華南區域秸稈和畜禽糞便有機鉀資源調查分析

黃繼川，彭智平，徐培智，涂玉婷

（廣東省農科院農業資源與環境研究所/廣東省養分資源循環利用與耕地保育重點實驗室/農業部南方植物營養與肥料重點實驗室，廣東 廣州 510640）

華南區域秸稈和畜禽糞便有機鉀資源調查分析

黃繼川，彭智平，徐培智，涂玉婷

（廣東省農科院農業資源與環境研究所/廣東省養分資源循環利用與耕地保育重點實驗室/農業部南方植物營養與肥料重點實驗室，廣東 廣州 510640）

根據資料查閱統計了華南區域（廣東、廣西和海南）主要作物秸稈（水稻、玉米、香蕉、甘蔗、花生、薯類、豆類、蔬菜和煙葉）和畜禽糞便（豬、家禽、肉牛、羊、兔、役牛、奶牛和母豬）的資源量及有機K2O資源量。結果表明，2008—2014年間華南區域年均秸稈資源量為6 571.09萬t，廣西、廣東和海南分別占秸稈資源總量的61.59%、32.53%和19.89%；秸稈K2O資源量為85.95萬t，廣西、廣東和海南分別占秸稈K2O資源的48.56%、43.65%和7.78%。在畜禽糞便方面，2010—2014年間華南區域畜禽糞便排泄量年均為19 645.16萬t，廣西、廣東和海南分別占55.42%、36.76%和7.82%；畜禽糞便年均有機K2O資源總量為65.28萬t，廣西、廣東和海南分別占52.60%、39.32%和8.07%。華南地區有機鉀資源體量大，具有很好的挖掘利用前景。

有機鉀；秸稈；畜禽糞便；肥料；農業利用

鉀是植物生長所需的僅次于氮的三大營養要素之一，植物體內含鉀量一般占干物質的0.2%～4.1%［1］，鉀具有提高作物產量、改善品質［2］和增強抗逆性的作用，有品質元素和抗逆元素之稱。

鉀資源對于糧食安全具有重要意義。全球鉀資源總量約為2 500億t，主要分布于北半球的歐洲和北美洲，其中加拿大和俄羅斯儲量超過81%。我國是鉀資源嚴重缺乏的國家，探明資源總量2.1億t，以氯化鉀為主，產地主要在西北地區和西南地區等偏遠山區，資源有限且品味不高，按照2012年390萬t的產量僅夠50年開采［3］。然而，我國鉀肥消費量一直高于鉀肥產量，2015年單質鉀肥用量642.3萬t，復合肥2 175.7萬t，復合肥若按照鉀養分10%計，則鉀肥年用量在850萬t以上，供需矛盾明顯［4］。

鉀礦屬不可再生資源，除科學高效利用鉀肥外，如何將秸稈和畜禽糞便等有機鉀源循環再利用、加速土壤鉀素循環和挖掘土壤供鉀能力是保護利用有限鉀礦資源和發揮鉀肥效益最大化的主要出路。我國農業有機鉀資源儲量巨大，據統計我國每年產生各類農作物秸稈約7億t［5］，秸稈廢棄物中富含有機碳以及N、P、K和中微量元素，是重要的有機肥源；畜禽糞便產生量約30億t，畜禽糞便含有豐富的有機營養物質，且鉀素含量高，其中豬糞、雞糞和牛糞全鉀含量分別為1.01%、1.39%和0.99%［6］。科學合理利用好農作物秸稈和畜禽糞便中的有機鉀資源將有效緩解我國鉀肥供不應求的矛盾。本文根據歷年統計數據分析了我國華南地區（廣東、廣西、海南）主要作物秸稈、畜禽糞便資源極其K2O資源儲量。

1 材料與方法

本研究于2015—2016年在廣東、廣西、海南收集秸稈資源，秸稈烘干后采用火焰分光光度方法檢測秸稈K2O含量［7］。此外，通過查閱文獻統計作物秸稈、畜禽糞便兩大類有機鉀資源，其中每一項有機資源總量的計算公式如下：

式中，∑表示總量為各地區所有作物種類、所有畜禽種類的總和，而括號內每一個變量均為各個地區每一種作物的單產、收獲面積、草谷比、秸稈K2O濃度和每一種畜禽的數量、排泄系數、養殖周期和糞便K2O濃度。例如，作物主要包括谷類作物（水稻、玉米、其他谷類），經濟作物（大豆、花生、蔬菜、煙草等）和甘蔗、香蕉以及薯類作物等。

2 結果與分析

2.1 作物秸稈資源及有機鉀資源統計

2.1.1 不同作物草谷比及秸稈K2O濃度 表1所示，草谷比是指農作物地上莖稈產量與經濟產量之比，它是評價農作物產出效率的重要指標，又稱為農作物副產品與主產品之比。本文通過文獻查閱和實際調研獲得以下各作物的草谷比數據，其中水稻草谷比指稻草產量與稻谷產量之比，秸稈中未計算稻殼；玉米草谷比指玉米秸稈產量與玉米產量之比，玉米芯未列入計算；香蕉秸稈指蕉葉、假莖、球莖等，香蕉果軸和果皮等未列入統計；甘蔗秸稈包括葉稍、蔗頭和尾稍以及蔗渣；花生秸稈指地上部花生秧苗，花生殼未列入統計；豆類秸稈指地上部葉片和藤蔓等廢棄物；薯類包括地上部葉片、藤蔓和莖稈等；煙草包括廢棄煙葉煙桿和加工副產物；蔬菜主要為各類蔬菜地上部廢棄物。

表1 不同作物草谷比及K2O含量

2.1.2 華南區域作物秸稈資源和有機鉀資源 根據農業部種植業管理司官方網站（http：//202.127.42.157//moazzys/nongqing.aspx）統計出2008—2014年廣東、廣西和海南不同作物收獲面積、總產及單產的平均值，并根據不同作物草谷比和K2O含量測算出不同作物秸稈量及有機K2O資源量，結果見表2。

按照地域分析，2008—2014年7年間華南區域作物秸稈（水稻、玉米、香蕉、甘蔗、花生、薯類、豆類、煙草、蔬菜）資源量平均為6 571.09萬t，其中廣西為4 047.26萬t，廣東和海南分別為2 105.2萬、418.63萬t，分別占秸稈資源總量的61.59%、32.53%和19.89%。華南區域秸稈（水稻、玉米、香蕉、甘蔗、花生、薯類、豆類、煙草、蔬菜）有機K2O資源平均為85.95萬t，其中廣西為41.74萬t，廣東和海南分別為37.52萬、6.69萬t，分別占秸稈K2O資源的48.56%、43.65%和 7.78%。

表2 2008—2014年不同作物播種面積、產量、秸稈量和K2O資源量

按照秸稈種類來分，2008—2014年7年間甘蔗秸稈是華南區域作物秸稈的第一大組分，平均為2 859.58萬t，占43.52%；其次為水稻2 113.68萬t，占32.17%；再次為蔬菜558.61萬t，占8.50%；玉米（388.05萬t）和香蕉（297.43萬t）分別占5.91%和4.53%；其他花生（118.77萬t）、薯類（128.73萬t）、豆類（92.21萬t）及煙葉（14.03萬t）占比較小，分別為1.81%、1.96%、1.40%和0.21%。華南區域秸稈K2O資源按照作物種類來分水稻秸稈K2O資源最高，平均為50.32萬t，占58.55%；其次為蔬菜（10.23萬t），占11.90%；香蕉（7.73）、玉米（6.52萬t）和甘蔗（6.01萬t）所占比例分別為8.99%、7.59%和6.99%；花生（2.6萬t）、薯類（1.65萬t）分別為3.03%、1.92%；而煙葉（0.25萬t）最少，所占比例僅為0.29%。

2.2 華南區域畜禽糞便排泄量及有機鉀資源

2.2.1 不同畜禽的糞便排泄系數和糞便K2O含量 畜禽排泄系數與畜禽種類、個體差異、生長期、生長狀況、飼養方式、氣候和季節等因素有關［13］。目前在畜禽排泄系數方面沒有統一的國家標準，通過文獻查閱參照前人研究結果，各類畜禽糞便和尿液排泄系數及K2O含量見表3。

表3 主要畜禽糞便排泄系數和K2O含量

2.2.2 華南區域畜禽數量及糞便排泄量以及K2O排量 本文中肉豬、肉牛、家禽、兔、羊的數量按照出欄量計算，母豬、奶牛、役用牛和馬按照存欄量計算［17］。畜禽飼養周期方面，平均飼養周期大于1年的畜禽統計全年的畜禽糞便其飼養周期按365 d計［14］；豬的飼養周期約為199 d［18］；家禽的飼養周期參照肉雞的飼養周期為55 d［19］；兔的飼養周期為140 d［20］，母豬、役用牛、奶牛、肉牛、羊、馬的飼養周期均以365 d計。

調查統計結果如表4所示，2010—2014年華南地區畜禽糞便年均排泄量為19 645.16萬 t，而通過年度分析呈逐年增加趨勢，2014年較2010年增加32.21%。從區域來看，各年度畜禽糞便排泄量廣西最多，達到10 886.46萬t，占55.42%；其次為廣東7 221.59萬t，占36.76%；海南為1 537.11萬t，僅占7.82%。2010—2014年華南畜禽糞便年均K2O資源量為65.28萬t，呈逐年遞增趨勢，2014年較2010年增加21.09%。從各區域來看，各年度畜禽糞便K2O資源量以廣西最高，達到34.34萬t，占52.60%；其次為廣東25.67萬t，占39.32%，廣東的占比呈逐年遞減趨勢；海南為5.27萬t，占比為8.07%。

表4 不同畜禽數量、糞便排泄量及K2O資源量

按照畜禽種類來分，畜禽糞便以肉豬最多，達到6 718.99萬t，占34.20%；其次為役牛6 003.55萬t，占30.56%；肉牛、母豬、家禽分別為2 919.89萬、1 937.21萬、1 345.74萬t，占比分別為14.86%、9.89%和6.85%；而羊、馬、奶牛和兔分別為277.18萬、275.94萬、152.72萬、13.94萬t，分別占1.41%、1.40%、0.78%和0.07%。畜禽糞便K2O資源量方面以肉豬最高，達到24.63萬t，占37.73%；其次為肉牛和役牛，分別為9.75萬、9.28萬t，占比分別為14.94%和14.21%；母豬、家禽、奶牛和羊分別為7.27萬、4.51萬、4.27萬、3.83萬t；馬和兔分別為1.72萬、0.02萬t，占比分別為2.63%和0.03%。

2.3 有機鉀資源利用現狀

2.3.1 作物秸稈鉀資源還田利用現狀 在化肥普及應用前的傳統農業中，有機鉀肥是農業生產中鉀的主要來源，1979年南方13省區以有機鉀形式進入土壤的K2O量達到353萬t，占當年進入土壤總鉀量的95%［21］。秸稈有機鉀資源回田利用目前主要途徑有直接還田、堆漚發酵還田、留高茬還田和過腹還田等［9］，隨著農業資源的緊缺以及秸稈還田技術改善和人們農業知識水平的提高，2008 年我國已經有 2 676萬hm2農田實現了秸稈還田［22］。各地區存在作物種類、秸稈利用方式以及調查統計口徑不一的問題。韓魯佳等［23］調查顯示我國作物秸稈還田率低于21.2%；遲德龍等［24］調查秸稈還田率僅為10%；李珊珊［25］的調查發現秸稈資源還田率為48.4%；劉鵬等［26］對吉林省（水稻、玉米和大豆）秸稈的利用現狀調查表明，秸稈直接還田僅為4.04%。樊馳［12］調查了西南地區（四川、貴州、重慶和云南）主要作物秸稈鉀的還田狀況，水稻秸稈通過還田給土壤提供的鉀素最多，占秸稈鉀還田的59.9%。西南地區直接還田、直接還田加焚燒還田、還田的秸稈鉀總量分別為30.95萬、61.72萬、91.60萬t，分別占化學鉀肥使用量的 40.9%、81.5%和121.0%，秸稈鉀替代化學鉀肥的資源潛力巨大。總體而言，農作物秸稈鉀資源化利用率低是我國普遍存在的問題。而對于華南地區，由于復種指數高，如蔬菜一年多茬，早稻和晚稻間隔時間短，農時緊張，許多作物秸稈直接被丟棄或焚燒，因此，秸稈有機鉀養分利用率可能較全國平均水平更低。

2.3.2 畜禽糞便鉀資源利用現狀 畜禽養殖在華南區域規模大，有機鉀資源體量巨大，作為肥料，可以提供豐富的鉀、氮和磷及有機物等養分。然而，畜禽糞便鉀資源的還田利用必須經過糞便收集、堆漚發酵、腐熟等無害化階段方可還田利用。而目前規模化養殖場豬、牛糞便收集利用率不到33%，畜禽糞便總的收集利用率也不到50%［27］。因此，在畜禽糞便有機鉀資源的肥料化回田利用率總體較低。

表5 我國主要禽畜糞尿的收集利用率［27］

2.4 有機鉀資源回田替代效果

秸稈和畜禽廢棄物還田后在土壤微生物的作用下釋放碳、氮、磷、鉀和中微量元素，能夠有效增加土壤養分和有機質含量［28-29］，一定程度上緩解土壤礦質元素的耗竭，提高土壤綜合肥力［30-31］，如稻稈回田作物可利用其鉀素的50%～90%［21］；還田秸稈初期主要是通過自身鉀素釋放提高當季土壤速效鉀含量，而長期秸稈還田還可能促進礦物鉀的釋放［32］。秸稈還田其中養分的釋放速率表現為鉀＞磷＞碳＞氮，鉀在培養12 d后釋放率可達到98%［33］；香蕉莖稈還田對養分的釋放速率表現為鉀＞磷＞氮≈碳，培養180 d時，4種養分元素的釋放率均達到80%以上［34］。說明有機鉀肥源回田利用具有很好的生物有效性，對于提高土壤速效K含量，培肥土壤具有良好的效果。

3 結語

在我國傳統農業中，作物秸稈和畜禽糞便中的有機鉀素是重要的鉀肥來源，對補充和調節土壤鉀素平衡具有重要意義。本文統計的華南區域（廣東、廣西和海南）作物秸稈資源年產生量為6 571.09萬t，秸稈鉀（K2O）資源年平均為85.95萬t；畜禽糞便資源年排放量平均為19 645.16萬t，畜禽糞便鉀（K2O）資源年均為65.28萬t。華南區域秸稈和畜禽糞便有機K2O資源量合計年均為151.23萬t，其中秸稈有機K2O資源量占56.83%，畜禽糞便有機K2O資源量占43.17%。然而2013年度華南區域（廣東、廣西和海南）單質鉀肥K2O的年均投入量為113.9萬t，復合肥投入量為188萬t［35］，若按照復合肥含K2O量10%計算，K2O的投入量為18.8萬t，合計化肥總K2O的投入量為132.7萬t，而秸稈和畜禽糞便有機K2O資源比化肥K2O的投入量還高出18.53萬t，具有很大的利用空間。但是由于利用技術、配套設施和應用成本等多種限制因素，導致有機鉀資源的利用率不高，而如此巨量的有機鉀資源如能替代化學鉀肥實現循環利用，不僅可以為農業生產提供豐富的有機鉀肥，有效緩解我國鉀肥供需矛盾，且對于鉀礦資源的持續保護利用以及環境保護等方面意義重大，具有重大的經濟和生態效益。

有機鉀肥不僅可以有效供給鉀養分，還伴隨著氮、磷、中微量元素以及有機質的補充，與化學鉀肥相比，有機鉀無氯離子和硫酸根離子等伴隨離子，對作物和土壤環境友好，可施用于任何作物、任何土壤，且適宜多種施肥方法，在農業生產基肥、設施栽培基質、育苗基質、花卉基質、城市園林和種子包衣等領域具有良好的應用前景。

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（責任編輯 楊賢智）

Investigation and analysis of organic potassium resources from straw and livestock manure in South China

HUANG Ji-chuan，PENG Zhi-ping，XU Pei-zhi，TU Yu-ting
（Institute of Agricultural Resources and Environment，Guangdong Academy of Agricultural Sciences/ Guangdong Key Laboratory of Nutrient Cycling and Farmland Conservation/Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer in South Region，Ministry of Agriculture，Guangzhou 510640，China）

The resources amount and its organic potassium （K2O） of crop straw （rice，corn，banana，sugarcane，peanut，potato，beans，vegetables and tobacco） and livestock manure （pig，poultry，cattle，sheep，rabbit，cattle，cow and sow） in South China were investigated and analyzed based on various document literature. The results showed that the annual quantity of straw resources was 65 710 900 tons during 2008 to 2014 in South China areas，Guangxi，Guangdong and Hainan accounted for 61.59%，32.53% and 19.89%，respectively. The amount of potassium （K2O） from crop straw was 859 500 tons，Guangxi，Guangdong and Hainan accounted for 48.56%，43.65% and 7.78%，respectively. The annual average quantity of livestock manure was up to 196 451 600 tons during 2010 to 2014 in South China areas，Guangxi，Guangdong and Hainan accounted for 55.42%，36.76% and 7.82%，respectively. The amount of organic potassium （K2O） from livestock manure was 652 800 tons，Guangxi，Guangdong and Hainan accounted for 52.60%，39.32% and 8.07%，respectively. There is a lot of organic potassium resources in South China，which has a good prospect of exploitation and utilization.

organic potassium；straw；livestock manure；fertilizer；agricultural utilization

S141

A

1004-874X（2017）04-0083-07

黃繼川，彭智平，徐培智，等. 華南區域秸稈和畜禽糞便有機鉀資源調查分析［J］.廣東農業科學，2017，44（4）：83-89.

2017-03-02

廣東省科技計劃項目（2014B090904068，2016B070701009）；廣東省農業科學院院長基金項目（201525）；國家公益性行業(農業)科研專項經費（201203013）

黃繼川（1981-），男，在職博士生，副研究員，E-mail：huangkuang_2002@aliyun.com