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武汉市有机钾资源调查与利用潜力评价

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作者:原作原创  来源:网络转载  发布时间:2017-12-04 18:00:00
 摘要:通過调查武汉市畜禽养殖粪便、作物秸秆和绿肥资源的总量、分布以及目前利用的现状,量化分析相应区域有机资源利用情况,以此为基础衡量武汉市有机钾(K2O)资源总量及其利用现状,总结有机钾资源利用中存在的问题,并提出建议。结果表明,武汉市畜禽粪便、秸秆及绿肥中有机钾资源年产总量约为115 027 t,其中,畜禽粪便中有机钾总量为60 796 t,占有机钾年产量的52.85%;秸秆中有机钾总量为49 657 t,占有机钾年产量的43.17%,绿肥中有机钾总量为4 574 t,仅占有机钾年产量的3.98%。畜禽粪便48.44%直接施入田中,21.74%喂鱼,14.39%做沼气利用,仅17.28%做有机肥;农作物秸秆有60.68%被农民焚烧或是闲置,仅有13.98%还田。现有利用方式造成有机钾资源的严重浪费,应改变现有利用方式,提高有机钾肥的利用率。
关键词:有机钾资源;作物秸秆;畜禽粪便;钾利用率
中图分类号:S158.2 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2017)21-4027-04
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.21.008
Investigation and Utilization Potential Evolution of Organic Potassium Resources
in Wuhan City
ZHANG Xue-Min1,2,WANG Su-ping1,CHEN Gang1,2,DU Lei1,HUANG Xiang1,HONG Juan1,2,
ZHANG Li-hong1,ZHANG Gui-you1,LIAN Zhi-cheng1,YE Li-xia1
(1.Institute of Crop Sciences,Wuhan Academy of Agricultural Sciences,Wuhan 430345,China;
2.College of Resources and Environment,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)
Abstract: Based on the investigation of the total resources, distribution and current situation of livestock and poultry manure, crop stalks and green manure resources in Wuhan, the quantitative analysis of the utilization of organic resources in the corresponding areas was carried out. Based on this, the organic potassium resources (K2O) and their utilization status in Wuhan were measured, the problems of organic potassium resources utilization were summarized and suggestions were put forward. The results showed that the total annual output of organic potassium in manure, straw and green manure in Wuhan was about 115 027 tons. Among them, the total organic potassium in livestock and poultry manure was 60 796 tons, accounting for the annual output of organic potassium 52.85%,the total amount of organic potassium in straw was 49 657 tons, accounting for 43.17% of annual organic potassium production, the total amount of organic potassium in green manure was 4 574 tons, accounting for 3.98% of annual organic potassium production. 48.44% of annual production of livestock and poultry manure was directly returned into field, 21.74% was used for feeding fish, 14.39% was done to biogas, and only 17.28% was used as organic fertilizer. 60.68% of the crop straw produced per year was burned by farmers or idle, and the amount of straw returned was only 13.98%. The existing using ways of potassium resources lead to a serious waste, so these ways should be changed to improve the utilization of organic potash fertilizer.
 Key words: potassium resources; crop straw; animal dung; potassium utilization rate
钾不仅是植物生长发育的营养元素,而且是肥料三要素之一。钾能增强作物的抗病虫害、抗倒伏、抗旱和抗寒等抗逆能力,从而提高作物的产量和品质[1]。随着复种指数的提高,高产良种的引用,氮、磷等化肥施用量的增加,对农产品优质的需求等,钾肥的需求量也日益增多。
中国钾盐资源短缺,探明的钾盐资源储量仅占世界总储量的1.8%[2]。现有耕地56%缺钾[3],钾肥现有产量不能满足国内需求[4]。根据现有资源与生产现状,对中国钾盐消费进行预测,中国钾盐消费还处于上升期,预计钾肥需求可能在2022-2026年达到峰值,届时钾肥需求将达到1 000~1 100万t(折K2O)[5]。现有的钾盐矿大多数都会因钾资源稀缺问题而减产,所以国内钾肥自给率进一步降低。研究表明,作物秸秆和畜禽粪便含有大量的营养元素和有机质,还田后可以改善土壤物理结构、减少化肥的用量,减少环境污染,同时降低钾肥的进口依赖度。中国各地农作物秸秆非常丰富[6],有机钾资源量巨大[7,8],但被回收利用的含量却只有很少一部分,所以如何有效地利用有机钾资源为农业服务,是目前钾素利用研究的重点问题之一。已有研究调查了四川、贵州、云南、重庆等省(市)的畜禽粪便、作物秸秆、绿肥及10年间肥料使用状况的变化情况[9-11]。武汉市的有机钾资源调查评价现状并不明确,本研究通过调查武汉市新城区有机钾资源及其利用状况,量化分析相应区域有机钾资源利用情况,以此为基础衡量武汉市有机钾资源量及其利用现状,总结存在问题,提出合理建议。
1 材料与方法
1.1 数据来源
所用数据来源于实地调查和统计资料。调查时间为2013-2015年,采用代表性抽样调查的方法采集武汉新城区(蔡甸区、黄陂区、江夏区、新洲区、东西湖区和汉南区)蔬菜种植基地耕层土壤样品,对其进行钾素测定分析,了解土壤钾含量状况,各年取样数分别为252、59、156个。对典型地区进行问卷调查,结合统计年鉴和区志的数据分析了武汉市畜禽养殖粪便、作物秸秆和绿肥资源的总量、分布以及目前利用的现状。通过问卷调查的方式,了解武汉市畜禽粪便和作物秸秆种类及处理方式。
1.2 测定分析方法
速效钾含量采用醋酸铵浸提-火焰光度计法[12]。问卷调查数据录入Excel 2007,并进行分析。
2 结果与分析
2.1 武汉市城郊菜地土壤速效钾养分状况
分析了2015年(252个)、2014年(59个)和2013年(156个)采集的武汉城郊菜地耕层土壤样品(467个)钾素养分状况,结果见表1。由表1可知,土壤速效钾养分含量的变化幅度非常大,范围为14.1~589.4 mg/kg,平均值为181.5 mg/kg。参考菜园土壤速效钾丰缺状况分级指标对武汉城郊菜地耕层土壤速效钾状况进行分级,其中菜地土壤速效钾 <100 mg/kg的样点97个,即20.8%属于严重缺钾;介于100~150 mg/kg的样点108个,即23.1%属于钾缺乏;介于150~200 mg/kg的样点96个,即20.6%属于钾素适宜;200~300 mg/kg的样点114个,即24.4%属于钾素略偏高;≥300 mg/kg的样点52个,即11.1%属于偏高。分析结果表明,武汉新城区菜地耕层土壤速效钾含量在各级均有分布。
各区的菜园土壤速效钾含量平均值由高到低依次为黄陂区(192.5 mg/kg)、蔡甸区(192.0 mg/kg)、江夏区(191.3 mg/kg)、东西湖区(189.4 mg/kg)、汉南区(129.2 mg/kg)和新洲区(88.4 mg/kg),可见,黄陂区、蔡甸区、江夏区及东西湖区耕作层土壤速效钾含量相差不大,且均接近整体平均水平,而新洲区及汉南区的菜地耕作层土壤速效钾含量明显低于整体平均水平。
2.2 武汉市各区有机钾资源总量及分布
利用典型地区的调查,结合统计年鉴和区志的数据分析了武汉市畜禽养殖粪便、作物秸秆和绿肥资源的总量、分布以及目前利用的现状,对武汉市有机钾资源进行评估。如表2所示,武汉市畜禽粪便、秸秆及绿肥中有机钾(K2O)資源年产总量为115 027 t,其中,畜禽粪便中有机钾总量为60 796 t,占有机钾年产量的52.85%,秸秆中有机钾总量为49 657 t,占有机钾年产量的43.17%,绿肥中有机钾总量为 4 574 t,占有机钾年产量的3.98%。
2.3 武汉市畜禽粪便的处理方式
通过问卷调查的方式,以了解武汉市畜禽粪便种类及处理方式,如表3所示,武汉市动物畜禽粪便主要的处理方式为直接施用,占总量的48.44%,其次是喂鱼,占总量的21.74%,而制造有机肥和沼气的比例分别为17.28%和14.39%,生产沼气的处理方式所占比例最小,其次用于生产有机肥,大量的畜禽粪便被直接施用。畜禽粪中存在着大量的有毒有害物质,如重金属、病菌等,长期直接施用会造成土壤的严重污染,土壤的质量出现下降。从可持续、高效的角度来看,制造有机肥、生产沼气是较科学的畜禽粪便处理方式。
2.4 武汉市主要农作物秸秆的处理方式
  农作物收获后剩余的秸秆中存在着大量的钾素,钾素的还田利用对土壤肥力有着重要的作用。从表4可以看出,本调查问卷样本数为245个,各类作物问卷样本数均为49个。经计算得出,各种农作物的处理方式主要为焚烧或闲置,所占比例为55.33%~70.51%,均超过处理方式的一半以上,玉米秸秆用于焚烧的比例高于其他作物,达到了70.51%;其次是作为燃料使用,占19.53%,其中棉秆作燃料的比例高于其他作物,为39.56%;作为动物饲料的作物秸秆仅占总量的5.80%;还田的作物秸秆仅占13.98%,其中油菜秆还田比例高于其他作物,占28.41%。由此可知,有大量的秸秆中的钾素没有遵循李比希养分归还学说,意味着作物收获后有大量钾素浪费。因此,应改变作物秸秆处理方式,秸秆还田、制作饲料是秸秆处理的有效方式,应大力推广。
3 小结与讨论
3.1 武汉市有机钾肥对农业生产利用的潜力评价
武汉市有机钾(K2O)资源丰富,年产总量约为115 027 t,动物粪便和秸秆是主要的储存方式。其中,畜禽粪便中有机钾总量为60 796 t,占有机钾年产量的52.85%;秸秆中有机钾总量为49 657 t,占有机钾年产量的43.17%,绿肥中有机钾总量为4 574 t,仅占有机钾年产量的3.98%。每年产生的畜禽粪便48.44%直接施入田中,21.74%喂鱼,14.39%做沼气利用,仅17.28%做有机肥。每年产生的农作物秸秆有60.68%被农民焚烧或是闲置,秸秆还田量仅占13.98%。这些数据可以充分说明,武汉市有机钾资源丰富,但被再次利用的钾素资源却仅占少数,说明武汉市有机钾具有很大的生产潜力。
武汉市新城区菜地43.9%的土壤速效钾缺乏,如何更好地将该区域的有机钾资源进行合理利用,有几点建议:①在禽畜粪便中,含有丰富的氮、磷、钾等元素,是植物生长必备的营养物质[13],同样含有丰富的纤维素、半纤维素等物质,施入土壤后,能大大提升土壤肥力。但动物粪便中存在着某些有害菌类,不建议直接施用,要经过堆积沤肥后,除去有害物质,同时达到粪便的腐熟化后才可施用;②动物粪便可以统一制造有机肥,有机、无机肥配合施用可以达到很好的增产增收效果,可以降低有机资源的浪费,同时减少化肥的施用量,降低中国钾肥的进口依赖度;③研究表明利用油菜秸秆制备生物炭还田,有助于改良土壤结构、提高土壤有机质和作物产量等[14];④严禁秸秆焚烧,不仅浪费资源,而且会污染环境,造成土壤质量的下降;⑤提倡秸秆粉碎还田、腐质化后还田或是作为青饲料过腹还田,在农业生产过程中,秸秆还田对提高土壤肥力、减少水土流失有重要作用[15]。⑥作物秸秆还可以制沼气供农户自家使用,节约生活成本。
3.2 小结
1)武汉新城区菜地43.9%的土壤速效钾缺乏,35.5%的土壤速效钾含量丰富,仅有20.6%的土壤属于钾素含量适宜。
2)武汉市畜禽粪便中有机钾总量为60 796 t,占有机钾年产量的52.85%;秸秆中有机钾总量为 49 657 t,占有机钾年产量的43.17%,绿肥中有机钾总量为4 574 t,仅占有机钾年产量的3.98%。
3)武汉市动物畜禽粪便主要的处理方式为直接施用,占总量的48.44%,其次是喂鱼,占总量的21.74%,而制造有机肥和沼气的比重分别为17.28%、14.39%。
4)武汉市每年产生的农作物秸秆的处理方式主要为焚烧或闲置,所占比例为55.33%~70.51%,平均为60.68%,其中玉米秸秆用于焚烧的比例高于其他作物;其次是作为燃料使用,所占比例为19.53%,其中棉秆用于作燃料的比例高于其他作物;作为动物饲料的作物秸秆仅占总量的5.80%;还田的作物秸秆也仅仅只有13.98%,其中油菜秸秆用于还田比例高于其他作物。
5)武汉市有机钾资源量大,但回收利用的比例较少,大量的有机钾资源被浪费,有机钾生产潜力较大。应研究开发秸秆、畜禽粪便的高效、低能、环保利用方式。
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