我國春麥區小麥化肥有機替代潛力分析

賈立國，石曉華，蘇亞拉其其格，秦永林，于靜，陳楊，樊明壽

我國春麥區小麥化肥有機替代潛力分析

賈立國1，石曉華1，蘇亞拉其其格2，秦永林1，于靜1，陳楊2，樊明壽1

（1內蒙古農業大學農學院，呼和浩特 010019；2內蒙古農業大學草原與資源環境學院，呼和浩特 010011）

【】明確我國春小麥養分管理的主要問題，因地制宜地提出不同省（區）春小麥化肥有機替代的技術途徑，為春小麥生產化肥零增長和可持續發展提供參考。通過農戶實地調研與農戶調研文獻資料收集的2 166組數據，比較分析不同省（區）春小麥養分管理存在的問題。通過國家統計局網站2018年公布的最新牲畜數量、春小麥播種面積和產量等數據，利用已發表文獻關于牲畜糞、秸稈和綠肥作物的養分含量，定量化分析春小麥主要省（區）的化肥有機替代潛力，結合氣候、土壤和有機資源現狀，提出適宜不同省（區）春小麥有機替代途徑。化學氮肥和磷肥施用過量、鉀肥和有機肥施用不足是我國春小麥養分管理存在的主要問題，其中尤以內蒙古西部和寧夏黃灌區氮肥過量施用最為嚴重。春麥區大牲畜和羊的數量約占全國的1/3和1/2，牲畜糞提供的氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養分量分別為238.6×104、57.6×104和141.0×104t·a-1，牲畜糞N、P2O5和K2O在春小麥上的有機替代潛力分別為78.2%、48.1%和43.1%。春麥區秸稈還田總量折合410.2×104t，單位面積麥田氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）可還田量分別為11.4、2.5和31.9 kg·hm-2，通過秸稈還田N、P2O5和K2O當季有機替代潛力分別為4.9%、3.3%和22.7%。通過綠肥進行春小麥有機替代，綠肥的養分如充分釋放完全可以滿足春小麥對氮、磷、鉀養分的需求。針對我國春小麥化肥過量和不合理施用的問題，可以通過牲畜糞肥、秸稈還田和種植綠肥三大有機替代途徑加以解決。其中，牲畜糞肥在春小麥上N、P2O5和K2O的有機替代潛力分別為78.2%、48.1%和43.1%；秸稈還田N、P2O5和K2O當季有機替代潛力分別為4.9%、3.3%和22.7%；綠肥的養分如充分釋放完全可以實現春小麥化肥氮、磷、鉀的有機替代。不同省區在選擇有機替代方式時應從資源、成本和技術等角度綜合考慮。

春小麥；有機替代；秸稈還田；綠肥

0 引言

【研究意義】春小麥主要分布在內蒙古、新疆、甘肅、青海、黑龍江、寧夏六大省（區），另外在天津、河北和西藏有小面積的種植，春小麥種植區氣溫普遍較低，生產季節短，以一年一熟為主[1]。因生育期較短，單產水平普遍低于冬小麥，但是春小麥在區域和國家糧食生產中占有非常重要的地位。農戶為了增加春小麥產量，不斷增加化肥的投入，特別是內蒙古西部和寧夏的引黃灌區小麥生產上氮肥投入嚴重過量，而鉀肥及有機肥投入又普遍偏低，致使產量和肥料利用效率較低[2-5]。內蒙古東部和黑龍江旱作春小麥區化肥投入量不高，但是土壤腐殖層逐年變薄，土壤有機質含量大幅減少、小麥肥料利用率低等問題正威脅著當地農業可持續發展[6]。實現春小麥化肥減施增效關系到整個北方地區農業可持續發展，符合生態優先綠色發展的國家戰略。【前人研究進展】有機肥替代化肥是實現化肥用量零增長的重要途徑，實現的方式主要包括施用畜禽糞便、秸稈還田和種植綠肥等[7-9]。在春小麥上進行有機替代的研究表明，以腐熟的羊糞為有機肥鉀替代化肥鉀的比例在30%—60%時，可實現小麥產量和鉀肥利用效率的協同提升[10]。在冬小麥上的長期定位試驗結果表明，發酵有機肥和秸稈還田部分替代化學氮均能顯著提升小麥產量和水分利用效率，其中發酵有機肥的效果最好，10年平均產量較單施化肥增加25.4%[11]。連續18年的長期定位試驗結果表明，作物秸稈長期直接施用在土壤培肥方面與腐熟有機肥效果基本相同，均對土壤理化性質有很大的改善，同時可提高作物產量[8]。化肥氮的有機氮替代率受土壤本身有機碳含量影響，長期施用有機肥可顯著提高土壤有機碳含量，在黑土土壤有機碳含量達到約25 g·kg-1時，有機肥對化肥的替代率可近95%[12]。但是，絕大多數土壤在有機碳含量不是太高的條件下，化學氮肥有機替代比例50%—70%較為適宜，比例太高會導致產量和肥效的降低[10,12-13]。合理種植綠肥可以提高后茬麥田土壤有益菌群落數量，改善土壤物理結構，轉化土壤難溶性養分，增加土壤肥力，在河套灌區植田菁、草木樨等綠肥還可降低鹽堿危害[14-15]。【本研究切入點】鑒于北方春麥區在保障區域和國家糧食安全方面的重要作用，同時響應化肥零增長、生態優先綠色發展等國家戰略，針對目前春小麥生產過程中化肥過量和不合理利用的問題，探討有機肥部分替代化肥在春小麥綠色生產中的技術途徑，依據不同春小麥省區氣候、土壤、資源現狀及栽培模式尋求適宜的有機替代模式。【擬解決的關鍵問題】在明確春小麥生產中化肥施用的現狀和問題的基礎上，通過對牲畜糞肥、秸稈還田和綠肥資源的定量化分析，并結合不同春麥省區氣候、土壤及生產條件等進行綜合考量，提出適宜于不同省區春小麥化肥有機替代的技術途徑，旨在實現春小麥生產化肥零增長和綠色可持續發展。

1 材料與方法

1.1 數據來源

內蒙古東部和西部農戶春小麥產量和施肥量數據通過實地調研獲取，調研年份為2018年，調研的方式以實地面訪的形式進行。東部調研的區域主要為呼倫貝爾市，分別在海拉爾、牙克石和額爾古納選擇10—15個農場進行問卷調查；西部調研的區域為巴彥淖爾市，分別在臨河區、五原縣、杭錦后旗和烏拉特前旗進行問卷調查，每縣（區）選擇代表性鄉（鎮）3—4個，每鄉鎮3—5個村，每村隨機選3個以上春小麥種植農戶為調查對象。新疆、寧夏、甘肅和青海農戶小麥產量及施肥量數據通過最新發表的文獻獲得[2-5]，其中新疆的數據分滴灌和漫灌方式分別進行數據整理和分析。

春麥區各省份的大牲畜和羊的數量、春小麥種植面積和產量（內蒙古產量數據除外）等數據來源于國家統計局2018年（最新）數據，其中大牲畜和羊的數量為2018年底頭（只）數。

1.2 數據分析方法

小麥養分利用效率通過肥料偏生產力表示，具體計算方法如下：

氮（磷、鉀）肥偏生產力（kg·kg-1）=施氮（磷、鉀）區產量/施氮（磷、鉀）量；

牲畜糞排泄量（鮮基）及其養分含量估算方法如下：

TM=∑（Na×C1）

式中，TM表示某省區大牲畜和羊糞排泄總量（萬噸/年，鮮基）；Na表示某種牲畜年底數量（萬頭或萬只）；C1為牲畜排泄量系數（噸/年），其中牛和駱駝為10.1，馬為5.9，驢和騾為5.0，羊為0.87[16]。

TN=∑（Nm×C2）

式中，TN為牲畜糞N、P2O5或K2O養分總量（萬噸/年）；Nm表示某種牲畜年排泄糞量（萬噸/年，鮮基）；C2為牲畜糞養分含量（占鮮基%），具體含量參照劉曉永等[16]的參數進行計算，其中駱駝和牛糞氮（純N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）鮮基含量均按照0.38%、0.10%和0.24%折算。

小麥秸稈還田量及其養分含量采用國際上通用的草谷比1.1來估算，小麥秸稈直接還田率按照46.0%計算，燃燒還田率按照13.9%計算，秸稈氮磷鉀養分還田量按下列方法估算[17]：

TN（TP, TK）=Y×R×Nc（Pc, Kc）

式中，TN、TP、TK分別為秸稈氮、磷、鉀資源量，其中Y 為小麥經濟產量，R為草谷比，Nc、Pc、Kc分別為秸稈N、P2O5、K2O含量，分別按照0.54%、0.09%和1.16%折算[17]。

秸稈還田化肥有機替代潛力根據秸稈還田當季養分釋放率估算：

PN（PP, PK）= TN（TP, TK）×C3

式中，PN、PP、PK分別為秸稈氮、磷、鉀有機替代潛力（量），C3表示秸稈氮、磷、鉀當季釋放率[17]。

綠肥作物的養分含量來源于文獻報道[18-20]。

2 結果

2.1 春小麥主要產區施肥現狀

2.1.1 各省區農戶施肥量 通過文獻收集和實際生產調研，對我國主要春麥省區的農戶春小麥氮、磷、鉀施用量進行匯總。分析發現，內蒙古西部、寧夏、新疆部分區域的漫灌春小麥氮肥和磷肥的施入量較高，平均為311.7和193.9 kg·hm-2；新疆的滴灌春小麥氮肥和磷肥的施入量平均為211.1和189.5 kg·hm-2，施肥量低于而產量高于漫灌模式；甘肅、青海、內蒙古東部和黑龍江春小麥主要是旱作，氮肥和磷肥的施入量平均為144.2和117.5 kg·hm-2。鉀肥的施用量普遍較低，寧夏漫灌區最高（33.4 kg·hm-2），內蒙古西部漫灌區最低，只有7.5 kg·hm-2，春麥區鉀肥平均施入量為19.1 kg·hm-2（表1）。

根據區域測土配方施肥推薦指標，東北春小麥區化肥基本不存在過量施用問題；西北地區農戶春小麥氮、磷肥施用普遍過量，而鉀肥投入嚴重不足。其中，寧夏和內蒙古西部黃灌區春小麥過量和不合理施肥最為突出，寧夏黃灌區平均86.4%的種植戶氮肥投入過量，44.6%的磷肥施用過量，83.3%的鉀肥投入嚴重不足[3]；我們的調研結果表明，內蒙古黃灌區平均97.4%的春小麥種植戶氮肥投入過量，84.2%的磷肥施用過量，調研的所有農戶幾乎沒有施用鉀肥的習慣。

2.1.2 養分利用效率分析 肥料偏生產力與施肥量

的趨勢相反，各春小麥省區均表現為氮肥和磷肥偏生產力較低、鉀肥偏生產力較高（表2）。滴灌和旱作模式下氮肥和磷肥偏生產力總體高于漫灌模式，漫灌條件下鉀肥偏生產力最高（寧夏除外）。

2.2 春麥區有機肥資源及其區域分布

2.2.1 春麥區主要牲畜數量及全國占比 牲畜糞便是農田有機肥的主要來源，大牲畜（包括牛、馬、驢、騾和駱駝）和羊在北方地區占比較大，是性畜有機肥資源的主要來源。2018年春麥區各省份主要牲畜的數量見表3，其中春麥區牛和騾的數量約占全國約1/3，馬和驢的數量占到全國約1/2，而駱駝100%都集中在春麥區各省份，春麥區大牲畜總計約占全國1/3；春麥區羊的數量占到全國的49.4%，約占全國的一半。從各省份的分布來看，各主要牲畜主要集中在內蒙古和新疆（表3）。

表1 我國不同地區春小麥產量及化肥施用量

表中各字母縮寫表示如下：WI，Western Inner Mongolia；EI, Eastern Inner Mongolia；NX, Ningxia；XJ, Xinjiang；GS, Gansu；QH, Qinghai. 內蒙古西部和東部的數據來自于農戶調研；寧夏的數據參考文獻[3]；新疆的數據參考文獻[2]；甘肅的數據參考文獻[4]；青海的數據參考文獻[5]

Region names in the table are abbreviated as follows: WI, Western Inner Mongolia; EI, Eastern Inner Mongolia; NX, Ningxia; XJ, Xinjiang; GS, Gansu; QH, Qinghai. The data in WI and EI were from farmer interview; The data in NX referred as literature [3]; The data in XJ referred as literature [2]; The data in GS referred as literature [4]; The data in QH referred as literature [5]

表2 我國不同地區春小麥化肥偏生產力

表3 我國春麥區主要牲畜數量（萬頭(只)）

表中各字母縮寫表示如下：IM, Inner Mongolia；HLJ, Heilongjiang. 數據來源于國家統計局2018年數據Data source from the National Bureau of Statistics of China in 2018

2.2.2 春麥區主要牲畜糞養分供應量 基于上述各春麥區主要牲畜數量，估算了各省份牲畜糞排泄量及氮、磷、鉀養分年度累積量（表4）。不同牲畜糞氮（純N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養分含量參照劉曉永[16-17]的參數進行計算，春麥區牲畜糞總的排泄量及養分累積量如表4，各省份間的分布與牲畜數量規律一致，表現為內蒙古最多，寧夏最少。

2.2.3 可利用養分量及其分布 因各省份春小麥種植面積及占比不同，可用于春小麥的牲畜糞養分量亦有很大差異。為了分析牲畜糞在春小麥上的有機替代潛力，基于有機糞肥在糧食作物總種植面積平均分配的原則，折算了各省份可用于春小麥的牲畜糞養分總量和單位面積可供應量（表5）。按照百公斤籽粒養分需求量折算春小麥省區N、P2O5和K2O需求量，則牲畜糞N、P2O5和K2O的有機替代潛力分別為78.2%、48.1%和43.1%。分析表明，青海不論是可用于春小麥的牲畜糞養分總量還是單位面積可供應量均最多，具有最大的牲畜糞有機替代潛力，其次是寧夏，黑龍江省最小。

表4 我國春小麥區牲畜糞排泄量及其養分累積量（鮮基，萬噸/年）

表5 我國各省份春小麥可用牲畜糞養分量

1)春小麥播種面積來源于國家統計局2018年數據1)Data source of spring wheat planting area from the National Bureau of Statistics of China in 2018

2.3 春麥區小麥秸稈資源及其區域分布

2.3.1 秸稈及其養分資源 通過2018年各省份春小麥產量，按照谷草比1.1折算秸稈量[17]，秸稈量表現為內蒙古和新疆最多，寧夏最少。進一步折算了各省春小麥秸稈氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）累積量，各省份秸稈養分量的大小順序同秸稈量，春麥區氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）總量分別為3.7×104、0.6×104和7.9×104t（表6）。

表6 我國各省份春小麥秸稈及其養分資源量

春小麥產量來源于國家統計局2018年數據 Data source of spring wheat yield from the National Bureau of Statistics of China in 2018

2.3.2 秸稈及其養分還田量 小麥的還田途徑主要包括直接還田、燃燒還田和作為牲畜飼料過腹還田，過腹還田與牲畜糞便不易分開，在已經考慮牲畜糞肥資源的條件下，本研究不考慮秸稈過腹還田部分。春麥區秸稈還田總量折合410.2×104t，單位面積還田量在1 977.9—3 622.9 kg·hm-2，平均為2 746.3 kg·hm-2。按照秸稈直接還田氮磷鉀養分100%歸田，燃燒還田氮素0、磷鉀100%歸田計算，春麥區單位面積麥田氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）平均還田量分別為11.4、2.5和31.9 kg·hm-2，各省份的差異具體見表7。

表7 我國各省份春小麥秸稈及其養分還田量

2.3.3 秸稈還田化肥有機替代潛力 根據小麥秸稈還田當季養分釋放率估算了化肥有機替代潛力，氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）的養分當季釋放率分別按照50.11%、62.01%和89.05%進行折算[17]。結果表明，鉀肥的可替代量最大、氮肥次之、磷肥最少。通過秸稈還田N、P2O5和K2O當季有機替代潛力分別為4.9%、3.3%和22.7%，新疆和內蒙古總的養分可替代量最大，而單位面積各養分的可替代量表現為甘肅最高（表8）。

2.4 春麥區綠肥資源及其區域分布

2.4.1 適宜春麥區的主要綠肥作物及養分含量 適合于我國北方春麥區的主要綠肥作物包括箭筈豌豆（）、毛苕子（），草木樨（）、沙打旺（）、小冠花（）、田菁（）、飼用油菜（）、黑麥草（）、紫花苜蓿（）等。各綠肥作物的氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養分含量見表9，氮素和磷素含量各作物間差別不大，分別占鮮重的0.5%—0.7%和0.1%—0.2%之間，鉀素含量各作物間差異較大，田菁最低（0.18%），小冠花最高（1.22%）[18]。

表8 我國各省份春小麥秸稈還田化肥有機替代潛力

表9 我國春麥區主要綠肥作物及養分含量

2.4.2 綠肥利用方式及替代潛力 綜合春麥區綠肥利用的文獻報道，我國春小麥生產中綠肥的種植方式主要包括麥收前（間）套種綠肥和麥后復種綠肥，具體的種植方式又包括單作和混作[21]。綠肥的生物量主要分布在30—60 t·hm-2，也有超過100 t·hm-2的報道，根據養分含量折算的可還田的氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養分量見表10。根據春小麥的養分需求量（按照每生產100 kg籽粒吸收N、P2O5和K2O分別為2.8、1.1和3.0 kg計算）[22]，按照目前產量水平計算單位面積小麥需氮量為92.5—152.4 kg·hm-2，需磷量（P2O5）為36.2—59.9 kg·hm-2，需鉀量（K2O）為99.1—163.3 kg·hm-2，如果還田綠肥的養分能夠充分釋放，完全可以滿足小麥對氮、磷、鉀養分的需求。

3 討論

3.1 春小麥分布區域化肥施用現狀與問題

我國春麥區東西跨度較大，各春麥省區氣候、土壤特征和栽培模式有很大差異，適宜的施肥量也有較大的不同。但是，不同區域生產單位重量小麥籽粒的養分需求量是相對穩定的，與土壤養分供給相結合可以初步判斷適宜的施肥量。研究表明，每生產100 kg小麥籽粒需要氮肥（純N）、磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）用量分別為2.8、1.1和3.0 kg[22]。內蒙古西部、寧夏和新疆灌溉（包括漫灌和滴灌）春小麥平均產量為5 602 kg·hm-2，折合N、P2O5和K2O需要量為156、62和168 kg·hm-2；內蒙古東部、甘肅和青海旱作小麥平均產量為3 911 kg·hm-2，折合N、P2O5和K2O需要量為110、43和117 kg·hm-2。另據吳良全等[23]報道，我國小麥氮肥推薦用量平均為169 kg N·hm-2，磷肥推薦用量平均為77 kg P2O5·hm-2，鉀肥推薦用量平均為50 kg K2O·hm-2。分析各春麥省區施肥量發現，氮肥磷肥過量施用、鉀肥施用不足是我國春小麥化肥施用的普遍問題。

表10 我國春麥區主要綠肥作物生物量及養分量

氮肥過量施用的問題在灌溉春小麥上尤為突出。從區域分布來看，除內蒙古東部和黑龍江旱作春小麥外，其他春麥省區均存在化肥過量施用，而鉀肥施用不足的情況。氮肥的過量施用導致肥料利用效率普遍較低，特別是在內蒙古西部和寧夏漫灌春小麥上尤為明顯，均低于適宜的氮肥偏生產力（40—70 kg·kg-1）范圍[24]。滴灌春小麥肥料利用效率較高主要歸功于高效的水分管理技術，而旱作春小麥肥效較高的原因主要是相對較少的化肥投入量，這在內蒙古東部旱作區表現得尤為明顯。鉀肥的投入量普遍較低是導致鉀肥偏生產力較高的主要原因。

3.2 春小麥區化肥有機替代潛力分析

我國春小麥所在省區具有豐富的牲畜糞便資源，大牲畜（包括牛、馬、驢、騾和駱駝）和羊在春麥地區占比較大，約1/3大牲畜和1/2的羊集中在春小麥省區，數量龐大的牲畜產生的糞便為區域春小麥化肥有機替代提供了物質基礎。考慮到春麥區大牲畜和羊主要以放養為主，尿液中的養分大多難以收集利用，因此只估算了主要牲畜糞的排泄量及養分累積量。然后，根據各省（區）春小麥占糧食作物的比例進一步估算了單位面積春小麥可分配的牲畜糞及其養分量。研究發現，單位面積的牲畜糞可為春小麥供應N、P2O5和K2O量分別為91.2、22.0和53.9 kg·hm-2，根據百公斤籽粒養分需求量折算六大春小麥省區N、P2O5和K2O需求量分別為116.7、45.8和125.0 kg·hm-2，牲畜糞N、P2O5和K2O的有機替代潛力分別為78.2%、48.1%和43.1%。

秸稈中含有大量的氮、磷、鉀等作物必需元素和有機質，還田后在土壤微生物作用下腐解可釋放養分、改善土壤結構、提高土壤質量，是重要的有機肥資源[25-26]。在充分考慮春小麥谷草比、秸稈直接還田和燃燒還田養分損失的基礎上，六大春小麥省區通過秸稈還田可積累的N、P2O5和K2O量分別為11.4、2.5和31.9 kg·hm-2。根據劉曉永等[16]研究提出的秸稈各養分當季釋放率，春麥區單位面積N、P2O5和K2O秸稈還田量分別為5.7、1.5和28.4 kg·hm-2，通過秸稈還田N、P2O5和K2O當季有機替代潛力分別為4.9%、3.3%和22.7%，如果長期進行秸稈還田一些養分會在后作季釋放出來，長期來看有機替代的潛力更高。近期的研究表明，在秸稈全量還田的情況下，我國小麥秸稈還田當季化學氮肥可替代總量23.4 kg·hm-2，在考慮還田比例和養分當季釋放后，我們的研究結果與柴如山等[27]基本一致。

麥收前（間）套種綠肥和麥后復種綠肥是春小麥化肥有機替代的重要途徑，綠肥不僅可以調節土壤養分、增強土壤水分蓄納，而且在減少養分無效損失、增加農田生態系統生物多樣性發面發揮積極效應[21]。適合春麥區種植的綠肥種類很多但不同省區有所差異，主要包括箭筈豌豆、毛苕子、草木樨、沙打旺、小冠花、田菁、飼用油菜、黑麥草、紫花苜蓿等。根據綠肥作物生物量和養分含量估算養分還田量[18-20]，結果表明如果還田綠肥的養分能夠充分釋放，完全可以滿足春小麥對氮、磷、鉀養分的需求。

3.3 春麥區化肥適宜有機替代技術分析及展望

內蒙古東部和黑龍江春小麥產區基本不存在化肥過量施用問題，但是近年來土壤有機質含量下降嚴重，有機替代技術是實現黑土地保護國家戰略的重要途徑[6]。當地機械化、規模化程度高，小麥生產中也具有秸稈還田的習慣，需要繼續保留這一農藝技術途徑。在此基礎上，基于內蒙古東部區充足的牲畜糞便沒有得到有效利用的現狀，牲畜糞肥部分替代化肥應作為未來春小麥有機替代需考慮的主要技術途徑。黑龍江單位面積春小麥牲畜糞養分供應量較少，可考慮通過休閑或輪作綠肥的途徑進行有機替代。

內蒙古西部和寧夏黃灌區是化肥過量施用最嚴重的春小麥產區，特別是氮肥的過量施用現象嚴重且普遍。鑒于當地無霜期長、熱量資源充足的氣候特點，以及具有黃河水灌溉的優勢，翻壓的秸稈和綠肥能夠充分腐解，可以進行秸稈還田和綠肥翻壓相結合的有機替代模式。通過選擇箭筈豌豆、毛苕子等豆科綠肥作物，延長氮肥的釋放時間，大幅度減少化學氮肥的施用量；選擇黑麥草等深根系的禾本科綠肥作物，可以吸收因過量施氮淋溶到深層土壤的氮素，減少環境風險，實現氮素的高效利用。另外，寧夏短期內應大力發展秸稈還田和綠肥種植相結合的模式，長期來看應利用單位面積春小麥牲畜糞養分供應充足的優勢，在技術和經濟適宜的條件下發展牲畜糞有機替代模式。

新疆、青海和甘肅光熱資源充足、牲畜糞肥資源豐富，具有進行春小麥化肥有機替代的地理和資源優勢，在有機替代途徑方面有更多的選擇。利用光熱資源總體充足及無霜期長的優勢，可以選擇麥后復種或間套作綠肥作物，同時根據秸稈生物量和土壤腐熟能力進行適度還田。另外，由于該區域地理跨度較大，可能存在糞肥資源與小麥產區距離較遠、運輸成本較高的問題。因此，這三個省區在秸稈還田和合理種植綠肥的基礎上，采取就近取材的原則盡可能增加牲畜糞肥的施用，實現區域春小麥化肥減施增效的目的。

在化肥有機替代的過程中，合理的化肥配施對于春小麥增產增效非常關鍵。化學氮肥適宜有機替代率的研究相對較多，考慮到秸稈還田養分釋放的累積效應，長期來看應該在20%左右，牲畜糞收集還存在成本高等技術壁壘，按照我們估算量一半計算約為40%，而綠肥種植范圍還不是很大，具有很大的應用潛力；西部麥區有機質普遍不高，替代比例太高作物會減產，肥料利用效率也會降低，綜合考量替代比例50%—70%較為適宜[10,12-13]。但是，由于不同春麥省區氣候和土壤理化性狀差異較大，有機養分進入土壤當季釋放能力不同，適宜的替代比例還需要因地制宜的進一步研究。

4 結論

化學氮、磷肥施用過量，鉀肥和有機肥施用不足是我國春小麥養分管理的主要問題。有機替代技術是實現我國春小麥化肥減施增效的重要手段，主要包括牲畜糞肥替代、秸稈還田和種植綠肥等途徑。其中，牲畜糞N、P2O5和K2O在春小麥上的有機替代潛力分別為78.2%、48.1%和43.1%；秸稈還田N、P2O5和K2O當季有機替代潛力分別為4.9%、3.3%和22.7%；綠肥的養分如充分釋放完全可以實現春小麥化肥氮、磷、鉀的有機替代。不同區域應從資源、成本和技術等角度綜合考慮適宜的有機替代方式。

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Potential Analysis of Organic Fertilizer Substitution for Chemical Fertilizer in Spring Wheat Regions of China

JIA LiGuo1, SHI XiaoHua1, SUYALA Qiqige2, QIN YongLin1, YU Jing1, CHEN Yang2, FAN MingShou1

(1College of Agronomy, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019;2College of Grassland and Resource Environment, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010011)

【】The objective of this study was to clarify the major problems of nutrition management in spring wheat production and to raise the suitable way on the organic fertilizer substitution for chemical fertilizer in different provinces and regions of China, so as to provide reference for Zero Growth Action of Chemical Fertilizers and sustainable development in spring wheat production regions. 【】A total of 2 166 survey data were collected from farmer interview and related literature retrieval, based on which the major problems were analyzed in different spring wheat regions of China. The data in 2018 of major livestock numbers, planting area and yield of spring wheat were downloaded from the National Bureau of Statistics of China. The nutritional contents of livestock manure, wheat straw and green manure plants were checked from published literatures, then the potential of organic fertilizer substitution for chemical fertilizer in different spring wheat regions was qualified. Comprehensive considered the climate, soils and the status of organic resources, the suitable ways of organic fertilizer substitution were suggested in different spring wheat regions. 【】Overuse of chemical nitrogen and phosphorus fertilizer but the deficiency of potassium and organic fertilizer dressing was the major problem of nutrition management in spring wheat. Especially, it was especially serious on nitrogen overuse in western Inner Mongolia and Ningxia irrigated spring wheat. The number of large livestock and sheep in spring wheat region was accounted for about 1/3 and 1/2 of that in China, respectively. The nutrient amount of N, P2O5and K2O from livestock manure was 238.6×104, 57.6×104and 141.0×104t per year respectively, accordingly the potential of organic fertilizer from livestock manure substitution for chemical fertilizer was 78.2%, 48.1% and 43.1% for spring wheat, respectively. The total amount of straw returning to farmland in spring wheat region was 410.2×104t per year. Available N, P2O5and K2O in straw was 11.4, 2.5 and 31.9 kg·hm-2returning to farmland, accordingly in-season potential of organic fertilizer from wheat straw substitution for chemical fertilizer was 4.9%, 3.3% and 22.7%, respectively for spring wheat. Green manure plants returning to farmland was enough for meeting the nutrient requirement of spring wheat if the nutrients could release to soil completely. 【】Based on the problems of overuse and unreasonable application of chemical fertilizer in spring wheat in China, three ways of organic fertilizer substitution including livestock manure, straw returning and green manure can be selected for resolving. By application of livestock manure the substitution potential for chemical fertilizer was 78.2%, 48.1% and 43.1%, respectively.The in-season substitution potential of organic fertilizer was 4.9%, 3.3% and 22.7%, respectively. Green manure, as organic fertilizer substitution, was sufficient for nutrient requirement of spring wheat if the nutrients could release to soil completely. The suitable way of organic fertilizer substitution should consider local resource, input and technology comprehensively.

spring wheat; organic fertilizer substitution; straw returning; green manure

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.23.011

2020-06-05；

2020-08-19

國家重點研發計劃（2018YFD0200407）、內蒙古自治區科技成果轉化專項（2019CG030）、內蒙古科技創新引導項目（KCBJ2018010）

賈立國，E-mail：nndjialiguo@163.com。通信作者樊明壽，E-mail：fmswh@126.com

（責任編輯 李云霞）