稻麦轮作猪粪-秸秆还田的环境效益及经济效益

王琼瑶， 张世熔， 涂卫国， 李 森， 罗雪梅， 李 玲， 杜玉龙

(1.四川省自然资源科学研究院，四川成都 610015；2.四川农业大学环境学院，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.



稻麦轮作猪粪-秸秆还田的环境效益及经济效益

王琼瑶1， 张世熔2， 涂卫国1， 李 森1， 罗雪梅1， 李 玲1， 杜玉龙1

(1.四川省自然资源科学研究院，四川成都 610015；2.四川农业大学环境学院，四川成都 611130)

[目的]探明猪粪-秸秆还田的应用效果，确定最佳还田模式。[方法]通过稻麦轮作田间试验，开展猪粪-秸秆还田处理对水稻、小麦生长性状及产量的影响研究，统计分析其经济效益及二氧化碳减排量，确定最佳的猪粪-秸秆还田模式。[结果]猪粪-秸秆还田有利于水稻、小麦的生长，在“30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮”还田模式下，水稻、小麦产量均最高，分别为7 874.57和6 427.00 kg/hm2，且稻麦轮作可节约成本5 146.35元/hm2，水稻、小麦分别增收5 312.56和3 931.93 元/hm2，温室气体平均减排量为1.30 t/hm2(按CO2干基计算)。[结论]“30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮”模式为猪粪-秸秆还田的最佳施肥模式。

小麦；水稻；猪粪；秸秆；经济效益；环境效益

近年来，随着规模化畜禽养殖的迅速发展，我国已成为世界上最大的畜产品生产国[1]。由于畜禽养殖废弃物未得到合理的处置和资源化利用，导致养殖地周边自然环境污染危害日益严重，畜禽养殖废弃物已成为农村面源污染的主要来源之一[2-4]。畜禽粪便是农业生产中常用的有机肥料，其富含氮、磷、钾及有机质等养分，可通过堆肥还田为农作物提供优质有机肥料[5]。畜禽粪便还田是传统的生态循环利用模式，也是解决畜禽养殖污染最经济、有效的方法[6]。畜禽粪便还田不仅可提高土壤肥力、减少环境污染，而且还可促进农业可持续发展[7-8]。秸秆是重要的农业资源，国外大多采用秸秆还田作为资源化利用的主要方式[9]。我国是粮食生产大国，秸秆资源丰富，但受消费观念和生活方式的影响，每年有超过2亿t的秸秆腐烂或被焚烧，导致资源变成了污染源，造成了巨大的资源浪费和环境污染[10]。成都平原秸秆资源丰富，除用作牲畜饲料、食用菌基料外，大多作为农户基本燃料利用。由于大量秸秆季节性过剩，焚烧成了处置秸秆的主要方式，但在出台禁烧规定后，秸秆处置成为农民群众的一大问题。有研究表明，秸秆中含有丰富有机质、氮、磷、钾和微量元素，是农作物重要的有机肥源[11]。秸秆还田不仅可以增加农田土壤有机质含量，而且还能促进土壤微生物繁殖和活性增强，从而有效提高土壤有机碳的含量，对提高土壤肥力和作物产量、增强固碳能力均具有重要作用[12-13]。同时，秸秆还田还有利于提高资源利用效率、减少环境污染和实现农业的可持续发展[14-15]。有研究表明畜禽粪便-秸秆混合还田具有增产效应[16-17]。目前，对于畜禽粪便-秸秆混合还田的环境效益及经济效益研究还鲜见报道。鉴于此，笔者通过稻麦轮作田间试验，开展猪粪-秸秆还田处理对水稻、小麦生长性状及产量的影响研究，统计分析其经济效益及二氧化碳减排量，以期为畜禽养殖废弃物处理及秸秆还田利用提供科学依据。

1　材料与方法

1.1试验材料供试猪粪采自四川省崇州市养猪场，水稻季施用秸秆为上一季的小麦秸秆，小麦季施用秸秆为上一季的水稻秸秆。供试肥料及秸秆的养分含量如表1所示。

表1　试验材料养分含量

1.2试验方法采用随机区组试验设计，每个处理设置3个重复小区，小区面积为70.0 m2，小区间隔0.5 m。各处理N、P2O5和K2O施用量分别为180、90和90 kg/hm2，其中猪粪和秸秆还田量以纯化肥为标准来计算二者N、P2O5、K2O含量，不足由化肥补充。试验共设置6个处理：空白对照(CK)、纯化肥(T1)、10%猪粪氮+90%化肥氮(T2)、30%猪粪氮+70%化肥氮(T3)、20%猪粪氮+ 30%秸秆氮+ 50%化肥氮(T4)、30%猪粪氮+ 20%秸秆氮+ 50%化肥氮(T5)，具体施肥方案见表2。

表2　施肥方案设计

1.3测定项目于作物生长期观察稻、麦生长情况，于成熟期测定其株高、有效穗数、每穗粒数、千粒重、产量等指标。

1.4温室气体排放量统计不同处理方式的温室气体产生量系数取值见表3。

表3　温室气体产生量系数

注：猪粪和秸秆均为干重，其中猪粪去除50%水分，秸秆去除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数据处理采用SPSS17.0软件对试验数据进行统计分析。

2　结果与分析

2.1不同处理对小麦生长性状及产量的影响由表4可以看出，T2～T5处理株高明显高于CK和T1处理，其中T3处理株高最高，为95.43 cm；有效穗数和每穗粒数均以T5处理最高，分别为434 穗/m2和37粒；T5处理千粒重和产量均表现为最高，分别为40.22 g和6 427.00 kg/hm2。与空白对照相比，各处理平均增产24.06%，与纯化肥施用相比，还田处理平均增产5.50%。可见，猪粪还田与猪粪-秸秆还田模式下小麦生长性状和产量均明显优于不施肥和纯化肥处理。在各施肥处理中，以“30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮”处理的小麦产量最高，相较于对照增产28.91%，相较于纯化肥处理增产8.48%。说明猪粪-秸秆还田有利于小麦的生长，随着猪粪使用量的增加，小麦有效穗数、每穗粒数、千粒重、实际产量均呈增加趋势，且显著高于不施肥处理和纯化肥处理。

表4　不同处理下小麦生长性状及产量表现

2.2不同处理对水稻生长性状及产量的影响由表5可知，T3～T5处理株高明显高于CK和T1处理，其中以T5处理株高最高，为107.50 cm；有效穗数以T2处理最高，为290 穗/m2；每穗粒数以T5处理表现为最高，为110粒。T4处理千粒重在各处理中表现为最高，为24.86 g；T1～T5处理产量表现为依次增加的趋势，与空白对照相比，各处理平均增产29.17%，与纯化肥施用相比，还田处理平均增产9.44%。可见，猪粪还田与猪粪-秸秆还田模式下水稻生长性状和产量明显优于不施肥和纯化肥处理。在各种施肥处理中，以“30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮”处理的水稻产量最高，为7 874.57 kg/hm2，相较于对照增产38.64%，相较于纯化肥处理增产15.43%。说明猪粪-秸秆还田有利于水稻的生长，随着猪粪使用量的增加，水稻有效穗数、每穗粒数、千粒重、实际产量均呈增加趋势，且显著高于不施肥处理和纯化肥处理。

表5　不同处理下水稻生长性状及产量表现

2.3稻麦轮作猪粪-秸秆还田的经济效益分析稻麦轮作猪粪-秸秆还田的经济效益统计结果如表6所示。从养分代替角度计算，T4和T5处理均施用50%的化肥氮，减少的化肥施用成本一致，作物产量的经济效益计算结果显示，稻麦两季均在“30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮”(T5)处理下的经济效益为最高。该处理下，小麦季猪粪-秸秆还田较纯化肥处理节约氮肥、磷肥和钾肥用量分别为50.00%、52.33%、85.17%，节约化肥成本2 676.38 元/hm2；水稻季节约氮肥、磷肥和钾肥用量分别为50.00%、42.86%、84.40%，节约化肥成本2 469.97 元/hm2；种植小麦、水稻节约成本总计5 146.35 元/hm2。从作物增产、增收效益评价来看，与T1处理相比，T5处理小麦、水稻分别增产502.22、1 052.81 kg/hm2，可分别增收3 931.93、5312.56 元/hm2，增收总计9 244.49 元/hm2。

表6猪粪-秸秆还田处理下稻麦轮作系统经济效益分析

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

作物Crop处理Treatment化肥成本Fertilizercost元/hm2较纯化肥处理Comparedwithpurechemicalfertilizer增产Yieldincreasingkg/hm2增收Incomeincreasing元/hm2小麦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：氮肥以市售尿素价格 4.5元/kg计算；磷肥以市售过磷酸钙价格2.8 元/kg计算；钾肥以市售氯化钾价格5.5 元/kg计算。

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稻麦轮作猪粪-秸秆还田的环境效益分析从环境保护的角度分析，猪粪-秸秆还田处理可减少氮肥等化肥的用量，同时可降低氮、磷随水土流失引起水体富营养化的潜在风险，有利于保护水资源甚至整个生态环境。而从废弃物温室气体排放方面分析，秸秆、猪粪等废弃物如不经科学合理利用，会产生大量温室气体排放，从而引起大气污染等环境问题。经统计，采用猪粪-秸秆还田处理，小麦季平均温室气体减排0.89 t/hm2，水稻季平均温室气体减排量可达0.94 t/hm2。其中纯猪粪还田(T2、T3处理)的平均减排量为0.61 t/hm2，猪粪-秸秆混合还田(T4、T5处理)平均减排量为1.22 t/hm2。“30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮”处理模式的小麦季和水稻季温室气体减排量最高，分别为1.26、1.34 t/hm2(图1)。可见，猪粪-秸秆混合还田有利于减少温室气体排放。

3　结论与展望

3.1结论猪粪-秸秆还田有利于增加作物生长，从而增加产量。在小麦季，各施肥处理中，以“30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮”处理的小麦产量最高，为6 427.00 kg/hm2，相较于纯化肥处理增产8.48%。水稻季，同样以“30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮”处理的水稻产量最高，为7 874.57 kg/hm2，相较于纯化肥处理增产15.43%。“30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮”处理下稻麦轮作可节约成本5 146.35元/hm2，小麦、水稻可分别增收3 931.93、5312.56 元/hm2，该模式下小麦季和水稻季温室气体减排量最高，分别为1.26、1.34 t/hm2。可见，“30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮”处理为猪粪-秸秆还田的最佳施肥模式。

3.2研究展望畜禽养殖业废弃物和种植业废弃物还田利用不仅变废为宝，而且减少了对环境的污染。该研究采用的是猪粪-秸秆直接还田的方式，而对于猪粪-秸秆堆沤后还田以及使用腐熟剂还田应用还有待进一步研究。同时，影响秸秆腐熟的因素有很多，如水分、微生物、碳氮比等。在今后的研究中，应对腐熟条件进行深入研究。

注：a、b分别为小麦、水稻季稻麦轮作猪粪-秸秆还田处理温室气体排放量。温室气体产生量按CO2干基计算。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.图1　稻麦轮作猪粪-秸秆还田处理温室气体排放量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

四川省科技支撑计划项目(2014NZ0044)。

王琼瑶(1986- )，女，四川雅安人，硕士，助理研究员，从事农业资源利用与环境保护研究。

2016-06-12

S 181.4

A

0517-6611(2016)22-056-04