玉米秸稈資源利用方式及其效果研究

作為肥料和肥料的養分，氮肥（n）、磷（p）和鉀（k）等養分含量分別達到776mg。通過高利偉等等研究，2006年中國作物總肥料超過7.6億t，其中氮、磷、鉀養分資源分別為776mg。249萬噸和1342萬噸。通過還原和利用作物、飼料、燃燒和其他用途，作物作物的比例分別為24.3%、29.9%和35.3%。為提高土壤養分所需的量，表明作物養分在土壤中的固定和供應效果，增加土壤微生物c和氮的固持和供應效果，增加土壤微生物c和氮的含量，提高土壤肥料的ph值。對作物的回歸和化肥的合理利用效果不僅可以提高土壤肥力，還可以起到保水作用。長期使用k后，還可以顯著降低土壤外部源k的固定。土壤固碳量隨著環境溶液中鉀濃度的增加而增加。冬小麥的經濟產量、生物產量和碳吸收量顯著增加。同時，由于氣候因素，每年的產量差異會降低，產量和植物吸收的穩定性會顯著提高。結果表明，對全國各地的蝗蟲恢復和耕地恢復現象的研究和研究很少。秸稈飼料是草食家畜粗飼料的重要來源之一,鼓正榮等報道,利用秸稈飼料發展奶牛業具有節約糧食、提高奶牛生產力的優點,經過處理的玉米秸稈和稻草粗纖維消化率分別提高20.7%和20%左右,有機物質消化率提高20%左右.劉德軍等報道,玉米秸稈果穗以上部分適口性和營養成分好于下部,因此玉米秸稈用于飼料優先選擇果穗以上部分,果穗以下部分可適當還田.每年用作燃料的農作物秸稈折合標準煤約1.5億t,主要用于炊事及取暖.據測算,黑龍江省農村直接用作燃料的秸稈消耗量每年在3000萬t以上,占秸稈總量的60%.秸桿焚燒主要發生在以下3種地區,即地廣人稀的產糧區,如吉林省、黑龍江省;經濟較發達地區,如江蘇、浙江等省,農民生活用能的商品化率超過90%,50%左右的秸稈被焚燒;能源產區,如山西、陜西等省,化石能源相對便宜且使用方便清潔,秸稈利用成本高,焚燒現象嚴重.秸稈焚燒對交通、空氣和農田生態系統造成嚴重危害.隨經濟發展,能源利用形式發生改變,加上禁止焚燒秸稈政策的施行,現階段在全國范圍內秸稈利用現狀如何仍鮮見報道.綜上,關于全國玉米主產區秸稈的去向、利用方式、秸稈還田現狀和效果及還田后的問題研究尚不清楚.為此,本研究開展了玉米秸稈利用現狀調查,以明確其利用現狀及存在的問題,為在全國范圍內倡導秸稈利用合理化、經濟化和環保化提供依據.1春玉米區和華北玉米-小麥兩熟區本研究于2009年3月20日—8月30日進行,采用問卷調查和農戶調查相結合的方法,以代表性自然村為單位.在全國3個玉米主產區,選出有代表性的22個省,每個省選出代表性城市,每個城市選擇5個示范縣,每個縣隨機調查5～8個村,共選擇125個縣,720個村進行調查.其中東北春玉米區選擇黑龍江、內蒙古、河北(部分地區屬于春玉米區)、遼寧、新疆、吉林等省共49個縣265個村;華北玉米-小麥兩熟區選擇河北、河南、安徽、陜西、江蘇、新疆、山東等省共49個縣341個村;西南玉米區選擇浙江、湖北、廣西、江蘇、云南、重慶、河南、四川、貴州等省共27個縣114個村.3個玉米主產區調查面積分別為2574、1809和1135萬hm2,將地塊按不同產量水平分為高產地塊(H)、中產地塊(M)和低產地塊(L),分別調查秸稈的利用途徑及秸稈還田效果.調查樣本量與對應區域面積不完全一致,因為東北地區地廣人稀,其調查面積最大.調查的具體內容包括:玉米秸稈資源利用途徑及其還田所占比重,還田方式、方法和成本,還田后對作物產量、施肥量和灌水量的影響,玉米生產中有機肥投入情況(種類、投入量及投入方式等),還田過程中的問題和農民對玉米秸稈還田的認識態度等.2結果與分析2.1充填和飼料還田由表1可以看出,在調查區域整體范圍內,秸稈資源利用途徑以還田、飼料和燃料占絕大多數,分別占30.2%、26.2%和24.4%.東北春玉米區燃料比例最大,平均占34.7%;其次是飼料和還田,分別占30.8%和19.8%,較燃料分別低11.1%和42.9%,均顯著高于焚燒比例和工業原料比例.華北玉米區還田比例最大,平均占41.8%,顯著高于其他途徑;其次是飼料和燃料,分別占19.9%和17.9%,較還田分別低52.5%和57.3%.西南玉米區與華北玉米區相似,還田比例最大,平均占29.0%;其次是飼料和燃料,分別占27.9%和20.5%,較還田分別低4.7%和29.2%.3個玉米主產區用作工業原料的比例均最小,焚燒比例也較小,在10%～16%.3個玉米主產區均表現為:不同地塊產量隨秸稈還田比例增大而升高,不同產量水平地塊作為飼料、燃料等用途的秸稈比例差異不大.2.2秸稈還田對作物產量的影響由表2可以看出,秸稈還田可提高作物產量,3個玉米主產區產量平均分別增加632.0、371.6和290.4kg·hm-2,增幅平均為6.5%、5.5%和5.6%.3個主產區均表現為籽粒產量增加量和籽粒產量隨秸稈產量和還田量的升高而升高,說明秸稈還田可使作物增產.東北春玉米區秸稈產量和籽粒產量最大,平均為12253和9806kg·hm-2;秸稈還田量僅次于華北玉米區,平均為2454kg·hm-2.華北玉米區秸稈還田比例和還田量最大,分別為41.8%和3264kg·hm-2.西南玉米區秸稈產量和還田量最小,分別為6081和1701kg·hm-2,籽粒產量和產量增幅也最小.說明秸稈還田需適量,只有最佳還田量才能獲得最大籽粒產量.2.3秸稈還田對情況的影響秸稈還田后東北春玉米區和華北玉米區灌水量分別增加108.4和160.8m3·hm-2;增加量隨地塊產量升高而增大.西南玉米區灌水量平均減少194.8m3·hm-2;減少量隨地塊產量升高而增大(表2).灌水量與秸稈還田量和產量之間的關系不同地區表現不同.秸稈還田后病蟲害情況在不同玉米產區表現不同,在所調查的4種病害和1種蟲害中,東北春玉米區絲黑穗病呈增加趨勢,平均增加0.9%;其他病蟲害均減輕.華北玉米區銹病和玉米螟發病率減小,平均減小4.3%和2.0%,其他病害增加,但增加幅度較小.西南玉米區褐斑病沒有變化,其他病蟲害均呈增加趨勢.說明不同地區秸稈還田對病蟲害發生的影響存在差異,在北部與中部地區病蟲害減輕,而西南地區加重(表3).2.4化肥投入量由表4可以看出,秸稈還田前后,有機肥、化肥投入量以東北春玉米區最大,西南玉米區居中,華北玉米區最小;產量越高的地塊,有機肥、化肥的投入量越大.秸稈還田后,有機肥和化肥用量均減少.有機肥投入量以東北春玉米區最大,還田前后不同地塊分別平均為21236和16761kg·hm-2,減少21.1%;西南玉米區居中,還田前后分別平均為15223和14541kg·hm-2,減少30.8%;華北玉米區最小,還田前后分別平均為11689和834kg·hm-2,減少28.6%.有機肥投入量以西南玉米區減幅最大,東北玉米區最小.化肥投入量以東北春玉米區最大,N、P、K肥還田后分別比還田前平均減少16.7%、24.7%、33.6%;西南玉米區投入量居中,N、P、K肥平均減少29.6%、33.2%、37.5%;華北玉米區投入量最小,N、P、K肥平均減少29.7%、27.5%、36.7%.西南玉米區化肥用量減幅最大,東北玉米區最小;在研究區域范圍內K肥減幅最大,N肥減幅最小.秸稈還田后仍需配施化肥,特別是N肥,有利于調節土壤C/N,但可大幅度減少K肥施入量.2.5秸稈還田費用調查發現,秸稈還田的方式主要包括機械粉碎還田、粉碎深埋、人工覆蓋、過腹還田、秸稈墊廄墊圈還田、堆漚腐熟后還田、自然枯死、機械翻壓等.調查過程中統計了秸稈還田的費用,包括機械還田和人工還田,其他幾種方式規模較小,沒有進行統計.由表5可以看出,秸稈機械還田費用以東北春玉米區最低,分別比華北和西南玉米區低42.6%和44.3%.人工還田費用也以東北春玉米區最低,分別比華北和西南玉米區低28.2%和53.9%.這是由于東北春玉米區生產規模大,機械化程度高,成本較低;華北和西南玉米區生產規模小,秸稈還田的機械化程度和水平較低,成本較高.2.6北和華北玉米區對秸稈還田的生物基多態性不同玉米主產區農民對秸稈還田的支持率不同,東北和華北玉米區對秸稈還田的支持率大,分別為51.3%和66.7%,西南玉米區中立率最大,為60.7%,支持率僅為35.7%(表6).2.7秸稈還田,深刻反應,造成高效運行經調查,秸稈還田過程中存在的問題主要有:秸稈還田質量較差;粉碎拋撒不均勻;增加耕地整地難度;影響播種和出苗,使后茬小麥出苗率降低2%～10%;腐爛困難,直接還田腐爛時間受氣候影響,1～2年才見效,一般腐爛時間從2、3個月到1年不等.另外,秸稈為作物病蟲害提供了寄主,可能會導致病蟲害加重,特別是地下害蟲,但有些地區也會減少.秸稈還田還缺少配套機械,一是缺少小型機械;二是機械粉碎的效果差,達不到粉碎均勻、細致的效果.因此,應增加大型農機具投入,擴大機械還田面積,減小秸稈還田成本,提高秸稈還田效果.3討論3.1玉米秸稈焚燒情況作物秸稈資源主要集中分布于中部、東北和西南地區,黑龍江、河北、山東、江蘇和四川省是作物秸稈資源分布最集中的區域,5省總量占全國的36%以上.中國農作物秸稈資源量大,現階段其用途可分為肥料還田、畜牧飼料、農村生活能源和工業原料4個方面.2007年黑龍江省農作物秸稈資源中,家庭燃用占50%,飼料占23%,還田占3%,其他工業用途占3%,焚燒或廢棄占21%.周曙東等報道,吉林省農村人均能源消費量高于江蘇省,生物質能源消耗江蘇省以秸稈較多,而吉林省則以秸稈和薪柴并重.本研究表明,我國不同主產區玉米秸稈利用途徑存在差異,東北春玉米區燃料比重最大,為34.7%,其次是飼料,占30.8%.在研究區域范圍內,燃料和飼料比例以東北地區最大,因東北地區長時間寒冷,需大量燃料取暖、炊事,牲畜冬季的飼草需求量也較大;華北玉米區秸稈還田比重最大,為41.8%.2000—2003年全國秸稈焚燒總量約1.36～1.43億t,占秸稈總產出量的23%左右.曹國良等估算2001—2003年山東、河南、江蘇、河北秸稈焚燒比例在20%～30%,東北各省、江蘇、浙江高達30%～40%.本研究表明,在調查區域范圍內秸稈焚燒比例為10%～16%,西南玉米區最大,為15.2%,其次是華北玉米區,為12.2%.這說明秸稈焚燒比例有所減少,作為生物質能源被有效利用.另外,秸稈焚燒存在地區差異,山西、陜西有大量煤礦資源,居民較容易獲得廉價商品能源;江蘇、浙江等地用能商品化程度較高,造成大量秸稈剩余,焚燒現象嚴重.在調查區域范圍內,秸稈作為可再生工業原料的比例低于2%,應是今后秸稈利用的發展方向之一.3.2秸稈還田對土壤條件的影響徐國偉等研究表明,與單施N肥相比,秸稈還田配施N肥可提高水稻葉片的硝酸還原酶活性,進而極顯著提高作物吸N量,提高水稻產量.本研究中,玉米秸稈還田配施N肥的作物產量明顯提高,籽粒增產4%～6%.究其原因,一是秸稈還田后土壤有機質含量升高,土壤結構得到改良;二是土壤C/N增加,土壤微生物活性增強,微生物N量和土壤含N量增加;三是秸稈還田配施N肥減少了N滲漏和揮發,降低了土壤反硝化作用和N2O的排放.秸稈還田對小麥產量的影響報道并不一致.劉義國等認為,玉米秸稈打碎配施N肥可提高小麥葉綠素含量,促進小麥光合作用和蒸騰作用,進而促進物質合成與轉化,提高產量;Takahashi等認為,秸稈還田提高了作物的N吸收速率,減產是因為秸稈單獨還田導致土壤C/N失衡,或還田時耕作不當、播種質量差使小麥出苗率下降,引起作物減產.本研究表明,玉米秸稈還田后適量配施N、P、K化肥可顯著提高作物產量.3.3秸稈還田對農業生產的影響秸稈與化肥配施可促進作物對土壤P的吸收,提高P利用率,增加土壤腐殖質含量,改善腐殖質品質.與單施N肥相比,秸稈配施N肥提高了冬小麥的N效率,其中N肥表觀利用率、N生產效率和N肥農學效率均顯著提高.張靜等報道,玉米秸稈還田量為9000kg·hm-2時,配施138kgN·hm-2,土壤微生物固持C、N的效果增強,土壤C、N的固持和供給效果好,土壤養分的有效性和利用性提高,下茬冬小麥增產顯著.王宏庭等認為,在施N、P的基礎上每年施K2O150kg·hm-2,平均增產10.2%以上,秸稈單獨還田平均增產6.6%以上,二者配施平均增產17.6%,年平均吸K量提高32.0kg·hm-2,土壤速效K、緩效K分別提高38.6%和11.0%.秸稈還田可減少化肥和有機肥用量,減小農田富營養化程度.在本研究區域范圍內,秸稈還田后農戶施用的N、P、K化肥量減少,作物產量增加.因此,秸稈還田可起到培肥地力、減少化肥投入的作用.3.4秸稈還田與秸稈利用技術從長遠看,秸稈還田可改善土壤條件,有利于作物增產,但如果秸稈利用水平不高,會造成負面影響