中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (4): 721-739.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.008
马荣辉1(), 杨武杰1, 于蕾1(
), 杨泽龙2, 王健1, 郭跃升1
收稿日期:
2023-03-23
接受日期:
2023-08-30
出版日期:
2024-02-16
发布日期:
2024-02-20
通信作者:
联系方式:
马荣辉,E-mail:maronghui518@163.com。
基金资助:
MA RongHui1(), YANG WuJie1, YU Lei1(
), YANG ZeLong2, WANG Jian1, GUO YueSheng1
Received:
2023-03-23
Accepted:
2023-08-30
Published:
2024-02-16
Online:
2024-02-20
摘要:
【目的】计算作物秸秆、畜禽粪尿资源数量及养分总量,分析其替代化肥潜力,为统筹与合理利用全省有机肥资源提供数据支撑。【方法】对不同作物(小麦、玉米、水稻/稻谷、大豆、马铃薯、花生和棉花)和畜禽(牛、猪、羊、家禽和兔),利用草谷比和排泄系数法,估算山东省2016-2020年作物秸秆和畜禽粪尿资源总量及养分总量,分析变化趋势,计算不同区域和种类有机肥替代化肥潜力。【结果】(1)2020年全省作物秸秆资源总量为7 616.8×104 t,养分总量为163.2×104 t, N、P2O5、K2O养分量分别为63.6×104、9.2×104和90.5×104 t。秸秆养分资源理论替代化肥潜力为42.9%,实际替代化肥潜力为20.9%;秸秆中N、P2O5、K2O资源理论替代化肥潜力分别为35.3%、9.0%和92.2%,实际替代化肥潜力分别为12.5%、4.2%和53.7%;2016-2020年作物秸秆资源总量增加了16.8%。(2)2020年全省畜禽粪尿资源总量为9 131.2×104 t,养分总量为82.7×104 t,N、P2O5、K2O养分量分别为35.2×104、11.7×104和35.7×104 t。畜禽粪尿养分资源理论替代化肥潜力为21.7%,实际替代化肥潜力为19.5%;畜禽粪尿中N、P2O5、K2O资源理论替代化肥潜力分别为19.6%、11.4%和36.4%,实际替代化肥潜力分别为17.7%、10.3%和32.9%;2016-2020年畜禽粪尿资源总量减少了25.4%。(3)不同区域作物秸秆和畜禽粪尿养分资源理论替代化肥潜力大小为鲁西和鲁北>鲁南>鲁中南>鲁中>鲁东地区。鲁西和鲁北、鲁南地区最高,分别为77.0%和75.6%;鲁东地区最低,为46.5%。其中德州潜力最大,为95.3%,其次是东营、滨州,分别为92.6%和91.2%;烟台和威海最小,分别为35.5%和40.6%。(4)不同作物秸秆和畜禽粪尿养分资源理论替代化肥潜力分别为玉米秸秆(16.7%)>小麦秸秆(16.2%)>马铃薯秸秆(4.9%)>花生秸秆(3.6%)>水稻秸秆(0.7%)>棉花秸秆(0.4%)、大豆秸秆(0.4%),牛粪尿(8.7%)>猪粪尿(6.5%)>羊粪尿(3.2%)、家禽粪(3.2%)>兔粪(0.1%)。【结论】2020年全省作物秸秆和畜禽粪尿资源总量为16 748.0×104 t,养分总量为245.9×104 t。作物秸秆和畜禽粪尿养分资源理论替代化肥潜力为64.6%,实际替代化肥潜力为40.4%。作物秸秆和畜禽粪尿中氮(N)、磷(P2O5)和钾(K2O)资源理论替代化肥潜力分别为54.8%、20.4%和128.6%,实际替代化肥潜力分别为30.2%、14.5%和86.6%。鲁西、鲁北以及鲁南地区作物秸秆和畜禽粪尿有机肥资源非常丰富,鲁中、鲁东地区相对较少;玉米和小麦等作物秸秆有机肥资源较多,牛和猪等畜禽粪尿有机肥资源较多,高效合理利用作物秸秆和畜禽粪尿等有机肥资源,是实现化肥减施增效的重要保障。
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表1
研究分区"
区域Region | 地市City |
---|---|
鲁东地区 East Shandong | 青岛、烟台、威海 Qingdao, Yantai, Weihai |
鲁南地区 South Shandong | 日照、临沂 Rizhao, Linyi |
鲁中南地区 South Central Shandong | 枣庄、济宁、泰安 Zaozhuang, Jining, Taian |
鲁中地区 Central Shandong | 济南、淄博、潍坊 Jinan, Zibo, Weifang |
鲁西和鲁北地区 North and West Shandong | 东营、德州、聊城、滨州、菏泽 Dongying, Dezhou, Liaocheng, Binzhou, Heze |
表2
主要作物秸秆草谷比、养分含量和养分当季释放率"
作物 Crop | 草谷比 Straw/grain | 秸秆养分含量 Nutrient contents in straw (%) | 养分当季释放率 Percent of in-season nutrient release from straw (%) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
N | P2O5 | K2O | N | P2O5 | K2O | ||
小麦Wheat | 1.34 | 0.54 | 0.09 | 1.16 | 50.11 | 62.01 | 89.05 |
玉米Maize | 1.23 | 0.89 | 0.11 | 0.99 | 54.04 | 73.03 | 84.43 |
水稻/稻谷Rice | 0.97 | 0.82 | 0.13 | 1.90 | 47.19 | 66.69 | 84.91 |
大豆Soybean | 1.53 | 0.89 | 0.09 | 0.64 | 52.06 | 54.41 | 84.30 |
马铃薯Potato | 0.50 | 2.35 | 0.49 | 2.76 | 51.61 | 81.00 | 76.90 |
花生Peanut | 1.41 | 1.64 | 0.15 | 1.56 | 51.61 | 66.50 | 85.82 |
棉花Cotton | 2.82 | 0.85 | 0.22 | 1.63 | 45.11 | 31.85 | 96.33 |
表3
畜禽饲养周期、粪尿日排泄量及养分含量"
畜禽种类 Livestock | 饲养周期 Feeding period (d) | 粪便Excrement | 尿液Urine | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
排泄量系数Excretion (kg·d-1) | N (%) | P2O5 (%) | K2O (%) | 排泄量系数Excretion (kg·d-1) | N (%) | P2O5 (%) | K2O (%) | ||
牛Cattle | >365 | 24.87 | 0.38 | 0.10 | 0.24 | 11.7 | 0.51 | 0.02 | 0.92 |
猪Pig | 192 | 2.71 | 0.55 | 0.26 | 0.30 | 3.86 | 0.18 | 0.02 | 0.16 |
羊Sheep | >365 | 2.09 | 1.01 | 0.22 | 0.54 | 0.64 | 0.70 | 0.03 | 0.77 |
家禽Poultry | 67 | 0.12 | 0.81 | 0.37 | 0.62 | - | - | - | - |
兔Rabbit | 90 | 0.20 | 0.87 | 0.30 | 0.66 | - | - | - | - |
表6
2020年山东省各区域有机肥资源、粮食产量、化肥消费量、养分需求占比以及理论有机替代化肥潜力"
区域 Region | 有机肥资源量占比 Organic fertilizer resources ratio (%) | 粮食产量占比 Grain yield ratio (%) | 化肥消费量占比 Chemical fertilizer consumption ratio (%) | 养分需求量占比 Proportion of fertilizer demand ratio (%) | 理论有机替代化肥潜力 Potential of theoretical organic substitution for chemical fertilizer (%) |
---|---|---|---|---|---|
鲁东地区East Shandong | 12.4 | 12.3 | 17.9 | 12.5 | 46.5 |
鲁南地区South Shandong | 12.5 | 10.0 | 10.3 | 9.5 | 75.6 |
鲁中南地区South Central Shandong | 15.7 | 20.4 | 18.9 | 21.4 | 62.1 |
鲁中地区Central Shandong | 15.9 | 15.6 | 18.5 | 15.7 | 55.3 |
鲁西和鲁北地区 North and West Shandong | 43.5 | 41.8 | 34.5 | 41.0 | 77.0 |
表7
2020年山东省16地市有机肥替代化肥潜力"
区域 Region | 地市 City | 秸秆养分量 Straw nutrient (×104 t) | 畜禽养分量 Livestock manure nutrient (×104 t) | 总计 Sum (×104 t) | 实际有机替代化肥潜力 Potential of actual organic substitution for chemical fertilizer (%) | 理论有机替代化肥潜力 Potential of theoretical organic substitution for chemical fertilizer (%) |
---|---|---|---|---|---|---|
鲁东地区 East Shandong | 青岛QD | 12.3 | 4.0 | 16.3 | 37.5 | 62.0 |
烟台YT | 6.3 | 5.1 | 11.5 | 23.0 | 35.5 | |
威海WH | 2.7 | 1.2 | 3.8 | 22.8 | 40.6 | |
小计Total | 21.3 | 10.3 | 31.6 | 28.6 | 46.5 | |
鲁南地区 South Shandong | 日照RZ | 3.1 | 2.3 | 5.4 | 37.7 | 67.9 |
临沂LY | 13.8 | 10.3 | 24.1 | 43.5 | 77.5 | |
小计Total | 16.9 | 12.6 | 29.5 | 42.3 | 75.6 | |
鲁中南地区 South Central Shandong | 枣庄ZZ | 10.7 | 1.7 | 12.4 | 37.8 | 65.3 |
济宁JN-2 | 13.7 | 6.2 | 20.0 | 33.5 | 57.8 | |
泰安TA | 9.1 | 3.3 | 12.4 | 35.7 | 67.1 | |
小计Total | 33.5 | 11.2 | 44.7 | 35.2 | 62.1 | |
鲁中地区 Central Shandong | 济南JN-1 | 7.8 | 4.5 | 12.3 | 38.9 | 60.0 |
淄博ZB | 3.6 | 2.3 | 5.9 | 49.3 | 75.5 | |
潍坊WF | 13.5 | 7.1 | 20.6 | 32.0 | 49.2 | |
小计Total | 25.0 | 13.9 | 38.9 | 35.9 | 55.3 | |
鲁西和鲁北地区 North and West Shandong | 东营DY | 3.4 | 4.2 | 7.7 | 65.8 | 92.6 |
德州DZ | 18.8 | 9.8 | 28.5 | 63.9 | 95.3 | |
聊城LC | 14.1 | 4.3 | 18.4 | 36.5 | 57.1 | |
滨州BZ | 9.3 | 7.4 | 16.7 | 60.7 | 91.2 | |
菏泽HZ | 21.0 | 9.0 | 30.0 | 45.1 | 70.0 | |
小计Total | 66.6 | 34.7 | 101.3 | 50.8 | 77.0 | |
合计Sum | 163.3 | 82.7 | 245.9 | 40.4 | 64.6 |
表8
2020年山东省16地市作物秸秆、畜禽粪尿资源有效还田率"
资源类型 Resource type | 济南 JN-1 | 青岛 QD | 淄博 ZB | 枣庄 ZZ | 东营 DY | 烟台 YT | 潍坊 WF | 济宁 JN-2 | 泰安 TA | 威海 WF | 日照 RZ | 临沂 LY | 德州 DZ | 聊城 LC | 滨州 BZ | 菏泽 HZ | 平均 Average |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
作物秸秆 Crop straw | 72.0 | 70.6 | 68.0 | 76.6 | 67.5 | 59.1 | 71.1 | 60.9 | 55.4 | 57.2 | 46.2 | 46.5 | 75.9 | 76.7 | 66.2 | 73.6 | 67.8 |
畜禽粪尿资源Livestock manure | 87.4 | 93.9 | 89.8 | 89.4 | 88.6 | 93.0 | 92.1 | 89.1 | 91.8 | 93.5 | 86.0 | 86.7 | 89.5 | 90.2 | 89.2 | 89.9 | 90.1 |
表9
2020年山东省作物秸秆和畜禽粪尿养分资源替代化肥潜力"
资源类型 Resource type | 理论有机替代化肥潜力 Potential of theoretical organic substitution for chemical fertilizer (%) | 实际有机替代化肥潜力 Potential of actual organic substitution for chemical fertilizer (%) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
N | P2O5 | K2O | 合计 Total | N | P2O5 | K2O | 合计 Total | |
作物秸秆 Crop straw | 35.3 | 9.0 | 92.2 | 42.9 | 12.5 | 4.2 | 53.7 | 20.9 |
畜禽粪尿 Livestock manure | 19.6 | 11.4 | 36.4 | 21.7 | 17.7 | 10.3 | 32.9 | 19.5 |
合计 Total | 54.9 | 20.4 | 128.6 | 64.6 | 30.2 | 14.5 | 86.6 | 40.4 |
表10
2020年不同种类作物秸秆和畜禽粪尿养分资源理论替代化肥潜力"
作物 Crop | N (%) | P2O5 (%) | K2O (%) | 合计 Total (%) | 畜禽 Livestock | N (%) | P2O5 (%) | K2O (%) | 合计 Total (%) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
玉米Maize | 15.8 | 3.4 | 32.2 | 16.7 | 牛Cattle | 8.2 | 2.5 | 16.3 | 8.7 | |
小麦Wheat | 10.3 | 3.0 | 40.7 | 16.2 | 猪Pig | 6.8 | 4.3 | 8.2 | 6.5 | |
马铃薯Potato | 4.4 | 1.6 | 9.4 | 4.9 | 羊Sheep | 1.5 | 2.2 | 7.6 | 3.2 | |
花生Peanut | 3.7 | 0.6 | 6.4 | 3.6 | 家禽Poultry | 3.0 | 2.4 | 4.3 | 3.2 | |
水稻/稻谷Rice | 0.4 | 0.1 | 1.9 | 0.7 | 兔Rabbit | 0.1 | 0 | 0.1 | 0.1 | |
棉花Cotton | 0.3 | 0.1 | 1.0 | 0.4 | ||||||
大豆Soybean | 0.4 | 0.1 | 0.6 | 0.4 |
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