劉淑軍，李冬初，黃晶，曲瀟林，馬常寶，王慧穎，于子坤，張璐，韓天富，柳開樓，申哲，張會民

近30年來我國小麥和玉米秸稈資源時空變化特征及還田減肥潛力

1中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國家工程實驗室，北京 100081；2中國農(nóng)業(yè)科學院衡陽紅壤實驗站/湖南祁陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，湖南祁陽 426182；3農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量監(jiān)測保護中心，北京 100125；4江西省紅壤及種質(zhì)資源研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部酸化土改良與利用重點實驗室，南昌 330046

【目的】我國擁有豐富的小麥和玉米秸稈資源，明晰我國小麥、玉米秸稈產(chǎn)量和養(yǎng)分資源量及還田減肥潛力的時空變化特征，可為推進秸稈資源利用和化肥減施提供決策依據(jù)?！痉椒ā恳赞r(nóng)業(yè)農(nóng)村部1988－2019年在全國小麥玉米區(qū)的土壤長期監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，分析我國各地區(qū)不同年份的小麥玉米秸稈和養(yǎng)分資源量及還田減肥潛力?！窘Y(jié)果】2010s全國小麥和玉米秸稈年均量分別達到1.62×108和4.23×108t，比1990s增加0.16×108和2.04×108t；秸稈NPK總養(yǎng)分資源年均量分別達到278.19×104和901.08×104t，比1990s增加27.97×104和434.82×104t，均以華北增量最高。30年來全國小麥秸稈及養(yǎng)分資源呈先降后增的趨勢，玉米呈增長趨勢。第一階段（1990s—2000s）和第二階段（2000s—2010s）小麥秸稈資源年變化速率分別為-42.47×104和205.10×104t·a-1，N、P和K的養(yǎng)分資源年變化速率分別為-0.26×104、-0.03×104、-0.44×104t·a-1和1.27×104、0.14×104、2.11×104t·a-1；第一階段和第二階段玉米秸稈資源年變化速率分別為397.82×104和1643.60×104t·a-1，N、P和K的養(yǎng)分資源年變化速率分別為3.46×104、0.56×104、4.46×104t·a-1和14.30×104、2.30×104、18.41×104t·a-1。80%以上的小麥秸稈及其養(yǎng)分資源分布在華北和長江中下游，以華北最高（0.93×108t，NPK 160.31×104t），西南最低（0.09×108t，NPK 16.05×104t）；70%左右的玉米秸稈及其養(yǎng)分資源分布在東北和華北，以東北最高（1.39×108t，NPK 296.96×104t），長江中下游最低（0.21×108t，NPK 44.40×104t）。全國小麥秸稈還田的N、P和K養(yǎng)分單位面積年均當季釋放量分別為21.1、3.0和62.3 kg·hm-2，以華北最高，西南最低；玉米秸稈還田的N、P和K養(yǎng)分單位面積年均當季釋放量分別為48.6、10.6和97.7 kg·hm-2，以西北最高，西南最低。近30年來，全國單位面積小麥和玉米秸稈還田的養(yǎng)分年均當季釋放量持續(xù)穩(wěn)定增加，小麥秸稈還田的N、P、K養(yǎng)分相當于化肥年均施用量的比例分別為9.13%—10.82%、4.26%—6.43%、88.02%—111.86%，玉米秸稈分別為22.99%—24.37%、16.04%—28.67%、150.29%—181.42%?！窘Y(jié)論】我國小麥和玉米秸稈還田可滿足作物生長的鉀素需求，可減少約10%—20%氮肥、5%—20%磷肥的施用，充分利用秸稈資源，是實現(xiàn)化肥減施增效的重要保障。

秸稈資源；小麥；玉米；時空變化；化肥減量；中國

0 引言

【研究意義】中國糧食總產(chǎn)量位居全球第一位，秸稈作為糧食作物的副產(chǎn)物，其資源量豐富[1]。大量的秸稈資源只有利用起來才能體現(xiàn)其價值，秸稈資源的利用方式主要包括肥料化、飼料化、能源化、基料化及原料化，其中秸稈肥料化是最主要的利用方式[2-3]。秸稈中含有較豐富的氮、磷、鉀等養(yǎng)分元素，直接還田可提升作物產(chǎn)量、培肥土壤、提高養(yǎng)分利用效率等[4-7]，有利于化肥減量增效[8]?？茖W統(tǒng)計分析我國秸稈產(chǎn)量、養(yǎng)分資源量和還田減肥潛力，對提高秸稈資源利用效率和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)化肥減施具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】據(jù)估算，2015年底，全國農(nóng)作物秸稈資源總量達到10.4億t，小麥和玉米作為主要糧食作物，其秸稈資源量分別占秸稈總資源量的17.2%和40.1%[9]。而秸稈由于存儲困難、養(yǎng)分釋放慢等原因限制了其綜合利用，大量秸稈被焚燒[10-11]，露天焚燒排放不僅帶來了空氣污染問題，還造成了資源浪費和農(nóng)業(yè)碳庫的損失[12–14]。因此，針對秸稈利用存在的問題，近年來，國家和各省市相繼出臺了各類秸稈利用規(guī)劃，規(guī)劃的制定和具體的實施均需以較準確的秸稈資源估算量為基礎。秸稈資源量估算以間接估算法為主，如資源密度指數(shù)、草谷比法、作物收獲指數(shù)法和模型計算法等[15-19]，其中以草谷比法最為常見，草谷比的取值直接影響秸稈資源估算量的準確性，作物品種和區(qū)域的差異性均會導致草谷比不同，車莉[20]統(tǒng)計以往相關(guān)研究的結(jié)果表明，小麥草谷比的取值范圍為0.67—2.70，玉米草谷比的取值范圍為0.55—2.37。大多數(shù)研究在估算秸稈資源量時對于草谷比均采用農(nóng)業(yè)相關(guān)部門的推薦值，與文獻研究結(jié)果相比，推薦值與各地實際草谷比相差較大[21]?；酐慃惖萚22]2018年實測的玉米草谷比為0.84，而統(tǒng)計相關(guān)文獻得到的玉米草谷比為1.84，為實測值的2.2倍，從而使得玉米秸稈資源估算量相差了2.56×108t?！颈狙芯壳腥朦c】秸稈及其養(yǎng)分資源估算結(jié)果的準確性關(guān)系到秸稈資源高效利用政策的制定和還田減肥潛力的科學評估，而基于實測作物秸稈產(chǎn)量計算我國小麥和玉米秸稈產(chǎn)量和養(yǎng)分資源量的研究鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以農(nóng)業(yè)農(nóng)村部近30年來（1988—2019年）在全國主要小麥玉米區(qū)長期定點監(jiān)測的小麥和玉米秸稈產(chǎn)量數(shù)據(jù)為基礎，準確測算小麥和玉米秸稈及其養(yǎng)分資源量，以期為不同地區(qū)小麥玉米秸稈還田下化肥減量增效以及各地區(qū)制定秸稈資源利用政策提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域劃分

本研究以農(nóng)業(yè)農(nóng)村部全國小麥玉米區(qū)土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)庫為基礎。東北地區(qū)僅有黑龍江2年的小麥數(shù)據(jù)，長江中下游地區(qū)的浙江、西北地區(qū)的內(nèi)蒙古和陜西缺少1990s的小麥數(shù)據(jù)，西北地區(qū)的陜西缺少1990s的玉米數(shù)據(jù)，因此相應的監(jiān)測點未納入本研究。本研究將全國432個小麥區(qū)監(jiān)測點劃分為四大區(qū)域，665個玉米區(qū)監(jiān)測點劃分為五大區(qū)域（表1）。

表1 本研究區(qū)域劃分

MLRYR: Middle and lower reaches of Yangtze River; SW: Southwest China; NW: Northwest China; NC: North China; NE: Northeast China

1.2 數(shù)據(jù)分析

小麥、玉米秸稈資源量計算公式為[23]：

小麥、玉米秸稈養(yǎng)分資源量的計算公式為[23]：

式中，W為作物秸稈養(yǎng)分資源量（t）；N為作物秸稈養(yǎng)分含量（%）。

單位面積作物秸稈還田下的養(yǎng)分當季釋放量的計算公式為[24]：

式中，A為單位面積作物秸稈還田下的養(yǎng)分當季釋放量（kg·hm-2）；R為作物秸稈還田養(yǎng)分當季釋放率（%）。

小麥和玉米秸稈資源量年變化速率和N、P、K養(yǎng)分總量的年變化速率計算公式分別為：

1.3 數(shù)據(jù)來源和處理

本研究中各省市和自治區(qū)的作物播種面積（1988—2019年）來自《中國農(nóng)業(yè)年鑒》（1989—2020年）[25]，作物秸稈氮（N）、磷（P）、鉀（K）養(yǎng)分含量來自全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務中心數(shù)據(jù)[26]，其中小麥秸稈為0.62%、0.07%、1.03%，玉米秸稈為0.87%、0.14%、1.12%。小麥秸稈還田的氮（N）、磷（P）、鉀（K）養(yǎng)分當季釋放率為50.1%、62.0%、89.1%，玉米秸稈為54.0%、73.0%、84.4%[11]。各區(qū)域的小麥和玉米的單產(chǎn)、播種面積以及施肥量見表2。

表2 各區(qū)域小麥和玉米的單產(chǎn)、播種面積以及施肥量

由于年際間變化的影響，本研究分別以1988－1999、2000—2009、2010—2019年的均值表示1990s、2000s、2010s的數(shù)據(jù)。全國和各區(qū)域作物秸稈資源和養(yǎng)分資源量的標準誤差參照劉淑軍等[27]的計算方法。用Microsoft Excel計算，Origin2022進行繪圖和擬合。

2 結(jié)果

2.1 小麥和玉米秸稈資源量時空分布

30年（1988－2019年）來全國的小麥、玉米秸稈年均資源總量為5.28×108t，其中小麥為1.57×108t，玉米為3.71×108t。小麥秸稈資源主要分布在華北、長江中下游，占全國小麥秸稈資源總量的83.9%（圖1），以華北最高，占全國小麥秸稈資源量的59.4%，其次為長江中下游，占比為24.5%，西南最低，占比為5.9%。玉米秸稈資源空間分布和小麥有所區(qū)別，主要分布在東北和華北，占全國玉米秸稈資源總量的68.9%，以東北最高，占全國玉米秸稈資源量的37.6%，其次為華北，占比為31.4%，長江中下游最低，占比為5.6%。

圖1 不同區(qū)域小麥和玉米秸稈資源量

全國小麥秸稈年均資源量從1990s的1.45×108t略微下降到2000s的1.41×108t，之后回升到2010s的1.62×108t，呈先降后增的趨勢，2010s比1990s增長了11.18%；全國玉米秸稈年均資源量從1990s的2.19×108t逐漸增加到2000s的2.59×108t，再繼續(xù)增加到2010s的4.23×108t，呈持續(xù)增長趨勢，2010s比1990s增長了93.26%。各區(qū)域之間比較，小麥秸稈以長江中下游的增幅最高，從1990s的0.30×108t增長到2010s的0.42×108t，增長了40.22%，其次為華北，增幅為18.96%，而西北和西南呈下降趨勢。玉米秸稈以西北的增幅最高，從1990s的0.21×108t增長到2010s的0.75×108t，增長了250.88%，其次為長江中下游、華北、西南、東北，增幅分別為168.72%、95.79%、82.41%、53.53%（圖2）。

將1988—2019年期間作物秸稈年均資源量的年變化速率分為兩個階段進行計算（表3），第一階段為1990s—2000s，第二階段為2000s—2010s。全國小麥秸稈資源量年變化速率第一階段為-42.47×104t·a-1，各區(qū)域從大到小依次為長江中下游、華北、西北、西南；全國小麥秸稈資源量年變化速率第二階段為205.10×104t·a-1，各區(qū)域從大到小依次為華北、長江中下游、西北、西南。全國玉米秸稈資源量年變化速率第一階段為397.82×104t·a-1，各區(qū)域從大到小依次為華北、西北、西南、長江中下游、東北；全國玉米秸稈資源量年變化速率第二階段為1 643.60×104t·a-1，各區(qū)域從大到小依次為東北、華北、西北、長江中下游、西南。

表3 各區(qū)域小麥和玉米秸稈資源量的年變化速率

圖2 不同區(qū)域小麥和玉米秸稈資源量時序變化

2.2 小麥和玉米秸稈養(yǎng)分資源時空變化

30年來全國的小麥、玉米秸稈NPK總養(yǎng)分年均量為1 060.12×104t，其中小麥秸稈為269.88×104t，玉米秸稈為790.24×104t。長江中下游、西南、西北、華北的小麥秸稈NPK總養(yǎng)分量分別為66.10×104、16.05×104、27.42×104、160.31×104t，玉米秸稈分別為44.40×104、64.69×104、136.29×104、247.89×104t，東北的玉米秸稈NPK總養(yǎng)分量為296.96×104t。小麥秸稈養(yǎng)分資源主要分布在長江中下游和華北，分別占全國總量的24.5%、58.4%，玉米秸稈養(yǎng)分資源主要分布在東北、華北和西北，分別占全國總量的37.6%、31.4%和17.2%（圖3）。

圖3 不同區(qū)域小麥和玉米秸稈養(yǎng)分量

由表4可知，1990s、2000s、2010s全國小麥秸稈NPK總養(yǎng)分年均量分別為250.22×104、242.91×104、278.19×104t，玉米秸稈分別為466.26×104、550.99×104、901.08×104t，小麥秸稈NPK總養(yǎng)分年均量隨年份的延長呈先降低后增長的趨勢，玉米秸稈隨年份的延長穩(wěn)定增長。從時間變化來看，小麥和玉米秸稈NPK總養(yǎng)分年均量2010s比1990s分別增加27.97×104t和434.82×104t。其中，與1990s相比，2010s小麥秸稈NPK總養(yǎng)分量以華北的增量最高，為27.15×104t，其次為長江中下游，增量為20.56×104t，而西南和西北呈下降趨勢，玉米秸稈NPK總養(yǎng)分量以華北的增量最高，為136.87×104t，依次為東北、西北、西南、長江中下游，增量分別為115.65×104、114.62×104、34.69×104、32.99×104t。

表4 不同區(qū)域小麥和玉米秸稈養(yǎng)分資源年均量時序變化

由表5可見，全國小麥秸稈N、P、K養(yǎng)分年變化速率第一階段（1990s—2000s）分別為-0.26×104、-0.03×104、-0.44×104t·a-1，各區(qū)域從大到小依次為長江中下游、華北、西北、西南；全國小麥秸稈N、P、K養(yǎng)分年變化速率第二階段（2000s—2010s）分別為1.27×104、0.14×104、2.11×104t·a-1，各區(qū)域從大到小依次為華北、長江中下游、西北、西南。全國玉米秸稈N、P、K養(yǎng)分年變化速率第一階段分別為3.46×104、0.56×104、4.46×104t·a-1，各區(qū)域從大到小依次為華北、西北、西南、長江中下游、東北；全國玉米秸稈N、P、K養(yǎng)分年變化速率第二階段分別為14.30×104、2.30×104、18.41×104t·a-1，各區(qū)域從大到小依次為東北、華北、西北、長江中下游、西南。

2.3 小麥和玉米秸稈還田減肥潛力

圖4可見，30年來全國小麥秸稈還田的N、P、K養(yǎng)分年均當季釋放量分別為21.1、3.0、62.3 kg·hm-2，玉米秸稈分別為48.6、10.6、97.7 kg·hm-2，鉀當季釋放量高于氮、磷。各區(qū)域之間比較，單位耕地面積小麥秸稈還田減肥潛力以華北最高，N、P、K養(yǎng)分當季釋放量分別為23.2、3.2、68.4 kg·hm-2，其次為西北（N、P、K養(yǎng)分當季釋放量分別為21.9、3.1、64.5 kg·hm-2），西南最低（N、P、K養(yǎng)分當季釋放量分別為12.1、1.7、35.7 kg·hm-2）。單位耕地面積玉米秸稈還田減肥潛力以西北最高，N、P、K養(yǎng)分當季釋放量分別為60.3、13.1、121.4 kg·hm-2，其次為東北（N、P、K養(yǎng)分當季釋放量分別為57.7、12.6、116.1 kg·hm-2），西南最低（N、P、K養(yǎng)分當季釋放量分別為33.5、7.3、67.3 kg·hm-2）。

表5 各區(qū)域小麥和玉米秸稈N、P、K養(yǎng)分總量的年變化速率

各階段全國小麥秸稈還田N、P、K養(yǎng)分當季釋放量變幅分別為17.2—22.4、2.4—3.1、50.8—66.0 kg·hm-2，玉米秸稈還田N、P、K養(yǎng)分當季釋放量變幅分別為38.9—50.8、8.5—11.1、78.3—102.2 kg·hm-2（表6）。從時間變化來看，2010s小麥秸稈還田的N、P、K養(yǎng)分當季釋放量比1990s分別增加了5.2、0.7、15.2 kg·hm-2，玉米相應分別增加了11.9、2.6、24.0 kg·hm-2。4個區(qū)域的小麥秸稈還田N、P、K養(yǎng)分當季釋放量均呈持續(xù)穩(wěn)定增加，其中，華北的增量最高，2010s的N、P、K養(yǎng)分當季釋放量比1990s增加了5.3、0.8、15.8 kg·hm-2，其次為長江中下游，相應分別增加了4.4、0.6、13.1 kg·hm-2，西南最低，相應分別增加了0.4、0.1、1.1 kg·hm-2。玉米秸稈則是除東北以外，其他4個區(qū)域的N、P、K養(yǎng)分當季釋放量均呈持續(xù)穩(wěn)定增加，其中，西北的增量最高，2010s的N、P、K養(yǎng)分當季釋放量比1990s增加了23.4、5.1、47.2 kg·hm-2，其次為長江中下游，相應分別增加了15.0、3.3、30.1 kg·hm-2，東北呈下降趨勢，2010s的N、P、K養(yǎng)分當季釋放量比1990s下降了6.4、1.4、13.0 kg·hm-2。

圖中不同的小寫字母表示差異顯著（P＜0.05）。方框中的實線代表中位數(shù)，□代表平均值?！ご懋惓Ｖ?。方框上下兩條線分別代表75%和25%的置信區(qū)間。方框外上下兩條短線分別代表95%和5%的置信區(qū)間

30年來全國小麥秸稈的P、K當季釋放量和玉米秸稈的P當季釋放量占化肥施用量（各點位小麥、玉米化肥年均施用量）的比例均逐年增加，而小麥秸稈的N當季釋放量和玉米秸稈的N、K當季釋放量占化肥施用量的比例呈先升后降的趨勢。兩種作物秸稈還田以K當季釋放量占化肥施用量的比例最高，其中小麥為88.02%—111.86%，玉米為150.29%—181.42%；其次為N，小麥為9.13%—10.82%，玉米為22.99%—24.37%；P最低，小麥為4.26%—6.43%，玉米為16.04%—28.67%。

表6 不同區(qū)域小麥和玉米秸稈還田的養(yǎng)分當季釋放量時序變化

3 討論

3.1 小麥玉米秸稈資源時空變化及還田減肥潛力的影響因素

近年來我國主要糧食作物的秸稈產(chǎn)量呈增長趨勢，畢于運[28]估算1977年我國小麥和玉米秸稈資源量分別為0.53×108和0.54×108t，到2008年達到1.46×108和1.83×108t，30年間增長了1.75倍和2.39倍。本研究中1988—2019年期間，我國玉米秸稈量及總養(yǎng)分量呈增長趨勢，增幅均為93.26%，而小麥秸稈量及總養(yǎng)分量表現(xiàn)為先降后增，30年來均增長了11.18%，在2010s我國的秸稈資源和養(yǎng)分資源量出現(xiàn)大幅度提升，全國小麥秸稈和養(yǎng)分資源年變化速率第二階段（2000s—2010s）比第一階段（1990s—2000s）均增長了582.88%，玉米秸稈則均增長了313.15%。

作物播種面積是影響作物秸稈產(chǎn)量和養(yǎng)分資源變化的主要因素之一?！吨袊r(nóng)業(yè)年鑒》[25]的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，1990s、2000s、2010s全國的小麥播種面積分別為2.50×107、2.15×107、2.25×107hm2，呈先降后增的趨勢，30年間總體降低了9.97%，各階段的變化趨勢為第一階段小麥播種面積降低了14.12%，而2010s的小麥播種面積比2000s提高了4.83%；1990s、2000s、2010s全國的玉米播種面積分別為2.27×107、2.60×107、3.97×107hm2，呈持續(xù)增長趨勢，30年間增長了74.37%，各階段的變化趨勢為第一階段玉米播種面積提高了14.51%，2010s的玉米播種面積比2000s提高了52.28%。前人研究表明，1998—2004年全國小麥的播種面積呈顯著下降的趨勢，從2005年至今下降趨勢減緩，最近幾年基本穩(wěn)定在2.33×107hm2左右[29]，1978—2014年玉米的播種面積呈上升趨勢，特別是2003年以來，玉米播種面積一直呈現(xiàn)快速增長趨勢[30]，和本文的結(jié)果相似。因此，30年間小麥和玉米播種面積的變化差異影響秸稈及其養(yǎng)分資源的變化趨勢[31]。

單產(chǎn)也是影響作物秸稈產(chǎn)量和養(yǎng)分資源變化的主要因素之一。據(jù)研究1949—2014年我國小麥單產(chǎn)整體上呈明顯的增長趨勢[32]，1981—2010年我國玉米單產(chǎn)總體上也呈增長趨勢[33]。在本研究中1990s、2000s、2010s全國的小麥單產(chǎn)分別為5 536.7、6 439.4、7 195.0 kg·hm-2，玉米單產(chǎn)分別為8 276.5、9 682.2、10 808.8 kg·hm-2，均呈增長趨勢。2010s小麥和玉米播種面積的提升以及小麥玉米單產(chǎn)的持續(xù)增長，使得我國的秸稈資源和養(yǎng)分資源量在2010s出現(xiàn)大幅度的提升。作物產(chǎn)量的變化趨勢也影響各區(qū)域秸稈及其養(yǎng)分資源的年變化速率，1988—2019年期間，各區(qū)域不同階段的小麥秸稈及其養(yǎng)分資源年變化速率以長江中下游和華北較高，玉米以華北和東北較高，西南地區(qū)的小麥玉米秸稈量及其養(yǎng)分量年變化速率均較低。徐志宇等[29]的研究結(jié)果表明，近30年來長江中下游和華北地區(qū)的小麥產(chǎn)量顯著上升，東北與華北作為我國玉米主產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量表現(xiàn)為穩(wěn)定增加，西南地區(qū)的小麥和玉米產(chǎn)量則表現(xiàn)為不同程度的下降趨勢。

秸稈還田可培肥土壤并釋放礦質(zhì)養(yǎng)分，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量[34]。相關(guān)研究表明，秸稈還田能提高小麥產(chǎn)量，相比單施化肥的處理，秸稈還田配施化肥處理小麥產(chǎn)量增加約3.51%[35]。秸稈還田是培肥土壤的有效途徑，直接還田能減少化肥用量。本研究表明，1988—2019年期間，我國的單位面積小麥和玉米秸稈還田的養(yǎng)分當季釋放量均持續(xù)穩(wěn)定增加，相較于1990s，2010s的小麥秸稈N、P、K養(yǎng)分年均當季釋放量分別增加了5.2、0.7、15.2 kg·hm-2，玉米秸稈則相應增加了11.9、2.6、24.0 kg·hm-2，而僅有小麥秸稈P、K和玉米秸稈P的當季釋放量占化肥施用量的比例逐步增加，小麥秸稈N和玉米秸稈N、K當季釋放量呈先升后降趨勢，期間N、P、K化肥施用量的不同變化趨勢是導致該結(jié)果的可能原因，1990s、2000s、2010s小麥的N、P、K化肥年均施用量分別為：188.4、184.8、222.7 kg·hm-2；56.5、52.8、48.6 kg·hm-2；57.7、57.3、59.0 kg·hm-2，玉米的N、P、K化肥年均施用量分別為：163.8、186.8、221.0 kg·hm-2；52.7、43.7、38.6 kg·hm-2；52.1、50.5、59.4 kg·hm-2。近30年小麥和玉米的化學磷肥施用量呈持續(xù)下降趨勢，化學氮、鉀肥大體呈上升趨勢，以氮肥的上升幅度較大，2010s小麥的化學氮肥年均施用量比1990s增長了18.20%，玉米增長了34.95%。李紅莉等[36]調(diào)查了2008和2001年我國主要糧食作物化肥施用情況，2008年與2001年相比，小麥、玉米的氮肥施用量分別增加12.3%、37.3%，小麥的磷肥施用量減少13.5%，玉米增加8.8%，小麥和玉米的鉀肥施用量增加16.1%和30.8%，該結(jié)果和本文的結(jié)論基本一致。

作物秸稈中的K含量高于N、P養(yǎng)分[26]，還田后可保障土壤鉀素供應。本研究中30年來全國小麥和玉米秸稈還田的年均鉀養(yǎng)分（K）當季釋放量為50.8— 66.0和78.3—102.2 kg·hm-2，通過施用化肥投入的年均鉀素量（K）為57.7—59.0和50.5—59.4 kg·hm-2，秸稈還田帶入的鉀素量為每年施鉀量的0.88—1.12倍和1.50—1.81倍，玉米秸稈還田的K養(yǎng)分當季釋放量高于小麥。柴如山等[37]計算了我國主要糧食作物秸稈還田替代鉀肥潛力，全國單位面積小麥和玉米秸稈還田當季可提供鉀養(yǎng)分量（K）分別為68.7、103.7 kg·hm-2。周延輝等[38]整合分析了不同的秸稈種類與還田量對小麥增產(chǎn)效果的影響，結(jié)果表明小麥秸稈還田效果一般，玉米秸稈半量還田（6 000 kg·hm-2）增產(chǎn)幅度最大。因此作物秸稈還田時應根據(jù)作物品種制定適宜秸稈還田量，配合化肥合理減量[39]，以達到秸稈還田的肥料化利用潛力最大化。

3.2 秸稈還田配套措施的優(yōu)化

我國擁有豐富的小麥和玉米秸稈資源，富含大量養(yǎng)分資源。宋大利等[23]統(tǒng)計了2015年我國主要農(nóng)作物秸稈資源量，其中小麥和玉米的NPK總養(yǎng)分資源量分別為244.7×104、571.1×104t，占總養(yǎng)分資源量的14.5%和34.2%，小麥秸稈全量還田后可減少22.5%氮肥、12.2%磷肥和84.0%鉀肥用量，玉米秸稈全量還田可減少28.8%氮肥、26.0%磷肥和91.9%鉀肥用量。秸稈作為含碳豐富的有機肥，施入土壤后會激發(fā)微生物迅速增長，前期可能會與作物競爭無機態(tài)氮，在作物生長前期導致土壤氮有效性下降[40]。對于該問題的出現(xiàn)，可通過施氮解決。胡雅杰等[41]研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田后在不增加氮肥用量的條件下，通過適當提高基肥比例，可提高氮素積累量和氮肥利用效率。也可通過調(diào)節(jié)秸稈和氮肥的施入C/N解決[42]。據(jù)研究秸稈C/N在25—30﹕1時，不補充氮肥也能滿足土壤微生物對氮素的需求[43]，但小麥玉米等作物的秸稈C/N均高于該值，如不施用氮肥，秸稈還田后將產(chǎn)生土壤微生物對氮素的固持[44]。因此秸稈還田時需補施合理的氮肥用量，使秸稈C/N達到一定的數(shù)值，滿足作物生長對氮素的需求。

秸稈作為成本低的有機肥源，可滿足農(nóng)田土壤化肥減施有機替代的生態(tài)需求。但秸稈還田也存在許多不足，如秸稈中的病原菌和蟲卵，在一定條件下會加重田間的病蟲害[45]。有研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田量大的玉米田二點委夜蛾幼蟲量大，并增加了土壤中病原菌數(shù)量[46]，也會提高小麥赤霉病病穗率和病情指數(shù)[47]。秸稈還田量過大導致土壤中C/N過高，氮素被土壤固持，影響作物吸收氮素，導致作物產(chǎn)量下降。高曉梅等[48]研究發(fā)現(xiàn)當秸稈還田量從0增加到0.75 kg·m-2，玉米籽粒產(chǎn)量隨秸稈量還田增加持續(xù)上升，繼續(xù)增加秸稈還田量，玉米產(chǎn)量呈下降趨勢。冷明珠等[49]的研究結(jié)果表明，小麥籽粒產(chǎn)量在秸稈全量還田時顯著降低，低于1/3和1/2量秸稈還田下的產(chǎn)量。且秸稈還田后會影響作物出苗[50]，加之短期內(nèi)秸稈還田增產(chǎn)效果不明顯等，各種因素在一定程度上影響了秸稈還田的普及推廣和還田率的提高。針對以上現(xiàn)存問題，需優(yōu)化秸稈還田技術(shù)。秸稈粉碎還田、健康秸稈還田且充分腐解等均能有效緩解秸稈還田后的病蟲草害[51]；增加土壤翻耕深度與次數(shù)可以減少作物出苗不良的現(xiàn)象[52]；隨著還田年限的增加，秸稈還田的增產(chǎn)效應會隨之顯著提高[53-54]。

近年來在國家政策的鼓勵下，隨著秸稈還田技術(shù)的優(yōu)化及推廣，我國秸稈綜合利用效率有了顯著的提高，秸稈還田養(yǎng)分量持續(xù)增加。據(jù)宋大利等[23]統(tǒng)計，2015年全國可收集秸稈資源量達到9.0億t，秸稈綜合利用率為80.1%，其中秸稈肥料利用率從2006—2007年的24.3%增長到2015年的43.2%。雖然我國農(nóng)作物秸稈綜合利用率在提高，但秸稈養(yǎng)分資源可利用空間依然很大，今后應繼續(xù)深入推進秸稈養(yǎng)分資源利用，優(yōu)化秸稈還田技術(shù)，實現(xiàn)減肥增效、推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

4 結(jié)論

4.1 近30年來我國小麥秸稈及其養(yǎng)分資源年均量隨年份呈先降后增的趨勢，玉米秸稈隨年份呈增長趨勢。2010s全國小麥秸稈資源量和NPK總養(yǎng)分量年均分別為1.62×108和278.19×104t，比1990s均增加11.18%，全國玉米秸稈資源量和NPK總養(yǎng)分量年均分別為4.23×108和901.08×104t，比1990s均增加93.26%。

4.2 近30年來全國單位面積小麥和玉米秸稈還田的養(yǎng)分年均當季釋放量持續(xù)穩(wěn)定增加。全國小麥和玉米秸稈還田的N、P、K養(yǎng)分年均當季釋放量分別為21.1和48.6、3.0和10.6、62.3和97.7 kg·hm-2，小麥秸稈還田的N、P、K養(yǎng)分相當于化肥年均施用量的比例分別為9.13%—10.82%、4.26%—6.43%和88.02%— 111.86%，玉米秸稈分別為22.99%—24.37%、16.04%—28.67%和150.29%—181.42%。

[1] 石祖梁, 楊四軍, 常志州, 張斯梅. 秸稈產(chǎn)生利用現(xiàn)狀調(diào)查與禁燒面臨難點分析: 以江蘇省某鄉(xiāng)鎮(zhèn)為例. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學報, 2014, 31(2): 103-109.

SHI Z L, YANG S J, CHANG Z Z, ZHANG S M. Investigation of straw yield and utilization status and analysis of difficulty in prohibition straw burning: a case study in a township in Jiangsu Province, China. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2014, 31(2): 103-109. (in Chinese)

[2] 薛穎昊, 馮浩杰, 孫仁華, 胡瀟方, 李曉陽, 徐志宇. 農(nóng)作物秸稈肥料化利用研究文獻計量分析. 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃, 2023, 44(1): 108-118.

XUE Y H, FENG H J, SUN R H, HU X F, li X Y, XU Z Y. Bibliometric analysis of crop straw fertilizer utilization. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2023, 44(1): 108-118. (in Chinese)

[3] 郝小雨, 陳苗苗. 農(nóng)作物秸稈肥料化利用現(xiàn)狀與發(fā)展建議: 以黑龍江省為例. 河北農(nóng)業(yè)大學學報(社會科學版), 2021, 23(6): 108-114.

HAO X Y, CHEN M M. Present fertilizer utilization of crop straw situation and suggestions for its development: a case study of Heilongjiang Province. Journal of Hebei Agricultural University (Social Sciences), 2021, 23(6): 108-114. (in Chinese)

[4] 勞秀榮, 孫偉紅, 王真, 郝艷如, 張昌愛. 秸稈還田與化肥配合施用對土壤肥力的影響. 土壤學報, 2003, 40(4): 618-623.

LAO X R, SUN W H, WANG Z, HAO Y R, ZHANG C A. Effect of matching use of straw and chemical fertilizer on soil fertility. Acta Pedologica Sinica, 2003, 40(4): 618-623. (in Chinese)

[5] 閆翠萍, 裴雪霞, 王姣愛, 楊峰, 曹勇, 張晶, 黨建友. 秸稈還田與施氮對冬小麥生長發(fā)育及水肥利用率的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2011, 19(2): 271-275.

YAN C P, PEI X X, WANG J A, YANG F, CAO Y, ZHANG J, DANG J Y. Effect of corn straw returned to soil and N application on growth, water and nitrogen use efficiency of winter wheat. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2011, 19(2): 271-275. (in Chinese)

[6] 余坤, 李國建, 李百鳳, 褚曉升, 馮浩. 不同秸稈還田方式對土壤質(zhì)量改良效應的綜合評價. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2020, 38(3): 213-221.

YU K, LI G J, LI B F, CHU X S, FENG H. Comprehensive evaluation of soil quality under different straw incorporation approaches. Agricultural Research in the Arid Areas, 2020, 38(3): 213-221. (in Chinese)

[7] 楊帆, 董燕, 徐明崗, 包耀賢. 南方地區(qū)秸稈還田對土壤綜合肥力和作物產(chǎn)量的影響. 應用生態(tài)學報, 2012, 23(11): 3040-3044.

YANG F, DONG Y, XU M G, BAO Y X. Effects of straw returning on the integrated soil fertility and crop yield in Southern China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(11): 3040-3044. (in Chinese)

[8] YIN H J, ZHAO W Q, LI T, CHENG X Y, LIU Q. Balancing straw returning and chemical fertilizers in China: role of straw nutrient resources. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, 81: 2695-2702.

[9] 霍麗麗, 趙立欣, 孟海波, 姚宗路. 中國農(nóng)作物秸稈綜合利用潛力研究. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2019, 35(13): 218-224.

HUO L L, ZHAO L X, MENG H B, YAO Z L. Study on straw multi-use potential in China. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2019, 35(13): 218-224. (in Chinese)

[10] 王金武, 唐漢, 王金峰. 東北地區(qū)作物秸稈資源綜合利用現(xiàn)狀與發(fā)展分析. 農(nóng)業(yè)機械學報, 2017, 48(5): 1-21.

WANG J W, TANG H, WANG J F. Comprehensive utilization status and development analysis of crop straw resource in northeast China. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(5): 1-21. (in Chinese)

[11] 劉曉永, 李書田. 中國秸稈養(yǎng)分資源及還田的時空分布特征. 農(nóng)業(yè)工程學報, 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. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(21): 1-19. (in Chinese)

[12] 李飛躍, 汪建飛. 中國糧食作物秸稈焚燒排碳量及轉(zhuǎn)化生物炭固碳量的估算. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2013, 29(14): 1-7.

LI F Y, WANG J F. Estimation of carbon emission from burning and carbon sequestration from biochar producing using crop straw in China. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(14): 1-7. (in Chinese)

[13] ZHANG L B, LIU Y Q, HAO L. Contributions of open crop straw burning emissions to PM2.5concentrations in China. Environmental Research Letters, 2016, 11(1): 014014.

[14] SUN J F, PENG H Y, CHEN J M, WANG X M, WEI M, LI W J, YANG L X, ZHANG Q Z, WANG W X, MELLOUKI A. An estimation of CO2emission via agricultural crop residue open field burning in China from 1996 to 2013. Journal of Cleaner Production, 2016, 112: 2625-2631.

[15] JIANG D, ZHUANG D F, FU J Y, HUANG Y H, WEN K G. Bioenergy potential from crop residues in China: availability and distribution. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, 16(3): 1377-1382.

[16] CONTRERAS-RAMOS S M, ALVAREZ-BERNAL D, TRUJILLO- TAPIA N, DENDOOVEN L. Composting of tannery effluent with cow manure and wheat straw. Bioresource Technology, 2004, 94(2): 223-228.

[17] DAI J, BEAN B, BROWN B, BRUENING W, EDWARDS J, FLOWERS M, KAROW R, LEE C, MORGAN G, OTTMAN M, RANSOM J, WIERSMA J. Harvest index and straw yield of five classes of wheat. Biomass and Bioenergy, 2016, 85: 223-227.

[18] YOU L Z, WOOD S, WOOD-SICHRA U, WU W B. Generating global crop distribution maps: from census to grid. Agricultural Systems, 2014, 127: 53-60.

[19] 李暉, 戴明威, 戴順利, 劉婧, 吳瑾, 施六林. 2010—2015年安徽省糧食作物秸稈的時空分布特征和資源評價. 安徽農(nóng)業(yè)大學學報, 2018, 45(2): 282-287.

LI H, DAI M W, DAI S L, LIU J, WU J, SHI L L. A comprehensive analysis of crop straw resources in Anhui Province from 2010 to 2015. Journal of Anhui Agricultural University, 2018, 45(2): 282-287. (in Chinese)

[20] 車莉. 農(nóng)作物秸稈資源量估算、分布與利用潛力研究[D]. 大連: 大連理工大學, 2014.

CHE L. Research on resource estimation, distribution and utilization potential of crop residue[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2014. (in Chinese)

[21] 謝光輝, 王曉玉, 任蘭天. 中國作物秸稈資源評估研究現(xiàn)狀. 生物工程學報, 2010, 26(7): 855-863.

XIE G H, WANG X Y, REN L T. China's crop residues resources evaluation. Chinese Journal of Biotechnology, 2010, 26(7): 855-863. (in Chinese)

[22] 霍麗麗, 趙立欣, 姚宗路, 賈吉秀, 趙亞男, 傅國浩, 叢宏斌. 中國玉米秸稈草谷比及其資源時空分布特征. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2020, 36(21): 227-234.

HUO L L, ZHAO L X, YAO Z L, JIA J X, ZHAO Y N, FU G H, CONG H B. Difference of the ratio of maize stovers to grain and spatiotemporal variation characteristics of maize stovers in China. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2020, 36(21): 227-234. (in Chinese)

[23] 宋大利, 侯勝鵬, 王秀斌, 梁國慶, 周衛(wèi). 中國秸稈養(yǎng)分資源數(shù)量及替代化肥潛力. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2018, 24(1): 1-21.

SONG D L, HOU S P, WANG X B, LIANG G Q, ZHOU W. Nutrient resource quantity of crop straw and its potential of substituting. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(1): 1-21. (in Chinese)

[24] 柴如山, 徐悅, 程啟鵬, 王擎運, 馬超, 葉新新, 章力干, 郜紅建. 安徽省主要作物秸稈養(yǎng)分資源量及還田利用潛力. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2021, 54(1): 95-109. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.01.008.

CHAI R S, XU Y, CHENG Q P, WANG Q Y, MA C, YE X X, ZHANG L G, GAO H J. Nutrient resource quantity of main crop straw and utilization potential under straw returning in Anhui Province. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(1): 95-109. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.01.008. (in Chinese)

[25] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部. 中國農(nóng)業(yè)年鑒. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1989-2020.

Ministry of Agriculture and Rural Affairs of the People's Republic of China. China Agriculture Yearbook. Beijing: China Agriculture Press, 1989-2020. (in Chinese)

[26] 全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務中心. 中國有機肥料資源. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1999.

China National Agricultural Technology Extension Service. Data Collection for Organic Fertilizer Nutrients in China. Beijing: Chinese Agriculture Press, 1999. (in Chinese)

[27] 劉淑軍, 李冬初, 黃晶, 馬常寶, 王慧穎, 于子坤, 曲瀟林, 張璐, 韓天富, 都江雪, 柳開樓, 張會民. 1988—2018年中國水稻秸稈資源時空分布特征及還田替代化肥潛力. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2021, 37(11): 151-161.

LIU S J, LI D C, HUANG J, MA C B, WANG H Y, YU Z K, QU X L, ZHANG L, HAN T F, DU J X, LIU K L, ZHANG H M. Temporal and spatial distribution characteristics of rice stalk resources and its potential of synthetic fertilizers substitution returning to farmland in China from 1988 to 2018. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2021, 37(11): 151-161. (in Chinese)

[28] 畢于運. 秸稈資源評價與利用研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學院, 2010.

BI Y Y. Study on straw resources evaluation and utilization in China[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2010. (in Chinese)

[29] 徐志宇, 宋振偉, 鄧艾興, 陳武梅, 陳阜, 張衛(wèi)建. 近30年我國主要糧食作物生產(chǎn)的驅(qū)動因素及空間格局變化研究. 南京農(nóng)業(yè)大學學報, 2013, 36(1): 79-86.

XU Z Y, SONG Z W, DENG A X, CHEN W M, CHEN F, ZHANG W J. Regional changes of production layout of main grain crops and their actuation factors during 1981-2008 in China. Journal of Nanjing Agricultural University, 2013, 36(1): 79-86. (in Chinese)

[30] 賈正雷, 程家昌, 李艷梅, 劉玉. 1978—2014年中國玉米生產(chǎn)的時空特征變化研究. 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃, 2018, 39(2): 50-57.

JIA Z L, CHENG J C, LI Y M, LIU Y. Spatial-temporal characteristics of maize production in China during 1978-2014. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2018, 39(2): 50-57. (in Chinese)

[31] 劉彥隨, 王介勇, 郭麗英. 中國糧食生產(chǎn)與耕地變化的時空動態(tài). 中國農(nóng)業(yè)科學, 2009, 42(12): 4269-4274. doi: 10.3864/j.issn.0578- 1752.2009.12.018.

LIU Y S, WANG J Y, GUO L Y. The spatial-temporal changes of grain production and arable land in China. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(12): 4269-4274. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2009.12.018. (in Chinese)

[32] 范玲玲. 過去65年中國小麥種植時空格局變化及其驅(qū)動因素分析[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學院, 2018.

FAN L L. Spatio-temporal variation of wheat cultivation in China and its driving factors during the past 65 years[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2018. (in Chinese)

[33] 楊笛. 中國玉米產(chǎn)量增長的驅(qū)動因素分析[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學院, 2017.

YANG D. Contribution analysis of driving factors for maize yield growth in China[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2017. (in Chinese)

[34] 趙鵬, 陳阜, 馬新明, 熊淑萍. 麥玉兩熟秸稈還田對作物產(chǎn)量和農(nóng)田氮素平衡的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2010, 28(2): 162-166.

ZHAO P, CHEN F, MA X M, XIONG S P. Effects of integrated straw on crop yield and nitrogen balance in winter wheat & summer maize. Agricultural Research in the Arid Areas, 2010, 28(2): 162-166. (in Chinese)

[35] 房靜靜, 丁維婷, 武雪萍, 李曉秀, 姜宇, 張繼宗, 劉曉彤, 奚雅靜, 鄭鳳君, 張孟妮, 米剛, 馬獻發(fā). 長期秸稈配施化肥對土壤養(yǎng)分及小麥產(chǎn)量、品質(zhì)的影響. 中國土壤與肥料, 2020(5): 141-146.

FANG J J, DING W T, WU X P, LI X X, JIANG Y, ZHANG J Z, LIU X T, XI Y J, ZHENG F J, ZHANG M N, MI G, MA X F. Effects of long-term straw and fertilizer combined application on soil nutrient, wheat yield and quality. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2020(5): 141-146. (in Chinese)

[36] 李紅莉, 張衛(wèi)峰, 張福鎖, 杜芬, 李亮科. 中國主要糧食作物化肥施用量與效率變化分析. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2010, 16(5): 1136-1143.

LI H L, ZHANG W F, ZHANG F S, DU F, LI L K. Chemical fertilizer use and efficiency change of main grain crops in China. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(5): 1136-1143. (in Chinese)

[37] 柴如山, 安之冬, 馬超, 王擎運, 章力干, 郜紅建. 我國主要糧食作物秸稈鉀養(yǎng)分資源量及還田替代鉀肥潛力. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2020, 26(2): 201-211.

CHAI R S, AN Z D, MA C, WANG Q Y, ZHANG L G, GAO H J. Potassium resource quantity of main grain crop straw and potential for straw incorporation to substitute potassium fertilizer in China. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(2): 201-211. (in Chinese)

[38] 周延輝, 朱新開, 郭文善, 封超年. 中國地區(qū)小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量要素對秸稈還田響應的整合分析. 核農(nóng)學報, 2019, 33(1): 129-137.

ZHOU Y H, ZHU X K, GUO W S, FENG C N. Meta-analysis of the response of wheat yield and yield components to straw returning in China. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2019, 33(1): 129-137. (in Chinese)

[39] 王良, 劉元元, 錢欣, 張慧, 代紅翠, 劉開昌, 高英波, 方志軍, 劉樹堂, 李宗新. 單季麥秸還田促進小麥-玉米周年碳效率和經(jīng)濟效益協(xié)同提高. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2022, 55(2): 350-364. doi: 10.3864/ j.issn.0578-1752.2022.02.010.

WANG L, LIU Y Y, QIAN X, ZHANG H, DAI H C, LIU K C, GAO Y B, FANG Z J, LIU S T, LI Z X. The single season wheat straw returning to promote the synergistic improvement of carbon efficiency and economic benefit in wheat-maize double cropping system. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(2): 350-364. doi: 10.3864/j.issn. 0578-1752.2022.02.010. (in Chinese)

[40] 凌寧, 荀衛(wèi)兵, 沈其榮. 根際沉積碳與秸稈碳共存下作物與微生物氮素競爭機制及其調(diào)控. 南京農(nóng)業(yè)大學學報, 2018, 41(4): 589-597.

LING N, XUN W B, SHEN Q R. Plant-microbial competition for nitrogen in rhizosphere under straw returning regime: mechanisms and manipulation. Journal of Nanjing Agricultural University, 2018, 41(4): 589-597. (in Chinese)

[41] 胡雅杰, 朱大偉, 邢志鵬, 龔金龍, 張洪程, 戴其根, 霍中洋, 許軻, 魏海燕, 郭保衛(wèi). 改進施氮運籌對水稻產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2015, 21(1): 12-22.

HU Y J, ZHU D W, XING Z P, GONG J L, ZHANG H C, DAI Q G, HUO Z Y, XU K, WEI H Y, GUO B W. Modifying nitrogen fertilization ratio to increase the yield and nitrogen uptake of super japonica rice. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(1): 12-22. (in Chinese)

[42] 李濤, 何春娥, 葛曉穎, 歐陽竹. 秸稈還田施氮調(diào)節(jié)碳氮比對土壤無機氮、酶活性及作物產(chǎn)量的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2016, 24(12): 1633-1642.

LI T, HE C E, GE X Y, OUYANG Z. Responses of soil mineral N contents, enzyme activities and crop yield to different C/N ratio mediated by straw retention and N fertilization. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2016, 24(12): 1633-1642. (in Chinese)

[43] KUMAR K, GOH K M. Nitrogen release from crop residues and organic amendments as affected by biochemical composition. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2003, 34(17/18): 2441-2460.

[44] 楊志謙, 王維敏. 秸稈還田后碳、氮在土壤中的積累與釋放. 土壤肥料, 1991(5): 43-46.

YANG Z Q, WANG W M. Accumulation and release of carbon and nitrogen in soil after straw returning. Soils and Fertilizers, 1991(5): 43-46. (in Chinese)

[45] 王如芳, 張吉旺, 董樹亭, 劉鵬. 我國玉米主產(chǎn)區(qū)秸稈資源利用現(xiàn)狀及其效果. 應用生態(tài)學報, 2011, 22(6): 1504-1510.

WANG R F, ZHANG J W, DONG S T, LIU P. Present situation of maize straw resource utilization and its effect in main maize production regions of China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(6): 1504-1510. (in Chinese)

[46] 馬書芳, 朱德慧, 曹輝輝, 關(guān)瑞陳. 秸稈全量還田對農(nóng)作物病蟲害的影響及防控對策. 中國植保導刊, 2016, 36(7): 75-77.

MA S F, ZHU D H, CAO H H, GUAN R C. Effects of total straw returning on crop pests and diseases and countermeasures. China Plant Protection, 2016, 36(7): 75-77. (in Chinese)

[47] 喬玉強, 曹承富, 趙竹, 杜世州, 張耀蘭, 劉永華, 張四華. 秸稈還田與施氮量對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)及赤霉病發(fā)生的影響. 麥類作物學報, 2013, 33(4): 727-731.

QIAO Y Q, CAO C F, ZHAO Z, DU S Z, ZHANG Y L, LIU Y H, ZHANG S H. Effects of straw-returning and N-fertilizer application on yield, quality and occurrence ofhead blight of wheat. Journal of Triticeae Crops, 2013, 33(4): 727-731. (in Chinese)

[48] 高曉梅, 劉曉輝, 于淼, 李楊, 敖靜, 孫玉祿, 桓明輝, 池景良. 秸稈還田量對半干旱褐土區(qū)氮素淋溶及春玉米產(chǎn)量的影響. 山東農(nóng)業(yè)科學, 2021, 53(10): 64-71.

GAO X M, LIU X H, YU M, LI Y, AO J, SUN Y L, HUAN M H, CHI J L. Effects of straw returning amount on nitrogen leaching and yield of spring maize in cinnamon soil of semi-arid region. Shandong Agricultural Sciences, 2021, 53(10): 64-71. (in Chinese)

[49] 冷明珠, 金月, 童喻浩, 侯建軍, 裴惠民. 秸稈還田量對土壤肥力和小麥產(chǎn)量的影響. 浙江農(nóng)業(yè)科學, 2022, 63(4): 679-681.

LENG M Z, JIN Y, TONG Y H, HOU J J, PEI H M. Effect of straw returning amount on soil fertility and wheat yield. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2022, 63(4): 679-681. (in Chinese)

[50] 趙亞慧, 王寧, 于建光, 豆利嶺, 劉滿強, 焦加國. 不同還田量及還田方式下稻秸淋洗對小麥苗期生長發(fā)育的影響. 山東農(nóng)業(yè)科學, 2020, 52(1): 53-58.

ZHAO Y H, WANG N, YU J G, DOU L L, LIU M Q, JIAO J G. Effects of rice straw leaching under different returning amounts and manners on growth of wheat seedlings. Shandong Agricultural Sciences, 2020, 52(1): 53-58. (in Chinese)

[51] 李天嬌, 卓富彥, 陳冉冉, 李榮德, 史愛民. 秸稈還田對玉米病蟲草害影響的研究進展. 中國植保導刊, 2022, 42(1): 23-29.

LI T J, ZHUO F Y, CHEN R R, LI R D, SHI A M. Research progress on the effect of straw returning on maize pests. China Plant Protection, 2022, 42(1): 23-29. (in Chinese)

[52] 李波, 魏亞鳳, 季樺, 汪波, 熊飛, 張琛, 劉建. 水稻秸稈還田與不同耕作方式下影響小麥出苗的因素. 揚州大學學報(農(nóng)業(yè)與生命科學版), 2013, 34(2): 60-63.

LI B, WEI Y F, JI H, WANG B, XIONG F, ZHANG C, LIU J. Factors affecting seedling emergence in winter wheat under different tillage patterns with rice straw mulching. Journal of Yangzhou University (Agricultural and Life Science Edition), 2013, 34(2): 60-63. (in Chinese)

[53] 楊竣皓, 駱永麗, 陳金, 金敏, 王振林, 李勇. 秸稈還田對我國主要糧食作物產(chǎn)量效應的整合(Meta)分析. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2020, 53(21): 4415-4429. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.21.010.

YANG J H, LUO Y L, CHEN J, JIN M, WANG Z L, LI Y. Effects of main food yield under straw return in China: a meta-analysis. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(21): 4415-4429. doi: 10.3864/j.issn. 0578-1752.2020.21.010. (in Chinese)

[54] 蓋霞普, 劉宏斌, 楊波, 王洪媛, 翟麗梅, 雷秋良, 武淑霞, 任天志. 不同施肥年限下作物產(chǎn)量及土壤碳氮庫容對增施有機物料的響應. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2019, 52(4): 676-689. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752. 2019.04.009.

GAI X P, LIU H B, YANG B, WANG H Y, ZHAI L M, LEI Q L, WU S X, REN T Z. Responses of crop yields, soil carbon and nitrogen stocks to additional application of organic materials in different fertilization years. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(4): 676-689. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.04.009. (in Chinese)

Spatial-Temporal Variation Characteristics of Wheat and Maize Stalk Resources and Chemical Fertilizer Reduction Potential of Returning to Farmland in Recent 30 Years in China

LIU ShuJun1,2, LI DongChu1,2, HUANG Jing1, 2, QU XiaoLin3, MA ChangBao3, WANG HuiYing3, YU ZiKun3, ZHANG Lu1,2, HAN TianFu1, LIU KaiLou4, SHEN Zhe1, ZHANG HuiMin1,2

1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081;2Red Soil Experimental Station of Chinese Academy of Agricultural Sciences in Hengyang/National Observation and Research Station of Farmland Ecosystem in Qiyang, Hunan, Qiyang 426182, Hunan;3Cultivated Land Quality Monitoring and Protection Center, Ministry of Agricultural and Rural Affairs, Beijing 100125; 4Jiangxi Institute of Red Soil and Germplasm Resources/Key Laboratory of Acidified Soil Amelioration and Utilization, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Nanchang 330046

【Objective】China has rich wheat and maize stalk resources. It is necessary to clarify the spatial-temporal characteristics of the wheat and maize stalk resources, the corresponding nutrient resources and chemical fertilizer reduction potential through stalk incorporation, which can provide decision basis for promoting the utilization of stalk resources and reducing chemical fertilizer application. 【Method】Based on the soil long-term monitoring data of the Ministry of Agriculture and Rural Affairs in wheat and maize planting areas of China from 1988 to 2019, this study analyzed the amount of wheat and maize stalk and its nutrient resources and fertilizer reduction potential through stalk incorporation in different years in each region of China. 【Result】The annual average amount of wheat and maize stalk resources reached 1.62×108t and 4.23×108t, respectively in 2010s, which were increased by 0.16×108t and 2.04×108t compared with 1990s, respectively. The annual average amount of wheat and maize stalk NPK resources reached 278.19×104t and 901.08×104t, respectively, which were increased by 27.97×104t and 434.82×104t compared with 1990s, respectively. Both of them increased most in North China (NC). The annual average amount of wheat stalk resources and NPK resources decreased first and then increased with planting years, while maize increased. In the first stage (1990s to 2000s) and the second stage (2000s to 2010s), the annual variation rate (AVR) of wheat stalk resources were -42.47×104t·a-1and 205.10×104t·a-1, and the AVR of nutrient resources were -0.26×104t·a-1of N, -0.03×104t·a-1of P, -0.44×104t·a-1of K and 1.27×104t·a-1of N, 0.14×104t·a-1of P, and 2.11×104t·a-1of K, respectively. In the first stage and the second stage, the AVR of maize stalk resources were 397.82×104t·a-1and 1 643.60×104t·a-1, and the AVR of nutrient resources were 3.46×104t·a-1of N, 0.56×104t·a-1of P, 4.46×104t·a-1of K and 14.30×104t·a-1of N, 2.30×104t·a-1of P, and 18.41×104t·a-1of K, respectively. There were more than 80% of wheat stalk and its nutrient resources distributed in NC and Middle and lower reaches of Yangtze River (MLRYR), with the highest in NC (0.93×108t, 160.31×104t of NPK), and the lowest in Southwest China (SW) (0.09×108t, 16.05×104t of NPK). About 70% of maize stalk and its nutrient resources were distributed in Northeast China (NE) and NC, with the highest in NE (1.39×108t, 296.96×104t of NPK), and the lowest in MLRYR (0.21×108t, 44.40×104t of NPK). The annual average nutrient-release amount of wheat stalk incorporation per unit area were 21.1 kg·hm-2of N, 3.0 kg·hm-2of P and 62.3 kg·hm-2of K in China, with the highest in NC, and the lowest in SW. The annual average nutrient-release amount of maize stalk incorporation per unit area were 48.6 kg·hm-2of N, 10.6 kg·hm-2of P and 97.7 kg·hm-2of K in China, with the highest in Northwest China (NW), and the lowest in SW. The annual average nutrient-release amount of wheat and maize stalk incorporation per unit area increased continually during 1988-2019. The proportion of wheat stalk returning nutrients to the annual chemical fertilizer application were 9.13%-10.82%, 4.26%-6.43% and 88.02%-111.86%, respectively, and that of maize stalk were 22.99%-24.37%, 16.04%-28.67% and 150.29%-171.95%, respectively. 【Conclusion】In general, using wheat and maize stalk properly could satisfy the basic potassium requirement for crop production and reduce the application of about 10%-20% nitrogen fertilizer and 5%-20% phosphorus fertilizer. Making full use of stalk resources was an important guarantee for reducing fertilizer application and increasing efficiency.

stalk resources; wheat; maize; temporal and spatial variation; chemical fertilizer reduction; China

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.008

2022-09-07；

2022-11-03

國家重點研發(fā)計劃課題（2016YFD0300901）、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設專項（CARS-01-88）、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項（Y2022LM25，GY2022-13-5，G2022-02-2，G2022-02-3，G2022-02-10）、湖南省自然科學基金（2022JJ30648）、國家綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-22-Z09）

劉淑軍，E-mail：liushujun@caas.cn。通信作者張會民，E-mail：zhanghuimin@caas.cn

（責任編輯 李云霞）