稻麥輪作豬糞-秸稈還田的環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益

王瓊瑤， 張世熔， 涂衛(wèi)國， 李 森， 羅雪梅， 李 玲， 杜玉龍

(1.四川省自然資源科學(xué)研究院，四川成都 610015；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)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(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益

王瓊瑤1， 張世熔2， 涂衛(wèi)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(xué)研究院，四川成都 610015；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，四川成都 611130)

[目的]探明豬糞-秸稈還田的應(yīng)用效果，確定最佳還田模式。[方法]通過稻麥輪作田間試驗(yàn)，開展豬糞-秸稈還田處理對(duì)水稻、小麥生長性狀及產(chǎn)量的影響研究，統(tǒng)計(jì)分析其經(jīng)濟(jì)效益及二氧化碳減排量，確定最佳的豬糞-秸稈還田模式。[結(jié)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(chǎn)量均最高，分別為7 874.57和6 427.00 kg/hm2，且稻麥輪作可節(jié)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(jì)算)。[結(jié)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(jīng)濟(jì)效益；環(huán)境效益

近年來，隨著規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖的迅速發(fā)展，我國已成為世界上最大的畜產(chǎn)品生產(chǎn)國[1]。由于畜禽養(yǎng)殖廢棄物未得到合理的處置和資源化利用，導(dǎo)致養(yǎng)殖地周邊自然環(huán)境污染危害日益嚴(yán)重，畜禽養(yǎng)殖廢棄物已成為農(nóng)村面源污染的主要來源之一[2-4]。畜禽糞便是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的有機(jī)肥料，其富含氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分，可通過堆肥還田為農(nóng)作物提供優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料[5]。畜禽糞便還田是傳統(tǒng)的生態(tài)循環(huán)利用模式，也是解決畜禽養(yǎng)殖污染最經(jīng)濟(jì)、有效的方法[6]。畜禽糞便還田不僅可提高土壤肥力、減少環(huán)境污染，而且還可促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[7-8]。秸稈是重要的農(nóng)業(yè)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(chǎn)大國，秸稈資源豐富，但受消費(fèi)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(dǎo)致資源變成了污染源，造成了巨大的資源浪費(fèi)和環(huán)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(nóng)戶基本燃料利用。由于大量秸稈季節(jié)性過剩，焚燒成了處置秸稈的主要方式，但在出臺(tái)禁燒規(guī)定后，秸稈處置成為農(nóng)民群眾的一大問題。有研究表明，秸稈中含有豐富有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀和微量元素，是農(nóng)作物重要的有機(jī)肥源[11]。秸稈還田不僅可以增加農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量，而且還能促進(jìn)土壤微生物繁殖和活性增強(qiáng)，從而有效提高土壤有機(jī)碳的含量，對(duì)提高土壤肥力和作物產(chǎn)量、增強(qiáng)固碳能力均具有重要作用[12-13]。同時(shí)，秸稈還田還有利于提高資源利用效率、減少環(huán)境污染和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[14-15]。有研究表明畜禽糞便-秸稈混合還田具有增產(chǎn)效應(yīng)[16-17]。目前，對(duì)于畜禽糞便-秸稈混合還田的環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益研究還鮮見報(bào)道。鑒于此，筆者通過稻麥輪作田間試驗(yàn)，開展豬糞-秸稈還田處理對(duì)水稻、小麥生長性狀及產(chǎn)量的影響研究，統(tǒng)計(jì)分析其經(jīng)濟(jì)效益及二氧化碳減排量，以期為畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理及秸稈還田利用提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料供試豬糞采自四川省崇州市養(yǎng)豬場(chǎng)，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(yǎng)分含量如表1所示。

表1　試驗(yàn)材料養(yǎng)分含量

1.2試驗(yàn)方法采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)小區(qū)，小區(qū)面積為70.0 m2，小區(qū)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(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算二者N、P2O5、K2O含量，不足由化肥補(bǔ)充。試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理：空白對(duì)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(shè)計(jì)

1.3測(cè)定項(xiàng)目于作物生長期觀察稻、麥生長情況，于成熟期測(cè)定其株高、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量等指標(biāo)。

1.4溫室氣體排放量統(tǒng)計(jì)不同處理方式的溫室氣體產(chǎn)生量系數(shù)取值見表3。

表3　溫室氣體產(chǎn)生量系數(shù)

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(shù)據(jù)處理采用SPSS17.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同處理對(duì)小麥生長性狀及產(chǎn)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(shù)和每穗粒數(shù)均以T5處理最高，分別為434 穗/m2和37粒；T5處理千粒重和產(chǎn)量均表現(xiàn)為最高，分別為40.22 g和6 427.00 kg/hm2。與空白對(duì)照相比，各處理平均增產(chǎn)24.06%，與純化肥施用相比，還田處理平均增產(chǎn)5.50%?？梢姡i糞還田與豬糞-秸稈還田模式下小麥生長性狀和產(chǎn)量均明顯優(yōu)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(chǎn)量最高，相較于對(duì)照增產(chǎn)28.91%，相較于純化肥處理增產(chǎn)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(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、實(shí)際產(chǎn)量均呈增加趨勢(shì)，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(chǎn)量表現(xiàn)

2.2不同處理對(duì)水稻生長性狀及產(chǎn)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(shù)以T2處理最高，為290 穗/m2；每穗粒數(shù)以T5處理表現(xiàn)為最高，為110粒。T4處理千粒重在各處理中表現(xiàn)為最高，為24.86 g；T1～T5處理產(chǎn)量表現(xiàn)為依次增加的趨勢(shì)，與空白對(duì)照相比，各處理平均增產(chǎn)29.17%，與純化肥施用相比，還田處理平均增產(chǎn)9.44%?？梢姡i糞還田與豬糞-秸稈還田模式下水稻生長性狀和產(chǎn)量明顯優(yōu)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(chǎn)量最高，為7 874.57 kg/hm2，相較于對(duì)照增產(chǎn)38.64%，相較于純化肥處理增產(chǎn)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(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、實(shí)際產(chǎn)量均呈增加趨勢(shì)，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(chǎn)量表現(xiàn)

2.3稻麥輪作豬糞-秸稈還田的經(jīng)濟(jì)效益分析稻麥輪作豬糞-秸稈還田的經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6所示。從養(yǎng)分代替角度計(jì)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(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算結(jié)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(jīng)濟(jì)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(jié)約氮肥、磷肥和鉀肥用量分別為50.00%、52.33%、85.17%，節(jié)約化肥成本2 676.38 元/hm2；水稻季節(jié)約氮肥、磷肥和鉀肥用量分別為50.00%、42.86%、84.40%，節(jié)約化肥成本2 469.97 元/hm2；種植小麥、水稻節(jié)約成本總計(jì)5 146.35 元/hm2。從作物增產(chǎn)、增收效益評(píng)價(jià)來看，與T1處理相比，T5處理小麥、水稻分別增產(chǎn)502.22、1 052.81 kg/hm2，可分別增收3 931.93、5312.56 元/hm2，增收總計(jì)9 244.49 元/hm2。

表6豬糞-秸稈還田處理下稻麥輪作系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(chǎn)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(jià)格 4.5元/kg計(jì)算；磷肥以市售過磷酸鈣價(jià)格2.8 元/kg計(jì)算；鉀肥以市售氯化鉀價(jià)格5.5 元/kg計(jì)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(huán)境效益分析從環(huán)境保護(hù)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(shí)可降低氮、磷隨水土流失引起水體富營養(yǎng)化的潛在風(fēng)險(xiǎn)，有利于保護(hù)水資源甚至整個(gè)生態(tài)環(huán)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(jīng)科學(xué)合理利用，會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體排放，從而引起大氣污染等環(huán)境問題。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，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(dá)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?！?0%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(jié)論與展望

3.1結(jié)論豬糞-秸稈還田有利于增加作物生長，從而增加產(chǎn)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(chǎn)量最高，為6 427.00 kg/hm2，相較于純化肥處理增產(chǎn)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(chǎn)量最高，為7 874.57 kg/hm2，相較于純化肥處理增產(chǎn)15.43%。“30%豬糞氮+20%秸稈氮+50%化肥氮”處理下稻麥輪作可節(jié)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?？梢?，“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(yǎng)殖業(yè)廢棄物和種植業(yè)廢棄物還田利用不僅變廢為寶，而且減少了對(duì)環(huán)境的污染。該研究采用的是豬糞-秸稈直接還田的方式，而對(duì)于豬糞-秸稈堆漚后還田以及使用腐熟劑還田應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。同時(shí)，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(yīng)對(duì)腐熟條件進(jìn)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(chǎn)生量按CO2干基計(jì)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(jì)劃項(xiàng)目(2014NZ0044)。

王瓊瑤(1986- )，女，四川雅安人，碩士，助理研究員，從事農(nóng)業(yè)資源利用與環(huán)境保護(hù)研究。

2016-06-12

S 181.4

A

0517-6611(2016)22-056-04