我國(guó)春麥區(qū)小麥化肥有機(jī)替代潛力分析

賈立國(guó)，石曉華，蘇亞拉其其格，秦永林，于靜，陳楊，樊明壽

我國(guó)春麥區(qū)小麥化肥有機(jī)替代潛力分析

賈立國(guó)1，石曉華1，蘇亞拉其其格2，秦永林1，于靜1，陳楊2，樊明壽1

（1內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，呼和浩特 010019；2內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，呼和浩特 010011）

【】明確我國(guó)春小麥養(yǎng)分管理的主要問(wèn)題，因地制宜地提出不同?。▍^(qū)）春小麥化肥有機(jī)替代的技術(shù)途徑，為春小麥生產(chǎn)化肥零增長(zhǎng)和可持續(xù)發(fā)展提供參考。通過(guò)農(nóng)戶實(shí)地調(diào)研與農(nóng)戶調(diào)研文獻(xiàn)資料收集的2 166組數(shù)據(jù)，比較分析不同?。▍^(qū)）春小麥養(yǎng)分管理存在的問(wèn)題。通過(guò)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站2018年公布的最新牲畜數(shù)量、春小麥播種面積和產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，利用已發(fā)表文獻(xiàn)關(guān)于牲畜糞、秸稈和綠肥作物的養(yǎng)分含量，定量化分析春小麥主要?。▍^(qū)）的化肥有機(jī)替代潛力，結(jié)合氣候、土壤和有機(jī)資源現(xiàn)狀，提出適宜不同省（區(qū)）春小麥有機(jī)替代途徑?；瘜W(xué)氮肥和磷肥施用過(guò)量、鉀肥和有機(jī)肥施用不足是我國(guó)春小麥養(yǎng)分管理存在的主要問(wèn)題，其中尤以?xún)?nèi)蒙古西部和寧夏黃灌區(qū)氮肥過(guò)量施用最為嚴(yán)重。春麥區(qū)大牲畜和羊的數(shù)量約占全國(guó)的1/3和1/2，牲畜糞提供的氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養(yǎng)分量分別為238.6×104、57.6×104和141.0×104t·a-1，牲畜糞N、P2O5和K2O在春小麥上的有機(jī)替代潛力分別為78.2%、48.1%和43.1%。春麥區(qū)秸稈還田總量折合410.2×104t，單位面積麥田氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）可還田量分別為11.4、2.5和31.9 kg·hm-2，通過(guò)秸稈還田N、P2O5和K2O當(dāng)季有機(jī)替代潛力分別為4.9%、3.3%和22.7%。通過(guò)綠肥進(jìn)行春小麥有機(jī)替代，綠肥的養(yǎng)分如充分釋放完全可以滿足春小麥對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的需求。針對(duì)我國(guó)春小麥化肥過(guò)量和不合理施用的問(wèn)題，可以通過(guò)牲畜糞肥、秸稈還田和種植綠肥三大有機(jī)替代途徑加以解決。其中，牲畜糞肥在春小麥上N、P2O5和K2O的有機(jī)替代潛力分別為78.2%、48.1%和43.1%；秸稈還田N、P2O5和K2O當(dāng)季有機(jī)替代潛力分別為4.9%、3.3%和22.7%；綠肥的養(yǎng)分如充分釋放完全可以實(shí)現(xiàn)春小麥化肥氮、磷、鉀的有機(jī)替代。不同省區(qū)在選擇有機(jī)替代方式時(shí)應(yīng)從資源、成本和技術(shù)等角度綜合考慮。

春小麥；有機(jī)替代；秸稈還田；綠肥

0 引言

【研究意義】春小麥主要分布在內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、青海、黑龍江、寧夏六大省（區(qū)），另外在天津、河北和西藏有小面積的種植，春小麥種植區(qū)氣溫普遍較低，生產(chǎn)季節(jié)短，以一年一熟為主[1]。因生育期較短，單產(chǎn)水平普遍低于冬小麥，但是春小麥在區(qū)域和國(guó)家糧食生產(chǎn)中占有非常重要的地位。農(nóng)戶為了增加春小麥產(chǎn)量，不斷增加化肥的投入，特別是內(nèi)蒙古西部和寧夏的引黃灌區(qū)小麥生產(chǎn)上氮肥投入嚴(yán)重過(guò)量，而鉀肥及有機(jī)肥投入又普遍偏低，致使產(chǎn)量和肥料利用效率較低[2-5]。內(nèi)蒙古東部和黑龍江旱作春小麥區(qū)化肥投入量不高，但是土壤腐殖層逐年變薄，土壤有機(jī)質(zhì)含量大幅減少、小麥肥料利用率低等問(wèn)題正威脅著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[6]。實(shí)現(xiàn)春小麥化肥減施增效關(guān)系到整個(gè)北方地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，符合生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】有機(jī)肥替代化肥是實(shí)現(xiàn)化肥用量零增長(zhǎng)的重要途徑，實(shí)現(xiàn)的方式主要包括施用畜禽糞便、秸稈還田和種植綠肥等[7-9]。在春小麥上進(jìn)行有機(jī)替代的研究表明，以腐熟的羊糞為有機(jī)肥鉀替代化肥鉀的比例在30%—60%時(shí)，可實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量和鉀肥利用效率的協(xié)同提升[10]。在冬小麥上的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)酵有機(jī)肥和秸稈還田部分替代化學(xué)氮均能顯著提升小麥產(chǎn)量和水分利用效率，其中發(fā)酵有機(jī)肥的效果最好，10年平均產(chǎn)量較單施化肥增加25.4%[11]。連續(xù)18年的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，作物秸稈長(zhǎng)期直接施用在土壤培肥方面與腐熟有機(jī)肥效果基本相同，均對(duì)土壤理化性質(zhì)有很大的改善，同時(shí)可提高作物產(chǎn)量[8]?；实挠袡C(jī)氮替代率受土壤本身有機(jī)碳含量影響，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可顯著提高土壤有機(jī)碳含量，在黑土土壤有機(jī)碳含量達(dá)到約25 g·kg-1時(shí)，有機(jī)肥對(duì)化肥的替代率可近95%[12]。但是，絕大多數(shù)土壤在有機(jī)碳含量不是太高的條件下，化學(xué)氮肥有機(jī)替代比例50%—70%較為適宜，比例太高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量和肥效的降低[10,12-13]。合理種植綠肥可以提高后茬麥田土壤有益菌群落數(shù)量，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化土壤難溶性養(yǎng)分，增加土壤肥力，在河套灌區(qū)植田菁、草木樨等綠肥還可降低鹽堿危害[14-15]。【本研究切入點(diǎn)】鑒于北方春麥區(qū)在保障區(qū)域和國(guó)家糧食安全方面的重要作用，同時(shí)響應(yīng)化肥零增長(zhǎng)、生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展等國(guó)家戰(zhàn)略，針對(duì)目前春小麥生產(chǎn)過(guò)程中化肥過(guò)量和不合理利用的問(wèn)題，探討有機(jī)肥部分替代化肥在春小麥綠色生產(chǎn)中的技術(shù)途徑，依據(jù)不同春小麥?zhǔn)^(qū)氣候、土壤、資源現(xiàn)狀及栽培模式尋求適宜的有機(jī)替代模式。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在明確春小麥生產(chǎn)中化肥施用的現(xiàn)狀和問(wèn)題的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)牲畜糞肥、秸稈還田和綠肥資源的定量化分析，并結(jié)合不同春麥?zhǔn)^(qū)氣候、土壤及生產(chǎn)條件等進(jìn)行綜合考量，提出適宜于不同省區(qū)春小麥化肥有機(jī)替代的技術(shù)途徑，旨在實(shí)現(xiàn)春小麥生產(chǎn)化肥零增長(zhǎng)和綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

內(nèi)蒙古東部和西部農(nóng)戶春小麥產(chǎn)量和施肥量數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)地調(diào)研獲取，調(diào)研年份為2018年，調(diào)研的方式以實(shí)地面訪的形式進(jìn)行。東部調(diào)研的區(qū)域主要為呼倫貝爾市，分別在海拉爾、牙克石和額爾古納選擇10—15個(gè)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查；西部調(diào)研的區(qū)域?yàn)榘蛷┠谞柺?，分別在臨河區(qū)、五原縣、杭錦后旗和烏拉特前旗進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，每縣（區(qū)）選擇代表性鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）3—4個(gè)，每鄉(xiāng)鎮(zhèn)3—5個(gè)村，每村隨機(jī)選3個(gè)以上春小麥種植農(nóng)戶為調(diào)查對(duì)象。新疆、寧夏、甘肅和青海農(nóng)戶小麥產(chǎn)量及施肥量數(shù)據(jù)通過(guò)最新發(fā)表的文獻(xiàn)獲得[2-5]，其中新疆的數(shù)據(jù)分滴灌和漫灌方式分別進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。

春麥區(qū)各省份的大牲畜和羊的數(shù)量、春小麥種植面積和產(chǎn)量（內(nèi)蒙古產(chǎn)量數(shù)據(jù)除外）等數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2018年（最新）數(shù)據(jù)，其中大牲畜和羊的數(shù)量為2018年底頭（只）數(shù)。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

小麥養(yǎng)分利用效率通過(guò)肥料偏生產(chǎn)力表示，具體計(jì)算方法如下：

氮（磷、鉀）肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=施氮（磷、鉀）區(qū)產(chǎn)量/施氮（磷、鉀）量；

牲畜糞排泄量（鮮基）及其養(yǎng)分含量估算方法如下：

TM=∑（Na×C1）

式中，TM表示某省區(qū)大牲畜和羊糞排泄總量（萬(wàn)噸/年，鮮基）；Na表示某種牲畜年底數(shù)量（萬(wàn)頭或萬(wàn)只）；C1為牲畜排泄量系數(shù)（噸/年），其中牛和駱駝為10.1，馬為5.9，驢和騾為5.0，羊?yàn)?.87[16]。

TN=∑（Nm×C2）

式中，TN為牲畜糞N、P2O5或K2O養(yǎng)分總量（萬(wàn)噸/年）；Nm表示某種牲畜年排泄糞量（萬(wàn)噸/年，鮮基）；C2為牲畜糞養(yǎng)分含量（占鮮基%），具體含量參照劉曉永等[16]的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其中駱駝和牛糞氮（純N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）鮮基含量均按照0.38%、0.10%和0.24%折算。

小麥秸稈還田量及其養(yǎng)分含量采用國(guó)際上通用的草谷比1.1來(lái)估算，小麥秸稈直接還田率按照46.0%計(jì)算，燃燒還田率按照13.9%計(jì)算，秸稈氮磷鉀養(yǎng)分還田量按下列方法估算[17]：

TN（TP, TK）=Y×R×Nc（Pc, Kc）

式中，TN、TP、TK分別為秸稈氮、磷、鉀資源量，其中Y 為小麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，R為草谷比，Nc、Pc、Kc分別為秸稈N、P2O5、K2O含量，分別按照0.54%、0.09%和1.16%折算[17]。

秸稈還田化肥有機(jī)替代潛力根據(jù)秸稈還田當(dāng)季養(yǎng)分釋放率估算：

PN（PP, PK）= TN（TP, TK）×C3

式中，PN、PP、PK分別為秸稈氮、磷、鉀有機(jī)替代潛力（量），C3表示秸稈氮、磷、鉀當(dāng)季釋放率[17]。

綠肥作物的養(yǎng)分含量來(lái)源于文獻(xiàn)報(bào)道[18-20]。

2 結(jié)果

2.1 春小麥主要產(chǎn)區(qū)施肥現(xiàn)狀

2.1.1 各省區(qū)農(nóng)戶施肥量 通過(guò)文獻(xiàn)收集和實(shí)際生產(chǎn)調(diào)研，對(duì)我國(guó)主要春麥?zhǔn)^(qū)的農(nóng)戶春小麥氮、磷、鉀施用量進(jìn)行匯總。分析發(fā)現(xiàn)，內(nèi)蒙古西部、寧夏、新疆部分區(qū)域的漫灌春小麥氮肥和磷肥的施入量較高，平均為311.7和193.9 kg·hm-2；新疆的滴灌春小麥氮肥和磷肥的施入量平均為211.1和189.5 kg·hm-2，施肥量低于而產(chǎn)量高于漫灌模式；甘肅、青海、內(nèi)蒙古東部和黑龍江春小麥主要是旱作，氮肥和磷肥的施入量平均為144.2和117.5 kg·hm-2。鉀肥的施用量普遍較低，寧夏漫灌區(qū)最高（33.4 kg·hm-2），內(nèi)蒙古西部漫灌區(qū)最低，只有7.5 kg·hm-2，春麥區(qū)鉀肥平均施入量為19.1 kg·hm-2（表1）。

根據(jù)區(qū)域測(cè)土配方施肥推薦指標(biāo)，東北春小麥區(qū)化肥基本不存在過(guò)量施用問(wèn)題；西北地區(qū)農(nóng)戶春小麥氮、磷肥施用普遍過(guò)量，而鉀肥投入嚴(yán)重不足。其中，寧夏和內(nèi)蒙古西部黃灌區(qū)春小麥過(guò)量和不合理施肥最為突出，寧夏黃灌區(qū)平均86.4%的種植戶氮肥投入過(guò)量，44.6%的磷肥施用過(guò)量，83.3%的鉀肥投入嚴(yán)重不足[3]；我們的調(diào)研結(jié)果表明，內(nèi)蒙古黃灌區(qū)平均97.4%的春小麥種植戶氮肥投入過(guò)量，84.2%的磷肥施用過(guò)量，調(diào)研的所有農(nóng)戶幾乎沒(méi)有施用鉀肥的習(xí)慣。

2.1.2 養(yǎng)分利用效率分析 肥料偏生產(chǎn)力與施肥量

的趨勢(shì)相反，各春小麥?zhǔn)^(qū)均表現(xiàn)為氮肥和磷肥偏生產(chǎn)力較低、鉀肥偏生產(chǎn)力較高（表2）。滴灌和旱作模式下氮肥和磷肥偏生產(chǎn)力總體高于漫灌模式，漫灌條件下鉀肥偏生產(chǎn)力最高（寧夏除外）。

2.2 春麥區(qū)有機(jī)肥資源及其區(qū)域分布

2.2.1 春麥區(qū)主要牲畜數(shù)量及全國(guó)占比 牲畜糞便是農(nóng)田有機(jī)肥的主要來(lái)源，大牲畜（包括牛、馬、驢、騾和駱駝）和羊在北方地區(qū)占比較大，是性畜有機(jī)肥資源的主要來(lái)源。2018年春麥區(qū)各省份主要牲畜的數(shù)量見(jiàn)表3，其中春麥區(qū)牛和騾的數(shù)量約占全國(guó)約1/3，馬和驢的數(shù)量占到全國(guó)約1/2，而駱駝100%都集中在春麥區(qū)各省份，春麥區(qū)大牲畜總計(jì)約占全國(guó)1/3；春麥區(qū)羊的數(shù)量占到全國(guó)的49.4%，約占全國(guó)的一半。從各省份的分布來(lái)看，各主要牲畜主要集中在內(nèi)蒙古和新疆（表3）。

表1 我國(guó)不同地區(qū)春小麥產(chǎn)量及化肥施用量

表中各字母縮寫(xiě)表示如下：WI，Western Inner Mongolia；EI, Eastern Inner Mongolia；NX, Ningxia；XJ, Xinjiang；GS, Gansu；QH, Qinghai. 內(nèi)蒙古西部和東部的數(shù)據(jù)來(lái)自于農(nóng)戶調(diào)研；寧夏的數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[3]；新疆的數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[2]；甘肅的數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[4]；青海的數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[5]

Region names in the table are abbreviated as follows: WI, Western Inner Mongolia; EI, Eastern Inner Mongolia; NX, Ningxia; XJ, Xinjiang; GS, Gansu; QH, Qinghai. The data in WI and EI were from farmer interview; The data in NX referred as literature [3]; The data in XJ referred as literature [2]; The data in GS referred as literature [4]; The data in QH referred as literature [5]

表2 我國(guó)不同地區(qū)春小麥化肥偏生產(chǎn)力

表3 我國(guó)春麥區(qū)主要牲畜數(shù)量（萬(wàn)頭(只)）

表中各字母縮寫(xiě)表示如下：IM, Inner Mongolia；HLJ, Heilongjiang. 數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2018年數(shù)據(jù)Data source from the National Bureau of Statistics of China in 2018

2.2.2 春麥區(qū)主要牲畜糞養(yǎng)分供應(yīng)量 基于上述各春麥區(qū)主要牲畜數(shù)量，估算了各省份牲畜糞排泄量及氮、磷、鉀養(yǎng)分年度累積量（表4）。不同牲畜糞氮（純N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養(yǎng)分含量參照劉曉永[16-17]的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，春麥區(qū)牲畜糞總的排泄量及養(yǎng)分累積量如表4，各省份間的分布與牲畜數(shù)量規(guī)律一致，表現(xiàn)為內(nèi)蒙古最多，寧夏最少。

2.2.3 可利用養(yǎng)分量及其分布 因各省份春小麥種植面積及占比不同，可用于春小麥的牲畜糞養(yǎng)分量亦有很大差異。為了分析牲畜糞在春小麥上的有機(jī)替代潛力，基于有機(jī)糞肥在糧食作物總種植面積平均分配的原則，折算了各省份可用于春小麥的牲畜糞養(yǎng)分總量和單位面積可供應(yīng)量（表5）。按照百公斤籽粒養(yǎng)分需求量折算春小麥?zhǔn)^(qū)N、P2O5和K2O需求量，則牲畜糞N、P2O5和K2O的有機(jī)替代潛力分別為78.2%、48.1%和43.1%。分析表明，青海不論是可用于春小麥的牲畜糞養(yǎng)分總量還是單位面積可供應(yīng)量均最多，具有最大的牲畜糞有機(jī)替代潛力，其次是寧夏，黑龍江省最小。

表4 我國(guó)春小麥區(qū)牲畜糞排泄量及其養(yǎng)分累積量（鮮基，萬(wàn)噸/年）

表5 我國(guó)各省份春小麥可用牲畜糞養(yǎng)分量

1)春小麥播種面積來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2018年數(shù)據(jù)1)Data source of spring wheat planting area from the National Bureau of Statistics of China in 2018

2.3 春麥區(qū)小麥秸稈資源及其區(qū)域分布

2.3.1 秸稈及其養(yǎng)分資源 通過(guò)2018年各省份春小麥產(chǎn)量，按照谷草比1.1折算秸稈量[17]，秸稈量表現(xiàn)為內(nèi)蒙古和新疆最多，寧夏最少。進(jìn)一步折算了各省春小麥秸稈氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）累積量，各省份秸稈養(yǎng)分量的大小順序同秸稈量，春麥區(qū)氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）總量分別為3.7×104、0.6×104和7.9×104t（表6）。

表6 我國(guó)各省份春小麥秸稈及其養(yǎng)分資源量

春小麥產(chǎn)量來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2018年數(shù)據(jù) Data source of spring wheat yield from the National Bureau of Statistics of China in 2018

2.3.2 秸稈及其養(yǎng)分還田量 小麥的還田途徑主要包括直接還田、燃燒還田和作為牲畜飼料過(guò)腹還田，過(guò)腹還田與牲畜糞便不易分開(kāi)，在已經(jīng)考慮牲畜糞肥資源的條件下，本研究不考慮秸稈過(guò)腹還田部分。春麥區(qū)秸稈還田總量折合410.2×104t，單位面積還田量在1 977.9—3 622.9 kg·hm-2，平均為2 746.3 kg·hm-2。按照秸稈直接還田氮磷鉀養(yǎng)分100%歸田，燃燒還田氮素0、磷鉀100%歸田計(jì)算，春麥區(qū)單位面積麥田氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）平均還田量分別為11.4、2.5和31.9 kg·hm-2，各省份的差異具體見(jiàn)表7。

表7 我國(guó)各省份春小麥秸稈及其養(yǎng)分還田量

2.3.3 秸稈還田化肥有機(jī)替代潛力 根據(jù)小麥秸稈還田當(dāng)季養(yǎng)分釋放率估算了化肥有機(jī)替代潛力，氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）的養(yǎng)分當(dāng)季釋放率分別按照50.11%、62.01%和89.05%進(jìn)行折算[17]。結(jié)果表明，鉀肥的可替代量最大、氮肥次之、磷肥最少。通過(guò)秸稈還田N、P2O5和K2O當(dāng)季有機(jī)替代潛力分別為4.9%、3.3%和22.7%，新疆和內(nèi)蒙古總的養(yǎng)分可替代量最大，而單位面積各養(yǎng)分的可替代量表現(xiàn)為甘肅最高（表8）。

2.4 春麥區(qū)綠肥資源及其區(qū)域分布

2.4.1 適宜春麥區(qū)的主要綠肥作物及養(yǎng)分含量 適合于我國(guó)北方春麥區(qū)的主要綠肥作物包括箭筈豌豆（）、毛苕子（），草木樨（）、沙打旺（）、小冠花（）、田菁（）、飼用油菜（）、黑麥草（）、紫花苜蓿（）等。各綠肥作物的氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養(yǎng)分含量見(jiàn)表9，氮素和磷素含量各作物間差別不大，分別占鮮重的0.5%—0.7%和0.1%—0.2%之間，鉀素含量各作物間差異較大，田菁最低（0.18%），小冠花最高（1.22%）[18]。

表8 我國(guó)各省份春小麥秸稈還田化肥有機(jī)替代潛力

表9 我國(guó)春麥區(qū)主要綠肥作物及養(yǎng)分含量

2.4.2 綠肥利用方式及替代潛力 綜合春麥區(qū)綠肥利用的文獻(xiàn)報(bào)道，我國(guó)春小麥生產(chǎn)中綠肥的種植方式主要包括麥?zhǔn)涨埃ㄩg）套種綠肥和麥后復(fù)種綠肥，具體的種植方式又包括單作和混作[21]。綠肥的生物量主要分布在30—60 t·hm-2，也有超過(guò)100 t·hm-2的報(bào)道，根據(jù)養(yǎng)分含量折算的可還田的氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養(yǎng)分量見(jiàn)表10。根據(jù)春小麥的養(yǎng)分需求量（按照每生產(chǎn)100 kg籽粒吸收N、P2O5和K2O分別為2.8、1.1和3.0 kg計(jì)算）[22]，按照目前產(chǎn)量水平計(jì)算單位面積小麥需氮量為92.5—152.4 kg·hm-2，需磷量（P2O5）為36.2—59.9 kg·hm-2，需鉀量（K2O）為99.1—163.3 kg·hm-2，如果還田綠肥的養(yǎng)分能夠充分釋放，完全可以滿足小麥對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的需求。

3 討論

3.1 春小麥分布區(qū)域化肥施用現(xiàn)狀與問(wèn)題

我國(guó)春麥區(qū)東西跨度較大，各春麥?zhǔn)^(qū)氣候、土壤特征和栽培模式有很大差異，適宜的施肥量也有較大的不同。但是，不同區(qū)域生產(chǎn)單位重量小麥籽粒的養(yǎng)分需求量是相對(duì)穩(wěn)定的，與土壤養(yǎng)分供給相結(jié)合可以初步判斷適宜的施肥量。研究表明，每生產(chǎn)100 kg小麥籽粒需要氮肥（純N）、磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）用量分別為2.8、1.1和3.0 kg[22]。內(nèi)蒙古西部、寧夏和新疆灌溉（包括漫灌和滴灌）春小麥平均產(chǎn)量為5 602 kg·hm-2，折合N、P2O5和K2O需要量為156、62和168 kg·hm-2；內(nèi)蒙古東部、甘肅和青海旱作小麥平均產(chǎn)量為3 911 kg·hm-2，折合N、P2O5和K2O需要量為110、43和117 kg·hm-2。另?yè)?jù)吳良全等[23]報(bào)道，我國(guó)小麥氮肥推薦用量平均為169 kg N·hm-2，磷肥推薦用量平均為77 kg P2O5·hm-2，鉀肥推薦用量平均為50 kg K2O·hm-2。分析各春麥?zhǔn)^(qū)施肥量發(fā)現(xiàn)，氮肥磷肥過(guò)量施用、鉀肥施用不足是我國(guó)春小麥化肥施用的普遍問(wèn)題。

表10 我國(guó)春麥區(qū)主要綠肥作物生物量及養(yǎng)分量

氮肥過(guò)量施用的問(wèn)題在灌溉春小麥上尤為突出。從區(qū)域分布來(lái)看，除內(nèi)蒙古東部和黑龍江旱作春小麥外，其他春麥?zhǔn)^(qū)均存在化肥過(guò)量施用，而鉀肥施用不足的情況。氮肥的過(guò)量施用導(dǎo)致肥料利用效率普遍較低，特別是在內(nèi)蒙古西部和寧夏漫灌春小麥上尤為明顯，均低于適宜的氮肥偏生產(chǎn)力（40—70 kg·kg-1）范圍[24]。滴灌春小麥肥料利用效率較高主要?dú)w功于高效的水分管理技術(shù)，而旱作春小麥肥效較高的原因主要是相對(duì)較少的化肥投入量，這在內(nèi)蒙古東部旱作區(qū)表現(xiàn)得尤為明顯。鉀肥的投入量普遍較低是導(dǎo)致鉀肥偏生產(chǎn)力較高的主要原因。

3.2 春小麥區(qū)化肥有機(jī)替代潛力分析

我國(guó)春小麥所在省區(qū)具有豐富的牲畜糞便資源，大牲畜（包括牛、馬、驢、騾和駱駝）和羊在春麥地區(qū)占比較大，約1/3大牲畜和1/2的羊集中在春小麥?zhǔn)^(qū)，數(shù)量龐大的牲畜產(chǎn)生的糞便為區(qū)域春小麥化肥有機(jī)替代提供了物質(zhì)基礎(chǔ)?？紤]到春麥區(qū)大牲畜和羊主要以放養(yǎng)為主，尿液中的養(yǎng)分大多難以收集利用，因此只估算了主要牲畜糞的排泄量及養(yǎng)分累積量。然后，根據(jù)各?。▍^(qū)）春小麥占糧食作物的比例進(jìn)一步估算了單位面積春小麥可分配的牲畜糞及其養(yǎng)分量。研究發(fā)現(xiàn)，單位面積的牲畜糞可為春小麥供應(yīng)N、P2O5和K2O量分別為91.2、22.0和53.9 kg·hm-2，根據(jù)百公斤籽粒養(yǎng)分需求量折算六大春小麥?zhǔn)^(qū)N、P2O5和K2O需求量分別為116.7、45.8和125.0 kg·hm-2，牲畜糞N、P2O5和K2O的有機(jī)替代潛力分別為78.2%、48.1%和43.1%。

秸稈中含有大量的氮、磷、鉀等作物必需元素和有機(jī)質(zhì)，還田后在土壤微生物作用下腐解可釋放養(yǎng)分、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤質(zhì)量，是重要的有機(jī)肥資源[25-26]。在充分考慮春小麥谷草比、秸稈直接還田和燃燒還田養(yǎng)分損失的基礎(chǔ)上，六大春小麥?zhǔn)^(qū)通過(guò)秸稈還田可積累的N、P2O5和K2O量分別為11.4、2.5和31.9 kg·hm-2。根據(jù)劉曉永等[16]研究提出的秸稈各養(yǎng)分當(dāng)季釋放率，春麥區(qū)單位面積N、P2O5和K2O秸稈還田量分別為5.7、1.5和28.4 kg·hm-2，通過(guò)秸稈還田N、P2O5和K2O當(dāng)季有機(jī)替代潛力分別為4.9%、3.3%和22.7%，如果長(zhǎng)期進(jìn)行秸稈還田一些養(yǎng)分會(huì)在后作季釋放出來(lái)，長(zhǎng)期來(lái)看有機(jī)替代的潛力更高。近期的研究表明，在秸稈全量還田的情況下，我國(guó)小麥秸稈還田當(dāng)季化學(xué)氮肥可替代總量23.4 kg·hm-2，在考慮還田比例和養(yǎng)分當(dāng)季釋放后，我們的研究結(jié)果與柴如山等[27]基本一致。

麥?zhǔn)涨埃ㄩg）套種綠肥和麥后復(fù)種綠肥是春小麥化肥有機(jī)替代的重要途徑，綠肥不僅可以調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分、增強(qiáng)土壤水分蓄納，而且在減少養(yǎng)分無(wú)效損失、增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性發(fā)面發(fā)揮積極效應(yīng)[21]。適合春麥區(qū)種植的綠肥種類(lèi)很多但不同省區(qū)有所差異，主要包括箭筈豌豆、毛苕子、草木樨、沙打旺、小冠花、田菁、飼用油菜、黑麥草、紫花苜蓿等。根據(jù)綠肥作物生物量和養(yǎng)分含量估算養(yǎng)分還田量[18-20]，結(jié)果表明如果還田綠肥的養(yǎng)分能夠充分釋放，完全可以滿足春小麥對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的需求。

3.3 春麥區(qū)化肥適宜有機(jī)替代技術(shù)分析及展望

內(nèi)蒙古東部和黑龍江春小麥產(chǎn)區(qū)基本不存在化肥過(guò)量施用問(wèn)題，但是近年來(lái)土壤有機(jī)質(zhì)含量下降嚴(yán)重，有機(jī)替代技術(shù)是實(shí)現(xiàn)黑土地保護(hù)國(guó)家戰(zhàn)略的重要途徑[6]。當(dāng)?shù)貦C(jī)械化、規(guī)?；潭雀?，小麥生產(chǎn)中也具有秸稈還田的習(xí)慣，需要繼續(xù)保留這一農(nóng)藝技術(shù)途徑。在此基礎(chǔ)上，基于內(nèi)蒙古東部區(qū)充足的牲畜糞便沒(méi)有得到有效利用的現(xiàn)狀，牲畜糞肥部分替代化肥應(yīng)作為未來(lái)春小麥有機(jī)替代需考慮的主要技術(shù)途徑。黑龍江單位面積春小麥牲畜糞養(yǎng)分供應(yīng)量較少，可考慮通過(guò)休閑或輪作綠肥的途徑進(jìn)行有機(jī)替代。

內(nèi)蒙古西部和寧夏黃灌區(qū)是化肥過(guò)量施用最嚴(yán)重的春小麥產(chǎn)區(qū)，特別是氮肥的過(guò)量施用現(xiàn)象嚴(yán)重且普遍。鑒于當(dāng)?shù)責(zé)o霜期長(zhǎng)、熱量資源充足的氣候特點(diǎn)，以及具有黃河水灌溉的優(yōu)勢(shì)，翻壓的秸稈和綠肥能夠充分腐解，可以進(jìn)行秸稈還田和綠肥翻壓相結(jié)合的有機(jī)替代模式。通過(guò)選擇箭筈豌豆、毛苕子等豆科綠肥作物，延長(zhǎng)氮肥的釋放時(shí)間，大幅度減少化學(xué)氮肥的施用量；選擇黑麥草等深根系的禾本科綠肥作物，可以吸收因過(guò)量施氮淋溶到深層土壤的氮素，減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)氮素的高效利用。另外，寧夏短期內(nèi)應(yīng)大力發(fā)展秸稈還田和綠肥種植相結(jié)合的模式，長(zhǎng)期來(lái)看應(yīng)利用單位面積春小麥牲畜糞養(yǎng)分供應(yīng)充足的優(yōu)勢(shì)，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)適宜的條件下發(fā)展牲畜糞有機(jī)替代模式。

新疆、青海和甘肅光熱資源充足、牲畜糞肥資源豐富，具有進(jìn)行春小麥化肥有機(jī)替代的地理和資源優(yōu)勢(shì)，在有機(jī)替代途徑方面有更多的選擇。利用光熱資源總體充足及無(wú)霜期長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，可以選擇麥后復(fù)種或間套作綠肥作物，同時(shí)根據(jù)秸稈生物量和土壤腐熟能力進(jìn)行適度還田。另外，由于該區(qū)域地理跨度較大，可能存在糞肥資源與小麥產(chǎn)區(qū)距離較遠(yuǎn)、運(yùn)輸成本較高的問(wèn)題。因此，這三個(gè)省區(qū)在秸稈還田和合理種植綠肥的基礎(chǔ)上，采取就近取材的原則盡可能增加牲畜糞肥的施用，實(shí)現(xiàn)區(qū)域春小麥化肥減施增效的目的。

在化肥有機(jī)替代的過(guò)程中，合理的化肥配施對(duì)于春小麥增產(chǎn)增效非常關(guān)鍵。化學(xué)氮肥適宜有機(jī)替代率的研究相對(duì)較多，考慮到秸稈還田養(yǎng)分釋放的累積效應(yīng)，長(zhǎng)期來(lái)看應(yīng)該在20%左右，牲畜糞收集還存在成本高等技術(shù)壁壘，按照我們估算量一半計(jì)算約為40%，而綠肥種植范圍還不是很大，具有很大的應(yīng)用潛力；西部麥區(qū)有機(jī)質(zhì)普遍不高，替代比例太高作物會(huì)減產(chǎn)，肥料利用效率也會(huì)降低，綜合考量替代比例50%—70%較為適宜[10,12-13]。但是，由于不同春麥?zhǔn)^(qū)氣候和土壤理化性狀差異較大，有機(jī)養(yǎng)分進(jìn)入土壤當(dāng)季釋放能力不同，適宜的替代比例還需要因地制宜的進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

化學(xué)氮、磷肥施用過(guò)量，鉀肥和有機(jī)肥施用不足是我國(guó)春小麥養(yǎng)分管理的主要問(wèn)題。有機(jī)替代技術(shù)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)春小麥化肥減施增效的重要手段，主要包括牲畜糞肥替代、秸稈還田和種植綠肥等途徑。其中，牲畜糞N、P2O5和K2O在春小麥上的有機(jī)替代潛力分別為78.2%、48.1%和43.1%；秸稈還田N、P2O5和K2O當(dāng)季有機(jī)替代潛力分別為4.9%、3.3%和22.7%；綠肥的養(yǎng)分如充分釋放完全可以實(shí)現(xiàn)春小麥化肥氮、磷、鉀的有機(jī)替代。不同區(qū)域應(yīng)從資源、成本和技術(shù)等角度綜合考慮適宜的有機(jī)替代方式。

[1] 趙廣才, 常旭虹, 王德梅, 陶志強(qiáng), 王艷杰, 楊玉雙, 朱英杰. 小麥生產(chǎn)概況及其發(fā)展. 作物雜志, 2018(4): 1-7.

ZHAO G C, CHANG X H, WANG D M, TAO Z Q, WANG Y J, YANG Y S, ZHU Y J. General situation and development of wheat production., 2018(4): 1-7. (in Chinese)

[2] 李青軍, 賴(lài)寧, 耿慶龍, 馬彥茹, 陳署晃. 不同灌溉方式下冬小麥和春小麥?zhǔn)┓尸F(xiàn)狀與評(píng)價(jià). 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016(5): 893-900.

LI Q J, LAI N, GENG Q L, MA Y R, CHEN S H. Evaluation and present situation of fertilization for winter wheat and spring wheat under different irrigation methods in Qitai County, Xinjiang., 2016(5): 893-900. (in Chinese)

[3] 趙營(yíng), 郭鑫年, 趙護(hù)兵, 王朝輝. 寧夏引黃灌區(qū)春小麥?zhǔn)┓尸F(xiàn)狀與評(píng)價(jià). 麥類(lèi)作物學(xué)報(bào), 2014, 34(9): 1274-1280.

ZHAO Y, GUO X N, ZHAO H B, WANG Z H. Evaluation on present situation of fertilization in spring wheat in the Yellow River Irrigation Region of Ningxia., 2014, 34(9): 1274-1280. (in Chinese)

[4] 陳偉, 孫建好, 趙建華. 甘肅省小麥?zhǔn)┓尸F(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià). 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2013, 31(2): 23-27.

CHEN W, SUN J H, ZHAO J H. Analysis and evaluation of fertilization situation for wheat in Gansu Province., 2013, 31(2): 23-27. (in Chinese)

[5] 馮承彬, 李吉環(huán), 白惠義, 劉景莉. 青海省春小麥農(nóng)戶施肥狀況調(diào)查研究. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 45(36): 102-104.

FENG C B, LI J H, BAI H Y, LIU J L. Investigation on current fertilization of spring wheat in Qinghai Province., 2017, 45(36): 102-104. (in Chinese)

[6] 段美惠, 時(shí)小翠, 王鈺萱, 閻炳和. 有效遏制黑土地退化的方法. 黑龍江科學(xué), 2018, 9(16): 60-61.

DUAN M H, SHI X C, WANG Y X, YAN B H. The methods of effectively curbing the degradation of black land., 2018, 9(16): 60-61. (in Chinese)

[7] XIN X L , QIN, S W, ZHANG J B, ZHU A N, YANG W L, ZHANG X F. Yield, phosphorus use efficiency and balance response to substituting long-term chemical fertilizer use with organic manure in a wheat-maize system., 2017, 208: 27-33.

[8] 楊志臣, 呂貽忠, 張鳳榮, 肖小平, 劉沫. 秸稈還田和腐熟有機(jī)肥對(duì)水稻土培肥效果對(duì)比分析. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(3): 214-218.

YANG Z C, LU Y Z, ZHANG F R, XIAO X P, LIU M. Comparative analysis of the effects of straw-returning and decomposed manure on paddy soil fertility betterment., 2008, 24(3): 214-218. (in Chinese)

[9] 張久東, 包興國(guó), 曹衛(wèi)東, 車(chē)宗賢, 盧秉林, 楊新強(qiáng), 吳科生. 長(zhǎng)期施用綠肥減施化肥對(duì)毛葉苕子產(chǎn)草量和土壤肥力的影響. 中國(guó)土壤與肥料, 2017(6): 66-70.

ZHANG J D, BAO X G, CAO W D, CHE Z X, LU B L, YANG X Q, WU K S. Effect of long-term application of green manure and reducing fertilizer on Vicia Villosa Roth yield and soil fertility., 2017(6): 66-70. (in Chinese)

[10] 秦永林, 石曉華, 賈立國(guó), 康文欽, 樊明壽. 有機(jī)肥替代化肥對(duì)馬鈴薯-小麥輪作體系產(chǎn)量及鉀肥利用率的影響. 北方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2019(4): 47-51.

QIN Y L, SHI X H, JIA L G, KANG W Q, FAN M S. Influence of organic fertilizer substituting chemical fertilizer on the yield and potassium use efficiency of potato-wheat rotation system., 2019(4): 47-51. (in Chinese)

[11] 張建軍, 樊廷錄, 趙剛, 黨翼, 王磊, 李尚中. 長(zhǎng)期定位施不同氮源有機(jī)肥替代部分含氮化肥對(duì)隴東旱塬冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響. 作物學(xué)報(bào), 2017,43(7): 1077-1086.

ZHANG J J, FAN T L, ZHAO G, DANG Y, WANG L, LI S Z. Yield and water use efficiency of winter wheat in response to long-term application of organic fertilizer from different nitrogen resources replacing partial chemical nitrogen in dry land of eastern Gansu Province., 2017, 43(7): 1077-1086. (in Chinese)

[12] 龔海青, 付海美, 徐明崗, 郜紅建, 朱平, 高洪. 黑土有機(jī)氮肥替代率演變及其對(duì)土壤有機(jī)碳的響應(yīng). 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2018, 24(6): 110-117.

GONG H Q, FU H M, XU M G, GAO H J, ZHU P, GAO H. Potential substitution rate of chemical nitrogen with organic nitrogen in black soil and its correlation with soil organic carbon., 2018, 24(6): 110-117. (in Chinese)

[13] 謝軍, 趙亞南, 陳軒敬, 李丹萍, 徐春麗, 王珂, 張躍強(qiáng), 石孝均. 有機(jī)肥氮替代化肥氮提高玉米產(chǎn)量和氮素吸收利用效率. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(20): 3934-3943.

XIE J, ZHAO Y N, CHEN X J, LI D P, XU C L, WANG K, ZHANG Y Q, SHI X J. Nitrogen of organic manure replacing chemical nitrogenous fertilizer improve maize yield and nitrogen uptake and utilization efficiency., 2016, 49(20): 3934-3943. (in Chinese)

[14] 李文廣, 楊曉曉, 黃春國(guó), 薛乃雯, 夏清, 劉小麗, 張曉琪, 楊思, 楊珍平, 高志強(qiáng). 飼料油菜作綠肥對(duì)后茬麥田土壤肥力及細(xì)菌群落的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(15): 2664-2677.

LI W G, YANG X X, HUANG C G, XUE N W, XIA Q, LIU X L, ZHANG X Q, YANG S, YANG Z P, GAO Z Q. Effects of rapeseed green manure on soil fertility and bacterial community in dryland wheat field., 2019, 52(15): 2664-2677. (in Chinese)

[15] 景宇鵬, 張建中, 李秀萍, 杜二小, 趙強(qiáng), 白勇興, 陳強(qiáng), 劉梅, 伊風(fēng)艷, 趙沛義. 種植綠肥作物對(duì)河套灌區(qū)鹽堿土改良效果研究. 北方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2019, 47(6): 42-46.

JING Y P, ZHANG J Z, LI X P, DU E X, ZHAO Q, BAI Y X, CHEN Q, LIU M, YI F Y, ZHAO P Y. Study on the effect of planting green manure crops on the improvement of saline-alkali soil in Hetao Irrigation Area., 2019, 47(6): 42-46. (in Chinese)

[16] 劉曉永, 李書(shū)田. 中國(guó)畜禽糞尿養(yǎng)分資源及其還田的時(shí)空分布特征. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2018, 34(4): 1-14.

LIU X Y, LI S T. Temporal and spatial distribution of nutrient resource from livestock and poultry feces and its returning to cropland., 2018, 34(4): 1-14. (in Chinese)

[17] 劉曉永, 李書(shū)田. 中國(guó)秸稈養(yǎng)分資源及還田的時(shí)空分布特征. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2017, 33(21): 1-19.

LIU X Y, LI S T. Temporal and spatial distribution characteristics of crop straw nutrient resources and returning to farmland in China., 2017, 33(21): 1-19. (in Chinese)

[18] 張淑珍, 孫傳芳. 綠肥品種資源研究. 作物品種資源, 1995(1): 7-10.

ZHANG S Z, SUN C F. Research of green manure variety resources., 1995(1): 7-10. (in Chinese)

[19] 李小坤, 李文西, 魯劍巍, 黃元仿, 劉光文. 施肥對(duì)黑麥草產(chǎn)量和氮磷鉀養(yǎng)分吸收的影響. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2006(7): 341-344.

LI X K, LI W X, LU J W, HUANG Y F, LIU G W. Effect of fertilization on the yield and N, P, K nutrient absorption of ryegrass., 2006(7): 341-344. (in Chinese)

[20] 段玉, 張君, 景宇鵬, 王博, 郝云鳳, 趙娜. 河套灌區(qū)麥后復(fù)種飼料油菜養(yǎng)分吸收規(guī)律及施肥效應(yīng). 中國(guó)油料作物學(xué)報(bào), 2017, 39(6): 848-854.

DUAN Y, ZHANG J, JING Y P, WANG B, HAO Y F, ZHAO N. NPK absorption, fertilizing effect of wheat /silage rape multiple cropping in Hetao irrigation area., 2017, 39(6): 848-854. (in Chinese)

[21] 樊志龍, 柴強(qiáng), 曹衛(wèi)東, 于愛(ài)忠, 趙財(cái), 謝軍紅, 殷文, 胡發(fā)龍. 綠肥在我國(guó)旱地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的服務(wù)功能及其應(yīng)用. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2020,31(4): 1389-1402.

FAN Z L, CHAI Q, CAO W D, YU A Z, ZHAO C, XIE J H, YIN W, HU F L. Ecosystem service function of green manure and its application in dryland agriculture of China., 2020, 31(4): 1389-1402. (in Chinese)

[22] 薛正平, 楊星衛(wèi), 段項(xiàng)鎖, 陸賢, 袁志明. 土壤養(yǎng)分與春小麥產(chǎn)量關(guān)系及最佳施肥量研究. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2004, 12(4): 110-112.

XUE Z P, YANG X W, DUAN X S, LU X, YUAN Z M. Study on the relationship between soil nutrient and spring wheat yield and optimum fertilization., 2004, 12(4): 110-112. (in Chinese)

[23] 吳良泉, 武良, 崔振嶺, 陳新平, 張福鎖. 中國(guó)小麥區(qū)域氮磷鉀肥推薦用量及肥料配方研究. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 24(11): 30-40.

WU L Q, WU L, CUI Z L, CHEN X P, ZHANG F S. Optimal regional nitrogen, phosphorus, potassium rates recommendations and special fertilizer formulae study for wheat in China., 2019, 24(11): 30-40. (in Chinese)

[24] DOBERMANN A. Nitrogen use efficiency-state of the art//. Frankfurt, Germany, 2005.

[25] WANG Y J, BI Y Y, GAO C Y. The assessment and utilization of straw resources in China., 2010, 9(12): 1807-1815.

[26] 李書(shū)田, 金繼運(yùn). 中國(guó)不同區(qū)域農(nóng)田養(yǎng)分輸入、輸出與平衡. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(20): 4207-4229.

LI S T, JIN J Y. Characteristics of nutrient input/output and nutrient balance in different regions of China., 2011, 44(20): 4207-4229. (in Chinese)

[27] 柴如山, 王擎運(yùn), 葉新新, 江波, 趙強(qiáng), 王強(qiáng), 章力干, 郜紅建. 我國(guó)主要糧食作物秸稈還田替代化學(xué)氮肥潛力. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 38(11): 2583-2593.

CHAI R S, WANG Q Y, YE X X, JIANG B, ZHAO Q, WANG Q, ZHANG L G, GAO H J. Nitrogen resource quantity of main grain crop straw in China and the potential of synthetic nitrogen substitution under straw returning., 2019, 38(11): 2583-2593. (in Chinese)

Potential Analysis of Organic Fertilizer Substitution for Chemical Fertilizer in Spring Wheat Regions of China

JIA LiGuo1, SHI XiaoHua1, SUYALA Qiqige2, QIN YongLin1, YU Jing1, CHEN Yang2, FAN MingShou1

(1College of Agronomy, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019;2College of Grassland and Resource Environment, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010011)

【】The objective of this study was to clarify the major problems of nutrition management in spring wheat production and to raise the suitable way on the organic fertilizer substitution for chemical fertilizer in different provinces and regions of China, so as to provide reference for Zero Growth Action of Chemical Fertilizers and sustainable development in spring wheat production regions. 【】A total of 2 166 survey data were collected from farmer interview and related literature retrieval, based on which the major problems were analyzed in different spring wheat regions of China. The data in 2018 of major livestock numbers, planting area and yield of spring wheat were downloaded from the National Bureau of Statistics of China. The nutritional contents of livestock manure, wheat straw and green manure plants were checked from published literatures, then the potential of organic fertilizer substitution for chemical fertilizer in different spring wheat regions was qualified. Comprehensive considered the climate, soils and the status of organic resources, the suitable ways of organic fertilizer substitution were suggested in different spring wheat regions. 【】Overuse of chemical nitrogen and phosphorus fertilizer but the deficiency of potassium and organic fertilizer dressing was the major problem of nutrition management in spring wheat. Especially, it was especially serious on nitrogen overuse in western Inner Mongolia and Ningxia irrigated spring wheat. The number of large livestock and sheep in spring wheat region was accounted for about 1/3 and 1/2 of that in China, respectively. The nutrient amount of N, P2O5and K2O from livestock manure was 238.6×104, 57.6×104and 141.0×104t per year respectively, accordingly the potential of organic fertilizer from livestock manure substitution for chemical fertilizer was 78.2%, 48.1% and 43.1% for spring wheat, respectively. The total amount of straw returning to farmland in spring wheat region was 410.2×104t per year. Available N, P2O5and K2O in straw was 11.4, 2.5 and 31.9 kg·hm-2returning to farmland, accordingly in-season potential of organic fertilizer from wheat straw substitution for chemical fertilizer was 4.9%, 3.3% and 22.7%, respectively for spring wheat. Green manure plants returning to farmland was enough for meeting the nutrient requirement of spring wheat if the nutrients could release to soil completely. 【】Based on the problems of overuse and unreasonable application of chemical fertilizer in spring wheat in China, three ways of organic fertilizer substitution including livestock manure, straw returning and green manure can be selected for resolving. By application of livestock manure the substitution potential for chemical fertilizer was 78.2%, 48.1% and 43.1%, respectively.The in-season substitution potential of organic fertilizer was 4.9%, 3.3% and 22.7%, respectively. Green manure, as organic fertilizer substitution, was sufficient for nutrient requirement of spring wheat if the nutrients could release to soil completely. The suitable way of organic fertilizer substitution should consider local resource, input and technology comprehensively.

spring wheat; organic fertilizer substitution; straw returning; green manure

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.23.011

2020-06-05；

2020-08-19

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFD0200407）、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技成果轉(zhuǎn)化專(zhuān)項(xiàng)（2019CG030）、內(nèi)蒙古科技創(chuàng)新引導(dǎo)項(xiàng)目（KCBJ2018010）

賈立國(guó)，E-mail：nndjialiguo@163.com。通信作者樊明壽，E-mail：fmswh@126.com

（責(zé)任編輯 李云霞）