華南區(qū)域秸稈和畜禽糞便有機(jī)鉀資源調(diào)查分析

黃繼川，彭智平，徐培智，涂玉婷

（廣東省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/廣東省養(yǎng)分資源循環(huán)利用與耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部南方植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

華南區(qū)域秸稈和畜禽糞便有機(jī)鉀資源調(diào)查分析

黃繼川，彭智平，徐培智，涂玉婷

（廣東省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/廣東省養(yǎng)分資源循環(huán)利用與耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部南方植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

根據(jù)資料查閱統(tǒng)計(jì)了華南區(qū)域（廣東、廣西和海南）主要作物秸稈（水稻、玉米、香蕉、甘蔗、花生、薯類(lèi)、豆類(lèi)、蔬菜和煙葉）和畜禽糞便（豬、家禽、肉牛、羊、兔、役牛、奶牛和母豬）的資源量及有機(jī)K2O資源量。結(jié)果表明，2008—2014年間華南區(qū)域年均秸稈資源量為6 571.09萬(wàn)t，廣西、廣東和海南分別占秸稈資源總量的61.59%、32.53%和19.89%；秸稈K2O資源量為85.95萬(wàn)t，廣西、廣東和海南分別占秸稈K2O資源的48.56%、43.65%和7.78%。在畜禽糞便方面，2010—2014年間華南區(qū)域畜禽糞便排泄量年均為19 645.16萬(wàn)t，廣西、廣東和海南分別占55.42%、36.76%和7.82%；畜禽糞便年均有機(jī)K2O資源總量為65.28萬(wàn)t，廣西、廣東和海南分別占52.60%、39.32%和8.07%。華南地區(qū)有機(jī)鉀資源體量大，具有很好的挖掘利用前景。

有機(jī)鉀；秸稈；畜禽糞便；肥料；農(nóng)業(yè)利用

鉀是植物生長(zhǎng)所需的僅次于氮的三大營(yíng)養(yǎng)要素之一，植物體內(nèi)含鉀量一般占干物質(zhì)的0.2%～4.1%［1］，鉀具有提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)［2］和增強(qiáng)抗逆性的作用，有品質(zhì)元素和抗逆元素之稱。

鉀資源對(duì)于糧食安全具有重要意義。全球鉀資源總量約為2 500億t，主要分布于北半球的歐洲和北美洲，其中加拿大和俄羅斯儲(chǔ)量超過(guò)81%。我國(guó)是鉀資源嚴(yán)重缺乏的國(guó)家，探明資源總量2.1億t，以氯化鉀為主，產(chǎn)地主要在西北地區(qū)和西南地區(qū)等偏遠(yuǎn)山區(qū)，資源有限且品味不高，按照2012年390萬(wàn)t的產(chǎn)量?jī)H夠50年開(kāi)采［3］。然而，我國(guó)鉀肥消費(fèi)量一直高于鉀肥產(chǎn)量，2015年單質(zhì)鉀肥用量642.3萬(wàn)t，復(fù)合肥2 175.7萬(wàn)t，復(fù)合肥若按照鉀養(yǎng)分10%計(jì)，則鉀肥年用量在850萬(wàn)t以上，供需矛盾明顯［4］。

鉀礦屬不可再生資源，除科學(xué)高效利用鉀肥外，如何將秸稈和畜禽糞便等有機(jī)鉀源循環(huán)再利用、加速土壤鉀素循環(huán)和挖掘土壤供鉀能力是保護(hù)利用有限鉀礦資源和發(fā)揮鉀肥效益最大化的主要出路。我國(guó)農(nóng)業(yè)有機(jī)鉀資源儲(chǔ)量巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)每年產(chǎn)生各類(lèi)農(nóng)作物秸稈約7億t［5］，秸稈廢棄物中富含有機(jī)碳以及N、P、K和中微量元素，是重要的有機(jī)肥源；畜禽糞便產(chǎn)生量約30億t，畜禽糞便含有豐富的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，且鉀素含量高，其中豬糞、雞糞和牛糞全鉀含量分別為1.01%、1.39%和0.99%［6］?？茖W(xué)合理利用好農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便中的有機(jī)鉀資源將有效緩解我國(guó)鉀肥供不應(yīng)求的矛盾。本文根據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析了我國(guó)華南地區(qū)（廣東、廣西、海南）主要作物秸稈、畜禽糞便資源極其K2O資源儲(chǔ)量。

1 材料與方法

本研究于2015—2016年在廣東、廣西、海南收集秸稈資源，秸稈烘干后采用火焰分光光度方法檢測(cè)秸稈K2O含量［7］。此外，通過(guò)查閱文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)作物秸稈、畜禽糞便兩大類(lèi)有機(jī)鉀資源，其中每一項(xiàng)有機(jī)資源總量的計(jì)算公式如下：

式中，∑表示總量為各地區(qū)所有作物種類(lèi)、所有畜禽種類(lèi)的總和，而括號(hào)內(nèi)每一個(gè)變量均為各個(gè)地區(qū)每一種作物的單產(chǎn)、收獲面積、草谷比、秸稈K2O濃度和每一種畜禽的數(shù)量、排泄系數(shù)、養(yǎng)殖周期和糞便K2O濃度。例如，作物主要包括谷類(lèi)作物（水稻、玉米、其他谷類(lèi)），經(jīng)濟(jì)作物（大豆、花生、蔬菜、煙草等）和甘蔗、香蕉以及薯類(lèi)作物等。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物秸稈資源及有機(jī)鉀資源統(tǒng)計(jì)

2.1.1 不同作物草谷比及秸稈K2O濃度 表1所示，草谷比是指農(nóng)作物地上莖稈產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量之比，它是評(píng)價(jià)農(nóng)作物產(chǎn)出效率的重要指標(biāo)，又稱為農(nóng)作物副產(chǎn)品與主產(chǎn)品之比。本文通過(guò)文獻(xiàn)查閱和實(shí)際調(diào)研獲得以下各作物的草谷比數(shù)據(jù)，其中水稻草谷比指稻草產(chǎn)量與稻谷產(chǎn)量之比，秸稈中未計(jì)算稻殼；玉米草谷比指玉米秸稈產(chǎn)量與玉米產(chǎn)量之比，玉米芯未列入計(jì)算；香蕉秸稈指蕉葉、假莖、球莖等，香蕉果軸和果皮等未列入統(tǒng)計(jì)；甘蔗秸稈包括葉稍、蔗頭和尾稍以及蔗渣；花生秸稈指地上部花生秧苗，花生殼未列入統(tǒng)計(jì)；豆類(lèi)秸稈指地上部葉片和藤蔓等廢棄物；薯類(lèi)包括地上部葉片、藤蔓和莖稈等；煙草包括廢棄煙葉煙桿和加工副產(chǎn)物；蔬菜主要為各類(lèi)蔬菜地上部廢棄物。

表1 不同作物草谷比及K2O含量

2.1.2 華南區(qū)域作物秸稈資源和有機(jī)鉀資源 根據(jù)農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司官方網(wǎng)站（http：//202.127.42.157//moazzys/nongqing.aspx）統(tǒng)計(jì)出2008—2014年廣東、廣西和海南不同作物收獲面積、總產(chǎn)及單產(chǎn)的平均值，并根據(jù)不同作物草谷比和K2O含量測(cè)算出不同作物秸稈量及有機(jī)K2O資源量，結(jié)果見(jiàn)表2。

按照地域分析，2008—2014年7年間華南區(qū)域作物秸稈（水稻、玉米、香蕉、甘蔗、花生、薯類(lèi)、豆類(lèi)、煙草、蔬菜）資源量平均為6 571.09萬(wàn)t，其中廣西為4 047.26萬(wàn)t，廣東和海南分別為2 105.2萬(wàn)、418.63萬(wàn)t，分別占秸稈資源總量的61.59%、32.53%和19.89%。華南區(qū)域秸稈（水稻、玉米、香蕉、甘蔗、花生、薯類(lèi)、豆類(lèi)、煙草、蔬菜）有機(jī)K2O資源平均為85.95萬(wàn)t，其中廣西為41.74萬(wàn)t，廣東和海南分別為37.52萬(wàn)、6.69萬(wàn)t，分別占秸稈K2O資源的48.56%、43.65%和 7.78%。

表2 2008—2014年不同作物播種面積、產(chǎn)量、秸稈量和K2O資源量

按照秸稈種類(lèi)來(lái)分，2008—2014年7年間甘蔗秸稈是華南區(qū)域作物秸稈的第一大組分，平均為2 859.58萬(wàn)t，占43.52%；其次為水稻2 113.68萬(wàn)t，占32.17%；再次為蔬菜558.61萬(wàn)t，占8.50%；玉米（388.05萬(wàn)t）和香蕉（297.43萬(wàn)t）分別占5.91%和4.53%；其他花生（118.77萬(wàn)t）、薯類(lèi)（128.73萬(wàn)t）、豆類(lèi)（92.21萬(wàn)t）及煙葉（14.03萬(wàn)t）占比較小，分別為1.81%、1.96%、1.40%和0.21%。華南區(qū)域秸稈K2O資源按照作物種類(lèi)來(lái)分水稻秸稈K2O資源最高，平均為50.32萬(wàn)t，占58.55%；其次為蔬菜（10.23萬(wàn)t），占11.90%；香蕉（7.73）、玉米（6.52萬(wàn)t）和甘蔗（6.01萬(wàn)t）所占比例分別為8.99%、7.59%和6.99%；花生（2.6萬(wàn)t）、薯類(lèi)（1.65萬(wàn)t）分別為3.03%、1.92%；而煙葉（0.25萬(wàn)t）最少，所占比例僅為0.29%。

2.2 華南區(qū)域畜禽糞便排泄量及有機(jī)鉀資源

2.2.1 不同畜禽的糞便排泄系數(shù)和糞便K2O含量 畜禽排泄系數(shù)與畜禽種類(lèi)、個(gè)體差異、生長(zhǎng)期、生長(zhǎng)狀況、飼養(yǎng)方式、氣候和季節(jié)等因素有關(guān)［13］。目前在畜禽排泄系數(shù)方面沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)文獻(xiàn)查閱參照前人研究結(jié)果，各類(lèi)畜禽糞便和尿液排泄系數(shù)及K2O含量見(jiàn)表3。

表3 主要畜禽糞便排泄系數(shù)和K2O含量

2.2.2 華南區(qū)域畜禽數(shù)量及糞便排泄量以及K2O排量 本文中肉豬、肉牛、家禽、兔、羊的數(shù)量按照出欄量計(jì)算，母豬、奶牛、役用牛和馬按照存欄量計(jì)算［17］。畜禽飼養(yǎng)周期方面，平均飼養(yǎng)周期大于1年的畜禽統(tǒng)計(jì)全年的畜禽糞便其飼養(yǎng)周期按365 d計(jì)［14］；豬的飼養(yǎng)周期約為199 d［18］；家禽的飼養(yǎng)周期參照肉雞的飼養(yǎng)周期為55 d［19］；兔的飼養(yǎng)周期為140 d［20］，母豬、役用牛、奶牛、肉牛、羊、馬的飼養(yǎng)周期均以365 d計(jì)。

調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示，2010—2014年華南地區(qū)畜禽糞便年均排泄量為19 645.16萬(wàn) t，而通過(guò)年度分析呈逐年增加趨勢(shì)，2014年較2010年增加32.21%。從區(qū)域來(lái)看，各年度畜禽糞便排泄量廣西最多，達(dá)到10 886.46萬(wàn)t，占55.42%；其次為廣東7 221.59萬(wàn)t，占36.76%；海南為1 537.11萬(wàn)t，僅占7.82%。2010—2014年華南畜禽糞便年均K2O資源量為65.28萬(wàn)t，呈逐年遞增趨勢(shì)，2014年較2010年增加21.09%。從各區(qū)域來(lái)看，各年度畜禽糞便K2O資源量以廣西最高，達(dá)到34.34萬(wàn)t，占52.60%；其次為廣東25.67萬(wàn)t，占39.32%，廣東的占比呈逐年遞減趨勢(shì)；海南為5.27萬(wàn)t，占比為8.07%。

表4 不同畜禽數(shù)量、糞便排泄量及K2O資源量

按照畜禽種類(lèi)來(lái)分，畜禽糞便以肉豬最多，達(dá)到6 718.99萬(wàn)t，占34.20%；其次為役牛6 003.55萬(wàn)t，占30.56%；肉牛、母豬、家禽分別為2 919.89萬(wàn)、1 937.21萬(wàn)、1 345.74萬(wàn)t，占比分別為14.86%、9.89%和6.85%；而羊、馬、奶牛和兔分別為277.18萬(wàn)、275.94萬(wàn)、152.72萬(wàn)、13.94萬(wàn)t，分別占1.41%、1.40%、0.78%和0.07%。畜禽糞便K2O資源量方面以肉豬最高，達(dá)到24.63萬(wàn)t，占37.73%；其次為肉牛和役牛，分別為9.75萬(wàn)、9.28萬(wàn)t，占比分別為14.94%和14.21%；母豬、家禽、奶牛和羊分別為7.27萬(wàn)、4.51萬(wàn)、4.27萬(wàn)、3.83萬(wàn)t；馬和兔分別為1.72萬(wàn)、0.02萬(wàn)t，占比分別為2.63%和0.03%。

2.3 有機(jī)鉀資源利用現(xiàn)狀

2.3.1 作物秸稈鉀資源還田利用現(xiàn)狀 在化肥普及應(yīng)用前的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，有機(jī)鉀肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中鉀的主要來(lái)源，1979年南方13省區(qū)以有機(jī)鉀形式進(jìn)入土壤的K2O量達(dá)到353萬(wàn)t，占當(dāng)年進(jìn)入土壤總鉀量的95%［21］。秸稈有機(jī)鉀資源回田利用目前主要途徑有直接還田、堆漚發(fā)酵還田、留高茬還田和過(guò)腹還田等［9］，隨著農(nóng)業(yè)資源的緊缺以及秸稈還田技術(shù)改善和人們農(nóng)業(yè)知識(shí)水平的提高，2008 年我國(guó)已經(jīng)有 2 676萬(wàn)hm2農(nóng)田實(shí)現(xiàn)了秸稈還田［22］。各地區(qū)存在作物種類(lèi)、秸稈利用方式以及調(diào)查統(tǒng)計(jì)口徑不一的問(wèn)題。韓魯佳等［23］調(diào)查顯示我國(guó)作物秸稈還田率低于21.2%；遲德龍等［24］調(diào)查秸稈還田率僅為10%；李珊珊［25］的調(diào)查發(fā)現(xiàn)秸稈資源還田率為48.4%；劉鵬等［26］對(duì)吉林?。ㄋ?、玉米和大豆）秸稈的利用現(xiàn)狀調(diào)查表明，秸稈直接還田僅為4.04%。樊馳［12］調(diào)查了西南地區(qū)（四川、貴州、重慶和云南）主要作物秸稈鉀的還田狀況，水稻秸稈通過(guò)還田給土壤提供的鉀素最多，占秸稈鉀還田的59.9%。西南地區(qū)直接還田、直接還田加焚燒還田、還田的秸稈鉀總量分別為30.95萬(wàn)、61.72萬(wàn)、91.60萬(wàn)t，分別占化學(xué)鉀肥使用量的 40.9%、81.5%和121.0%，秸稈鉀替代化學(xué)鉀肥的資源潛力巨大?？傮w而言，農(nóng)作物秸稈鉀資源化利用率低是我國(guó)普遍存在的問(wèn)題。而對(duì)于華南地區(qū)，由于復(fù)種指數(shù)高，如蔬菜一年多茬，早稻和晚稻間隔時(shí)間短，農(nóng)時(shí)緊張，許多作物秸稈直接被丟棄或焚燒，因此，秸稈有機(jī)鉀養(yǎng)分利用率可能較全國(guó)平均水平更低。

2.3.2 畜禽糞便鉀資源利用現(xiàn)狀 畜禽養(yǎng)殖在華南區(qū)域規(guī)模大，有機(jī)鉀資源體量巨大，作為肥料，可以提供豐富的鉀、氮和磷及有機(jī)物等養(yǎng)分。然而，畜禽糞便鉀資源的還田利用必須經(jīng)過(guò)糞便收集、堆漚發(fā)酵、腐熟等無(wú)害化階段方可還田利用。而目前規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)豬、牛糞便收集利用率不到33%，畜禽糞便總的收集利用率也不到50%［27］。因此，在畜禽糞便有機(jī)鉀資源的肥料化回田利用率總體較低。

表5 我國(guó)主要禽畜糞尿的收集利用率［27］

2.4 有機(jī)鉀資源回田替代效果

秸稈和畜禽廢棄物還田后在土壤微生物的作用下釋放碳、氮、磷、鉀和中微量元素，能夠有效增加土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量［28-29］，一定程度上緩解土壤礦質(zhì)元素的耗竭，提高土壤綜合肥力［30-31］，如稻稈回田作物可利用其鉀素的50%～90%［21］；還田秸稈初期主要是通過(guò)自身鉀素釋放提高當(dāng)季土壤速效鉀含量，而長(zhǎng)期秸稈還田還可能促進(jìn)礦物鉀的釋放［32］。秸稈還田其中養(yǎng)分的釋放速率表現(xiàn)為鉀＞磷＞碳＞氮，鉀在培養(yǎng)12 d后釋放率可達(dá)到98%［33］；香蕉莖稈還田對(duì)養(yǎng)分的釋放速率表現(xiàn)為鉀＞磷＞氮≈碳，培養(yǎng)180 d時(shí)，4種養(yǎng)分元素的釋放率均達(dá)到80%以上［34］。說(shuō)明有機(jī)鉀肥源回田利用具有很好的生物有效性，對(duì)于提高土壤速效K含量，培肥土壤具有良好的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，作物秸稈和畜禽糞便中的有機(jī)鉀素是重要的鉀肥來(lái)源，對(duì)補(bǔ)充和調(diào)節(jié)土壤鉀素平衡具有重要意義。本文統(tǒng)計(jì)的華南區(qū)域（廣東、廣西和海南）作物秸稈資源年產(chǎn)生量為6 571.09萬(wàn)t，秸稈鉀（K2O）資源年平均為85.95萬(wàn)t；畜禽糞便資源年排放量平均為19 645.16萬(wàn)t，畜禽糞便鉀（K2O）資源年均為65.28萬(wàn)t。華南區(qū)域秸稈和畜禽糞便有機(jī)K2O資源量合計(jì)年均為151.23萬(wàn)t，其中秸稈有機(jī)K2O資源量占56.83%，畜禽糞便有機(jī)K2O資源量占43.17%。然而2013年度華南區(qū)域（廣東、廣西和海南）單質(zhì)鉀肥K2O的年均投入量為113.9萬(wàn)t，復(fù)合肥投入量為188萬(wàn)t［35］，若按照復(fù)合肥含K2O量10%計(jì)算，K2O的投入量為18.8萬(wàn)t，合計(jì)化肥總K2O的投入量為132.7萬(wàn)t，而秸稈和畜禽糞便有機(jī)K2O資源比化肥K2O的投入量還高出18.53萬(wàn)t，具有很大的利用空間。但是由于利用技術(shù)、配套設(shè)施和應(yīng)用成本等多種限制因素，導(dǎo)致有機(jī)鉀資源的利用率不高，而如此巨量的有機(jī)鉀資源如能替代化學(xué)鉀肥實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，不僅可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供豐富的有機(jī)鉀肥，有效緩解我國(guó)鉀肥供需矛盾，且對(duì)于鉀礦資源的持續(xù)保護(hù)利用以及環(huán)境保護(hù)等方面意義重大，具有重大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

有機(jī)鉀肥不僅可以有效供給鉀養(yǎng)分，還伴隨著氮、磷、中微量元素以及有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)充，與化學(xué)鉀肥相比，有機(jī)鉀無(wú)氯離子和硫酸根離子等伴隨離子，對(duì)作物和土壤環(huán)境友好，可施用于任何作物、任何土壤，且適宜多種施肥方法，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基肥、設(shè)施栽培基質(zhì)、育苗基質(zhì)、花卉基質(zhì)、城市園林和種子包衣等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

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（責(zé)任編輯 楊賢智）

Investigation and analysis of organic potassium resources from straw and livestock manure in South China

HUANG Ji-chuan，PENG Zhi-ping，XU Pei-zhi，TU Yu-ting
（Institute of Agricultural Resources and Environment，Guangdong Academy of Agricultural Sciences/ Guangdong Key Laboratory of Nutrient Cycling and Farmland Conservation/Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer in South Region，Ministry of Agriculture，Guangzhou 510640，China）

The resources amount and its organic potassium （K2O） of crop straw （rice，corn，banana，sugarcane，peanut，potato，beans，vegetables and tobacco） and livestock manure （pig，poultry，cattle，sheep，rabbit，cattle，cow and sow） in South China were investigated and analyzed based on various document literature. The results showed that the annual quantity of straw resources was 65 710 900 tons during 2008 to 2014 in South China areas，Guangxi，Guangdong and Hainan accounted for 61.59%，32.53% and 19.89%，respectively. The amount of potassium （K2O） from crop straw was 859 500 tons，Guangxi，Guangdong and Hainan accounted for 48.56%，43.65% and 7.78%，respectively. The annual average quantity of livestock manure was up to 196 451 600 tons during 2010 to 2014 in South China areas，Guangxi，Guangdong and Hainan accounted for 55.42%，36.76% and 7.82%，respectively. The amount of organic potassium （K2O） from livestock manure was 652 800 tons，Guangxi，Guangdong and Hainan accounted for 52.60%，39.32% and 8.07%，respectively. There is a lot of organic potassium resources in South China，which has a good prospect of exploitation and utilization.

organic potassium；straw；livestock manure；fertilizer；agricultural utilization

S141

A

1004-874X（2017）04-0083-07

黃繼川，彭智平，徐培智，等. 華南區(qū)域秸稈和畜禽糞便有機(jī)鉀資源調(diào)查分析［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，44（4）：83-89.

2017-03-02

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014B090904068，2016B070701009）；廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)基金項(xiàng)目（201525）；國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)（201203013）

黃繼川（1981-），男，在職博士生，副研究員，E-mail：huangkuang_2002@aliyun.com