区（21.3%）及沿江区（19.7%）。主要粮食作物秸秆资源总量分布表现为淮北区（52.5%）?江淮区（24.3%）?皖西区（10.5%）?沿江区（9.1%）?皖南区（3.6%）。2019年全省产粮大县小麦、水稻和玉米秸秆可收集资源量分别为1 338万、1 041万和542万t,淮北区单位播种面积小麦和玉米秸秆可收集资源量分别为4 505～6 310和4 171～5 395 kg/hm2,江淮区、皖西区和沿江区单位播种面积水稻秸秆可收集资源量分别为4 487～5 326、4 570～5 028和4 329～5 778 kg/hm2。2019年安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分资源总量分别为25.3万、10.9万和90.1万t。在秸秆就地全量还田情景下,小麦玉米主产区（淮北区）小麦秸秆还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为35.8～50.1、14.1～19.8和139.8～195.8 kg/hm2,玉米秸秆还田的养分输入量分别为42.7～55.2、16.9～21.8和93.4～120.9 kg/hm2;水稻主产区（江淮区、皖西区和沿江区）水稻秸秆还田的养分输入量分别为38.0～50.8、18.8～25.0和151.6～202.3 kg/hm2。研究结果对进一步提升安徽省产粮大县秸秆资源综合利用效率及推动农业绿色高质量发展具有重要的现实意义。     

我国有机废弃物资源总量及养分利用潜力

【目的】我国有机废弃物产量巨大,理清我国有机废弃物总量及其养分资源量,有助于实现有机废弃物中养分资源的充分利用,对保障化肥使用量零增长和国家粮食安全具有重大意义。【方法】以我国2009—2019年间典型有机废弃物(秸秆、畜禽粪便、农村人粪尿、污泥和生活有机垃圾)的年产量为研究对象,通过查阅我国统计数据和公开发表的文献资料,对近10年我国有机废弃物总量及其养分资源量进行估算,分析有机废弃物利用潜力。【结果】2009—2019年有机废弃物资源量和养分总量相对稳定,平均有机废弃物总量(干重)为12.9亿t,平均养分含量(N、P₂O₅、K₂O)为4537.9万t。2019年废弃物资源量达13.11亿t (干重),相比2009年增加7.1%;养分总量达到4503.5万t,相比2009年增加3.0%。2019年有机废弃物全量还田可以输入氮(N)约1653.3万t、磷(P₂O₅)约799.6万t、钾(K₂O)约2050.6万t,分别占作物养分需求量的71.8%、75.9...     

中国畜禽粪尿养分资源及其还田的时空分布特征

为准确掌握中国不同地区畜禽粪尿量、畜禽粪尿氮磷钾量及其还田利用随时间变化特征,该研究基于统计数据和文献资料,估算各地区畜禽粪尿量、养分量及各种畜禽粪尿所占比例,分析不同时期畜禽粪尿养分还田量的地区间差异。结果表明:1980s,1990s,2000s和2010s全国畜禽粪尿(鲜质)资源量分别为276 177.41×10~4,391 083.29×10~4,445 885.84×10~4,423 422.87×10~4 t,30多年增长了53.32%,其养分资源分别为2 523.86×10~4 t(N 1 249.47×10~4 t,P_2O_5 230.64×10~4 t,K_2O 1 043.75×10~4 t),3 686.59×10~4 t(N 1 820.79×10~4 t,P_2O_5 327.13×10~4 t,K_2O 1 538.67×10~4 t),4 296.77×10~4 t(N 2 124.13×10~4 t,P_2O_5 401.29×10~4 t,K_2O 1 771.35×10~4 t)和4 089.40×10~4 t(N 2 017.66×10~4 t,P_2O_5 421.17×10~4 t,K_2O 1 650.57×10~4 t),30多年增加了62.03%,其中东北地区增幅最为明显。河南、四川、山东、湖南、云南和内蒙古的畜禽粪尿及其养分量约占全国的40%。全国不同畜禽粪尿及其养分量占总量的比例依次为:牛猪羊家禽马驴骡,但各地区有一定差异。西北、西南和东北地区牛粪尿及其养分占比较大,长江中下游地区猪粪尿及其养分占比最高,西北地区羊粪尿及其养分占比最大,东南地区禽粪及其养分占比最高,马、驴、骡粪尿及其养分在各地区占比都相对较小。1980s,1990s,2000s和2010s全国畜禽粪尿氮磷钾总养分还田量分别为1 132.73×10~4,821.36×10~4,1 860.52×10~4和1 709.19×10~4 t,还田率分别为44.88%,22.28%,43.30%和41.80%,河北、河南、山东、湖南、内蒙古、四川、云南和广西省畜禽粪尿养分还田量约占全国还田量的50%。2010s全国畜禽粪尿N,P_2O_5和K_2O还田量分别为615.91.91×10~4,297.70×10~4和795.58×10~4 t,还田率分别为30.53%,70.68%和48.20%。该研究为中国和各地区畜禽粪尿养分资源的合理利用和化肥零增长下畜禽粪尿养分管理提供科学依据。     

中国作物秸秆养分资源数量估算及其利用状况

基于统计数据、农户调研数据以及公开发表的文献资料中的数据,估算了2006年中国作物秸秆及其养分资源数量,并且对其利用状况进行了详细的分析。结果表明,2006年中国作物秸秆资源数量超过7.6亿t,其中,作物秸秆氮、磷（P2O5）、钾（K2O）养分资源数量分别达到776万t、249万t、1 342万t。从作物秸秆去向来看,作物秸秆还田、秸秆饲用、秸秆燃烧以及其他去向所占比例分别为24.3%、29.9%、35.3%和10.5%。从不同利用方式下作物秸秆养分还田情况来看,2006年中国作物秸秆氮、磷（P2O5）、钾（K2O）养分还田量分别达到304.6万t、175.6万t、966.7万t,占秸秆养分资源量的比例分别为39.3%、70.5%和72.0%,这表明秸秆还田比例及其养分还田比例仍然有很大的提升空间。     

1988-2018年中国水稻秸秆资源时空分布特征及还田替代化肥潜力

中国的水稻秸秆资源丰富,但不同地区水稻秸秆及养分资源量,还田替代化肥潜力以及随时间的变化特征尚不清楚.该研究基于农业农村部1988-2018年在全国稻作区的水稻土长期监测数据,分析了中国各地区不同年份的水稻秸秆和养分资源量及还田替代化肥潜力,为水稻秸秆资源的合理利用提供依据.结果表明:全国近10 a(2009-2018...     

不同施氮水平下秸秆还田对农田黑土养分及活性有机碳的影响

为揭示不同施氮水平下秸秆深埋还田配施菌剂对农田黑土养分与活性有机碳的影响及调控机制,以农田黑土为研究对象,采用裂区试验设计,设置无秸秆还田、秸秆深埋还田配施菌剂为主因素,4个施氮水平(N):0、135、180、225 kg/hm²为副因素,测定农田黑土有机碳、全氮、全磷及可溶性有机碳、易氧化有机碳、轻组有机碳、颗粒有机碳含量的变化。研究表明,在不同施氮水平下,秸秆深埋还田配施菌剂增加了土壤有机碳、全磷、轻组有机碳、易氧化有机碳和可溶性有机碳含量,增幅分别为0.61%～1.55%、2.39%～4.55%、2.85%～45.31%、2.23%～4.08%和46.42%～88.63%,降低了全氮含量,降幅为3.74%～9.55%。在无秸秆还田中,施氮处理与不施氮处理相比,土壤有机碳、全氮、全磷、可溶性有机碳含量增幅分别为2.26%～8.77%、1.65%～3.30%、14.09%～25.00%、4.84%～21.88%;土壤易氧化有机碳含量降低幅度为5.26%～8.83%。在秸秆深埋还田配施菌剂条件下,施氮处理与不施氮处理相比土壤总碳和全磷含量幅度分别为1.32%～3....     

灌淤土区长期施钾对作物产量与养分及土壤钾素的长期效应研究

通过在宁夏灌淤土区长达14年的连续施钾和小麦秸秆还田试验, 研究钾素投入对作物产量、养分和土壤钾素状况的影响.结果表明:小麦秸秆还田和长期施用钾肥均可不同程度提高小麦和玉米的经济产量, 其中施钾年平均增产小麦244 kg·hm-2, 玉米397 kg·hm-2, 处理之间产量表现为氮磷钾肥配合秸秆还田>施用氮磷钾肥>氮磷肥配合秸秆还田>只施用氮磷肥.定位后8～10年施钾肥开始显著有效, 玉米显效时间早于小麦;秸秆还田和钾肥的投入均可提高籽粒和秸秆的钾素吸收量, 秸秆含钾丰富, 籽粒钾含量仅占植株钾总量的13%～17%;施用钾肥可提高作物籽粒大中微量元素含量而降低秸秆中、微量元素含量, 促进籽粒对大部分元素的吸收;长期不施钾肥处理(NP和NP+St)0～20 cm土层土壤速效钾和缓效钾含量较定位开始时下降; 所有处理土壤全钾含量均表现下降, 下降幅度为0.8～1.2 g·kg-1.     

灌淤土区长期施钾对作物产量与养分及土壤钾素的长期效应研究

通过在宁夏灌淤土区长达14年的连续施钾和小麦秸秆还田试验, 研究钾素投入对作物产量、养分和土壤钾素状况的影响。结果表明：小麦秸秆还田和长期施用钾肥均可不同程度提高小麦和玉米的经济产量, 其中施钾年平均增产小麦244 kg·hm^-2, 玉米397 kg·hm^-2, 处理之间产量表现为氮磷钾肥配合秸秆还田〉施用氮磷钾肥〉氮磷肥配合秸秆还田〉只施用氮磷肥。定位后8-10年施钾肥开始显著有效, 玉米显效时间早于小麦;秸秆还田和钾肥的投入均可提高籽粒和秸秆的钾素吸收量, 秸秆含钾丰富, 籽粒钾含量仅占植株钾总量的13%-17%;施用钾肥可提高作物籽粒大中微量元素含量而降低秸秆中、微量元素含量, 促进籽粒对大部分元素的吸收;长期不施钾肥处理（NP和NP＋St）0-20 cm土层土壤速效钾和缓效钾含量较定位开始时下降; 所有处理土壤全钾含量均表现下降, 下降幅度为0.8-1.2 g·kg-1。     

我国北方土壤作物系统内钾素循环特征及秸秆还田与施钾肥的影响

在我国北方 13个省 (市、自治区 )的 25个点上 ,进行了 5年的钾肥定位试验。结果表明 ,我国北方土壤全钾含量地区性差异不大 ,而土壤缓效钾和土壤速效钾含量 ,西北地区土壤远高于东北和华北地区土壤 ,华北地区土壤的土壤缓效钾含量又远高于东北地区土壤 ,而土壤速效钾含量却低于东北地区土壤。在主要种植制下的代表性土壤上 ,东北、西北和华北地区不同种植制度下的作物吸钾量也存在明显差异。西北地区的作物吸钾量一般较高 ,华北地区一年两熟制的作物年吸钾量远大于东北地区的一年一熟制。秸秆还田和施钾肥对作物吸钾量有提高作用。在不施钾肥的情况下 ,土壤钾库长期处在被作物耗用的状态下 ,土壤速效钾含量逐渐下降 ,土壤缓效钾含量也有下降的趋势。施钾肥和秸秆还田配施钾肥 ,均能不同程度地减缓这种下降趋势     

低土壤肥力下施钾和秸秆还田对作物产量及土壤钾素平衡的影响

为了研究我国华北平原低肥力土壤条件下秸秆还田和施钾肥对作物产量和钾素平衡的影响,于2008年10月～2011年10月在中国农业科学院高新技术园区国家测土施肥中心实验室试验基地(河北省廊坊市),通过3年6季的定位试验,比较了施钾与秸秆还田的增产效应、钾素吸收利用和作物-土壤系统的钾素平衡状况。结果表明:在氮、磷肥充足的情况下,施用钾肥(NPK)、秸秆还田(NP+St)和秸秆还田配施钾肥(NPK+St),均有明显的增产效应,表现为NPK+St>NPK>NP+St>NP;不同施钾措施在夏玉米上的增产效果优于冬小麦;同一作物秸秆还田结合施钾肥的增产效果最好,降低了年度间的产量变异系数,在获得高产的同时,年际间产量稳定,有利于稳产;施钾肥和秸秆还田可显著提高小麦和玉米的钾素吸收总量;NPK+St、NPK、NP+St处理的钾素表观平衡系数分别为1.26、0.42、0.92。秸秆还田和施钾肥有利于钾素的收支平衡,减轻作物对土壤钾素的消耗,缓解土壤钾素肥力下降的程度,可维持土壤钾素肥力的稳定。     

京郊畜禽粪肥资源现状及其替代化肥潜力分析

随着都市型规模化养殖业快速发展,畜禽粪尿废物大量排放因缺乏足够面积土地消纳所带来的环境压力很大,而粪尿中的氮磷钾养分与化肥一样对作物同等重要,如何合理利用这些废物资源决定了都市化农业的可持续发展。该文针对京郊养殖业和农用地面积现状,结合调研、收集畜禽养分排泄系数和农田养分需求等参数,估算京郊固液粪便养分资源现状及其替代化肥的潜力。结果表明:京郊畜禽固液粪便中N、P、K养分量分别为58.7×103、21.3×103、29.8×103 t,其中固体粪便N、P、K养分分别为43.1×103、20.3×103和19.7×103 t,京郊畜禽固液粪便可分别满足农田N、P、K养分需求量的99.3%、185.2%、62.7%。大部分区县粪肥中P养分产生量超过作物P需求量,粮田秸秆还田可带入的N、P、K养分分别为11.0×103、1.6×103和15.0×103 t,情景分析表明在秸秆还田条件下,按照磷素平衡原则估算本地区所能消纳的粪肥所带入N、P和K养分数量分别为18.3×103、9.9×103和10.3×103 t,同时需要补充N、K化肥分别为29.8×103和22.2×103 t,其余粪肥则需经过堆肥化处理并输往外地。经过堆肥处理,固体粪肥可提供的N、P、K养分分别下降了23%、11%和12%,外输固体粪肥堆肥可进一步减少农田氮磷负荷以及可能的环境风险。     

不同土地利用方式对棕壤有机氮组分及其剖面分布的影响

研究了典型棕壤不同土地利用方式对有机氮组分及剖面分布的影响。结果表明,三种利用方式对耕层(020.cm)有机氮各组分影响最大。有机氮各组分含量总体趋势为林地柞树林地耕地,林地与柞树林地有机氮组分都是随剖面的加深而降低且基本达显著水平,耕地有机氮各组分在剖面中分布则明显不同。三种利用方式下土壤有机氮组分均以酸解性氮占主体,其占全氮的比例随利用程度的加强和剖面的加深而降低,非酸解性氮则相反。有机氮各组分占酸解氮的比例林地与柞树林地相同,均为氨基酸氮酸解未知态氮酸解氨态氮氨基糖氮;耕地为酸解未知态氮氨基酸态氮酸解氨态氮氨基糖态氮,其中酸解氨态氮的比例在040.cm土层明显高于林地、柞树林地。     

安徽省作物养分供需分析及化肥减施潜力研究

有机-无机相结合的农田养分管理模式是现阶段中国发展绿色农业的必由之路,因而开展有机、无机养分和作物养分需求的比较研究对促进养分资源的合理分配和施用具有重要的参考价值。本文采用文献调查和统计分析的方法,评估了安徽省16市2010—2016年主要有机肥(包括秸秆、粪便、绿肥和饼肥)的养分资源,明晰了安徽省农业生产中有机、无机养分投入现状,并根据农业种植结构开展了有机、无机养分和作物养分需求的差异和关系研究,最后探索了安徽省的化肥减施潜力。结果表明:安徽省2010—2016年平均有机肥养分资源为287.70万t,N、P_2O_5和K_2O分别为104.49万t、39.60万t和143.61万t,可基本满足作物的养分需求;但有机肥的当季利用率低,N、P_2O_5和K_2O的当季利用率分别为21.44%、19.91%和52.61%,有机肥N、P_2O_5和K_2O实际还田量仅占作物养分需求的20.74%、25.38%和63.61%,占农田养分总投入的比重分别为11.87%、10.27%和51.35%。全省N、P_2O_5、K_2O养分实际投入量(包括有机肥和化肥)是作物养分需求的1.75倍、2.47倍和1.24倍,有7个市的N和13个市的P_2O_5养分施用量超过作物需求的2倍,存在较高的环境污染风险。通过控制农业总养分输入,安徽省的化肥减施潜力为35.12%,N、P_2O和K_2O的减施潜力分别为21.28%、23.97%和78.61%。提高有机肥的当季利用率和发展冬季绿肥资源可进一步促进化肥减施。本研究可为安徽省化肥零增长和农牧业的绿色可持续发展提供数据参考。     

氮肥用量对玉米体内养分浓度和养分分配的影响

通过5年的田间试验,研究了不同施氮量对玉米产量、玉米体内养分浓度、养分分配及对每形成单位籽粒产量的吸收养分量的影响。结果表明,玉米籽粒和秸秆中P、K浓度随氮肥用量的增加有逐渐降低的趋势。玉米收获产品中N、K含量在籽粒和秸秆中的分配比与产量均呈现较好的相关性。玉米生长愈好(单产愈高),每形成单位经济产量的磷、钾消耗量愈少,说明良好的作物生长条件有利于提高作物体内养分的转化效率。     

Short and long‐term distribution with depth of soil organic carbon and nutrients under traditional and conservation tillage in a Mediterranean environment (southwest Spain)

The impacts of tillage and cropping sequences on soil organic matter and nutrients have been frequently reported to affect the uppermost soil layers, but there is little published information concerning effects at greater depth. This article reports results on the distribution of soil organic carbon (SOC), active carbon (AC), N, Olsen‐P and extractable K within 100 cm in short (4 yr) and long (16 yr) term experiments under different tillage systems. Short (TT₄) and long (TT₁₆) traditional tillage are compared with conservation tillage, reduced (RT₁₆) and non‐tillage (NT₄). The results show more accumulation of SOC in the near‐surface under RT₁₆ and NT₄ in both experiments compared with traditional tillage. Moreover, greater C content occurs to 40 cm depth in the long‐term experiment. The results demonstrate the importance of time on C accumulation, not only in near‐surface layers but also at greater depths. Active C is an indicator of the increase in soil quality in the long‐term experiment. This trend is only apparent for the first 10 cm in the short‐term experiment. Patterns in N, Olsen‐P and extractable K are similar to that of SOC. However, only extractable K is significantly greater in soil under conservation tillage (RT₁₆ and NT₄) after short and long periods. Potassium availability is a good indicator of the changes caused by tillage. Our results indicate that studies of soils at depth could be very useful in long‐term experiments to demonstrate the effect of conservation tillage on C and nutrient distribution.     

江苏沿海垦区暗管排水农田轮作对土壤有机碳的影响模拟

针对江苏沿海垦区地势平坦、降雨量大,农业生产易受涝渍灾害影响,而新开垦农田土壤贫瘠、有机质含量极低的问题,该研究基于江苏省东台市内省水科院农田暗管排水试验基地的气象、土壤、作物等数据,联合运用田间水文模型-DRAINMOD和土壤有机碳模型-DNDC（Denitrification-Decomposition Model）,研究了轮作和秸秆还田方式对暗管排水农田土壤有机碳（Soil Organic Carbon,SOC）累积过程的影响。结果显示：对于地下水位埋深较浅的沿海垦区,在DRAINMOD准确预测暗管排水农田地下水位动态的基础上,运用DNDC模型可以更好地预测土壤有机碳的累积过程;以2021年土壤有机碳含量（2.95 g/kg）为初始值,DNDC模型32 a长序列模拟发现,冬小麦-玉米轮作配施全量秸秆还田措施效果最佳,可提升耕层土壤有机碳含量至17.85 g/kg;冬小麦-玉米-冬小麦-绿肥（紫花苜蓿）轮作配施全量秸秆还田措施可提升耕层土壤有机碳含量至16.12 g/kg,具有很好的固碳效果。与研究区现有明沟排水系统相比,暗管排水可快速降低地下水位,减少涝渍胁迫,作物产量提升3.90%,耕层固碳速率提升39.39%。暗管排水条件下,湿润年频繁降雨造成了土壤干湿交替变化,由此激发了高强度土壤的呼吸作用,导致了一定程度的SOC损失;建议采用农田控制排水措施来抑制过度排水,减少高强度土壤呼吸对SOC累积过程的不利影响。研究成果可为沿海垦区农田地力提升和农业碳中和提供参考。     

退耕还林地区农村能源问题解决途径

退耕还林是生态环境综合治理的关键措施。不合理的农村能源消费结构和落后的能源消费方式是破坏森林植被的重要原因之一。实施退耕还林后,必须妥善解决农村能源问题。通过分析,提出在退耕还林地区进行农村能源消费结构调整,改变以秸秆、薪柴为主要能源的能源消费结构,大力发展沼气和推广以煤代柴,逐步建立以沼气为主,煤炭、电力、薪柴为辅的多元能源消费结构。