中国农业生产中的养分平衡与需求研究

摘要

中国化肥消费量大、有机肥资源丰富，但有机肥养分资源数量和还田量以及农田养分的输入、输出时空分布特征尚不明确，各地区农业生产中养分需求和供给不清楚，严重制约养分资源的合理分配和高效利用以及农业的可持续发展。研究区域和国家层面上农田养分投入/产出和平衡以及农业生产对养分的需求，把握不同区域养分资源与利用特点，可为养分资源的科学管理和分配提供战略性对策和依据。本研究采用统计数据和文献资料等，研究了1980～2016年中国秸秆、粪尿等有机肥养分的数量、区域分布和还田量，分析了农田养分投入/产出平衡的时空变化特征和规律，估算了2016年全面平衡施肥场景下我国农业生产的养分需求以及化肥需求和供给差。主要结果如下:
　　1)依据作物产量、草谷比、秸秆还田率和秸秆养分含量，计算不同年代各省秸秆和氮磷钾养分量及其还田利用。结果表明，与1980s相比，2010s全国秸秆及其NPK量（N+P+K）分别增长8577％和104.00％，2010s年均分别为90585.89×104和2502.11×104t，西北诸省、西藏和黑龙江省增幅明显，华北、长江中下游地区、四川盆地以及黑龙江省秸秆及其养分资源占全国2/3以上。与1980s相比，2010s全国秸秆NPK还田量增长2倍多，2010s年均为1783.23×104t，还田率为71.27％，其中N579.14×104t，P106.27×104t和K1097.87×104t，还田率分别为60.70％、77.34％和77.83％。华北、长江中下游地区、四川盆地和黑龙江省的秸秆NPK还田量约占全国的70％。
　　2)基于畜禽年末存栏数、年内出栏数、饲养周期、排泄系数和粪、尿养分含量，计算不同年代各省畜禽粪尿量、粪尿养分及其还田利用。结果表明，与1980s相比，2010s全国畜禽粪尿量及其NPK量(N+P+K)分别增长5335％和6228％,2010s年均分别为423529.66×104（鲜基）和409576×104t，东北地区增幅最大。畜禽粪尿NPK还田量从1980s年均1132.71×104增加到2010s年均1713.33×104t，河南、四川、内蒙古、山东、河北、湖南、新疆、广西、云南和安徽的畜禽粪尿NPK还田量约占全国的55.02％～59.66％。2010s畜禽粪尿N、P和K年均还田量分别为617.99×104、297.81×104和797.53×104t，还田率分别为30.58％、70.75％和48.22％。
　　3)我国有机肥NPK(N+P+K)资源量持续增加，2010s年均达到7797.41×104t，比1980s增加67.11％，东北地区增幅最大，河南、山东、四川、河北、湖南、内蒙古、湖北、云南、江苏和安徽有机肥NPK资源量约占全国的55.21％～57.33％。2010s有机肥N、P和K年均还田量分别为1332.69×104、437.97×104和1929.30×104t，还田率分别为35.00％、61.91％和58.78％。河南、山东、四川、河北、内蒙古、湖南、安徽、江苏、湖北和广东的有机肥NPK还田量约占全国的55.72％～60.82％。
　　4)基于作物产量，单位经济产量吸收养分量和秸秆还田养分量，估算了不同年代各省作物生产中养分移走量。结果表明，与1980s相比，2010s全国农田氮磷钾养分移走量(N+P2O5+K2O)增长7533％，其中N、P2O5和K2O分别增长67.03％、82.59％和84.81％，西北地区增幅最大，2010s年均移走量为3086.90×104t，其中N1497.07×104t，P2O5621.23×104t，K2O968.60×104t，河南、黑龙江、河北、江苏、四川、吉林、安徽、湖北、湖南和广东的农田养分移走量约占全国的55.66％～59.75％。
　　5)通过计算养分的投入（化肥、有机肥）和产出（作物移走量），得出不同年代各省养分表观平衡和偏平衡（PNB，养分移走量/投入量）。结果表明，与1980s相比，2010s全国氮磷钾养分盈余量(N+P2O5+K2O)增长208.23％，东北地区增幅最大，河南、山东、四川、湖北、河北、广西、广东、安徽、湖南、江苏和云南的盈余量占全国的56.23％～64.33％。2010s盈余5284.42×104t，其中N、P2O5和K2O分别盈余2220.36×104t、2002.27×104t和1061.79×104t。1980s到2010s PNB逐渐下降，2010s PNB-N介于0.13～0.87，东北、华北和长江中下游多数省份高于0.37;PNB-P2O5介于0.06～0.41，东北高于0.26，华北和长江中下游多数省份介于0.19～0.29，其他省份低于0.20;PNB-K2O介于0.02～0.85，东北和华北大多数省份高于0.53，其他多数省份介于0.3～0.6。
　　6)按2016年农作物、林地、草地、水产养殖面积和平衡施肥量，全面平衡施肥场景下全国氮磷钾养分(N+P2O5+K2O)的需求量为8441.80×104t，其中N3758.13×104t、P2O5203596×104t和K2O2647.71×104t。粮食作物养分需求量约占全国的41.53％,其次蔬菜/瓜果占21.09％。长江中下游和华北地区的养分需求较大，河南、四川、山东、湖南、广西、河北、云南、湖北、内蒙古和江苏的养分需求量占全国的52.96％。全国化肥消费与需求差为74452×104t，其中N亏缺120.61×104t，P2O5过量474.78×104t，K2O过量390.35×104t，华北地区过量最多，特别是河南、山东、河北过量较多，而西北和西南地区的多数省份化肥投入不足。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 研究背景及目的意义

1．2 农田养分平衡国内外研究进展

1．1．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 农田养分平衡研究方法与参数选择

1．3．2 参数选择

1．4 农业生产中的养分需求

1．5 研究契机

1．6 研究内容与技术路线

第二章 秸秆养分资源及其还田利用

2．1．2 数据来源和参数确定

2．1．3 数据处理

2．2 结果与分析

2．2．1 秸秆及其养分资源时空分布

2．2．2 秸秆还田

2．3 讨论

2．3．2 估算方法和结果与其他研究比较

2．3．3 秸秆养分的有效性

2．3．4 对策和建议

2．4 小结

第三章 畜禽粪尿养分资源及其还田利用

3．1 材料与方法

3．1．2 数据来源和参数确定

3．2 结果与分析

3．2．1 1980-2016年畜禽粪尿资源量

3．2．2 畜禽粪尿资源量时空分布

3．2．3 1980-2016年畜禽粪尿养分资源量

3．2．4 畜禽粪尿养分资源量时空分布

3．2．5 1980-2016年畜禽粪尿养分还田量

3．2．6 畜禽粪尿养分还田量时空分布

3．3 讨论

3．3．2 畜禽粪尿养分还田量

3．3．3 问题及建议

3．4 小结

第四章 人粪尿养分资源及其还田利用

4．1 材料与方法

4．1．2 数据来源和参数确定

4．1．3 数据处理

4．2．1 1980-2016年人粪尿及其养分资源量

4．2．2 人粪尿资源量时空分布

4．2．3 人粪尿养分量时空分布

4．2．4 1980-2016年人粪尿养分还田量

4．2．5 人粪尿养分还田量时空分布

4．3 讨论

4．3．2 问题及建议

4．4 小结

第五章 有机肥养分资源及其还田利用

5．1 材料与方法

5．2．1 1980-2016年有机肥养分资源量

5．2．2 有机肥养分资源量时空分布

5．2．3 1980-2016年有机肥还田量

5．2．4 有机肥养分资源量时空分布

5．4 小结

第六章 化肥消费量分析

6．1 材料与方法

6．1．2 数据来源和参数确定

6．1．3 数据处理

6．2 结果与分析

6．2．1 1980-2016年化肥消费量

6．2．2 化肥消费量时空分布

6．3 讨论

6．3．2 1980-2016年水稻、小麦、玉米三大作物养分偏生产力

6．3．3 2016年不同省份水稻、小麦、玉米三大作物养分偏生产力

6．4 小结

第七章 农田养分移走量

7．1．2 数据来源和参数确定

7．1．3 数据处理

7．2 结果与分析

7．2．1 1980-2016年农田养分移走量

7．2．2 农田养分移走量时空分布

7．3 讨论

7．3．1 农作物经济产量养分吸收量时空分布

7．3．2 对策建议

7．4 小结

第八章 中国农田养分平衡

8．1．3 数据处理

8．2 结果与分析

8．2．1 1980-2016年农田养分表观平衡及偏平衡

8．2．2 农田养分平衡时空分布

8．2．3 养分偏平衡时空分布

8．3 讨论

8．3．2 2016年农田养分平衡

8．3．3 对策建议

8．4 小结

第九章 农业生产中的养分需求

9．1 材料与方法

9．1．2 数据来源和参数确定

9．1．3 数据处理

9．2 结果与分析

9．2．3 有机肥养分还田量

9．2．4 化肥消费与需求差异分析

9．3 讨论

9．3．2 有机肥在化肥零增长中的地位

9．4 小结

第十章 全文结论与展望

10．2 创新点

10．3 问题与展望

参考文献

附录

致谢

作者简历