基于養(yǎng)分平衡的順義區(qū)蔬菜產(chǎn)業(yè)有機(jī)肥替代化肥潛力估算

李艷梅，徐 茂，鄒國元*，孫焱鑫*，廖上強(qiáng)

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097；2.北京市順義區(qū)種植業(yè)服務(wù)中心，北京 101300；3.北京市緩控釋肥料工程技術(shù)研究中心，北京 100097）

北京大城市小農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)有發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需求，加快設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的有效載體和途徑［1-3］。順義是北京設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，是北京發(fā)展特色、精品、高檔蔬菜產(chǎn)品的優(yōu)勢區(qū)，在保障北京城鄉(xiāng)居民蔬菜供應(yīng)方面發(fā)揮著重要的作用［4-7］。同時，順義也是北京市畜禽養(yǎng)殖重點(diǎn)區(qū)縣，畜禽養(yǎng)殖業(yè)是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的重要產(chǎn)業(yè)［8］。作為富含氮磷養(yǎng)分的有機(jī)肥，將畜禽糞尿妥善處置并肥料化利用是一項(xiàng)兼顧環(huán)境保護(hù)和資源利用的雙效舉措，符合國家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的總體方針［9-11］。為探索產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展之路，農(nóng)業(yè)部于2017年發(fā)布了《開展果菜茶有機(jī)肥替代化肥行動方案》的公告，組織了全國100家重點(diǎn)區(qū)縣實(shí)施有機(jī)肥替代化肥示范縣的創(chuàng)建工作，其中，順義區(qū)重點(diǎn)實(shí)施設(shè)施蔬菜有機(jī)肥替代化肥模式構(gòu)建工作，以遴選的31個設(shè)施蔬菜經(jīng)營主體為對象，全面實(shí)施“有機(jī)肥替代技術(shù)［12］，旨在促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)化肥減量及有機(jī)肥替代化肥工作的實(shí)施，打造設(shè)施蔬菜有機(jī)肥替代化肥的試點(diǎn)樣板。以有機(jī)肥替代化肥，推進(jìn)資源循環(huán)利用是緩解生產(chǎn)與環(huán)保矛盾，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要措施［13］。對設(shè)施蔬菜經(jīng)營主體而言，經(jīng)濟(jì)作物肥料高投入的特點(diǎn)決定其化肥減量工作更為重要［14-15］。那么，蔬菜經(jīng)營主體的施肥現(xiàn)狀如何？種養(yǎng)結(jié)合技術(shù)的立地條件如何？畜禽糞尿肥料化替代化肥的潛力空間有多大？對這些問題的分析有助于對化肥減量和有機(jī)肥替代方向的把握。圍繞有機(jī)肥替代分析工作，許多學(xué)者已從不同角度做了一些研究。其內(nèi)容涵蓋有機(jī)肥替代比例［16］，有機(jī)肥使用現(xiàn)狀及有機(jī)肥替代面臨的問題和對策［17］，商品有機(jī)肥的施肥行為及影響因素［18］，有機(jī)肥替代效果、經(jīng)濟(jì)效益及與抗逆性和品質(zhì)提升的關(guān)系［19］等。從現(xiàn)有研究可以看出，施肥現(xiàn)狀及效應(yīng)是普遍關(guān)注的問題，但關(guān)于蔬菜布局及施肥統(tǒng)計(jì)、畜禽糞尿產(chǎn)出、種養(yǎng)結(jié)合立地條件的關(guān)注較少。

基于以上所述，本文針對順義區(qū)31個典型設(shè)施蔬菜經(jīng)營主體開展了設(shè)施蔬菜施肥現(xiàn)狀調(diào)研及有機(jī)肥替代化肥潛力分析工作，旨在為順義區(qū)高效推進(jìn)設(shè)施蔬菜有機(jī)肥替代化肥工作提供重要技術(shù)支撐。

1 調(diào)研及分析的方法和內(nèi)容

1.1 調(diào)研方法

調(diào)研由北京市順義區(qū)種植業(yè)服務(wù)中心組織，北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所具體實(shí)施，各典型農(nóng)業(yè)園區(qū)協(xié)助調(diào)研。調(diào)研時間自2018年8月開始，至2019年6月結(jié)束。調(diào)研方式包括召開座談會、發(fā)放調(diào)查問卷、實(shí)地考察、調(diào)研農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。圍繞主題，實(shí)地調(diào)研了順義區(qū)31個典型農(nóng)業(yè)園區(qū)，力求真實(shí)反映設(shè)施蔬菜經(jīng)營主體的生產(chǎn)及施肥現(xiàn)狀，為順義區(qū)有機(jī)肥替代化肥工作的實(shí)施提供客觀依據(jù)。

1.2 分析方法

本研究的畜禽指豬、牛、羊和家禽，均以存欄量統(tǒng)計(jì)糞尿排放量。畜禽糞尿數(shù)據(jù)來源于順義種植業(yè)服務(wù)中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。化肥施用量來源于該區(qū)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)主體的調(diào)研數(shù)據(jù)。畜禽糞尿可替代化肥的估算模型如下：

其中，T：畜禽糞肥可替代化肥量，t；Ti：i類畜禽糞肥可替代化肥的量，t；Ai：i類畜禽鮮糞量，t/（年·頭）；Bi：i類畜禽尿含量，t/（年·頭）；XAi：i類畜禽鮮糞含N（P/K）率，%；XBi：i類畜禽尿含N（P/K）率，%；ɑ：畜禽糞尿N（P/K）收集常數(shù)。

1.3 調(diào)研及分析內(nèi)容

主要包括7部分：1）設(shè)施蔬菜栽培情況；2）主栽蔬菜的肥料來源、種類及施用方法；3）主栽蔬菜的化肥和有機(jī)肥投入量；4）與文獻(xiàn)有機(jī)肥用量的對比；5）蔬菜化肥和有機(jī)肥養(yǎng)分投入估值；6）2018年度畜禽糞尿產(chǎn)出量及可替代化肥養(yǎng)分潛力估算；7）畜禽糞尿產(chǎn)出及可替代化肥養(yǎng)分潛力的不同年代對比分析。

2 主要調(diào)研結(jié)果

2.1 設(shè)施蔬菜栽培情況

研究區(qū)域的設(shè)施蔬菜（表1）主要分以下幾大類：果菜（44%）、葉菜（28%）、瓜菜（16%）、根 菜（6%）、豆 菜（3%）、蔥 姜蒜（2%）和芥菜（1%）。種植面積排前10位的蔬菜有：番茄（17.5%）、西瓜（16.1%）、生菜（9.94%）、白菜（9%）、茄子（8.95%）、辣椒（6.99%）、芹菜（5.73%）、甘藍(lán)（5.56%）、萵 苣（2.25%）和 菠 菜（1.97%），累 計(jì) 面 積占比84%；排第11～20位的有：快菜、甜瓜、紅薯、蔥蒜、蘿卜、芥菜（/蘑菇，并列排名，下同）、西葫蘆、豇豆和茴香，累計(jì)面積占比11.2%。排名前20位的蔬菜面積累計(jì)占比達(dá)95.2%；排第21～30位的依次是：菜豆（/南瓜）、大豆、冬瓜、韭菜、絲瓜、扁豆、薺菜、芽苔菜和馬鈴薯。排第31～35位的依次是：茼蒿、山藥、芫荽、豆薯和雍菜。番茄和西瓜成為主栽蔬菜可能與其市場需求量及種植收益大有關(guān)。

對種植面積排前10位的蔬菜進(jìn)行換茬模式及茬長調(diào)研（表2），結(jié)果顯示：茄果類的番茄、茄子、辣椒的換茬類型主要是葉菜類的生菜、芹菜、甘藍(lán)，瓜類的西瓜、甜瓜和西葫蘆，塊莖類，玉米，茄果類其他作物（如番茄與辣椒、茄子與辣椒的搭配），蔥蒜類及豆角等；但也發(fā)現(xiàn)番茄與番茄、茄子與茄子、辣椒與辣椒連茬種植的安排。西瓜的換茬類型主要是葉菜類的生菜、茄果類的番茄和辣椒，也有西瓜與西瓜連茬種植的安排。葉菜類的生菜、白菜、芹菜、甘藍(lán)、萵苣和菠菜的換茬類型主要是茄果類的番茄、茄子、黃瓜等，生菜、芹菜、甘藍(lán)和菠菜的換茬類型還有根菜、瓜菜、蔥蒜和葉菜類其他作物（如生菜與芹菜、生菜與甘藍(lán)、菠菜與油菜的搭配）；萵苣的換茬類型還有瓜類和蔥蒜，白菜的換茬類型還有根菜和玉米。

表1 設(shè)施蔬菜種植面積及比例

茄果類番茄、茄子、辣椒一茬種植時長90～180 d，番茄由于長茬種植原因，一茬種植時長最長達(dá)240 d；4種茄果蔬菜一茬種植時長的均值分別約為120、130、120和120 d。西瓜一茬種植時長90～120 d，平均時長約100 d。葉菜類芹菜、白菜和甘藍(lán)一茬種植時長50～180 d，平均時長分別約120、90和80 d。葉菜類的生菜、萵苣和菠菜一茬種植時長30～100 d，平均時長約60 d。

2.2 主栽蔬菜的肥料來源、種類及施用方法

主栽蔬菜化肥和有機(jī)肥的來源渠道主要有農(nóng)資店購置、政府補(bǔ)助、商販購置、肥料廠配送。底施化肥主要為復(fù)合肥和復(fù)混肥，氮、磷、鉀肥純養(yǎng)分投入量的比例主要有1.25∶1∶1.5和1∶1∶1兩種方式。底施有機(jī)肥主要是腐熟的商品有機(jī)肥，其次是發(fā)酵后的牛糞、豬糞、羊糞、雞糞、鴿糞和生物菌肥，主要采用一次底施的方式。追施化肥主要為高鉀型沖施水溶肥，也有追施液體肥及噴施葉面肥的情況。追施（沖施）水溶肥的用量在一茬蔬菜肥料總投入量中所占的比例大于等于50%；追施次數(shù)1～5次不等，以追施3次為主，3次追施肥量在水溶肥追施總量中所占比例分別為30%、40%和30%。

2.3 主栽蔬菜的化肥和有機(jī)肥投入量

茄果類番茄、茄子、辣椒化肥用量為400～1500 kg/hm2（表3）；有機(jī)肥用量為7.5～56 t/hm2。西瓜化肥和有機(jī)肥用量分別介于750～1500 kg/hm2和15～35 t/hm2之間。葉菜類中生菜化肥用量偏高，為600～1200 kg/hm2；其他葉菜化肥用量介于350～750 kg/hm2之間；6類葉菜有機(jī)肥用量為15～45 t/hm2，以15～30 t/hm2區(qū)間的比例最高。調(diào)研顯示，設(shè)施蔬菜化肥平均用量為850 kg/hm2，有機(jī)肥平均用量為28 t/hm2。果菜和葉菜的化肥和有機(jī)肥施用量隨機(jī)性比較大，同類蔬菜在不同種植區(qū)的肥料用量存在較大差異。有必要借助測土配方及目標(biāo)產(chǎn)量法等方法來優(yōu)化兩類肥料的投入量。

表3 主栽蔬菜的化肥和有機(jī)肥投入量

2.4 與文獻(xiàn)有機(jī)肥用量的對比

對比文獻(xiàn)調(diào)研的蔬菜有機(jī)肥用量篩選結(jié)果（表4）［20-25］發(fā)現(xiàn)：在配施化肥450 kg/hm2基礎(chǔ)上，西甜瓜的適宜有機(jī)肥投入量區(qū)間值的左端和右端均高于調(diào)研值，其中，區(qū)間值左端比調(diào)研值高86%，區(qū)間值右端比調(diào)研值高28%，表明園區(qū)西甜瓜有機(jī)肥投入量應(yīng)在目前基礎(chǔ)上適度增加。在配施化肥為450～490 kg/hm2時，番茄和黃瓜等果菜適宜有機(jī)肥投入量區(qū)間比調(diào)研值的區(qū)間窄，區(qū)間值的左端比調(diào)研值高100%，區(qū)間值的右端比調(diào)研值低46%，表明園區(qū)果菜有機(jī)肥投入量波動較大，應(yīng)避免投入量過高或過低的情況。文獻(xiàn)調(diào)研還發(fā)現(xiàn)，在配施化肥為405 kg/hm2，且選用養(yǎng)分含量較高的商品有機(jī)肥時，辣椒有機(jī)肥投入量適宜值僅為常規(guī)值的10%～20%時即可滿足生產(chǎn)需求。葉菜在配施化肥為337.5 kg/hm2時，其適宜的有機(jī)肥投入量明顯低于調(diào)研值，區(qū)間值的左端和右端均為調(diào)研值的1/2左右，表明園區(qū)葉菜有機(jī)肥投入量偏高，可考慮減少一半的投入量?？刂朴袡C(jī)肥用量的重要性在于：適量施用可為蔬菜提供均衡充分的營養(yǎng)，過量施用則會降低其非氮源營養(yǎng)成分可溶性糖與Vc的含量［26］。

表4 主栽蔬菜的有機(jī)肥用量篩選結(jié)果

蔬菜生產(chǎn)中的有機(jī)肥投入，既要考慮有機(jī)肥的來源（不同有機(jī)肥源的養(yǎng)分含量存在明顯差異）和用量，也要考慮有機(jī)肥純養(yǎng)分的含量，以及配施化肥的用量，此外，作物類型是必須考慮的因素。

2.5 蔬菜化肥和有機(jī)肥養(yǎng)分投入估值

根據(jù)調(diào)研取得的化肥和有機(jī)肥投入量對全區(qū)耕地肥料投入量進(jìn)行估算?；拾疵磕陜刹缤度胗?jì)算的年投入總量為1700 kg/hm2。有機(jī)肥年初一次性投入，年投入總量為28 t/hm2?；实⒘?、鉀比例以調(diào)研所得兩種配比取均值，結(jié)合全區(qū)蔬菜播種面積（順義區(qū)種植業(yè)服務(wù)中心內(nèi)部數(shù)據(jù)），計(jì)算得到化肥源的氮、磷、鉀純養(yǎng)分年投入量分別為2107、1870、2344 t（表5）；有機(jī)肥按照區(qū)畜禽養(yǎng)殖分布及糞尿產(chǎn)出，對具體有機(jī)肥源的年產(chǎn)出量權(quán)重（表6）與其NPK養(yǎng)分含量（表6）乘積再進(jìn)行加和，計(jì)算得到有機(jī)肥源的氮、磷、鉀純養(yǎng)分投入量分別為979、522和1246 t（表5）。綜合考慮化肥源和有機(jī)肥源，全區(qū)每年氮、磷、鉀純養(yǎng)分實(shí)際投入量分別為3086、2392和3590 t。

表5 全區(qū)耕地化肥和有機(jī)肥純N、P、K養(yǎng)分年投入估值

2.6 2018年度畜禽糞尿產(chǎn)出量及可替代化肥養(yǎng)分潛力估算

根據(jù)全區(qū)2018年的畜禽存欄數(shù)據(jù)及日產(chǎn)糞尿量估值，計(jì)算得到順義區(qū)豬、牛、羊、雞和鴨的糞尿年度產(chǎn)出總量分別為717614、325372、64231、63和10 t（表6），說 明 畜 禽 糞 尿 主 要貢獻(xiàn)源是豬和牛。參照路國彬等［27］有機(jī)肥替代估算模型，計(jì)算得到每年畜禽糞尿產(chǎn)量可以替代氮肥、磷肥和鉀肥的量分別為5027、2568和6433 t。豬糞尿養(yǎng)分含量可替代化肥潛力最大，占到可替代化肥潛力的63.4%；其次為牛糞尿，占27.3%；以上兩種畜禽糞尿來源總量占可替代化肥潛力的90.7%。羊糞尿養(yǎng)分含量占可替代化肥潛力的9.28%。從可替代的3種化學(xué)肥料來看，畜禽糞尿可替代鉀肥的潛力較大，占總替代化肥潛力的45.8%；可替代氮肥的潛力次之，占35.8%；可替代磷肥的潛力占18.3%。豬糞尿和牛糞尿中鉀肥含量分別占可替代鉀肥潛力的63.5%和27.8%，氮肥含量分別占可替代氮肥潛力的58.3%和30.7%，羊糞尿鉀氮含量分別占可替代鉀氮潛力的8.53%和10.9%，雞糞尿和鴨糞尿可替代氮磷鉀肥的潛力均較低，可忽略不計(jì)。分析表明不同畜禽糞尿的養(yǎng)分含量及可替代化肥的潛力不同?？紤]到羊糞尿、雞糞尿和鴨糞尿在實(shí)地批量收集中的難度和不可操作性，筆者另外計(jì)算了豬糞尿和牛糞尿兩類畜禽糞尿的總可替代化肥養(yǎng)分潛力，得出的可替代氮肥、磷肥和鉀肥的量分別為4477、2371和5883 t。據(jù)此，計(jì)算全區(qū)豬牛糞尿年產(chǎn)出量替代蔬菜氮、磷、鉀純養(yǎng)分年實(shí)際投入量（涵蓋化肥和有機(jī)肥，表5）的比例分別為145%、99.1%和164%，潛力巨大。分析表明，該區(qū)豬牛養(yǎng)殖糞尿氮磷鉀養(yǎng)分年產(chǎn)出量完全能夠滿足該區(qū)蔬菜氮磷鉀養(yǎng)分的年度需求，種養(yǎng)結(jié)合的資源再利用基礎(chǔ)非常好。

表6 順義區(qū)畜禽糞尿2018年度產(chǎn)出量及可替代化肥的潛力

2.7 畜禽糞尿產(chǎn)出及可替代化肥養(yǎng)分潛力的不同年代對比分析

將2018年度數(shù)據(jù)與2005年測算值對比（表7），發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：1）畜禽糞尿年產(chǎn)出總量大幅降低，從332萬t降至110萬t，降低67%；2）畜禽糞尿分布發(fā)生明顯變化，2005年畜禽糞尿來源以牛養(yǎng)殖為主，其次是豬養(yǎng)殖，羊和禽養(yǎng)殖比重較低；2018年畜禽糞尿來源以豬養(yǎng)殖為主，其次是牛養(yǎng)殖，羊養(yǎng)殖比重較低，禽養(yǎng)殖可忽略不計(jì)；3）13年間畜禽糞尿可替代化肥氮、磷、鉀養(yǎng)分的量分別降低73%、74%和69%；4）兩個年度的4類畜禽、豬、牛糞尿總量的可替代化肥潛力均具有鉀替代潛力＞氮替代潛力＞磷替代潛力的趨勢；羊糞尿可替代化肥潛力呈氮替代潛力=鉀替代潛力＞磷替代潛力趨勢；禽糞尿可替代化肥潛力呈氮磷替代潛力＞鉀替代潛力趨勢。結(jié)合北京市近年來的農(nóng)牧業(yè)布局調(diào)整和養(yǎng)殖業(yè)疏解政策，分析認(rèn)為隨著區(qū)畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的不斷下降，畜禽糞尿產(chǎn)生量不斷減少；早期牛養(yǎng)殖對畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染的主導(dǎo)貢獻(xiàn)及由此實(shí)施的嚴(yán)管措施，形成目前豬養(yǎng)殖為主的畜禽分布格局；雖然在數(shù)量和來源分布上有所變化，時間跨度達(dá)13年的布局調(diào)整后，豬和牛養(yǎng)殖仍然占主導(dǎo)地位，由此決定畜禽糞尿總體可替代化肥潛力仍然是以替代鉀的潛力最大，氮的潛力次之，磷的潛力最低，并且可替代化肥總量完全可以滿足當(dāng)?shù)厥卟松a(chǎn)養(yǎng)分需求。

表7 順義區(qū)畜禽糞尿年度產(chǎn)出量及可替代化肥潛力的不同年代對比分析

3 結(jié)論與建議

從農(nóng)業(yè)面源污染防治、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用、種養(yǎng)結(jié)合及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)提升的角度考慮，實(shí)行有機(jī)肥替代化肥技術(shù)是農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)的必然選擇。

本次調(diào)研及分析表明，該區(qū)可利用的有機(jī)肥源主要有豬糞尿和牛糞尿，利用這類畜糞尿堆腐制備有機(jī)肥的天然立地條件較好。全區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)有機(jī)肥的比例目前還比較低，充分利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源生產(chǎn)有機(jī)肥具有較好的產(chǎn)業(yè)化前景。

從具體落實(shí)的角度來看，有機(jī)肥替代化肥工作的實(shí)施，需要做好以下幾方面的工作：1）畜糞尿和農(nóng)業(yè)秸稈廢棄物的收集、處理應(yīng)符合畜牧業(yè)與農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展需求，做好源頭控制。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2019年7月10日發(fā)布的第194號公告明確指出，停止生產(chǎn)、進(jìn)口、經(jīng)營、使用除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種，從源頭阻控抗生素和重金屬，解決有機(jī)肥生產(chǎn)的源頭安全問題。這對于提升有機(jī)肥產(chǎn)品質(zhì)量是極大的政策利好。2）畜糞尿制備有機(jī)肥的工藝過程應(yīng)做到“資源化、無害化和減量化”。3）有機(jī)肥產(chǎn)品的合理替代技術(shù)。筆者針對番茄有機(jī)無機(jī)氮耦合試驗(yàn)結(jié)果來看，有機(jī)肥和化肥以7∶3的氮養(yǎng)分比例投入的產(chǎn)量和品質(zhì)效果最佳（尚未發(fā)表）；其他類型蔬菜也存在合理的有機(jī)無機(jī)肥投入比例。結(jié)合本次調(diào)研設(shè)施蔬菜有機(jī)肥和化肥投入情況來看，有機(jī)肥替代化肥養(yǎng)分的潛力空間較大，同時從文獻(xiàn)調(diào)研看出，有機(jī)肥的合理投入量也因蔬菜類型不同存在較大差異。因此，有機(jī)肥替代化肥過程中，有必要針對蔬菜類型和測土結(jié)果進(jìn)行有機(jī)肥投入量及有機(jī)肥化肥合理配施的兩茬以上科學(xué)定位試驗(yàn)，并依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果在主要經(jīng)營主體間進(jìn)行施肥技術(shù)的示范和推廣。

本文對順義區(qū)典型設(shè)施蔬菜經(jīng)營主體的施肥現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研分析，并結(jié)合畜禽養(yǎng)殖存欄及蔬菜規(guī)模數(shù)據(jù)估算了全區(qū)有機(jī)肥替代化肥的潛力，可為該區(qū)有機(jī)肥替代化肥工作的實(shí)施和推廣提供實(shí)證參考。