稻麥輪作豬糞-秸稈還田的環境效益及經濟效益

王瓊瑤， 張世熔， 涂衛國， 李 森， 羅雪梅， 李 玲， 杜玉龍

(1.四川省自然資源科學研究院，四川成都 610015；2.四川農業大學環境學院，四川成都 611130)

Note：The swine manure and straw are dry weight，the swine manure removes 50 percent of water and the straw removes 90 percent of water.

Note：N，P，K fertilizer was calculated according to urea price 4.5 yuan/kg，calcium superphosphate 2.8 yuan/kg，potassium 5.5 yuan/kg in market.

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稻麥輪作豬糞-秸稈還田的環境效益及經濟效益

王瓊瑤1， 張世熔2， 涂衛國1， 李 森1， 羅雪梅1， 李 玲1， 杜玉龍1

(1.四川省自然資源科學研究院，四川成都 610015；2.四川農業大學環境學院，四川成都 611130)

[目的]探明豬糞-秸稈還田的應用效果，確定最佳還田模式。[方法]通過稻麥輪作田間試驗，開展豬糞-秸稈還田處理對水稻、小麥生長性狀及產量的影響研究，統計分析其經濟效益及二氧化碳減排量，確定最佳的豬糞-秸稈還田模式。[結果]豬糞-秸稈還田有利于水稻、小麥的生長，在“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”還田模式下，水稻、小麥產量均最高，分別為7 874.57和6 427.00 kg/hm2，且稻麥輪作可節約成本5 146.35元/hm2，水稻、小麥分別增收5 312.56和3 931.93 元/hm2，溫室氣體平均減排量為1.30 t/hm2(按CO2干基計算)。[結論]“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”模式為豬糞-秸稈還田的最佳施肥模式。

小麥；水稻；豬糞；秸稈；經濟效益；環境效益

近年來，隨著規模化畜禽養殖的迅速發展，我國已成為世界上最大的畜產品生產國[1]。由于畜禽養殖廢棄物未得到合理的處置和資源化利用，導致養殖地周邊自然環境污染危害日益嚴重，畜禽養殖廢棄物已成為農村面源污染的主要來源之一[2-4]。畜禽糞便是農業生產中常用的有機肥料，其富含氮、磷、鉀及有機質等養分，可通過堆肥還田為農作物提供優質有機肥料[5]。畜禽糞便還田是傳統的生態循環利用模式，也是解決畜禽養殖污染最經濟、有效的方法[6]。畜禽糞便還田不僅可提高土壤肥力、減少環境污染，而且還可促進農業可持續發展[7-8]。秸稈是重要的農業資源，國外大多采用秸稈還田作為資源化利用的主要方式[9]。我國是糧食生產大國，秸稈資源豐富，但受消費觀念和生活方式的影響，每年有超過2億t的秸稈腐爛或被焚燒，導致資源變成了污染源，造成了巨大的資源浪費和環境污染[10]。成都平原秸稈資源豐富，除用作牲畜飼料、食用菌基料外，大多作為農戶基本燃料利用。由于大量秸稈季節性過剩，焚燒成了處置秸稈的主要方式，但在出臺禁燒規定后，秸稈處置成為農民群眾的一大問題。有研究表明，秸稈中含有豐富有機質、氮、磷、鉀和微量元素，是農作物重要的有機肥源[11]。秸稈還田不僅可以增加農田土壤有機質含量，而且還能促進土壤微生物繁殖和活性增強，從而有效提高土壤有機碳的含量，對提高土壤肥力和作物產量、增強固碳能力均具有重要作用[12-13]。同時，秸稈還田還有利于提高資源利用效率、減少環境污染和實現農業的可持續發展[14-15]。有研究表明畜禽糞便-秸稈混合還田具有增產效應[16-17]。目前，對于畜禽糞便-秸稈混合還田的環境效益及經濟效益研究還鮮見報道。鑒于此，筆者通過稻麥輪作田間試驗，開展豬糞-秸稈還田處理對水稻、小麥生長性狀及產量的影響研究，統計分析其經濟效益及二氧化碳減排量，以期為畜禽養殖廢棄物處理及秸稈還田利用提供科學依據。

1　材料與方法

1.1試驗材料供試豬糞采自四川省崇州市養豬場，水稻季施用秸稈為上一季的小麥秸稈，小麥季施用秸稈為上一季的水稻秸稈。供試肥料及秸稈的養分含量如表1所示。

表1　試驗材料養分含量

1.2試驗方法采用隨機區組試驗設計，每個處理設置3個重復小區，小區面積為70.0 m2，小區間隔0.5 m。各處理N、P2O5和K2O施用量分別為180、90和90 kg/hm2，其中豬糞和秸稈還田量以純化肥為標準來計算二者N、P2O5、K2O含量，不足由化肥補充。試驗共設置6個處理：空白對照(CK)、純化肥(T1)、10%豬糞氮+90%化肥氮(T2)、30%豬糞氮+70%化肥氮(T3)、20%豬糞氮+ 30%秸稈氮+ 50%化肥氮(T4)、30%豬糞氮+ 20%秸稈氮+ 50%化肥氮(T5)，具體施肥方案見表2。

表2　施肥方案設計

1.3測定項目于作物生長期觀察稻、麥生長情況，于成熟期測定其株高、有效穗數、每穗粒數、千粒重、產量等指標。

1.4溫室氣體排放量統計不同處理方式的溫室氣體產生量系數取值見表3。

表3　溫室氣體產生量系數

注：豬糞和秸稈均為干重，其中豬糞去除50%水分，秸稈去除90%水分。

Note：The swine manure and straw are dry weight，the swine manure removes 50 percent of water and the straw removes 90 percent of water.

1.5數據處理采用SPSS17.0軟件對試驗數據進行統計分析。

2　結果與分析

2.1不同處理對小麥生長性狀及產量的影響由表4可以看出，T2～T5處理株高明顯高于CK和T1處理，其中T3處理株高最高，為95.43 cm；有效穗數和每穗粒數均以T5處理最高，分別為434 穗/m2和37粒；T5處理千粒重和產量均表現為最高，分別為40.22 g和6 427.00 kg/hm2。與空白對照相比，各處理平均增產24.06%，與純化肥施用相比，還田處理平均增產5.50%。可見，豬糞還田與豬糞-秸稈還田模式下小麥生長性狀和產量均明顯優于不施肥和純化肥處理。在各施肥處理中，以“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”處理的小麥產量最高，相較于對照增產28.91%，相較于純化肥處理增產8.48%。說明豬糞-秸稈還田有利于小麥的生長，隨著豬糞使用量的增加，小麥有效穗數、每穗粒數、千粒重、實際產量均呈增加趨勢，且顯著高于不施肥處理和純化肥處理。

表4　不同處理下小麥生長性狀及產量表現

2.2不同處理對水稻生長性狀及產量的影響由表5可知，T3～T5處理株高明顯高于CK和T1處理，其中以T5處理株高最高，為107.50 cm；有效穗數以T2處理最高，為290 穗/m2；每穗粒數以T5處理表現為最高，為110粒。T4處理千粒重在各處理中表現為最高，為24.86 g；T1～T5處理產量表現為依次增加的趨勢，與空白對照相比，各處理平均增產29.17%，與純化肥施用相比，還田處理平均增產9.44%。可見，豬糞還田與豬糞-秸稈還田模式下水稻生長性狀和產量明顯優于不施肥和純化肥處理。在各種施肥處理中，以“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”處理的水稻產量最高，為7 874.57 kg/hm2，相較于對照增產38.64%，相較于純化肥處理增產15.43%。說明豬糞-秸稈還田有利于水稻的生長，隨著豬糞使用量的增加，水稻有效穗數、每穗粒數、千粒重、實際產量均呈增加趨勢，且顯著高于不施肥處理和純化肥處理。

表5　不同處理下水稻生長性狀及產量表現

2.3稻麥輪作豬糞-秸稈還田的經濟效益分析稻麥輪作豬糞-秸稈還田的經濟效益統計結果如表6所示。從養分代替角度計算，T4和T5處理均施用50%的化肥氮，減少的化肥施用成本一致，作物產量的經濟效益計算結果顯示，稻麥兩季均在“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”(T5)處理下的經濟效益為最高。該處理下，小麥季豬糞-秸稈還田較純化肥處理節約氮肥、磷肥和鉀肥用量分別為50.00%、52.33%、85.17%，節約化肥成本2 676.38 元/hm2；水稻季節約氮肥、磷肥和鉀肥用量分別為50.00%、42.86%、84.40%，節約化肥成本2 469.97 元/hm2；種植小麥、水稻節約成本總計5 146.35 元/hm2。從作物增產、增收效益評價來看，與T1處理相比，T5處理小麥、水稻分別增產502.22、1 052.81 kg/hm2，可分別增收3 931.93、5312.56 元/hm2，增收總計9 244.49 元/hm2。

表6豬糞-秸稈還田處理下稻麥輪作系統經濟效益分析

Table 6The economic benefits analysis of rice and wheat rotation with swine manure applying and straw returning

作物Crop處理Treatment化肥成本Fertilizercost元/hm2較純化肥處理Comparedwithpurechemicalfertilizer增產Yieldincreasingkg/hm2增收Incomeincreasing元/hm2小麥T14674.47——WheatT24121.2266.25718.88T33014.77472.552841.08T42052.59262.123277.18T51998.09502.223931.93水稻T14672.32——RiceT24176.04216.971082.10T33181.62373.692499.66T42209.35930.964976.56T52202.351052.815312.56

注：氮肥以市售尿素價格 4.5元/kg計算；磷肥以市售過磷酸鈣價格2.8 元/kg計算；鉀肥以市售氯化鉀價格5.5 元/kg計算。

Note：N，P，K fertilizer was calculated according to urea price 4.5 yuan/kg，calcium superphosphate 2.8 yuan/kg，potassium 5.5 yuan/kg in market.

2.4稻麥輪作豬糞-秸稈還田的環境效益分析從環境保護的角度分析，豬糞-秸稈還田處理可減少氮肥等化肥的用量，同時可降低氮、磷隨水土流失引起水體富營養化的潛在風險，有利于保護水資源甚至整個生態環境。而從廢棄物溫室氣體排放方面分析，秸稈、豬糞等廢棄物如不經科學合理利用，會產生大量溫室氣體排放，從而引起大氣污染等環境問題。經統計，采用豬糞-秸稈還田處理，小麥季平均溫室氣體減排0.89 t/hm2，水稻季平均溫室氣體減排量可達0.94 t/hm2。其中純豬糞還田(T2、T3處理)的平均減排量為0.61 t/hm2，豬糞-秸稈混合還田(T4、T5處理)平均減排量為1.22 t/hm2。“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”處理模式的小麥季和水稻季溫室氣體減排量最高，分別為1.26、1.34 t/hm2(圖1)。可見，豬糞-秸稈混合還田有利于減少溫室氣體排放。

3　結論與展望

3.1結論豬糞-秸稈還田有利于增加作物生長，從而增加產量。在小麥季，各施肥處理中，以“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”處理的小麥產量最高，為6 427.00 kg/hm2，相較于純化肥處理增產8.48%。水稻季，同樣以“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”處理的水稻產量最高，為7 874.57 kg/hm2，相較于純化肥處理增產15.43%。“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”處理下稻麥輪作可節約成本5 146.35元/hm2，小麥、水稻可分別增收3 931.93、5312.56 元/hm2，該模式下小麥季和水稻季溫室氣體減排量最高，分別為1.26、1.34 t/hm2。可見，“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”處理為豬糞-秸稈還田的最佳施肥模式。

3.2研究展望畜禽養殖業廢棄物和種植業廢棄物還田利用不僅變廢為寶，而且減少了對環境的污染。該研究采用的是豬糞-秸稈直接還田的方式，而對于豬糞-秸稈堆漚后還田以及使用腐熟劑還田應用還有待進一步研究。同時，影響秸稈腐熟的因素有很多，如水分、微生物、碳氮比等。在今后的研究中，應對腐熟條件進行深入研究。

注：a、b分別為小麥、水稻季稻麥輪作豬糞-秸稈還田處理溫室氣體排放量。溫室氣體產生量按CO2干基計算。Note：a，b is amount of greenhouse gas production under rice-wheat rotation with swine manure-straw returning in wheat season and rice season respectively，the amount of greenhouse gas production is calculated according to the carbon dioxide dry basis.圖1　稻麥輪作豬糞-秸稈還田處理溫室氣體排放量Fig.1　The amount of greenhouse gas production under rice-wheat rotation with swine manure-straw returning

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Environmental and Economic Benefits Research on Rice and Wheat Rotation with Swine Manure Applying and Straw Returning

WANG Qiong-yao1, ZHANG Shi-rong2,TU Wei-guo1et al

(1.Sichuan Province Natural Resources Science Academy, Chengdu, Sichuan 610015; 2. College of Environmental Sciences, Sichuan Agricultural University, Chengdu, Sichuan 611130)

[Objective] The aim was to investigate the application effect of swine manure-straw returning and to determine the best mode. [Method] A field experiment under rice-wheat rotation with different swine manure-straw treatments was conducted to study the growth charactertics and output of rice and wheat, calculate the economic benefits and carbon dioxide emissions reduction, analyze the best mode of swine manure-straw returning. [Result] The swine manure-straw returning was conducive to the growth of crop, the highest output of rice and wheat were on the treatment of “30% swine manure and 20% straw and 50% chemical fertilizer”, there were 7 874.57 and 6 427.00 kg/hm2, and saved cost about 5 146.35 yuan/hm2, increased input 5 312.56 and 3 931.93 yuan/hm2, the greenhouse gas emissions reduction was 1.30 t/hm2(calculate according to the carbon dioxide dry basis). [Conclusion] The treatment of “30% swine manure and 20% straw and 50% chemical fertilizer” was the best mode of swine manure-straw returning.

Wheat; Rice; Swine manure; Straw; Economic benefits; Environmental benefits

四川省科技支撐計劃項目(2014NZ0044)。

王瓊瑤(1986- )，女，四川雅安人，碩士，助理研究員，從事農業資源利用與環境保護研究。

2016-06-12

S 181.4

A

0517-6611(2016)22-056-04