安徽省县域麦稻玉米秸秆时空分异特征与还田养分输入量测算

柴如山，程启鹏，陈 翔，罗来超，马 超，张亮亮，章力干，李金才，郜红建

•农业生物环境与能源工程•

安徽省县域麦稻玉米秸秆时空分异特征与还田养分输入量测算

柴如山1，程启鹏1，陈 翔2，罗来超1，马 超1，张亮亮1，章力干1，李金才2，郜红建1※

（1. 安徽农业大学资源与环境学院/农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室/江淮耕地资源保护与生态修复重点实验室，合肥 230036；2. 安徽农业大学农学院，合肥 230036）

安徽省是国家重要商品粮生产基地，作为农业大省其粮食作物秸秆产量居于全国前列。明晰全省产粮大县主要粮食作物秸秆理论资源量和可收集资源量时空分布特征，并准确测算秸秆就地还田对土壤养分输入的贡献，可为秸秆全量化差异化利用策略优化及秸秆还田情景下的农田养分平衡调控提供决策依据。研究表明，2011—2019年安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆资源总量呈现出稳步增长的态势，而不同作物秸秆产量年际变化趋势各异：小麦秸秆先升后稳，水稻秸秆波动不大，玉米秸秆逐年递增。2019年安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆理论资源量为3 878万t，其中小麦、水稻和玉米秸秆所占比例分别为47.3%、36.3%和16.4%。淮北区为小麦和玉米秸秆资源集中分布区，占比分别为73.0%和88.3%，水稻秸秆主要产自江淮区（41.7%）、皖西区（21.3%）及沿江区（19.7%）。主要粮食作物秸秆资源总量分布表现为淮北区（52.5%）˃江淮区（24.3%）˃皖西区（10.5%）˃沿江区（9.1%）˃皖南区（3.6%）。2019年全省产粮大县小麦、水稻和玉米秸秆可收集资源量分别为1 338万、1 041万和542万t，淮北区单位播种面积小麦和玉米秸秆可收集资源量分别为4 505～6 310和4 171～5 395 kg/hm2，江淮区、皖西区和沿江区单位播种面积水稻秸秆可收集资源量分别为4 487～5 326、4 570～5 028和4 329～5 778 kg/hm2。2019年安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分资源总量分别为25.3万、10.9万和90.1万t。在秸秆就地全量还田情景下，小麦玉米主产区（淮北区）小麦秸秆还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为35.8～50.1、14.1～19.8和139.8～195.8 kg/hm2，玉米秸秆还田的养分输入量分别为42.7～55.2、16.9～21.8和93.4～120.9 kg/hm2；水稻主产区（江淮区、皖西区和沿江区）水稻秸秆还田的养分输入量分别为38.0～50.8、18.8～25.0和151.6～202.3 kg/hm2。研究结果对进一步提升安徽省产粮大县秸秆资源综合利用效率及推动农业绿色高质量发展具有重要的现实意义。

秸秆；作物；时空分布；秸秆还田；养分输入；安徽省

0 引 言

目前中国秸秆资源化利用的主要途径包括肥料化、饲料化、基料化、能源化和原料化等[1]，利用原则为“多元利用、农用优先”。秸秆还田循环利用是国外秸秆利用的主导方式[2]。近年来中国秸秆直接还田率不断增加，近期已超过60%[3]。对中国秸秆还田相关研究进行Meta分析的结果显示：秸秆直接还田可提升耕地质量、提高养分利用效率、保障作物丰产稳产[4-6]。因此，秸秆还田是实施“藏粮于地”战略的必要技术手段之一。此外，秸秆中含有较丰富的氮、磷、钾等养分元素，秸秆就地消化还田可向土壤输入数量较为可观的养分，实现养分资源在农田系统内的良性循环，有助于推进化肥减量节本增效[7]，同时也可避免秸秆在露天焚烧处置方式下产生的空气污染物排放问题[8]，具有良好的经济和生态效益[9]。

2019年农业农村部办公厅在《关于做好农作物秸秆资源台账建设工作的通知》中指出要“搭建国家、省、市、县四级秸秆资源数据共享平台，掌握全国农作物秸秆产生与利用情况，为各级政府制定相关政策和规划、进行相关产业布局和管理等提供理论依据”。科学客观地估算区域秸秆产量并明确其空间分布、建立秸秆资源台账是推动区域秸秆实现全量化利用的基础和前提。秸秆还田是秸秆资源化利用的首推模式，而明确还田秸秆携入土壤的养分量对于秸秆还田条件下的养分优化管理来说至关重要。已有研究在省级水平上对中国主要作物秸秆资源及其养分储量的地理分布做了分析[10]。宋大利等[11]进一步估算了2015年中国各农区典型种植制度下不同作物秸秆还田的化肥替代潜力。在县域尺度上，孙建飞等[12]估算了江苏省各县区2014年水稻、小麦、玉米和大豆秸秆理论资源量和可收集资源量以及秸秆氮磷钾养分资源总量；李胜男等[13]分析了2018年湖南省水稻、油菜、玉米和蔬菜秸秆可收集资源量及利用潜势。

安徽省位于华北平原南端，是国家13个粮食主产区之一、5个粮食净调出省之一，在保障粮食安全方面发挥着举足轻重的作用[14]。2019年安徽省小麦和水稻产量分别居全国第3位（占比12.4%）和第6位（占比7.8%）[15]。作为典型的农业大省，安徽省拥有丰富的农作物秸秆资源。李晖等[16]对2010—2015年安徽省不同地市三大粮食作物秸秆资源量的分布特征及变化趋势进行了分析。程文龙等[17]评估了2017年安徽省16市主要农作物秸秆产量和秸秆养分资源量。这些前期研究在一定程度上为安徽省秸秆资源的合理利用提供了科学依据，然而在县级水平上对安徽省典型作物秸秆资源及养分利用潜力的分析尚未见报道。基于此，本研究选取安徽省52个产粮大县作为典型代表，对2011—2019年安徽省县级主要粮食作物秸秆理论资源量与可收集资源量进行估算，并分析秸秆全量还田对土壤养分输入的贡献，旨在为政府相关部门制定更具针对性的区域秸秆资源利用政策以及各产粮大县秸秆还田情景下的农田养分优化管理提供参考依据。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

安徽省居中靠东，长江、淮河横贯境内，介于N29o41'～34o38'、E114o54'～119o37'，地跨东部暖温带与北亚热带，四季分明，具有南北过渡的自然地理特征，光热水资源充沛，有利于农业发展；全省地势西南高、东北低，地形地貌呈现多样性，平原、丘陵、山地各占三分之一。参考《安徽省财政厅关于清算下达2020年产粮大县奖励资金的通知》（皖财建〔2020〕761号）中的产粮大县名单，本研究选取安徽省52个产粮大县作为研究对象，并将其划归为5个区域：淮北区、江淮区、沿江区、皖西区和皖南区。淮北区包括阜阳市、界首市、太和县、临泉县、阜南县、颍上县、亳州市、涡阳县、利辛县、蒙城县、濉溪县、宿州市、砀山县、萧县、灵璧县、泗县、怀远县、固镇县、五河县和凤台县；江淮区包括寿县、长丰县、肥西县、肥东县、庐江县、巢湖市、凤阳县、明光市、天长市、定远县、来安县和全椒县；沿江区包括宿松县、怀宁县、望江县、枞阳县、池州市、东至县、含山县、和县、当涂县和无为市；皖西区包括六安市、霍邱县、舒城县、桐城市、潜山市和太湖县；皖南区包括南陵县、宣城市、郎溪县和广德市。2019年上述产粮大县的小麦、水稻和玉米产量分别占全省相应作物总产量的94.6%、86.3%和95.4%。

1.2 计算方法

本研究依据农业部发布的农业行业标准《NY/T 1701—2009农作物秸秆资源调查与评价技术规范》对作物秸秆理论资源量和可收集资源量进行测算。

作物秸秆理论资源量（SP）的计算公式为

SP=WS（1）

式中W为作物经济产量；S为作物草谷比。

作物秸秆可收集资源量（SC）的计算公式为

SC=SPS（2）

式中S为作物秸秆可收集系数。

作物秸秆理论养分资源量（NSP）的计算公式为

NSP=SPS（3）

式中S为作物秸秆养分含量，t。

单位播种面积作物秸秆全量还田养分输入量（NSP）的计算公式为

NSP=W/A SS（4）

式中为作物播种面积，km2。

1.3 数据来源

2011—2019年安徽省产粮大县的小麦、水稻和玉米年播种面积和产量来源于安徽省统计局官网。作物草谷比（由收获指数转换得到）和秸秆养分含量参考《基于产量反应和农学效率的作物推荐施肥方法》[18]：小麦、水稻和玉米草谷比分别为1.17（=4 755）、1.00（=1 512）和1.04（=4 873），小麦秸秆氮（N）、磷（P）和钾（K）含量分别为5.8（=4 336）、1.0（=3 591）和18.8 g/kg（=3 628），水稻秸秆的分别为6.5（=1 178）、1.4（=639）和21.5 g/kg（=618），玉米秸秆的分别为8.7（=4 374）、1.5（=3 729）和15.8 g/kg（=3 692）。参考2017年农业部农业生态与资源保护总站组织制定的《区域农作物秸秆全量处理利用技术导则》，小麦、水稻和玉米3种作物在机械收割方式下的秸秆可收集系数分别为0.73、0.74和0.85。

2 结果与分析

2.1 安徽省产粮大县麦稻玉米秸秆理论资源量及其时空分布

2.1.1 麦稻玉米秸秆理论产量时间变化特征

2011—2019年安徽省产粮大县小麦、水稻和玉米三大粮食作物秸秆理论总产量呈现出稳步增长态势（图1），从2011年的3 272万t逐渐增加到2015年的3 747万t，2016年略有下降，为3 641万t，之后又回升增加至2019年的3 878万t，与2011年相比上升幅度为18.5%，年均增长率为2.3%。2019年小麦、水稻和玉米秸秆的占比分别为47.3%、36.3%和16.4%。从不同类型农作物秸秆理论资源量的演变来看，水稻秸秆产量年际间波动不大，基本处于相对稳定的状态，为1 315万～1 446万t；小麦和玉米秸秆产量分别从2011年的1 545万t和412万t增长到2019年的1 833万t和638万t，增加幅度分别为18.6%和54.9%，年均增长率分别为2.3%和6.9%。小麦秸秆为安徽省产粮大县主要粮食作物秸秆资源的重要组成部分，所占比例为46.5%～48.8%；其次为水稻秸秆，占比为36.3%～40.2%；玉米秸秆的占比偏低，为12.4%～16.5%。小麦秸秆占比在年际间略有波动，幅度不大。水稻秸秆占比呈逐年下降趋势，而玉米秸秆占比则不断增加。

2.1.2 麦稻玉米秸秆理论产量区域分布特征

安徽省产粮大县秸秆资源分布具有明显的区域性特征：小麦秸秆主要产自淮北区和江淮区（图2），2011—2019年两个区域的小麦秸秆产量分别占全省产粮大县小麦秸秆产量的72.3%～75.5%和16.1%～18.2%，呈现出北高南低的分布规律；水稻秸秆资源南北低中部高，主要分布在江淮区、皖西区和沿江区，占比分别为40.0%～41.7%、19.8%～21.5%和19.7%～21.8%；玉米秸秆集中分布在淮北区，该区域的玉米秸秆产量占全省产粮大县玉米秸秆总产量的88.3%～92.7%。2019年麦玉秸秆主产区淮北区小麦和玉米秸秆产量的占比分别为73.0%和88.3%，水稻秸秆主产区江淮区、皖西区和沿江区的占比分别为41.7%、21.3%和19.7%。从2011—2019年安徽省各区域不同类型作物秸秆的理论产量变化趋势来看，小麦秸秆主产区域淮北区和江淮区的小麦秸秆产量近年来不断增加，分别从2011年的1 165万t和250万t增长到2019年的1 339万t和325万t，增加幅度分别为14.9%和29.9%；江淮区的水稻秸秆产量在527万～596万t之间波动，沿江区水稻秸秆产量呈现出先上升后下降的趋势，从2011年的283万t增加到2015年的310万t，随后又逐渐降至2019年的277万t，皖西区水稻秸秆产量2011—2017年在262 万～288万t之间波动，2018和2019年分别为311万t和300万t；玉米秸秆最为丰富的淮北区的玉米秸秆产量从2011年的374万t持续增加至2019年的563万t，增长幅度高达50.7%。2019年3种粮食作物秸秆总产量的分农区占比排序依次为：淮北区（52.5%）˃江淮区（24.3%）˃皖西区（10.5%）˃沿江区（9.1%）˃皖南区（3.6%）。

2.1.3 主要产粮大县小麦秸秆理论产量时间变化特征

2019年安徽省小麦秸秆理论产量排在前15位的产粮大县如表1所示，当年其小麦秸秆总产量占全省产粮大县小麦秸秆总产量的65.4%。2014—2019年小麦秸秆产量相对较为稳定的产粮大县包括涡阳县、灵璧县和霍邱县，其年均小麦秸秆产量分别为104.4万、70.3万和59.1万t。2011—2019年宿州市、蒙城县、濉溪县和泗县的小麦秸秆产量呈不断上升趋势，分别从2011年的72.0万、85.8万、77.1万和48.3万t增长到2019年的104.3万、101.0万、98.5万和65.4万t，增加幅度分别为44.9%、17.8%、27.8%和35.3%。2019年小麦秸秆产量在100.0万t以上的产粮大县有3个（宿州市、涡阳县、蒙城县），80.1万～100.0万t的有3个（濉溪县、利辛县、太和县），60.1万～80.0万t的有8个，包括临泉县、怀远县、灵璧县、亳州市、寿县、颍上县、泗县和阜阳市。

表1 2011—2019年安徽省主要产粮大县麦稻玉米秸秆理论产量年际变化

2.1.4 主要产粮大县水稻秸秆理论产量时间变化特征

2019年安徽省水稻秸秆理论产量排在前15位的产粮大县水稻秸秆总产量占全省产粮大县水稻秸秆总产量的60.8%。2014—2019年水稻秸秆产量相对较为稳定的产粮大县为长丰县、宣城市、肥西县和怀远县，其年均水稻秸秆产量分别为44.1万、38.6万、39.5万和35.8万t。庐江县、肥东县和枞阳县的水稻秸秆产量在2011—2019年期间先上升后下降，其余产粮大县2018年的水稻秸秆产量与2017年相比均有不同程度的增加，其中增幅较大的为巢湖市（30.1%）、霍邱县（27.8%）、寿县（26.9%）和六安市（24.1%）。2019年水稻秸秆产量在110.0万t以上的产粮大县有2个（寿县、霍邱县），六安市为95.0万t，60.1万～65.0万t的有2个（定远县、庐江县），40.1万～50.0万t的有4个（天长市、肥东县、长丰县、无为市）。

2.1.5 主要产粮大县玉米秸秆理论产量时间变化特征

2019年安徽省玉米秸秆理论产量排在前15位的产粮大县玉米秸秆总产量占全省产粮大县玉米秸秆总产量的80.0%。总体上来看，2011—2015年各产粮大县的玉米秸秆产量逐年增加；除利辛县、亳州市和怀远县外，2016年其他产粮大县的玉米秸秆产量均不同程度地下降，而从2017年开始大部分产粮大县的玉米秸秆产量稍有回升，到2018年有较大幅度的增加。上述15个县的玉米秸秆总产量从2011年的335万t增加到2019年的511万t，增幅为52.4%。2019年蒙城县和利辛县的玉米秸秆产量最高，分别为61.2 万t和52.1万t，玉米秸秆产量为40.1万～45.0万t的县市有灵璧县和宿州市，30.1万～40.0万t的县市有临泉县、阜阳市、濉溪县和萧县，20.1万～30.0万t的县市有6个，包括固镇县、涡阳县、亳州市、怀远县、泗县和阜南县。

2.2 安徽省产粮大县麦稻玉米秸秆可收集资源量及其空间分布

2.2.1 小麦秸秆可收集资源量空间分布特征

2019年安徽省52个产粮大县的小麦、水稻和玉米秸秆可收集资源量分别为1 338万、1 041万和542万t，3种粮食作物秸秆可收集资源不仅数量悬殊，而且空间分布格局存在明显差异。2019年小麦秸秆可收集资源量为60.1万～80.0万t的产粮大县均分布在淮北区（图3），包括宿州市（76.1万t）、涡阳县（75.9万t）、蒙城县（73.8万t）、濉溪县（71.9万t）和利辛县（67.9万t），这5个县市的小麦秸秆可收集资源量占全省产粮大县小麦秸秆可收集资源总量的27.3%；小麦秸秆可收集资源量为50.1万～60.0万t的产粮大县包括淮北区的太和县（59.2万t）、临泉县（55.9万t）、怀远县（55.2万t）、灵璧县（52.3万t）和亳州市（50.7万t），上述5个县市的小麦秸秆可收集资源量占全省产粮大县小麦秸秆可收集资源总量的20.4%；小麦秸秆可收集资源量为40.1万～50.0万t的产粮大县有6个：寿县（49.9万t）、颍上县（47.7万t）、泗县（47.7万t）、阜阳市（47.3万t）、霍邱县（43.7万t）和阜南县（41.3万t），总占比为20.7%；为30.1万～40.0万t的包括萧县（36.4万t）、定远县（36.1万t）和凤阳县（30.8万t）。

2.2.2 水稻秸秆可收集资源量空间分布特征

2019年安徽省水稻秸秆可收集资源量为70.1万～90.0万t的产粮大县包括寿县（84.0万t）、霍邱县（82.9 万t）和六安市（70.3万t），共占全省产粮大县水稻秸秆可收集资源总量的22.8%；水稻秸秆可收集资源量为30.1万～50.0万t的县市有6个：定远县（47.9万t）、庐江县（44.5万t）、天长市（36.3万t）、肥东县（36.0万t）、长丰县（34.3万t）和无为市（32.8万t），这些地区的水稻秸秆可收集资源总量占比为22.3%；水稻秸秆可收集资源量为20.1万～30.0万t的产粮大县有14个，包括凤阳县、宣城市、肥西县、枞阳县、怀远县、巢湖市、凤台县、南陵县、来安县、全椒县、宿松县、舒城县、和县及明光市，其水稻秸秆可收集资源量总占比为33.6%。

2.2.3 玉米秸秆可收集资源量空间分布特征

2019年安徽省玉米秸秆主要集中分布于淮北区，玉米秸秆可收集资源量最高的产粮大县为蒙城县（52.0万t）和利辛县（44.3万t），为30.1万～40.0万t的县市有灵璧县（37.2万t）、宿州市（37.0万t）、临泉县（32.0 万t）和阜阳市（30.1万t），这6个产粮大县的玉米秸秆可收集资源量占全省产粮大县玉米秸秆可收集资源总量的42.9%；玉米秸秆可收集资源量为20.1万～30.0万t的产粮大县有7个：濉溪县（29.2万t）、萧县（28.4万t）、固镇县（22.9万t）、涡阳县（22.5万t）、亳州市（22.0 万t）、怀远县（21.6万t）和泗县（20.8万t），这些县市的玉米秸秆可收集资源量占比为30.9%。

2.2.4 主要产粮大县麦稻玉米秸秆可收集资源总量

从2019年安徽省各产粮大县麦稻玉米三种作物秸秆可收集资源总量来看，100.0万t以上的县市有7个：寿县（135.9万t）、霍邱县（130.2万t）、蒙城县（126.8 万t）、宿州市（113.1万t）、利辛县（112.5万t）、怀远县（102.4 万t）和濉溪县（101.1万t），这些地区的3种粮食作物秸秆可收集资源总量占全省产粮大县主要粮食作物秸秆可收集资源总量的比例为28.1%；70.1万～100.0 万t的产粮大县包括涡阳县（98.4万t）、定远县（90.6 万t）、灵璧县（89.5万t）、六安市（88.2万t）、临泉县（87.9万t）、颍上县（80.0万t）、阜阳市（77.4 万t）、阜南县（74.1万t）、太和县（73.8万t）和亳州市（72.7 万t），这10个县市的3种作物秸秆可收集资源量占比为28.5%；50.1万～70.0万t的产粮大县有8个：泗县（69.2 万t）、天长市（66.1万t）、萧县（64.8万t）、凤阳县（63.8万t）、庐江县（57.6万t）、固镇县（52.6万t）、明光市（51.9万t）和五河县（51.5万t），总占比为16.3%。

2.2.5 单位播种面积小麦秸秆可收集资源量

2019年安徽省单位播种面积小麦秸秆可收集资源量为6 001～6 500 kg/hm2的产粮大县包括濉溪县、界首市、蒙城县、利辛县、涡阳县及太和县（图3），这些地区的小麦播种面积占全省产粮大县小麦总播种面积的22.1%；为5 001～5 500 kg/hm2的县市有凤台县、阜阳市、临泉县、固镇县、颍上县、宿州市和阜南县，这些产粮大县的小麦播种面积占比为23.3%；为4 501～5 000 kg/hm2的有怀远县、五河县、萧县、凤阳县、灵璧县、天长市、泗县和砀山县，其小麦播种面积占比为23.2%。小麦主产区淮北区各产粮大县单位播种面积小麦秸秆可收集资源量为4 505～6 310 kg/hm2。

2.2.6 单位播种面积水稻秸秆可收集资源量

2019年安徽省绝大多数产粮大县的单位播种面积水稻秸秆可收集资源量位于4 501～5 000 kg/hm2这一区间，如寿县、桐城市、和县、庐江县、池州市、来安县、五河县、六安市、凤阳县、郎溪县、巢湖市、泗县、宣城市、霍邱县、潜山市、定远县、肥东县、天长市、长丰县、怀远县、枞阳县和太湖县，上述22个县市的水稻播种面积占全省产粮大县水稻总播种面积的69.3%；当涂县、肥西县、颍上县、南陵县、望江县、舒城县、宿松县和广德市的单位播种面积水稻秸秆可收集资源量为5 001～5 500 kg/hm2，其水稻总播种面积占比为14.7%。水稻主产区江淮区、皖西区和沿江区各产粮大县单位播种面积水稻秸秆可收集资源量分别为4 487～5 326、4 570～5 028和4 329～5 778 kg/hm2。

2.2.7 单位播种面积玉米秸秆可收集资源量

2019年安徽省单位播种面积玉米秸秆可收集资源量为4 501～5 000 kg/hm2的产粮大县的玉米总播种面积占比为46.2%，包括利辛县、肥东县、界首市、涡阳县、池州市、五河县、固镇县、临泉县、阜南县、颍上县、长丰县、濉溪县和宿州市；郎溪县、蒙城县、太湖县、宿松县、宣城市、凤台县、阜阳市、太和县、六安市、亳州市、潜山市和无为市这些县市的单位播种面积玉米秸秆可收集资源量为5 001～5 500 kg/hm2，其玉米总播种面积占比为22.5%；砀山县、泗县、灵璧县、东至县、舒城县、萧县、巢湖市、和县、怀远县、来安县、寿县和肥西县这些产粮大县的单位播种面积玉米秸秆可收集资源量位于4 001～4 500 kg/hm2这一区间，其玉米总播种面积占比为25.3%。玉米主产区淮北区各产粮大县单位播种面积玉米秸秆可收集资源量为4 171～5 395 kg/hm2。

2.3 安徽省产粮大县麦稻玉米秸秆还田养分输入量

2.3.1 麦稻玉米秸秆养分资源总量

2019年安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆氮（N）养分资源总量为25.3万t，其中小麦秸秆氮（N）养分资源量为10.6万t（42.0%），水稻秸秆氮（N）养分资源量为9.1万t（36.1%），玉米秸秆氮（N）养分资源量为5.6万t（21.9%）；三大粮食作物秸秆磷（P2O5）养分资源总量为10.9万t，其中来自小麦、水稻和玉米秸秆的磷（P2O5）养分资源量分别为4.2万、4.5万和2.2万t，所占比例分别为38.5%、41.4%和20.1%；三大粮食作物秸秆钾（K2O）养分资源总量为90.1万t，小麦、水稻和玉米秸秆钾（K2O）养分资源量分别为41.5万、36.5万和12.1万t，占比分别为46.1%、40.4%和13.5%。

2.3.2 小麦秸秆养分资源分布

2019年宿州市、涡阳县、蒙城县、濉溪县和利辛县的小麦秸秆氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分资源量居于前列（图4），分别为0.54～0.60、0.21～0.24和2.11～2.36万t，总占比为27.3%；太和县、临泉县、怀远县、灵璧县、亳州市和寿县的小麦秸秆氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分资源量分别为0.40～0.47、0.16～0.19和1.55～1.84万t，总占比为24.2%；颍上县、泗县、阜阳市、霍邱县、阜南县、萧县和定远县的分别为0.29～0.38、0.11～0.15和1.12～1.48万t，总占比为22.4%。

2.3.3 水稻秸秆养分资源分布

2019年寿县、霍邱县和六安市的水稻秸秆养分资源最为丰富，其秸秆氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分资源量分别为0.62～0.74、0.30～0.36和2.46～2.94万t，总占比为22.8%；其次为定远县和庐江县，占比分别为4.6%和4.3%；天长市、肥东县、长丰县、无为市、凤阳县、宣城市和肥西县的水稻秸秆氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分资源量分别为0.25～0.32、0.12～0.16和1.00～1.27万t，总占比为21.7%；枞阳县、怀远县、巢湖市、凤台县、南陵县、来安县和全椒县这些产粮大县的水稻秸秆氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分资源量分别为0.20～0.24、0.10～0.12和0.81～0.96万t，总占比为16.7%。

2.3.4 玉米秸秆养分资源分布

2019年安徽省玉米秸秆养分资源集中分布在淮北区域，其中蒙城县、利辛县、灵璧县和宿州市这4个产粮大县的玉米秸秆氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分资源量分别为0.38～0.53、0.15～0.21和0.83～1.16万t，总占比为31.4%；临泉县、阜阳市、濉溪县、萧县、固镇县、涡阳县、亳州市、怀远县、泗县和阜南县的分别为0.20～0.33、0.08～0.13和0.44～0.72万t，总占比为45.9%。

2.3.5 小麦秸秆还田养分输入量

在秸秆就地全量还田情景下，2019年安徽省不同产粮大县小麦、水稻和玉米秸秆还田的养分输入量如表2所示。单位播种面积小麦秸秆全量还田养分输入量较高的产粮大县的分布范围与安徽省小麦主产区域基本上是重合的，淮北区和江淮区居于前列，其中淮北区小麦秸秆还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为35.8～50.1、14.1～19.8和139.8～195.8 kg/hm2，濉溪县、界首市、蒙城县、利辛县、涡阳县和太和县这些地区分别高达48.7～50.1、19.2～19.8和190.1～195.8 kg/hm2，其小麦播种面积占产粮大县小麦总播种面积的22.1%；江淮区的凤阳县、天长市、全椒县、来安县、明光市、寿县和定远县小麦秸秆还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为34.0～38.2、13.4～15.1和132.7～149.3 kg/hm2，其总播种面积占比为16.1%。

2.3.6 水稻秸秆还田养分输入量

2019年安徽省淮北区产粮大县单位播种面积水稻秸秆全量还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为29.9～49.9、14.8～24.6和119.3～199.1 kg/hm2，江淮区的分别为39.4～46.8、19.4～23.1和157.1～186.5 kg/hm2，沿江区的分别为38.0～50.8、18.8～25.0和151.6～202.3 kg/hm2，皖西区和皖南区这两个区域单位播种面积水稻秸秆全量还田的氮（N）、磷（P2O5）及钾（K2O）养分输入量较为接近，皖西区的分别为40.1～44.2、19.8～21.8和160.0～176.1 kg/hm2，皖南区的分别为41.1～44.4、20.3～21.9和163.8～177.1 kg/hm2。总体来看，沿江区产粮大县水稻秸秆全量还田的养分输入量较高。从各产粮大县单位播种面积水稻秸秆全量还田的养分输入量来看，无为市、凤台县、含山县、当涂县和肥西县居于前列，水稻秸秆全量还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为46.8～50.8、23.1～25.0和186.5～202.3 kg/hm2，这些地区的水稻播种面积占全省产粮大县水稻总播种面积的9.8%；明光市、全椒县、怀宁县、东至县、阜南县、固镇县和蒙城县这些地区水稻秸秆全量还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量相对较低，分别为29.9～39.5、14.8～19.5和119.3～157.3 kg/hm2，其总播种面积占比为10.1%；其余大部分产粮大县的分别为40.1～44.8、19.8～22.1和160.0～178.4 kg/hm2。

表2 2019年安徽省各产粮大县麦稻玉米秸秆还田的养分输入量

2.3.7 玉米秸秆还田养分输入量

2019年安徽省玉米主产区淮北区产粮大县单位播种面积玉米秸秆全量还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为42.7～55.2、16.9～21.8和93.4～120.9 kg/hm2，其中蒙城县、阜阳市、太和县、亳州市和利辛县在淮北区居于前列，这些地区单位播种面积玉米秸秆全量还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为51.2～55.2、20.2～21.8和112.0～120.9 kg/hm2，其玉米总播种面积占全省产粮大县玉米总播种面积的27.7%。总体上来看，江淮区大部分产粮大县单位播种面积玉米秸秆全量还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为36.1～50.7、14.2～20.0及78.9～110.9 kg/hm2。

3 讨 论

3.1 作物草谷比和秸秆养分含量的选取

作物草谷比是影响秸秆产量估算结果是否准确的重要参数。本研究所采用的草谷比由何萍等[18]基于大量田间试验数据分析得到，具有较强的代表性和较高的可信度，其中小麦、水稻和夏玉米草谷比分别为1.17（=4 755）、1.00（=1 512）和1.04（=4 873）。王青等[19]在2010年左右对安徽沿淮和淮北地区24个小麦主推品种进行研究得到的小麦草谷比为1.29。安徽与邻省江苏同属长江中下游农区，农业气候条件相似。顾克军等[20]于2012—2013年度对江苏17个半冬性小麦主栽品种调研得出的小麦草谷比为1.38（255个样点）。本研究中使用的小麦草谷比略低于上述研究结果。顾克军等[21]以江苏省 23个主要水稻品种为供试材料发现水稻草谷比（0.98～1.03）在不同品种间差异较小。多数研究显示中国水稻草谷比为1.0左右[22]。本研究采用的水稻草谷比数值与相关研究基本一致。左旭等[23]对326个有效玉米草谷比数据进行系统考证获取的玉米草谷比平均值为1.09。霍丽丽等[24]通过文献调研发现近年来中国玉米秸秆草谷比呈逐渐降低趋势，而其在2018—2019年期间对玉米种植面积较大的9个省（黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、河南、山东、江苏、陕西）的124个玉米秸秆样本实测得到的玉米草谷比为0.84。程乙等[25]于2016年对黄淮海区域390 个玉米品种进行研究发现，不同产量水平下玉米草谷比有相应的差异，在产量水平为<7.0、7.0～8.0、8.0～9.0 t/hm2的情况下，其草谷比分别为1.01、0.93和0.86，也就是随着玉米产量水平提高玉米草谷比逐渐下降。安徽省玉米主产区域淮北区处于黄淮海平原南端，2019年这一区域产粮大县玉米产量水平为5.3 t/hm2，与周边省份（山东6.6 t/hm2、江苏6.2 t/hm2、河南5.9 t/hm2、河北5.8 t/hm2）[26]相比偏低；按照程乙等[25]的研究结果推算的话，该区域玉米草谷比应为1.01，这与本研究中采用的数值（1.04）非常接近。目前基于大样本资料对中国主要粮食作物秸秆养分含量进行总结分析的文献较少，车升国等[27-28]对大量文献数据进行统计的结果显示：黄淮海冬麦区（包括安徽北部）小麦秸秆氮（N）及磷（P）含量分别为5.6 g/kg（=1 423）和0.9 g/kg（=486），与何萍等[18]总结得到的相应数据5.8 g/kg（=4 336）和1.0 g/kg（=3 591）较为接近，这也从侧面反映了本研究采用的相关参数可信度较高。

3.2 安徽省作物秸秆时空分异特征分析

安徽省作为典型的农业大省，其小麦和水稻秸秆产量在全国农作物秸秆资源总量中占有一席之地[29]。近年来安徽省产粮大县麦稻玉米三大粮食作物秸秆总产量呈现出逐步增长的趋势，与2011年相比，2019年小麦、水稻和玉米秸秆产量的增加量分别为288万、92万和226 万t，由此可看出小麦和玉米秸秆对产粮大县主要粮食作物秸秆资源增量的贡献较大。2019年安徽省产粮大县的小麦、水稻和玉米产量分别为1 567万、1 407万和613万t，占比分别为44%、39%和17%，由于小麦的草谷比（1.17）高于玉米草谷比（1.04）和水稻草谷比（1.00），致使小麦秸秆在秸秆总量中的占比上升了4%，而水稻秸秆占比有所下降。从2019年不同类型作物秸秆产量在总量中所占的比例来看，小麦和水稻秸秆为安徽省产粮大县秸秆资源的主要构成部分，两者占比分别为47%和36%，玉米秸秆的占比相对较低，为15%左右。3种粮食作物秸秆产量的年际变化趋势各不相同，2011—2019年期间安徽省产粮大县的水稻秸秆产量较为稳定，年际间仅有小幅波动，这是由于水稻播种面积以及单位播种面积水稻产量均相对稳定，所以水稻秸秆产量变动幅度不大。安徽省产粮大县的小麦播种面积从2011—2017年的235万hm2左右增加到2018—2019年的270万hm2左右，增加幅度为15%，而单位播种面积小麦产量先升后降，2011和2019年的小麦产量水平基本相当，总体来看2011—2019年期间产粮大县的小麦秸秆产量缓慢增加。近年来安徽省产粮大县玉米播种面积呈现出先快速增加后逐渐稳定的趋势，同时单位播种面积玉米产量从2011—2017年的4.6 t/hm2增加到2018—2019年的5.3 t/hm2，所以2011—2019年期间玉米秸秆产量及其占比增长幅度较大，分别从2011年的412万t和13%增加到2019年的638万t和16%。从不同种类作物秸秆资源的大致分布来看，小麦和玉米秸秆的区域集聚特征非常明显，这两种作物秸秆主要集中在淮北区域（占比分别为75%和90%左右），同时淮北区各产粮大县单位播种面积小麦秸秆可收集资源量也居于全省前列，而单位播种面积玉米秸秆可收集资源量处于中等水平，单位播种面积作物秸秆可收集资源量主要由作物产量水平所决定。与小麦和玉米秸秆的集中分布特征不同的是，安徽省产粮大县水稻秸秆资源的分布相对较分散，全省水稻秸秆主要产自中部地区的江淮区、皖西区和沿江区，上述三个农区的水稻秸秆资源占比分别为40%、20%和20%左右；另外，水稻秸秆主产区各产粮大县单位播种面积水稻秸秆可收集资源量相差不大。安徽省产粮大县不同种类作物秸秆资源的区域分布特征是由各地区的种植制度差异所导致的。在淮北区，冬小麦-夏玉米轮作制度居于主导地位，因此该区域小麦和玉米秸秆资源丰富。江淮区、皖西区及沿江区为全省水稻主产区，耕作制度为水稻-小麦、水稻-油菜水旱两熟轮作或双季稻两熟轮作，相应地，水稻秸秆也主要产自这3个区域。

3.3 安徽省秸秆还田相关政策及标准

近年来为推动全省农作物秸秆资源综合利用，安徽省人民政府出台多项相关政策，构建了相对较为完整的政策体系，并在秸秆还田方面不断强化政策引导和扶持。2014年，安徽省人民政府办公厅发布《关于转发省农委省财政厅农作物秸秆还田实施意见的通知》（皖政办秘〔2014〕174号），这份实施意见针对秸秆还田从作物收割、秸秆还田和下茬作物播种各个环节细化了小麦、水稻、玉米等作物秸秆直接还田模式。2015年，安徽省人民政府办公厅出台《关于进一步做好秸秆禁烧和综合利用工作的通知》（皖政办〔2015〕20号），在其中提出积极推进秸秆还田，开展水稻、小麦秸秆全量粉碎还田农机农艺配套技术等研究与示范，同时加大对配套秸秆还田专业机具的叠加补贴力度。2017年，安徽省人民政府办公厅发布《关于大力发展以农作物秸秆资源利用为基础的现代环保产业的实施意见》（皖政〔2017〕29号），强调要不断优化秸秆还田利用体系，包括改进还田方式、提升还田服务水平以及推广还田配套技术，还提出加强小麦赤霉病等病害流行发生规律研究。2018年，安徽省人民政府办公厅印发《安徽省农作物秸秆综合利用三年行动计划（2018—2020年）》等文件（皖政办〔2018〕36号），提出要规范全省秸秆机械化还田技术路线，推进农机装备、农业技术、农业信息化在秸秆还田中的集成应用。目前安徽省相关单位针对小麦-玉米和水稻-小麦这两种主要轮作制度下的秸秆还田，已制定、发布和实施多项地方标准（表3），用于指导秸秆还田规范作业及肥料合理配施，这将有助于推进农艺农机农信深度融合，进而实现作物产量和耕地质量的协同提升。

表3 安徽省现行的秸秆还田相关标准

3.4 秸秆还田需注意的问题及建议

安徽省农业农村厅发布的《2020年安徽省耕地质量监测报告》显示，全省耕地土壤有机质平均含量为20.7 g/kg，处于中等水平，土壤有机质含量小于20 g/kg的耕地面积占比为43%。由此可见，安徽省耕地土壤有机质含量仍有较大的提升空间。大量研究表明，秸秆还田可增加土壤有机质含量[30]，进而增强土壤的可持续生产能力，在提高作物产量的同时可保证产量稳定性[31]。因此，对安徽省来说秸秆还田应作为培肥地力的一项重要举措推广应用。需要注意的是，短期内秸秆还田的增产效应不明显，在有些情况下会对整地播种质量以及幼苗素质产生负面影响，而农户又难以直观感受到秸秆还田后耕地肥力的提升。相关研究还表明，秸秆还田可能会在一定程度上加重作物病害[32-33]。安徽省农业科学院在《关于安徽省主要农作物秸秆还田研究的报告》[34]中指出：秸秆还田会加重土传病害的发生，小麦-玉米轮作秸秆还田下玉米病虫害株数增加幅度为50%左右，水稻-小麦轮作秸秆还田下小麦赤霉病和纹枯病的病情指数分别是不还田的3.9和5.0倍。这些因素都在一定程度上影响了农户对秸秆还田的接受度。研究表明，高量秸秆还田对作物出苗质量的不良影响可通过配套适宜的耕作方式得到缓解[35]。随着还田年数的增加，水稻秸秆还田对小麦出苗率和幼苗质量的不利影响也会逐渐减弱[36]。而且秸秆还田对作物产量提升效果以及化学养分替代作用会随着秸秆还田年限的延长逐步显现[37-39]。从长远来看，秸秆还田的利大于弊，各地农技推广部门应基于相关研究结果向农户做出客观的解释和宣传，并针对当地秸秆还田存在的问题提供简便可行的解决方案，以消除农户的疑虑。秸秆中蕴含较为丰富的氮磷钾等作物必需养分元素，秸秆还田可增加土壤养分库容量及有机质含量，从而有望降低作物生产对化学养分的依赖性。本研究测算了安徽省各产粮大县秸秆就地还田对土壤养分输入的贡献，也许能为秸秆还田情景下的农田养分优化管理提供更加精准的数据参考。但目前安徽省秸秆还田在不同轮作制度以及高中低土壤肥力条件下的具体养分可替代量仍不明确，建议今后一段时间在典型区域开展较为系统的定位联网试验，科学地提出不同区域秸秆还田条件下的化学养分最佳替代率，因地制宜地构建和完善基于秸秆还田的化肥配施技术体系，并集成促进还田秸秆腐解和养分释放的耕作方式与营养调控技术[40-43]，提高秸秆养分资源的循环利用和化肥替代水平，优化施肥结构，助力耕地质量提升和农业绿色发展。从2017年开始，安徽省每年设立一些农作物秸秆综合利用试点县，试点县项目申报的指导思想为：以绿色生态为导向，以秸秆综合利用和地力培肥为主要手段，以耕地质量提升为目标；向粮食生产大县及皖北地区倾斜。纵观2017 —2021年安徽省发布的中央财政农作物秸秆综合利用试点县名单，可以看出试点县主要分布在淮北区。秸秆综合利用试点工作的深入开展有望总结出一些可复制模式，进而起到示范引领作用。江淮区为全省水稻秸秆主产区，而在这一区域设立的农作物秸秆综合利用试点县偏少，今后可考虑适当倾斜，以进一步推动水稻秸秆的高效利用。

4 结 论

1）2011—2019年期间安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆理论产量稳步增长，从2011年的3 272万t增加至2019 年的3 878万t，其中小麦、水稻和玉米秸秆理论产量分别为1 833万t（47.3%）、1 407万t（36.3%）和638 万t（16.4%）。全省不同类型秸秆资源分布具有明显的区域特征，其中小麦秸秆主要产自淮北区（73.0%）和江淮区（17.7%），水稻秸秆主要分布在江淮区（41.7%）、皖西区（21.3%）和沿江区（19.7%），玉米秸秆集中分布在淮北区（88.3%）。

2）2019年安徽省产粮大县小麦、水稻和玉米秸秆可收集资源量分别为1 338万、1 041万和542万t。小麦秸秆可收集资源量为4 501～5 000、5 001～5 500、6 001～6 500 kg/hm2的产粮大县的小麦播种面积占比分别为23.2%、23.3%和22.1%。水稻秸秆可收集资源量为4 501～5 000、5 001～5 500 kg/hm2的产粮大县的面积占比分别为69.3%和14.7%。玉米秸秆可收集资源量为4 001～4 500、4 501～5 000、5 001～5 500 kg/hm2的产粮大县的播种面积占比分别为25.3%、46.2%和22.5%。小麦、水稻和玉米秸秆可收集资源量为4 501～5 500 kg/hm2的产粮大县的相应作物播种面积占比分别为46.5%、84.0%和68.7%。

3）2019年安徽省产粮大县小麦秸秆氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）养分资源量分别为10.6万、4.2万和41.5万t，水稻秸秆养分产量分别为9.1万、4.5万和36.5 万t，玉米秸秆养分产量分别为5.6万、2.2万和12.1 万t。小麦和玉米主产区淮北区小麦秸秆还田的氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）养分输入量分别为35.8～50.1、14.1～19.8和139.8～195.8 kg/hm2，玉米秸秆还田的养分输入量分别为42.7～55.2、16.9～21.8和93.4～120.9 kg/hm2。水稻主产区江淮区水稻秸秆还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为39.4～46.8、19.4～23.1和157.1～186.5 kg/hm2，皖西区的分别为40.1～44.2、19.8～21.8和160.0～176.1 kg/hm2，沿江区的分别为38.0～50.8、18.8～25.0和151.6～202.3 kg/hm2。

[1] 丛宏斌，姚宗路，赵立欣，等. 中国农作物秸秆资源分布及其产业体系与利用路径[J]. 农业工程学报，2019，35(22)：132-140.

Cong Hongbin, Yao Zonglu, Zhao Lixin, et al. Distribution of crop straw resources and its industrial system and utilization path in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(22): 132-140. (in Chinese with English abstract)

[2] 王红彦，王飞，孙仁华，等. 国外农作物秸秆利用政策法规综述及其经验启示[J]. 农业工程学报，2016，32(16)：216-222.

Wang Hongyan, Wang Fei, Sun Renhua, et al. Policies and regulations of crop straw utilization of foreign countries and its experience and inspiration for China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(16): 216-222. (in Chinese with English abstract)

[3] 刘晓永，李书田. 中国秸秆养分资源及还田的时空分布特征[J]. 农业工程学报，2017，33(21)：1-19.

Liu Xiaoyong, Li Shutian. Temporal and spatial distribution characteristics of crop straw nutrient resources and returning to farmland in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(21): 1-19. (in Chinese with English abstract)

[4] Wang J H, Wang X J, Xu M G, et al. Crop yield and soil organic matter after long-term straw return to soil in China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2015, 102(3): 371-381.

[5] Ding W C, Xu X P, He P, et al. Improving yield and nitrogen use efficiency through alternative fertilization options for rice in China: A meta-analysis[J]. Field Crops Research, 2018, 227: 11-18.

[6] Zhao X, Liu B Y, Liu S L, et al. Sustaining crop production in China's cropland by crop residue retention: A meta-analysis[J]. Land Degradation & Development, 2019, 31(6): 694-709.

[7] Yin H J, Zhao W Q, Li T, et al. Balancing straw returning and chemical fertilizers in China: Role of straw nutrient resources[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2018, 81: 2695-2702.

[8] Jin Q F, Ma X Q, Wang G Y, et al. Dynamics of major air pollutants from crop residue burning in mainland China, 2000-2014[J]. Journal of Environmental Sciences, 2018, 70: 190-205.

[9] 张鑫，李菁园，孟凡乔，等. 桓台县冬小麦和夏玉米秸秆长期还田的生态效益分析[J]. 生态学报，2020，40(12)：4157-4168.

Zhang Xin, Li Jingyuan, Meng Fanqiao, et al. Ecological impacts of winter wheat and summer maize straw incorporation in Huantai County, Shandong Province[J]. Acta Ecologica Sinica, 2020, 40(12): 4157-4168. (in Chinese with English abstract)

[10] Jia W, Qin W, Zhang Q, et al. Evaluation of crop residues and manure production and their geographical distribution in China[J]. Journal of Cleaner Production, 2018, 188: 954-965.

[11] 宋大利，侯胜鹏，王秀斌，等. 中国秸秆养分资源数量及替代化肥潜力[J]. 植物营养与肥料学报，2018，24(1)：1-21.

Song Dali, Hou Shengpeng, Wang Xiubin, et al. Nutrient resource quantity of crop straw and its potential of substituting[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(1): 1-21. (in Chinese with English abstract)

[12] 孙建飞，郑聚锋，程琨，等. 基于可收集的秸秆资源量估算及利用潜力分析[J]. 植物营养与肥料学报，2018，24(2)：404-413.

Sun Jianfei, Zheng Jufeng, Cheng Kun, et al. Estimate of the quantity of collectable straw resources and competitive utilization potential[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(2): 404-413. (in Chinese with English abstract)

[13] 李胜男，纪雄辉，邓凯，等. 区域秸秆资源分布及全量化利用潜力分析[J]. 农业工程学报，2020，36(12)：221-228.

Li Shengnan, Ji Xionghui, Deng Kai, et al. Analysis of regional distribution patterns and full utilization potential of crop straw resources[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(12): 221-228. (in Chinese with English abstract)

[14] 张正斌，段子渊，徐萍，等. 安徽省粮食安全及现代农业发展战略[J]. 中国生态农业学报，2016，24(9)：1161-1168.

Zhang Zhengbin, Duan Ziyuan, Xu Ping, et al. Development strategy for food security and modern agriculture in Anhui Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2016, 24(9): 1161-1168. (in Chinese with English abstract)

[15] 中华人民共和国国家统计局. 中国统计年鉴2020[M]. 北京：中国统计出版社，2020.

[16] 李晖，戴明威，戴顺利，等. 2010—2015年安徽省粮食作物秸秆的时空分布特征和资源评价[J]. 安徽农业大学学报，2018，45(2)：282-287.

Li Hui, Dai Mingwei, Dai Shunli, et al. A comprehensive analysis of crop straw resources in Anhui Province from 2010 to 2015[J]. Journal of Anhui Agricultural University, 2018, 45(2): 282-287. (in Chinese with English abstract)

[17] 程文龙，韩上，李敏，等. 主要农作物秸秆养分资源现状及其肥料替代潜力分析：以安徽省为例[J]. 中国生态农业学报，2020，28(11)：1789-1798.

Cheng Wenlong, Han Shang, Li Min, et al. Current situation of the main crop straw nutrient resources and the substitute potential of crop straw for chemical fertilizer: A case study of Anhui Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(11): 1789-1798. (in Chinese with English abstract)

[18] 何萍，徐新朋，周卫，等. 基于产量反应和农学效率的作物推荐施肥方法[M]. 北京：科学出版社，2018.

[19] 王青，赵莉，何贤芳，等. 安徽沿淮和淮北地区小麦穗粒重研究[J]. 麦类作物学报，2012，32(2)：320-325.

Wang Qing, Zhao Li, He Xianfang, et al. Study on wheat grain weight per spike in the area of Huaibei Region of Anhui Province[J]. Journal of Triticeae Crops, 2012, 32(2): 320-325. (in Chinese with English abstract)

[20] 顾克军，许博，顾东祥，等. 江苏省小麦草谷比及麦秸垂直空间分布特征[J]. 生态与农村环境学报，2015，31(2)：249-255.

Gu Kejun, Xu Bo, Gu Dongxiang, et al. Straw/grain ratio of wheat and vertical distribution of wheat straw in Jiangsu Province[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2015, 31(2): 249-255. (in Chinese with English abstract)

[21] 顾克军，张斯梅，许博，等. 江苏省水稻秸秆资源量及其可收集量估算[J]. 生态与农村环境学报，2012，28(1)：32-36.

Gu Kejun, Zhang Simei, Xu Bo, et al. Estimation of total yield and collectable amount of rice straw in Jiangsu Province[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2012, 28(1): 32-36. (in Chinese with English abstract)

[22] 李廷亮，王宇峰，王嘉豪，等. 我国主要粮食作物秸秆还田养分资源量及其对小麦化肥减施的启示[J]. 中国农业科学，2020，53(23)：4835-4854.

Li Tingliang, Wang Yufeng, Wang Jiahao, et al. Nutrient resource quantity from main grain crop straw incorporation and its enlightenment on chemical fertilizer reduction in wheat production in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(23): 4835-4854. (in Chinese with English abstract)

[23] 左旭，王红彦，王亚静，等. 中国玉米秸秆资源量估算及其自然适宜性评价[J]. 中国农业资源与区划，2015，36(6)：5-10，29.

Zuo Xu, Wang Hongyan, Wang Yajing, et al. Estimation and suitability evaluation of corn straw resources in China[J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2015, 36(6): 5-10, 29. (in Chinese with English abstract)

[24] 霍丽丽，赵立欣，姚宗路，等. 中国玉米秸秆草谷比及其资源时空分布特征[J]. 农业工程学报，2020，36(21)：227-234.

Huo Lili, Zhao Lixin, Yao Zonglu, et al. Difference of the ratio of maize stovers to grain and spatiotemporal variation characteristics of maize stovers in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(21): 227-234. (in Chinese with English abstract)

[25] 程乙，刘鹏，刘玉文，等. 黄淮海区域现代夏玉米品种产量与养分吸收规律[J]. 作物学报，2019，45(11)：1699-1714.

Cheng Yi, Liu Peng, Liu Yuwen, et al. Regulation of grain yield and nutrient absorption of modern summer maize varieties in the Yellow-Huaihe-Haihe Rivers region[J]. Acta Agronomica Sinica, 2019, 45(11): 1699-1714. (in Chinese with English abstract)

[26] 中华人民共和国国家统计局. 中国统计年鉴2020[M]. 北京：中国统计出版社，2020.

[27] 车升国，袁亮，李燕婷，等. 我国主要麦区小麦氮素吸收及其产量效应[J]. 植物营养与肥料学报，2016，22(2)：287-295.

Che Shengguo, Yuan Liang, Li Yanting, et al. N uptake and yield response of wheat in main wheat production regions of China[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2016, 22(2): 287-295. (in Chinese with English abstract)

[28] 车升国，袁亮，李燕婷，等. 我国主要麦区小麦产量形成对磷素的需求[J]. 植物营养与肥料学报，2016，22(4)：869-876.

Che Shengguo, Yuan Liang, Li Yanting, et al. Phosphorous requirement for yield formation of wheat in main wheat production regions of China[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2016, 22(4): 869-876. (in Chinese with English abstract)

[29] 柴如山，安之冬，马超，等. 我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量及还田替代钾肥潜力[J]. 植物营养与肥料学报，2020，26(2)：201-211.

Chai Rushan, An Zhidong, Ma Chao, et al. Potassium resource quantity of main grain crop straw and potential for straw incorporation to substitute potassium fertilizer in China[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(2): 201-211. (in Chinese with English abstract)

[30] 王旭东，庄俊杰，刘冰洋，等. 秸秆还田条件下中国农田土壤有机碳含量变化及其影响因素的Meta分析[J]. 中国农业大学学报，2020，25(8)：12-24.

Wang Xudong, Zhuang Junjie, Liu Bingyang, et al. Residue returning induced changes in soil organic carbon and the influential factors in China's croplands: A meta-analysis[J]. Journal of China Agricultural University, 2020, 25(8): 12-24. (in Chinese with English abstract)

[31] 王婷，丁宁平，李利利，等. 化肥与有机肥或秸秆配施提高陇东旱塬黑垆土上作物产量的稳定性和可持续性[J]. 植物营养与肥料学报，2019，25(11)：1817-1826.

Wang Ting, Ding Ningping, Li Lili, et al. Combining chemical fertilizer with organic manure or straw increase the yield stability and sustainability of maize and wheat in Loess Plateau of east Gansu Province[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2019, 25(11): 1817-1826. (in Chinese with English abstract)

[32] 胡蓉，郑露，刘浩，等. 秸秆还田对水稻根际微生物多样性和水稻纹枯病发生的影响[J]. 植物保护学报，2020，47(6)：1261-1269.

Hu Rong, Zheng Lu, Liu Hao, et al. Effects of straw returning on microbial diversity in rice rhizosphere and occurrence of rice sheath blight[J]. Journal of Plant Protection, 2020, 47(6): 1261-1269. (in Chinese with English abstract)

[33] 赵绪生，齐永志，闫翠梅，等. 小麦、玉米两熟秸秆还田土壤中6种有机酸对小麦纹枯病的化感作用[J]. 中国农业科学，2020，53(15)：3095-3107.

Zhao Xusheng, Qi Yongzhi, Yan Cuimei, et al. Allelopathy of six organic acids on wheat sheath blight in the soil of winter wheat-summer maize double cropping straw returning system[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(15): 3095-3107. (in Chinese with English abstract)

[34] 安徽省农业科学院. 关于安徽省主要农作物秸秆还田研究的报告[EB/OL]. [2020-11-02]，http: //www. aaas. org. cn/4302994/15232340. html.

[35] 申冠宇，杨习文，周苏玫，等. 土壤耕作技术对小麦出苗质量、根系功能及粒重的影响[J]. 中国农业科学，2019，52(12)：2042-2055.

Shen Guanyu, Yang Xiwen, Zhou Sumei, et al. Impacts of soil tillage techniques on seedling quality, root function and grain weight in wheat[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(12): 2042-2055. (in Chinese with English abstract)

[36] 张莀茜，杭雅文，李福建，等. 稻秸还田年数和氮肥运筹对小麦出苗和幼苗形态及生理特性的影响[J]. 核农学报，2020，34(8)：1805-1813.

Zhang Chenxi, Hang Yawen, Li Fujian, et al. Effects of rice straw returning and nitrogen fertilizer on seedling emergence and morphological and physiological characteristics of wheat[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2020, 34(8): 1805-1813. (in Chinese with English abstract)

[37] 慕平，张恩和，王汉宁，等. 不同年限全量玉米秸秆还田对玉米生长发育及土壤理化性状的影响[J]. 中国生态农业学报，2012，20(3)：291-296.

Mu Ping, Zhang Enhe, Wang Hanning, et al. Effects of continuous straw return to soil on maize growth and soil chemical and physical characteristics[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2012, 20(3): 291-296. (in Chinese with English abstract)

[38] Han X, Xu C, Dungait J A J, et al. Straw incorporation increases crop yield and soil organic carbon sequestration but varies under different natural conditions and farming practices in China: a system analysis[J]. Biogeosciences, 2018, 15(7): 1933-1946.

[39] 张世洁，张刚，王德建，等. 秸秆还田配施氮肥对稻田增产及田面水氮动态变化的影响[J]. 土壤学报，2020，57(2)：435-445.

Zhang Shijie, Zhang Gang, Wang Dejian, et al. Effects of straw returning coupled with application of nitrogen fertilizer on rice yield and dynamics of nitrogen in surface water of paddy field[J]. Acta Pedologica Sinica, 2020, 57(2): 435-445. (in Chinese with English abstract)

[40] 田平，姜英，孙悦，等. 不同还田方式对玉米秸秆腐解及土壤养分含量的影响[J]. 中国生态农业学报，2019，27(1)：100-108.

Tian Ping, Jiang Ying, Sun Yue, et al. Effect of straw return methods on maize straw decomposition and soil nutrients contents[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(1): 100-108. (in Chinese with English abstract)

[41] 李晓韦，韩上，雷之萌，等. 氮素形态对油菜秸秆腐解及养分释放规律的影响[J]. 中国生态农业学报，2019，27(5)：717-725.

Li Xiaowei, Han Shang, Lei Zhimeng, et al. Effects of nitrogen forms on decomposition and nutrient release of rapeseed straw[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(5): 717-725. (in Chinese with English abstract)

[42] 柴如山，王擎运，叶新新，等. 我国主要粮食作物秸秆还田替代化学氮肥潜力[J]. 农业环境科学学报，2019，38(11)：2583-2593.

Chai Rushan, Wang Qingyun, Ye Xinxin, et al. Nitrogen resource quantity of main grain crop straw in China and the potential of synthetic nitrogen substitution under straw returning[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2019, 38(11): 2583-2593. (in Chinese with English abstract)

[43] 马超，周静，朱远芃，等. 秸秆还田配伍腐秆剂对小麦生长发育和肥料利用率的影响[J]. 安徽农业大学学报，2018，45(3)：532-537.

Ma Chao, Zhou Jing, Zhu Yuanpeng, et al. Effects of returning maize straw into field on the growth and nitrogen use efficiency of winter wheat under promoting decay condition[J]. Journal of Anhui Agricultural University, 2018, 45(3): 532-537. (in Chinese with English abstract)

Spatio-temporal variations of wheat, rice and maize straw in major grain-producing counties of Anhui Province and utilization potential of straw nutrient returning to field

Chai Rushan1, Cheng Qipeng1, Chen Xiang2, Luo Laichao1, Ma Chao1, Zhang Liangliang1, Zhang Ligan1, Li Jincai2, Gao Hongjian1※

(1.,//,230036,;2.,,230036,)

Anhui Province of China is one of the most important agricultural production bases with abundant grain crop straw resources. It is necessary to clarify the temporal and regional characteristics of theoretical and crop residues for the differentiated development of fully quantitative utilization in straw sources in major grain-producing counties. Accurate evaluation of utilization potential to straw nutrient resources can essentially contribute to balancing the regulation of soil nutrients under straw returning. In this study, a systematic investigation was made on the spatiotemporal variation of wheat, rice and maize straw in major grain-producing counties of Anhui Province and utilization potential of a straw nutrient return to the field. The result showed that the total output of straw resources presented a slowly rising trend from 2011 to 2019. However, the straw production during 2011-2019 presented significant differences among three major grain crops, where the wheat straw firstly increased and then remained stable, while the rice straw was relatively stable with small fluctuation, and the maize straw showed an outstanding ascending. The theoretical amount of three main grain crop straws were 38.78 million tons in 2019, among which the wheat, rice, and maize straws accounted for 47.3%, 36.3%, and 16.4%, respectively. The wheat straw (73.0%) and maize straw (88.3%) were mainly concentrated in the North area of the Huai River. The rice straw was mainly distributed in the area between the Yangtze and the Huai River (41.7%), Western Anhui Province (21.3%), and the edge area of the Yangtze River (19.7%). The distribution of total straw yields from the three main grain crops in different agricultural areas was ranked as follows: North area of the Huai River (52.5%) ˃ Area between the Yangtze and the Huai River (24.3%) ˃ Western Anhui Province (10.5%) ˃ Edge area of the Yangtze River (9.1%) ˃ Southern Anhui Province (3.6%). The straw resources in 2019 were 13.38, 10.41, and 5.42 million tons for wheat, rice, and maize, respectively. The straw resources per unit sown area in the north area of the Huai River of Anhui Province were 4 505-6 310 and 4 171-5 395 kg/hm2for wheat and maize, respectively. The rice straw per unit sown area were 4 487-5 326, 4 570-5 028, and 4 329-5 778 kg/hm2for the Area between the Yangtze and the Huai River, Western Anhui Province and the Edge area of the Yangtze River, respectively. Furthermore, the contents of N, P2O5,and K2O were 0.253, 0.109, and 0.901 million tons, respectively, for the main grain crop straws in 2019. In the North area of Huai River of Anhui province, the nutrient inputs by wheat straw incorporation were N 35.8-50.1, P2O514.1-19.8, and K2O 139.8-195.8 kg/hm2, respectively, and the nutrient inputs under maize straw return scenario were N 42.7-55.2, P2O516.9-21.8 and K2O 93.4-120.9 kg/hm2, respectively. In the primary rice-growing regions (Area between the Yangtze and the Huai River, Western Anhui Province, and Edge area of the Yangtze River), the soil nutrient inputs from rice straw incorporation were N 38.0-50.8, P2O518.8-25.0, and K2O 151.6-202.3 kg/hm2, respectively. The finding can offer a great practical significance to improve the comprehensive utilization rate of straw resources, and further promote the green and high-quality development of agriculture for major grain-producing counties in Anhui Province of China.

straw; crops; spatio-temporal distribution; straw incorporation; nutrient input; Anhui Province

柴如山，程启鹏，陈翔，等. 安徽省县域麦稻玉米秸秆时空分异特征与还田养分输入量测算[J]. 农业工程学报，2021，37(20)：234-247.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.027 http://www.tcsae.org

Chai Rushan, Cheng Qipeng, Chen Xiang, et al. Spatio-temporal variations of wheat, rice and maize straw in major grain-producing counties of Anhui Province and utilization potential of straw nutrient returning to field[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(20): 234-247. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.027 http://www.tcsae.org

2021-07-19

2021-09-15

中国工程科技发展战略安徽研究院2020年咨询研究项目（2020-05）；安徽省科技重大专项（202103a06020012）；国家自然科学基金项目（32071628）

柴如山，博士，讲师，研究方向为秸秆养分资源高效利用。Email：rschai@ahau.edu.cn

郜红建，博士，教授，研究方向农田养分循环与管理。Email：hjgao@ahau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.027

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1002-6819(2021)-20-0234-14