沂蒙山區(qū)某村莊生物質(zhì)氮資源量及其有機(jī)糧食生產(chǎn)潛力

張易成 王嵐 周改芳 吳志遠(yuǎn) 秦天羽 崔曉輝 郭立月 李彩虹 蔣高明

摘 要：農(nóng)村生物質(zhì)含有大量的氮素，就地肥料化既緩解環(huán)境污染問(wèn)題，又能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。該研究以沂蒙山區(qū)典型村莊蔣家莊為例，實(shí)地調(diào)查和分析了該村生物質(zhì)資源量與氮含量，并利用田間試驗(yàn)探討了其生產(chǎn)有機(jī)主糧的潛力與經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果表明，蔣家莊植物生物質(zhì)量（干基）為722.5t·a-1，禽畜糞尿（鮮量）2703.1t·a-1，可降解生活垃圾（鮮基）25.4t·a-1，三者折合純氮為18.88t·a-1。1kg牛糞可生產(chǎn)1.04kg有機(jī)主糧，1kg植物生物質(zhì)有機(jī)肥平均可生產(chǎn)0.53kg有機(jī)主糧。該村生物質(zhì)氮總量可滿足全村農(nóng)作物有機(jī)種植需求，經(jīng)濟(jì)效益可增加2倍以上。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)資源;生物質(zhì)肥;有機(jī)種植;生產(chǎn)潛力;經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類(lèi)號(hào) S216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）11-0153-08

Study on Biomass Nitrogen Resources and Organic Grain Production Potential in a Village of Yimeng Mountain Region

ZHANG Yicheng1，2 et al.

（1State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change， Institute of Botany， the Chinese Academy of Sciences， Beijing 100093， China; 2College of Resources and Environment， University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China）

Abstract： Rural biomass contains large amount of nitrogen fertilizer resources， in situ fertilization can not only alleviate environmental pollution， but also create considerable economic benefits. Taking Jiangjiazhuang Village， a typical village in Yimeng Mountains of Shandong Province， as a case， we investigated and analyzed the biomass resources and nitrogen amount of the village， and explored the potential and economic benefits of biomass resources in producing organic grains using exact field experiments. The results showed that the amount of plant biomass （dry base）， livestock feces and urine （fresh base） and degradable domestic garbage （fresh base） in Jiangjiazhuang was 716.8 t·a-1， 2703.08 t·a-1， and about 25.40 t·a-1， respectively， which were totally equivalent to 18.78 t·a-1 of pure nitrogen. Biomass fertilizer can be transformed into organic grains （wheat + corn） in situ. It was noted that 1kg manure biomass fertilizer could produce 1.04 kg organic grains， and 1kg plant biomass fertilizer produce 0.53 kg on average. The total amount of biomass nitrogen in the village can satisfy all the crop field for organic planting， which increased the economic benefits by more than 2 times.

Key words： Biomass resources; Biomass fertilizer; Organic farming; Production potential; Economic benefits

1 引言

作物種植和禽畜飼養(yǎng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的秸稈和糞尿等生物質(zhì)資源，其含有的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，并保護(hù)生態(tài)環(huán)境。研究表明，我國(guó)每年產(chǎn)生的各類(lèi)農(nóng)作物秸稈超過(guò)9.5億t，禽畜糞便（干基）和尿液分別達(dá)5.96億t和8.92億t[1]。目前，我國(guó)秸稈資源的綜合利用率為80.1%，其中肥料化和飼料化利用率為52%[2];而禽畜糞尿的養(yǎng)分利用率不到45%[3]。大量農(nóng)作物秸稈和禽畜糞尿暴露在環(huán)境中，不僅浪費(fèi)生物質(zhì)資源，還會(huì)造成土壤、空氣和水體污染等環(huán)境問(wèn)題[4]。在大規(guī)模糧食產(chǎn)區(qū)和養(yǎng)殖場(chǎng)，生物質(zhì)資源相對(duì)集中，便于機(jī)械化管理和收集處理;然而，對(duì)于個(gè)體種植戶和小型養(yǎng)殖戶，因農(nóng)田管理碎片化，養(yǎng)殖場(chǎng)較為分散，生物質(zhì)分布不集中，難以收集運(yùn)輸并利用。如果發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)，因附加值高，農(nóng)民愿意投入勞動(dòng)，可在實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)上提高經(jīng)濟(jì)效益。

環(huán)境和食品污染嚴(yán)重影響到人類(lèi)健康與壽命，環(huán)境友好的有機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。相對(duì)于普通食品，有機(jī)食物更加健康、營(yíng)養(yǎng)與口感更好[5]，因而受到越來(lái)越多的人關(guān)注。目前，國(guó)家大力支持農(nóng)田有機(jī)質(zhì)提升計(jì)劃，出臺(tái)政策并提供財(cái)政資金支持有機(jī)肥生產(chǎn)與應(yīng)用[6]。發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)，有機(jī)肥來(lái)源是個(gè)根本問(wèn)題，因有機(jī)肥使用相對(duì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本比化肥高，限制了有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

作物秸稈、林業(yè)與果園廢棄物、畜禽糞便、可降解生活垃圾等含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，可以替代化肥為農(nóng)作物提供生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分[7-8]，可增加土壤中的有機(jī)碳和氮、減少土壤養(yǎng)分損失和改善土壤物理性質(zhì)[9-10]。充分挖掘農(nóng)村大量廉價(jià)或零物料成本的生物質(zhì)資源，為有機(jī)作物生長(zhǎng)提供充足的有機(jī)養(yǎng)分，解決農(nóng)村生物質(zhì)資源化處理難題，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。但是，由于缺乏相應(yīng)的研究，對(duì)農(nóng)村生物質(zhì)資源量及其轉(zhuǎn)換有機(jī)糧食的潛力缺乏研究，亟需進(jìn)行有關(guān)調(diào)查、分析與實(shí)驗(yàn)。

本研究選擇山東沂蒙山區(qū)一個(gè)村莊，通過(guò)實(shí)地調(diào)查，結(jié)合田間試驗(yàn)，分析了北方典型村域可獲取生物質(zhì)氮資源量，并以當(dāng)年易獲得的幾種生物質(zhì)作為生物質(zhì)有機(jī)肥，探討了其生產(chǎn)有機(jī)主糧（小麥和玉米）的潛力及其經(jīng)濟(jì)效益。

2 材料與方法

2.1 生物質(zhì)資源調(diào)查及純氮折算

2.1.1 調(diào)查區(qū)域 調(diào)查村莊位于山東省平邑縣卞橋鎮(zhèn)蔣家莊，為沂蒙山區(qū)典型村莊。村莊生物質(zhì)資源調(diào)查分為三大類(lèi)：植物類(lèi)生物質(zhì)資源，包括作物類(lèi)生物質(zhì)剩余物、果園與林業(yè)類(lèi)（果園、撫育林、苗圃）廢棄物和雜草;禽畜排泄物;可降解生活垃圾（家庭廚余干垃圾和副食品垃圾）。調(diào)查分夏季和春季2次進(jìn)行，第1次為2019年8月，主要調(diào)查夏季作物種植面積及其生物質(zhì)資源量、果園種植面積、苗木培育面積、林地面積、雜草生長(zhǎng)面積、禽畜飼養(yǎng)情況;第2次為2020年5月，調(diào)查春季作物種植面積及其生物質(zhì)資源量、林地生物質(zhì)剩余物、村莊可降解生活垃圾。

2.1.2 植物類(lèi)生物質(zhì)資源 植物類(lèi)生物質(zhì)資源為作物類(lèi)、果園與林業(yè)類(lèi)以及雜草。作物類(lèi)主要為農(nóng)作物如小麥、玉米、花生、高粱等農(nóng)作物和蔬菜類(lèi)作物以及中藥材類(lèi)作物;果園與林業(yè)類(lèi)主要為果樹(shù)和撫育林的枝條修剪，其中楊樹(shù)林是育成林，則以其凋落物為主;雜草生物質(zhì)主要為農(nóng)田與田間道路之間以及交通主道兩旁空地生長(zhǎng)的雜草。各生物質(zhì)資源量為各生物質(zhì)調(diào)查面積與單位面積廢棄物的乘積，折純氮量為各生物質(zhì)量與生物質(zhì)含氮量的乘積。計(jì)算公式如下：

Mi=[i=0nAn×Kn] （1）

Ni=[i=0nMn×βn] （2）

Mi：當(dāng)年i種作物所產(chǎn)生的廢棄生物質(zhì)資源總量（干基），i：所統(tǒng)計(jì)的作物的種類(lèi)總數(shù)，n：作物的種類(lèi)，An：當(dāng)年n作物的種植面積，Kn：n作物相應(yīng)的單位面積廢棄的生物質(zhì)量。Ni：當(dāng)年i種作物廢棄生物質(zhì)折純氮量，Mn：n作物生物質(zhì)資源量，βn：n作物含氮量。

2.1.3 禽畜糞便類(lèi)生物質(zhì)資源 畜禽糞便類(lèi)生物質(zhì)主要為牛、豬、雞、鴨、鵝的排泄物。禽畜糞尿生物質(zhì)資源量為各禽畜養(yǎng)殖數(shù)量與日排放量和飼養(yǎng)周期的乘積，折純氮量為各禽畜糞尿量與糞尿含氮量的乘積。計(jì)算公式如下：

Wi=[i=0nQn×Tn×En] （3）

Ni=[i=0nQn×βn] （4）

Wi：當(dāng)年i類(lèi)動(dòng)物糞尿總產(chǎn)量，i：所統(tǒng)計(jì)的動(dòng)物種類(lèi)總數(shù)，n：動(dòng)物的種類(lèi)，Qn：當(dāng)年n動(dòng)物的養(yǎng)殖數(shù)量，Tn：當(dāng)年n動(dòng)物的飼養(yǎng)期，En：n動(dòng)物日排泄量。Ni：當(dāng)年i類(lèi)動(dòng)物糞便折純氮量，Wn：n動(dòng)物糞尿產(chǎn)量，βn：n動(dòng)物糞尿含氮量。

2.1.4 可降解生活垃圾生物質(zhì)資源 農(nóng)村可降解生活垃圾生物質(zhì)主要為可降解家庭廚余干垃圾和副食品垃圾。

農(nóng)村生活垃圾生物量=農(nóng)戶生活垃圾日均產(chǎn)量×365d×戶數(shù)（1-含水量） （5）

農(nóng)村生活垃圾折純氮量=鄉(xiāng)村生活垃圾干基總量×干基含氮比 （6）

2.2 生物質(zhì)有機(jī)肥生產(chǎn)潛力

2.2.1 試驗(yàn)材料 田間試驗(yàn)為小麥-玉米輪作試驗(yàn)，冬小麥（Triticum aestivium L.）品種為臨麥9號(hào)，夏玉米（Zea mays L.）品種為沃玉3號(hào)。村莊夏季易獲得的植物生物質(zhì)有花生秸稈、玉米芯、楊樹(shù)葉、雜草和高粱等，而村莊玉米秸稈全部用于生態(tài)牛場(chǎng)作青貯飼料;動(dòng)物糞便主要為牛糞，其他糞便相對(duì)較少。因此，本試驗(yàn)選用花生秸稈、玉米芯、楊樹(shù)葉、雜草、高粱和腐熟牛糞6種生物質(zhì)進(jìn)行冬小麥-夏玉米輪作，探討其生產(chǎn)有機(jī)主糧的潛力及其經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.2 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)田為連續(xù)6年施有機(jī)肥的有機(jī)農(nóng)田，土壤有機(jī)質(zhì)含量為23mg·kg-1，試驗(yàn)田施氮量參照當(dāng)?shù)厥┓柿?，本試?yàn)施氮量定為300kg·hm-2。

試驗(yàn)在等氮量施肥條件下，設(shè)置了8個(gè)處理：（1）H，花生秸稈;（2）N，腐熟牛糞;（3）X，玉米芯;（4）L，楊樹(shù)葉;（5）C，雜草;（6）G，高粱秸稈;（7）CF，復(fù)合肥;（8）CK，空白處理。各處理施肥量如表1所示。試驗(yàn)田采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為3m×6m，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)小區(qū)，小區(qū)之間設(shè)置1m寬的隔離行。

冬小麥于2019年10月16日播種，2020年6月5日收獲，播種量為180kg·hm-2;夏玉米于2020年6月12日播種，2020年10月2日收獲，夏玉米種植密度為60000株/hm2。小麥播種方式為條播，行距為20～30cm;玉米播種方式為穴播，行距為60～70cm，株距為30cm。冬小麥播種后的冬季和第2年的春季分別灌溉1次水，玉米季不灌溉;小麥季苗期人工除草2次，玉米季苗期人工除草1次。

2.2.3 作物產(chǎn)量 小麥?zhǔn)斋@期每小區(qū)收獲3個(gè)1m2樣方，調(diào)查成穗數(shù)和穗粒數(shù)，測(cè)定籽粒千粒重。

小麥理論產(chǎn)量（kg·hm-2）=有效穗數(shù)×穗粒數(shù)×千粒重×0.85/1000

玉米收獲期每小區(qū)選3行連續(xù)的10株玉米穗，調(diào)查穗行數(shù)和行粒數(shù)，測(cè)定籽粒百粒重。

玉米理論產(chǎn)量（kg·hm-2）=有效穗數(shù)×穗粒數(shù)×百粒重×0.85/100

2.3 統(tǒng)計(jì)分析 采用Microsoft Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理;采用SPSS 22.0進(jìn)行單因素方差分析，并通過(guò)DUNCAN檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析（α=0.05），采用用SigmaPlot 14.0進(jìn)行作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 蔣家莊村生物質(zhì)資源量及折純氮量

3.1.1 植物 蔣家莊總林地（楊樹(shù)經(jīng)濟(jì)林）面積為12hm2;總耕地面積為66.67hm2，其中作物耕地約56.17hm2，其余約10.50hm2為果園和苗圃。經(jīng)濟(jì)林為楊樹(shù)育成林，總面積12hm2。農(nóng)田與田間道路之間以及交通主道兩旁空地面積（雜草生長(zhǎng)面積）1.39hm2。夏季作物種植總面積約56.17hm2，主要種植夏玉米、花生、高粱，小面積種植雜糧類(lèi)作物和蔬菜類(lèi)作物;春季播種面積49.59hm2，主要種植冬小麥和大蒜，小面積種植蔬菜類(lèi)作物，其余留春耕地未種植作物。果園包括蘋(píng)果園、桃、葡萄等果樹(shù)，總面積5.20hm2;槐樹(shù)撫育林1.18hm2;中幼撫育林主要為蘋(píng)果、桃樹(shù)、核桃等，總面積2.74hm2;苗圃主要栽種桃樹(shù)、核桃、山楂等苗木，總面積1.39hm2。

農(nóng)作物、蔬菜、中藥材等作物種植面積和單位面積生物質(zhì)干量的數(shù)據(jù)均來(lái)源于實(shí)地調(diào)查和取樣，由此計(jì)算出生物質(zhì)資源量，總干量為1031.54t·a-1。其中農(nóng)作物生物質(zhì)資源最多，總量為1003.81t·a-1;其次是蔬菜類(lèi)，總量分別為17.68t·a-1，雜草和中藥材類(lèi)生物質(zhì)資源量相對(duì)較少，分別為5.70t和4.35t·a-1（表2）;果園與林業(yè)類(lèi)生物質(zhì)資源如表3所示，該類(lèi)生物質(zhì)資源總量為92.52t·a-1。

該村玉米秸稈全部供給弘毅生態(tài)牛場(chǎng)作青貯飼料，因而其不納入植物生物質(zhì)氮折算中，從而避免與牛糞中的氮重疊。植物生物質(zhì)含氮量的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于相關(guān)文獻(xiàn)，其他農(nóng)作物秸稈含氮量取各小面積種植農(nóng)作物秸稈含氮量的平均值。該村植物生物質(zhì)總純氮量為6.91t·a-1。其中農(nóng)作物生物質(zhì)氮最多，總量為5.12t·a-1;其次是園林類(lèi)和蔬菜類(lèi)生物質(zhì)氮，分別為1.01和0.61t·a-1，中藥材類(lèi)和雜草類(lèi)生物質(zhì)氮分別為0.07和0.10t·a-1（表4）。

3.1.2 禽畜糞尿 蔣家莊村飼養(yǎng)禽畜有肉牛、生豬、雞、鴨和鵝。該村莊有1個(gè)大型生態(tài)養(yǎng)牛場(chǎng)和4戶小型禽畜養(yǎng)殖戶，其余有禽畜養(yǎng)殖為個(gè)體戶圈養(yǎng)。肉牛當(dāng)年出欄量和存欄量為316頭，其中弘毅生態(tài)農(nóng)場(chǎng)出欄100頭，存欄200頭，周邊散養(yǎng)戶出欄16頭。當(dāng)年共計(jì)出欄生豬128頭;肉雞與蛋雞養(yǎng)殖數(shù)量分別為1170只和823只;鴨和鵝養(yǎng)殖數(shù)量分別為92只和149只。當(dāng)年禽畜糞尿年排放總量為2703.08t·a-1，其中禽畜糞便年排放量為1842.27t·a-1，禽畜尿液年排放量為860.81t·a-1（表5）。禽畜糞尿總純氮量為11.71t·a-1，其中禽畜糞便生物質(zhì)氮為7.55t·a-1，禽畜尿液生物質(zhì)氮為4.16t·a-1（表6）。

3.1.3 可降解生活垃圾 蔣家莊村共有240戶農(nóng)戶，隨機(jī)選取10戶農(nóng)戶進(jìn)行連續(xù)12天的追蹤調(diào)查。調(diào)查結(jié)果表明，該村平均每戶產(chǎn)生可降解生活垃圾0.29kg（鮮重），可降解生活垃圾含水量為56.23%，其含氮量測(cè)定為21.3g·kg-1。根據(jù)公式（5）和公式（6）計(jì)算可得，蔣家莊村當(dāng)年產(chǎn)生可降解生活垃圾（鮮基）25.40t·a-1，可降解生活垃圾生物質(zhì)氮為0.26t·a-1。

3.1.4 生物質(zhì)資源量及總純氮量 蔣家莊村生物質(zhì)資源總量為3852.54t·a-1，其中禽畜糞便（鮮基）生物質(zhì)總量為1842.27t·a-1，禽畜尿液生物質(zhì)總量為860.81t·a-1，植物生物質(zhì)（干基）總量為1124.06t·a-1，可降解生活垃圾（鮮基）生物質(zhì)總量為25.40t·a-1（圖1）。

該村總生物質(zhì)資源量折算為純氮量為18.88t·a-1，其中禽畜糞便生物質(zhì)氮為7.55t·a-1，占總量的40.0%;禽畜尿液生物質(zhì)氮4.16t·a-1，占22.0%;植物生物質(zhì)氮6.91t·a-1，占36.6%;可降解生活垃圾生物質(zhì)氮為0.26t·a-1，占1.4%（圖2）。

3.2 生物質(zhì)肥轉(zhuǎn)化為有機(jī)糧食潛力

3.2.1 冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)的產(chǎn)量 各施肥條件下冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)的產(chǎn)量如圖3所示。冬小麥季，CK（空白處理）、CF（化肥處理）、H（花生秸稈生物質(zhì)有機(jī)肥）、N（牛糞生物質(zhì)有機(jī)肥）、X（玉米芯生物質(zhì)有機(jī)肥）、L（楊樹(shù)葉生物質(zhì)有機(jī)肥）、C（雜草生物質(zhì)有機(jī)肥）和G（高粱秸稈生物質(zhì)有機(jī)肥）的產(chǎn)量分別為3505、8384、6471、7727、6136、6347、6479和6178kg·hm-2。其中CF和N之間無(wú)顯著差異，但均顯著高于其他處理（P<0.05）;H、X、L、C和G之間無(wú)顯著差異，但均顯著高于CK（P<0.05）。夏玉米季，CK、CF、H、N、X、L、C和G的產(chǎn)量分別為4218、8650、6928、8298、6098、6682、6737和6529kg·hm-2。其中CF和N之間無(wú)顯著差異，但均顯著高于其他處理（P<0.05），CK顯著低于其他處理（P<0.05）;H、L、C和G之間無(wú)顯著差異，但H、L和D顯著高于X（P<0.05）;X和G之間無(wú)顯著差異。CK、CF、H、N、X、L、C和G的周年產(chǎn)量分別為7723、17035、13397、16026、12234、13030、13216和12708kg·hm-2，其中CF和N之間無(wú)顯著差異，但均顯著高于其他處理（P<0.05），CK顯著低于其他處理（P<0.05）;H、L、D和G之間無(wú)顯著差異，但H、L和D顯著高于X（P<0.05）;X和G之間無(wú)顯著差異。

3.2.2 不同生物質(zhì)肥轉(zhuǎn)化為有機(jī)主糧的潛力 生物質(zhì)有機(jī)肥的生產(chǎn)潛力如表7所示。N（牛糞生物質(zhì)有機(jī)肥）的生產(chǎn)潛力最高，1kg腐熟牛糞可生產(chǎn)1.04kg有機(jī)主糧（小麥+玉米）;其次是H（花生秸稈生物質(zhì)有機(jī)肥）和C（雜草生物質(zhì)有機(jī)肥），1kg花生秸稈和1kg大豆秸稈分別可生產(chǎn)0.81和0.76kg有機(jī)主糧;G（高粱秸稈生物質(zhì)有機(jī)肥）、L（楊樹(shù)葉子生物質(zhì)有機(jī)肥）和X（玉米芯生物質(zhì)有機(jī)肥）的生產(chǎn)潛力相對(duì)較低，1kg高粱秸稈、1kg楊樹(shù)葉子和1kg玉米芯分別可生產(chǎn)0.53、0.32和0.24kg有機(jī)主糧。

3.2.3 冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益 表8為化肥和各生物質(zhì)有機(jī)肥處理的投入明細(xì)。由于CK沒(méi)有施肥，在實(shí)際生產(chǎn)中沒(méi)有指導(dǎo)意義，因此不做經(jīng)濟(jì)效益分析。X和L年均投入最多，分別為24561和21537，其次是CF、N、C和G，分別為17917、17486、17411和17389元·hm-2，H投入相對(duì)較少，為16973元·hm-2。各處理在種子、耕地、播種、收獲、灌溉方面的投入均相同。化肥處理除了除草、肥料和施肥用工投入與各生物質(zhì)有機(jī)肥處理不同，其他投入均相同。X、L和CF購(gòu)買(mǎi)肥料投入較高，H、N、C和G購(gòu)買(mǎi)肥料投入相對(duì)較少;N施肥人工投入最高，其次是X和L，H、C和G，CF最少。各生物質(zhì)有機(jī)肥施肥和除草的人工投入均高于化肥處理，H（花生秸稈生物質(zhì)有機(jī)肥）、N（牛糞生物質(zhì)有機(jī)肥）、X（玉米芯生物質(zhì)有機(jī)肥）、L（楊樹(shù)葉生物質(zhì)有機(jī)肥）、G（高粱秸稈生物質(zhì)有機(jī)肥）、C（雜草生物質(zhì)有機(jī)肥）和H（花生秸稈生物質(zhì)有機(jī)肥）的施肥和除草人工投入分別是CF（化肥處理）的3.92、3.46、3.23、2.91、2.77和2.75倍。

本研究中，試驗(yàn)田為連續(xù)6年沒(méi)有使用化肥和化學(xué)農(nóng)藥的有機(jī)農(nóng)田，各生物質(zhì)有機(jī)肥處理的作物按有機(jī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行種植，小麥和玉米按有機(jī)地頭價(jià)銷(xiāo)售。N年凈產(chǎn)值最高，達(dá)62070元·hm-2，其次是H、C、G、L和X，分別為49559、48402、45800、43284和36647元·hm-2，CF最低，為21288元·hm-2。各生物質(zhì)有機(jī)肥處理的年凈產(chǎn)值均高于化肥處理，N（牛糞生物質(zhì)有機(jī)肥）、H（花生秸稈生物質(zhì)有機(jī)肥）、C（雜草生物質(zhì)有機(jī)肥）、G（高粱秸稈生物質(zhì)有機(jī)肥）、L（楊樹(shù)葉生物質(zhì)有機(jī)肥）和X（玉米芯生物質(zhì)有機(jī)肥）的年凈產(chǎn)值分別是CF（化肥處理）的2.92、2.33、2.27、2.15、2.03和1.72倍（表9）。

4 討論與結(jié)論

所有光合產(chǎn)物及其衍生物都可以當(dāng)作生物質(zhì)有機(jī)肥，為作物提供生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分[1]。明確生物質(zhì)資源量，可為其合理利用和政府相關(guān)政策出臺(tái)提供依據(jù)。目前，生物質(zhì)資源的統(tǒng)計(jì)主要集中在國(guó)家或區(qū)域?qū)用?，而關(guān)于農(nóng)村生物質(zhì)資源量的研究較少，并且研究方法都為利用相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析的自下而上估算法，由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的來(lái)源不同以及相關(guān)參數(shù)的差異，導(dǎo)致其研究結(jié)果也存在差異。如2015年，中國(guó)秸稈資源量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果有7.19×108[30]和9.73×108t·a-1[1]，中國(guó)禽畜糞尿統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果有31.5810[3]和30.079.73×108t·a-1[1]。這些數(shù)據(jù)出入的另一部分原因是缺乏具體村莊生物質(zhì)資源的實(shí)地調(diào)查。本研究通過(guò)實(shí)地調(diào)查分析1個(gè)村莊生物質(zhì)資源及其折純氮量，明確了1個(gè)典型村莊的生物質(zhì)資源量及生物質(zhì)氮總量，為大尺度估算生物質(zhì)資源提供了基礎(chǔ)參數(shù)。

城市是人民的主要居住地，農(nóng)村則是人民生存所需食物的主要供給地，農(nóng)村每年都會(huì)有大量的生物質(zhì)資源產(chǎn)生。2015年我國(guó)農(nóng)村產(chǎn)生5.33×109t·a-1生物質(zhì)廢棄物，禽畜排放物為4.1×109t·a-1，占總量的76.9%，植物類(lèi)生物質(zhì)廢棄物為1.13×109t·a-1，占21.2%，生活垃圾為0.1×109t·a-1，占1.9%[31]。本研究發(fā)現(xiàn)蔣家莊村生物質(zhì)資源種類(lèi)分布與前人研究較為相近，該村生物質(zhì)資源主要為動(dòng)物排泄物，占總量的62.0%，植物生物質(zhì)資源占36.6%，可降解生活垃圾占1.4%。但是，本研究中農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)量（0.29kg/戶）低于前人研究的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾（0.52kg/人·d）[32-33]，原因是生活垃圾全部來(lái)源于村莊內(nèi)部，生活垃圾的組分為廚房剩余干垃圾（如過(guò)剩食材、剩余菜飯等）和日常副食品剩余物（如果皮、果核等），而前人研究的生活垃圾還包括煤灰、塑料、金屬、玻璃、紡織品、磚塊等無(wú)機(jī)垃圾，而可降解有機(jī)垃圾占比為33.7%±17.8%[34]，以此折算后與本研究中可降解生活垃圾大致相當(dāng)。蔣家莊全村生物質(zhì)資源總量折合純氮為18.88t·a-1，足夠滿足村莊全部主糧和雜糧作物（56.17hm2）300kg·hm-2的施氮需求。

研究表明，有機(jī)肥對(duì)土壤理化性質(zhì)有顯著的改善作用[35]，可提高土壤有機(jī)碳和氮含量[36]，提高土壤微生物量[37]，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量[38]。農(nóng)村生物質(zhì)就地肥料化，既可以避免資源的浪費(fèi)，又能夠就地轉(zhuǎn)化為有機(jī)糧食，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本研究中，牛糞生物質(zhì)有機(jī)肥（N，腐熟牛糞）與化肥處理的小麥-玉米輪作系統(tǒng)產(chǎn)量分別為17035和16026kg·hm-2，兩者之間無(wú)顯著差異，但均顯著高于各植物生物質(zhì)有機(jī)肥處理（P<0.05）;各植物生物質(zhì)有機(jī)肥處理均顯著高于空白處理（P<0.05）。各生物質(zhì)有機(jī)肥轉(zhuǎn)化為有機(jī)主糧（冬小麥+夏玉米）的潛力表現(xiàn)為動(dòng)物糞便（N，腐熟牛糞）生物質(zhì)有機(jī)肥明顯高于植物生物質(zhì)有機(jī)肥，1kg動(dòng)物糞便生物質(zhì)有機(jī)肥可生產(chǎn)1.04kg有機(jī)主糧，1kg植物類(lèi)生物質(zhì)有機(jī)肥平均可生產(chǎn)0.53kg有機(jī)主糧。

除含氮量較低的玉米芯和楊樹(shù)葉生物質(zhì)有機(jī)肥處理的生產(chǎn)投入高于化肥處理外，其余生物質(zhì)有機(jī)肥處理的生產(chǎn)投入與化肥處理相當(dāng)。但是，各生物質(zhì)有機(jī)肥處理的經(jīng)濟(jì)效益均高于化肥處理，動(dòng)物糞便生物質(zhì)有機(jī)肥處理的經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)高于各植物生物質(zhì)有機(jī)肥處理，其經(jīng)濟(jì)效益是化肥處理2.9倍。各植物生物質(zhì)肥的平均經(jīng)濟(jì)效益是化肥處理的2.1倍。此外，各生物質(zhì)有機(jī)肥處理的投入主要為購(gòu)買(mǎi)生物質(zhì)肥和施肥與除草人工費(fèi)用，而廢棄生物質(zhì)就地代替化肥利用相對(duì)于農(nóng)民來(lái)說(shuō)，肥料投入幾乎是零成本，施肥與除草人工投入則是農(nóng)民自己的勞力轉(zhuǎn)化為自己的經(jīng)濟(jì)收入。

本研究對(duì)沂蒙山區(qū)1個(gè)典型村落的生物質(zhì)資源進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)果表明，該村具有大量可利用的生物質(zhì)資源，且可就地作為生物質(zhì)有機(jī)肥施入農(nóng)田轉(zhuǎn)化為有機(jī)主糧，為村莊農(nóng)民帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)收入。該村生物質(zhì)氮總量為18.88t·a-1，主要為動(dòng)物糞尿生物質(zhì)氮，超過(guò)總量的60%，植物生物質(zhì)氮為36%。村莊生物質(zhì)資源總氮量可滿足該村全部農(nóng)作物耕地進(jìn)行有機(jī)種植所需的有機(jī)氮。在連續(xù)6年進(jìn)行養(yǎng)地基礎(chǔ)上，各生物質(zhì)可作有機(jī)肥就地轉(zhuǎn)化為有機(jī)主糧（小麥和玉米），其中動(dòng)物糞便生物質(zhì)有機(jī)肥的有機(jī)主糧產(chǎn)量顯著高于植物生物質(zhì)肥。農(nóng)民種植有機(jī)農(nóng)作物可使經(jīng)濟(jì)收入增加2倍以上，同時(shí)還可以在家門(mén)口就地將自己的勞動(dòng)力轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)收入。本研究成果可為有機(jī)主糧生產(chǎn)、生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展、鄉(xiāng)村環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)與實(shí)踐案例。

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