柴如山，徐悅，程啟鵬，王擎運，馬超，葉新新，章力干，郜紅建

安徽農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院/農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室/長江經(jīng)濟帶磷資源高效利用與水環(huán)境保護研究中心，合肥 230036

0 引言

【研究意義】作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，同時是一種重要的有機肥資源。秸稈還田有利于提升土壤有機質(zhì)含量，增加土壤碳貯量[1-2]，可以改善土壤物理結(jié)構(gòu)[3]。秸稈還田不僅能夠增加土壤養(yǎng)分儲量和供應潛力，還能提高速效養(yǎng)分供應能力[4-6]。Meta分析的研究結(jié)果顯示，秸稈還田能夠?qū)崿F(xiàn)作物增產(chǎn)[7]，而且其效應會隨著還田時間延長而增大[8]。因此，秸稈還田是維持土壤可持續(xù)生產(chǎn)能力的有效措施。作物秸稈含有豐富的氮磷鉀等養(yǎng)分元素，秸稈還田可向土壤輸入養(yǎng)分，有望在一定程度上實現(xiàn)農(nóng)田投入化肥的部分替代?！厩叭搜芯窟M展】在浙江省嘉興市開展的秸稈還田配合氮肥減量兩年大田定位試驗顯示，秸稈不還田條件下水稻產(chǎn)量隨著施氮量的增加而提高，與秸稈不還田下中氮（270 kg·hm-2）、高氮處理（345 kg·hm-2）相比，秸稈還田下氮肥減量30 kg·hm-2均提高了水稻產(chǎn)量[9]。在三江平原白漿土上進行的 3年秸稈還田試驗表明，在保證水稻產(chǎn)量的前提下，高肥力土壤上秸稈還田可實現(xiàn)氮肥減量10%[10]。安徽省巢湖流域秸稈還田下減量化施肥 10年定位試驗的結(jié)果表明，與當?shù)嘏浞绞┓侍幚恚∟ 225.0 kg·hm-2、P2O567.5 kg·hm-2）相比，減氮30%和減磷50%這兩個處理均降低了水稻產(chǎn)量，而秸稈還田下同時減氮30%減磷50%則能夠增加水稻的產(chǎn)量[11]。在重慶市開展的水稻-油菜輪作5年田間定位試驗表明，與常規(guī)施磷處理（P2O560 kg·hm-2）相比，秸稈還田減磷20%處理在水稻季沒有顯著的減產(chǎn)效應，在油菜季產(chǎn)量有上升趨勢[12]。江西省雙季稻秸稈還田6年定位試驗的結(jié)果顯示，水稻秸稈還田在早稻上可替代氮肥（N 165 kg·hm-2）、磷肥（P2O575 kg·hm-2）、鉀肥（K2O 150 kg·hm-2）的比例分別為 29.5%、4.0%、50.0%[13]，在晚稻上秸稈還田的氮肥（N 195.0 kg·hm-2）、磷肥（P2O587.8 kg·hm-2）、鉀肥（K2O 175.5 kg·hm-2）可替代比例分別為26.7%、10.3%、64.1%[14]。在湖北省 38個縣（市）開展的秸稈還田鉀肥減量田間試驗表明，在高供鉀能力土壤上，上季作物秸稈全量還田基本可以滿足當季作物實現(xiàn)高產(chǎn)的鉀素需求；在中供鉀能力土壤上秸稈還田可替代 50%鉀肥用量[15]?！颈狙芯壳腥朦c】安徽省為我國糧食主產(chǎn)省份之一，2018年安徽省水稻和小麥產(chǎn)量分別占全國水稻、小麥總產(chǎn)量的 7.9%和 12.2%；全省農(nóng)用化肥施用量居全國第 4位[16]。劉曉永等[17]及宋大利等[18]在省級尺度上估算了全國主要作物秸稈氮磷鉀養(yǎng)分資源量及單位耕地面積秸稈養(yǎng)分還田量。耿維等[19]的估算結(jié)果顯示，2010—2016年安徽省作物秸稈氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養(yǎng)分資源量分別占全省有機肥氮、磷、鉀養(yǎng)分資源總量的40.09%、37.01%和63.87%。安徽省作物秸稈養(yǎng)分資源豐富，而目前安徽省各地區(qū)不同作物秸稈還田當季的具體化肥替代潛力尚不清楚。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究采用草谷比法估算了安徽省各市水稻、小麥、玉米和油菜秸稈數(shù)量，并在考慮還田秸稈養(yǎng)分當季釋放率的情況下，從還田秸稈養(yǎng)分當季可釋放量的角度嘗試分析了單位播種面積不同作物秸稈全量還田的化肥替代潛力，以期為全省不同地區(qū)主要作物秸稈還田下的化肥配施和減量提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和決策參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

安徽省地處我國華東腹地，位于長江及淮河的中下游，境內(nèi)淮河以北屬暖溫帶半濕潤季風氣候，淮河以南為亞熱帶濕潤季風氣候。年平均氣溫14—17℃，由南向北遞減；年平均降水量770—1 700 mm，主要集中在春夏兩季；年平均日照1 800—2 500 h，光照充足，熱量條件較好；年平均無霜期 200—250 d，無霜期較長。安徽省為我國糧食主產(chǎn)省，2016—2018年全省水稻、小麥、玉米和油菜年均播種面積分別為 237.9萬 hm2、257.2萬 hm2、95.3萬 hm2和 44.3萬hm2，其中水稻、小麥和玉米總播種面積占全省糧食作物播種面積的85.8%，油菜播種面積占全省油料作物播種面積的 68.3%[20]。本研究選取上述 4種主要作物進行秸稈及其所含養(yǎng)分資源量分析，綜合考慮安徽省各市的耕作制度和地理位置，將全省16市劃分為以下區(qū)域：淮北（阜陽、亳州、淮北、宿州和蚌埠市），江淮（六安、淮南、合肥和滁州市），沿江（安慶、銅陵、蕪湖和馬鞍山市）及江南（池州、宣城和黃山市）?；幢逼皆瓰榘不帐⌒←満陀衩字鳟a(chǎn)區(qū)，耕作制度主要為小麥-玉米兩熟輪作；江淮區(qū)域為安徽省水稻、小麥和油菜主產(chǎn)區(qū)，耕作制度為水稻-小麥或水稻-油菜水旱兩熟輪作；沿江及江南是安徽省水稻和油菜主產(chǎn)區(qū)，耕作制度主要為水稻-油菜或雙季稻兩熟輪作。

1.2 研究方法

本研究采用國內(nèi)常用的草谷比法[21-22]來估算安徽省各市主要作物秸稈產(chǎn)生量。草谷比為作物地上部秸稈產(chǎn)量與經(jīng)濟產(chǎn)量的比值。

主要作物秸稈產(chǎn)量（WS）的計算公式為：

式中，WY為作物經(jīng)濟產(chǎn)量；SG為作物草谷比。

主要作物秸稈養(yǎng)分資源量（WN）的計算公式為：

式中，NS為作物秸稈養(yǎng)分含量。將單質(zhì)磷（P）折算為五氧化二磷（P2O5）的系數(shù)為2.29；將單質(zhì)鉀（K）折算為氧化鉀（K2O）的系數(shù)為1.21。

作物秸稈還田的化肥替代潛力以單位播種面積還田秸稈養(yǎng)分當季釋放量（ARN）進行估算，其計算公式為：

式中，RN為還田秸稈養(yǎng)分當季釋放率；A為作物播種面積。

1.3 數(shù)據(jù)來源

為避免作物產(chǎn)量年際間的波動，本研究基于2016—2018年安徽省農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)對主要作物秸稈數(shù)量及養(yǎng)分資源量進行估算。安徽省各市的水稻、小麥、玉米和油菜年播種面積和產(chǎn)量來自安徽省統(tǒng)計局[20]，沿江和江南區(qū)域各市的早稻、中稻和一季晚稻及雙季晚稻的播種面積和產(chǎn)量來自各市統(tǒng)計年鑒。本研究采用劉曉永等[17]通過文獻總結(jié)得出的長江中下游農(nóng)區(qū)作物草谷比數(shù)據(jù)和作物秸稈還田當季養(yǎng)分釋放率（表 1）。作物秸稈氮磷鉀養(yǎng)分含量參考《中國有機肥料養(yǎng)分志》[23]。

表1 不同作物的草谷比、秸稈養(yǎng)分含量和還田秸稈養(yǎng)分當季釋放率Table 1 Straw/grain ratio of different crops, nutrient contents in straws and in-season nutrient release rates of returned straws

2 結(jié)果

2.1 安徽省主要作物秸稈資源量及空間分布

2016—2018年安徽省4種主要作物秸稈年均總產(chǎn)量為4 996萬t，其中水稻、小麥、玉米和油菜秸稈年均產(chǎn)量分別為1 758萬t、2 251萬t、712萬t和275萬 t，產(chǎn)量較大的為小麥秸稈和水稻秸稈，分別占 4種作物秸稈總產(chǎn)量的 45.1%和 35.2%，其次為玉米秸稈，占14.2%，油菜秸稈在4種作物秸稈總量中所占的比例較小，為5.5%。從圖1中安徽省各市的作物秸稈產(chǎn)量來看，水稻秸稈主要分布在滁州、合肥、六安、安慶和淮南市，各市的水稻秸稈產(chǎn)量分別占全省水稻秸稈總產(chǎn)量的15.4%、14.9%、14.4%、10.7%和10.5%；阜陽、亳州、宿州、滁州和蚌埠市的小麥秸稈產(chǎn)量較大，分別占全省小麥秸稈總產(chǎn)量的 20.4%、19.2%、15.2%、9.8%和9.3%；玉米秸稈資源所占比例較大的是阜陽、宿州、亳州和蚌埠市，分別占全省玉米秸稈總產(chǎn)量的25.6%、23.7%、23.6%和9.7%；油菜秸稈主要分布在安慶、合肥、六安和蕪湖市，各市的油菜秸稈產(chǎn)量分別占全省油菜秸稈總產(chǎn)量的22.0%、16.6%、9.8%和9.1%。4種作物秸稈總產(chǎn)量居于前列的地區(qū)為阜陽、亳州、滁州和宿州市，秸稈產(chǎn)量分別為698萬t、604萬t、536萬t和519萬t，占全省主要作物秸稈年均總產(chǎn)量的14.0%、12.1%、10.7%和10.4%。

從圖 2中安徽省不同區(qū)域主要作物秸稈產(chǎn)量來看，淮北、江淮、沿江和江南各區(qū)域的4種作物秸稈年均總產(chǎn)量分別為2 348萬t、1 680萬t、674萬t和293萬t，占全省主要作物秸稈總產(chǎn)量的47.0%、33.6%、13.5%和 5.9%。安徽省秸稈資源主要分布在淮北和江淮區(qū)域，淮北區(qū)域的秸稈產(chǎn)出以小麥秸稈和玉米秸稈為主，分別占該區(qū)域 4種作物秸稈總產(chǎn)量的67.1%和26.7%；江淮區(qū)域的秸稈產(chǎn)出以水稻秸稈和小麥秸稈為主，所占比例分別為 57.8%和 33.3%。安徽省水稻秸稈主要分布在江淮和沿江區(qū)域，秸稈年均產(chǎn)量分別為971萬t（占比55.2%）和456萬t（占比 26.0%）；小麥秸稈主要分布在淮北和江淮區(qū)域，年均產(chǎn)量分別為1 576萬t（占比70.0%）和560萬t（占比24.9%）；玉米秸稈集中分布在淮北區(qū)域，年均產(chǎn)量為627萬t，占全省玉米秸稈總產(chǎn)量的 88.1%；油菜秸稈主要分布在安徽省的沿江和江淮區(qū)域，年均產(chǎn)量分別為119萬t（占比43.2%）和97萬t（占比35.2%）。

2.2 安徽省主要作物秸稈氮磷鉀養(yǎng)分資源量及空間分布

2016—2018年安徽省4種主要作物秸稈氮（N）養(yǎng)分資源總量年均為39.57萬t，水稻、小麥、玉米和油菜秸稈可提供的年均氮養(yǎng)分資源量分別為16.00萬t（占比40.4%）、14.63萬t（占比37.0%）、6.55萬t（占比16.5%）和2.39萬t（占比6.0%）。主要作物秸稈磷（P2O5）養(yǎng)分資源總量年均為12.69萬t，其中來自水稻、小麥、玉米和油菜秸稈的磷養(yǎng)分資源量分別為5.23萬t（占比41.3%）、4.13萬t（占比32.5%）、2.45萬t（占比19.3%）和0.88萬t（占比6.9%）。4種主要作物秸稈鉀（K2O）養(yǎng)分資源總量年均為85.08萬t，來自水稻、小麥、玉米和油菜秸稈的鉀養(yǎng)分資源量分別為40.04萬t（占比47.1%）、28.49萬t（占比33.5%）、10.12萬t（占比11.9%）和6.42萬t（占比7.5%）?？偟膩砜矗?、小麥、玉米和油菜秸稈養(yǎng)分資源量分別占 4種主要作物秸稈養(yǎng)分資源總量的44.6%、34.4%、13.9%和7.1%。

從圖3可以看出，水稻秸稈養(yǎng)分資源量較高的地區(qū)有滁州（N 2.47萬 t、P2O50.81萬 t、K2O 6.17萬 t）、合肥（N 2.38萬t、P2O50.78萬t、K2O 5.96萬t）、六安（N 2.31萬t、P2O50.76萬t、K2O 5.78萬t）、安慶（N 1.72萬t、P2O50.56萬t、K2O 4.30萬t）和淮南市（N 1.68萬t、P2O50.55萬t、K2O 4.20萬t），這些地區(qū)的水稻秸稈養(yǎng)分資源量占全省水稻秸稈養(yǎng)分資源總量的 65.9%；小麥秸稈養(yǎng)分資源主要分布在阜陽（N 2.99萬t、P2O50.84萬t、K2O 5.82萬t）、亳州（N 2.81萬t、P2O50.79萬t、K2O 5.47萬t）、宿州（N 2.23萬t、P2O50.63萬t、K2O 4.34萬t）、滁州（N 1.44萬t、P2O50.41萬t、K2O 2.80萬t）和蚌埠市（N 1.36萬t、P2O50.38萬t、K2O 2.65萬t），共占全省小麥秸稈養(yǎng)分資源總量的 74.0%；玉米秸稈養(yǎng)分資源量較豐富的地區(qū)有阜陽（N 1.68萬 t、P2O50.63萬t、K2O 2.59萬t）、宿州（N 1.55萬 t、P2O50.58萬t、K2O 2.40萬t）、亳州（N 1.54萬t、P2O50.58萬t、K2O 2.39萬t）和蚌埠市（N 0.64萬t、P2O50.24萬t、K2O 0.99萬t），共占全省玉米秸稈養(yǎng)分資源總量的 82.6%；油菜秸稈養(yǎng)分資源主要分布在安慶（N 0.53萬t、P2O50.19萬 t、K2O 1.41萬 t）、合肥（N 0.40萬t、P2O50.15萬t、K2O 1.06萬t）、六安（N 0.23萬t、P2O50.09萬t、K2O 0.63萬t）和蕪湖市（N 0.22萬t、P2O50.08萬t、K2O 0.58萬t），這些地區(qū)的油菜秸稈養(yǎng)分資源量占全省油菜秸稈養(yǎng)分資源總量的57.4%。

從不同地區(qū)的4種主要作物秸稈氮養(yǎng)分資源總量來看，位于全省前列的地區(qū)為阜陽、亳州、滁州、宿州、合肥和六安市，分別為5.17萬t（占比13.1%）、4.39萬t（占比11.1%）、4.30萬t（占比10.9%）、3.85萬t（占比9.7%）、3.35萬t（占比8.5%）和3.32萬 t（占比 8.4%）。4種作物秸稈磷養(yǎng)分資源總量較高的地區(qū)排序同樣為阜陽、亳州、滁州、宿州、合肥和六安市，分別為1.64萬t（占比12.9%）、1.38萬t（占比10.9%）、1.36萬t（占比10.7%）、1.23萬t（占比9.7%）、1.10萬t（占比8.6%）和1.07萬t（占比8.4%）。4種主要作物秸稈鉀養(yǎng)分資源總量居于前列的地區(qū)為滁州、阜陽、合肥、亳州、六安和宿州市，分別為9.77萬t（占比11.5%）、9.70萬t（占比11.4%）、8.09萬t（占比9.5%）、7.94萬t（占比9.3%）、7.86萬t（占比9.2%）和6.92萬t（占比8.1%）。

從表2主要作物秸稈養(yǎng)分資源在安徽省不同區(qū)域間的分布來看，安徽省淮北、江淮、沿江和江南各區(qū)域 4種作物秸稈氮（N）養(yǎng)分資源總量分別為 17.33萬t、13.80萬t、5.88萬t和2.56萬t，占全省主要作物秸稈氮養(yǎng)分資源總量的 43.8%、34.9%、14.9%和6.5%。各區(qū)域主要作物秸稈磷（P2O5）養(yǎng)分資源總量分別為5.48萬t、4.41萬t、1.95萬t和0.85萬t，所占比例為43.2%、34.7%、15.4%和6.7%。各區(qū)域秸稈鉀（K2O）養(yǎng)分資源總量分別為32.17萬t、32.21萬t、14.45萬t和6.24萬t，所占比例為37.8%、37.9%、17.0%和7.3%。

表2 2016—2018年安徽省不同區(qū)域主要作物秸稈養(yǎng)分資源年均產(chǎn)量Table 2 Annual average yields of main crop straw nutrient resources in different regions of Anhui province during the period of 2016-2018

2.3 安徽省主要作物秸稈還田養(yǎng)分替代潛力

從表3安徽省各市單位播種面積主要作物秸稈還田當季的化肥替代潛力來看，水稻秸稈還田的氮肥可替代量為N 26.8—35.0 kg·hm-2，磷肥可替代量為P2O512.4—16.2 kg·hm-2，鉀肥可替代量為 K2O 120.9—157.5 kg·hm-2，各市水稻秸稈還田的氮肥及磷肥替代潛力比較接近，鉀肥替代潛力均較大。水稻主要種植地區(qū)淮南、蕪湖、合肥、六安、安慶、滁州和宣城市單位播種面積水稻秸稈還田的化肥替代潛力為N 29.5—35.0 kg·hm-2、P2O513.6—16.2 kg·hm-2、K2O 132.9—157.5 kg·hm-2，這些地區(qū)的水稻播種面積占全省水稻總播種面積的 78.5%。小麥秸稈還田的氮肥可替代量為 N 14.3—33.5 kg·hm-2，磷肥可替代量為 P2O55.0—11.7 kg·hm-2，鉀肥可替代量為 K2O 49.5—116.0 kg·hm-2。小麥主要種植地區(qū)亳州、阜陽、宿州、蚌埠、淮南和滁州市單位播種面積小麥秸稈還田的化肥替代潛力為N 24.1—33.5 kg·hm-2、P2O58.4—11.7 kg·hm-2、K2O 83.5—115.8 kg·hm-2，這些地區(qū)的小麥播種面積占全省小麥總播種面積的 77.8%。對于玉米秸稈還田來說，其氮、磷、鉀肥的替代潛力分別為 N 23.1—38.9 kg·hm-2、P2O511.7—19.6 kg·hm-2和 K2O 55.8—93.9 kg·hm-2。玉米主要種植地區(qū)亳州、阜陽、蚌埠、宿州和淮北市單位播種面積玉米秸稈還田的化肥替代潛力為 N 24.7—32.7 kg·hm-2、P2O512.5—16.5 kg·hm-2、K2O 59.7—79.0 kg·hm-2，這些地區(qū)的玉米播種面積占全省玉米總播種面積的 88.1%。油菜秸稈還田的氮肥可替代量為N 18.1—34.7 kg·hm-2，磷肥可替代量為P2O58.4—16.1 kg·hm-2，鉀肥可替代量為K2O 76.0—145.5 kg·hm-2。油菜主要種植地區(qū)蕪湖、合肥、宣城、池州、安慶和六安市單位播種面積油菜秸稈還田的化肥替代潛力為 N 24.1—34.0 kg·hm-2、P2O511.2—15.8 kg·hm-2、K2O 101.3—142.7 kg·hm-2，這些地區(qū)的油菜播種面積占全省油菜總播種面積的70.7%。

表3 2016—2018年安徽省各市單位播種面積主要作物秸稈還田的化肥可替代量Table 3 Synthetic fertilizers substitute potential through main crop straw incorporation in different cities of Anhui province during the period of 2016-2018 (kg·hm-2)

從表4安徽省不同區(qū)域典型輪作制度下單位播種面積作物秸稈還田的化肥可替代量來看，淮北區(qū)域小麥秸稈和玉米秸稈還田的氮肥可替代量非常接近，玉米秸稈還田的磷肥可替代量高于小麥秸稈還田的，而小麥秸稈還田的鉀肥替代潛力較大；江淮區(qū)域水稻-小麥輪作制度下小麥秸稈還田的化肥替代潛力小于淮北區(qū)域小麥秸稈還田的化肥可替代量。江淮和沿江這兩個區(qū)域水稻-油菜輪作制度下水稻季油菜秸稈還田的化肥替代潛力非常接近，江南區(qū)域的稍低；3個區(qū)域油菜季水稻秸稈還田的化肥替代潛力相差不大。沿江和江南區(qū)域早稻-晚稻輪作下水稻秸稈還田的化肥替代潛力略小于水稻-油菜輪作制度下水稻秸稈還田的化肥替代潛力。從全省范圍內(nèi)來看，單位播種面積水稻、小麥、玉米和油菜秸稈還田當季的氮肥替代潛力分別為 N 30.9、27.6、30.3 和 28.4 kg·hm-2，磷肥替代潛力分別為 P2O514.3、9.6、15.3和 13.2 kg·hm-2，鉀肥替代潛力分別為K2O 139.3、95.4、73.1和 119.1 kg·hm-2。

3 討論

3.1 關(guān)于作物草谷比和秸稈養(yǎng)分含量

草谷比的選擇是影響秸稈產(chǎn)量評估結(jié)果的關(guān)鍵因素。在以往的研究中，對我國主要作物秸稈數(shù)量進行估算時使用的多是全國尺度的草谷比。作物的草谷比受到作物種類以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件等諸多因素的影響[24]。劉曉永等[17]基于大量文獻資料計算得到我國不同地區(qū)水稻的草谷比為 0.91—1.08，小麥的草谷比為1.10—1.56，玉米的草谷比為1.11—1.29，油菜的草谷比為 2.20—2.75。本研究采用劉曉永等[17]發(fā)表文獻中長江中下游地區(qū)不同作物的草谷比：水稻1.08、小麥1.39、玉米 1.29、油菜 2.64。安徽東連江蘇，兩個省份都位于長江中下游地區(qū)，農(nóng)業(yè)氣象條件和輪作制度較為接近。2009年以江蘇省23個主要水稻品種為研究對象測定的水稻草谷比為0.98—1.03[25]。2009—2010年以安徽省沿淮及淮北區(qū)域大面積推廣的 24個小麥品種為供試材料研究得到的小麥平均收獲指數(shù)為 0.436，換算成小麥草谷比為 1.29[26]。2009—2010年在長江流域冬油菜主產(chǎn)區(qū)開展的田間試驗研究結(jié)果顯示，試驗區(qū)大面積種植的油菜品種在氮磷鉀硼肥配施處理下的收獲指數(shù)為0.282，換算成油菜草谷比為2.55[27]。本研究采用的不同作物草谷比與上述研究中實測得到的具有代表性的作物草谷比較為接近。

表4 2016—2018年安徽省不同區(qū)域單位播種面積主要作物秸稈還田的化肥可替代量Table 4 Synthetic fertilizers substitute potential through main crop straw incorporation in different regions of Anhui province during the period of 2016-2018

目前對我國秸稈養(yǎng)分資源量進行評估的研究[28-29]采用的多是原農(nóng)業(yè)部 1994年開展有機肥料資源調(diào)查后出版的《中國有機肥料養(yǎng)分志》中的秸稈養(yǎng)分含量。在缺乏本地大樣品量測定得到的秸稈養(yǎng)分含量數(shù)據(jù)的情況下，《中國有機肥料養(yǎng)分志》具有重要的參考價值。車升國等[30-31]對2000年后黃淮海冬麥區(qū)（包含安徽北部）小麥秸稈氮、磷含量相關(guān)大量文獻數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的結(jié)果顯示，小麥秸稈氮含量和磷含量分別為 5.6 g·kg-1（n=1423）和 0.9 g·kg-1（n=486），與本研究采用的《中國有機肥料養(yǎng)分志》中的小麥秸稈氮含量（6.5 g·kg-1）和磷含量（0.8 g·kg-1）較為接近。安徽省玉米主要產(chǎn)自淮北平原，這一區(qū)域也是華北平原的一部分。串麗敏等[32]通過匯總 2000—2011年文獻數(shù)據(jù)得出的華北地區(qū)玉米秸稈氮養(yǎng)分含量為 8.0 g·kg-1（n=2445），與本研究采用的玉米秸稈氮含量（9.2 g·kg-1）同樣具有一定的可比性。

3.2 秸稈還田下養(yǎng)分管理

研究表明，秸稈還田可以替代部分氮肥，有助于減少農(nóng)田氮肥施用量，秸稈還田的氮肥可替代比例為10%—30%[10,13-14,33-34]。對于本研究中的4種作物來說，水稻、玉米和油菜的秸稈氮含量比較接近，為8.7—9.2 g·kg-1，小麥秸稈中的氮含量相對較低，為 6.5 g·kg-1[23]。作物秸稈施入土壤之后，前期（0—2個月左右）腐解較快，氮素釋放也較快，氮素累積釋放率可以達到40%—50%[35-37]。短期田間試驗的結(jié)果表明，在氮養(yǎng)分等量投入情況下，秸稈還田能夠提高土壤堿解氮含量[33,38]。秸稈還田下的氮肥減施要考慮到土壤的具體肥力狀況，在不同肥力白漿土上進行的3年秸稈還田試驗表明，秸稈還田下高肥力土壤適合適量減氮，同時還可以緩解土壤氮過剩導致的作物減產(chǎn)問題[10]。在實際生產(chǎn)中需要注意的是，秸稈還田在一定條件下有可能會導致土壤氮有效性下降[39-41]。秸稈的碳氮比高，在上季作物產(chǎn)量高秸稈還田量大的情況下，后茬作物生長前期可能會出現(xiàn)土壤供氮不足的問題。砂姜黑土冬小麥-夏玉米輪作下的 4年秸稈還田定位試驗表明，與秸稈不還田條件下小麥產(chǎn)量最高處理的施氮量相比，玉米秸稈還田下減施氮肥40 kg·hm-2可以進一步小幅提高小麥產(chǎn)量，而在低施氮量條件下，玉米秸稈還田反而導致小麥減產(chǎn)[42]。有研究表明，可以通過調(diào)節(jié)秸稈和氮肥的施入碳氮比解決秸稈還田導致的土壤氮有效性下降問題，安徽沿淮地區(qū)水稻-小麥輪作體系秸稈還田條件下將還田秸稈和化學氮肥的總碳氮比調(diào)整為18﹕1時，土壤無機氮含量增加最為顯著，同時水稻氮素吸收量和實際產(chǎn)量表現(xiàn)也最好[43]。秸稈還田條件下，合理的氮肥運籌也是實現(xiàn)秸稈快速腐解和作物高產(chǎn)的重要措施。與氮肥基追比1﹕1.5及1﹕2處理相比，河南石灰性潮土小麥-玉米輪作體系小麥秸稈還田下玉米季氮肥基追比 1﹕1處理能顯著提高土壤養(yǎng)分含量、夏玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率[44]。安徽江淮丘陵白土稻區(qū)小麥秸稈還田條件下，水稻基肥-分蘗肥-穗肥施用比例為60-20-20時較80-0-20及40-30-30這兩種氮肥運籌方式在改善土壤養(yǎng)分狀況以及提升水稻產(chǎn)量方面更有優(yōu)勢[45]。在江蘇稻麥輪作區(qū)，小麥秸稈還田條件下增加氮肥用量水稻增產(chǎn)不顯著，而提高氮肥基肥比例（基肥﹕分蘗肥﹕穗肥=4﹕3﹕3）較常規(guī)施氮運籌（3﹕3﹕4）提高了水稻產(chǎn)量和氮肥利用效率[46]。在湖北多地開展的秸稈還田氮肥運籌試驗也表明，水旱輪作條件下可以通過氮肥后肥前移實現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)及高產(chǎn)[47]。因此在秸稈還田總氮減量控制條件下，可以適當提高氮肥基肥施用比例。

在我國不同土壤類型上的長期秸稈還田試驗表明，秸稈還田可不同程度地提高耕層土壤水溶性鉀和全鉀含量，并降低土壤中礦物鉀的比例[48-49]。作物秸稈中鉀含量較高，而且在還田條件下主要糧食作物秸稈鉀養(yǎng)分當季釋放率可以達到85%左右[17]。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作物秸稈是一種重要的鉀素來源，秸稈還田的鉀肥可替代量較大[50]。如能充分利用好秸稈鉀養(yǎng)分資源，可以在很大程度上減少農(nóng)田鉀肥投入量，特別是在高供鉀能力土壤上，上季作物秸稈全量還田基本可滿足當季作物的鉀素需求并保證高產(chǎn)[15]。秸稈中鉀養(yǎng)分在還田腐解初期釋放較快、累計釋放率很高，在施肥過程中可以考慮將配施的鉀肥適當延后施用[35]，這樣在秸稈還田前期既可充分發(fā)揮秸稈鉀素的鉀肥替代作用，同時在降雨量比較大的地區(qū)也能有效避免秸稈鉀素流失。

與鉀和氮養(yǎng)分相比，秸稈中的磷含量較低，其向土壤輸入磷素的貢獻在短期內(nèi)相對較小，但秸稈還田會對土壤磷形態(tài)轉(zhuǎn)化及其有效性產(chǎn)生重要影響[51-52]。黑土上玉米秸稈還田 1年對土壤全磷含量無顯著影響，而增加了土壤有效磷含量[53]。在江西省雙季稻區(qū)開展的田間定位試驗顯示，連續(xù)3年秸稈還田可以顯著提高土壤有效磷含量[54]。湖北水稻-油菜輪作制度下，秸稈還田配施化肥3年較單施化肥處理土壤有效磷含量有顯著性提高[55]。砂姜黑土上秸稈還田3年對土壤無機磷總量無顯著影響，卻能夠促進緩效態(tài)無機磷（Ca10-P）向高活性無機磷（Ca2-P、Fe-P）轉(zhuǎn)化，從而增強土壤磷素供應能力[56]。隨著還田時間的延長，秸稈磷素輸入增加土壤全磷含量的效應會逐漸顯現(xiàn)。河北潮土上冬小麥-夏玉米輪作33年長期定位試驗結(jié)果表明，在土壤磷素收支平衡盈余的情況下，長期秸稈還田能顯著增加土壤全磷和無機磷總量，同時提高土壤中的Ca2-P及有效磷含量[57]。在河南潮土上開展的25年長期定位試驗也顯示，秸稈還田下土壤全磷和無機磷總量增加，具有緩效作用的Ca8-P所占比例上升，而無效態(tài)磷O-P及Ca10-P的比例下降，秸稈還田促進了無效態(tài)磷向速效及緩效態(tài)磷的轉(zhuǎn)化，進而提升土壤磷素有效性以及土壤潛在供磷能力[58]。

3.3 秸稈還田配套措施優(yōu)化

本研究的估算結(jié)果可為安徽省各市不同作物秸稈還田下的化肥減施提供一定參考，但秸稈還田當季養(yǎng)分釋放量與化肥可替代量之間的內(nèi)在聯(lián)系仍需進一步深入探究。還田條件下秸稈的腐解主要由氣候、土壤和物料性質(zhì)協(xié)同驅(qū)動[59]。安徽省境內(nèi)淮河以北和以南分別屬暖溫帶半濕潤季風氣候和亞熱帶濕潤季風氣候，同時全省土壤分布也具有明顯的區(qū)域特征：淮北平原以砂姜黑土和潮土為主，淮河與長江之間的這一區(qū)域以黃棕壤、黃褐土及水稻土為主，沿江平原主要為灰潮土和水稻土，皖南地區(qū)主要為紅壤。因此，安徽省不同區(qū)域不同輪作制度下秸稈腐解速率及養(yǎng)分釋放特征會存在一定差異，秸稈還田下適宜的化肥減施量有待通過田間試驗確定，各地在此基礎(chǔ)上再根據(jù)當?shù)赝寥婪柿顩r和上季作物秸稈實際產(chǎn)出量做出相應調(diào)整。目前安徽省秸稈還田可參照的地方標準有：適用于沿淮淮北小麥-玉米輪作種植區(qū)的《DB34T 1956—2013 砂姜黑土麥玉兩熟制秸稈粉碎還田培肥技術(shù)規(guī)程》、適用于水稻-小麥輪作種植區(qū)的《DB34T 2863—2017 稻麥輪作秸稈全量還田技術(shù)規(guī)程》以及適用于水稻-油菜輪作種植區(qū)的《DB34T 1090—2009 稻油兩熟制油菜秸稈還田機械化作業(yè)技術(shù)規(guī)范》。在安徽省淮北區(qū)域要重點推廣小麥和玉米秸稈機械化粉碎還田，同時還需優(yōu)化配套耕作措施[60-61]。在水旱輪作區(qū)及雙季稻區(qū)，秸稈還田時可配施適宜的秸稈腐熟劑以促進秸稈快速腐解，增強秸稈還田的效果，進一步提高土壤肥力與作物產(chǎn)量[62]。

4 結(jié)論

4.1 安徽省作物秸稈資源豐富，主要分布在淮北和江淮區(qū)域。2016—2018年全省水稻、小麥、玉米和油菜秸稈年均產(chǎn)量分別為1 758萬t、2 251萬t、712萬t和275萬t，其中小麥秸稈和水稻秸稈所占比例較高，是全省秸稈資源的主要構(gòu)成部分。

4.2 安徽省水稻、小麥、玉米和油菜秸稈可提供的年均氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）養(yǎng)分資源總量分別為40萬t、13萬t和85萬t，全省秸稈氮磷鉀養(yǎng)分資源量可觀。安徽省主要作物秸稈還田可基本滿足下季作物的鉀素需求，可部分替代農(nóng)田氮肥和磷肥投入。