安徽省主要作物秸秆养分资源量及还田利用潜力

柴如山，徐悦，程启鹏，王擎运，马超，叶新新，章力干，郜红建

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/长江经济带磷资源高效利用与水环境保护研究中心，合肥 230036

0 引言

【研究意义】作物秸秆是农业生产过程中的副产品，同时是一种重要的有机肥资源。秸秆还田有利于提升土壤有机质含量，增加土壤碳贮量[1-2]，可以改善土壤物理结构[3]。秸秆还田不仅能够增加土壤养分储量和供应潜力，还能提高速效养分供应能力[4-6]。Meta分析的研究结果显示，秸秆还田能够实现作物增产[7]，而且其效应会随着还田时间延长而增大[8]。因此，秸秆还田是维持土壤可持续生产能力的有效措施。作物秸秆含有丰富的氮磷钾等养分元素，秸秆还田可向土壤输入养分，有望在一定程度上实现农田投入化肥的部分替代。【前人研究进展】在浙江省嘉兴市开展的秸秆还田配合氮肥减量两年大田定位试验显示，秸秆不还田条件下水稻产量随着施氮量的增加而提高，与秸秆不还田下中氮（270 kg·hm-2）、高氮处理（345 kg·hm-2）相比，秸秆还田下氮肥减量30 kg·hm-2均提高了水稻产量[9]。在三江平原白浆土上进行的 3年秸秆还田试验表明，在保证水稻产量的前提下，高肥力土壤上秸秆还田可实现氮肥减量10%[10]。安徽省巢湖流域秸秆还田下减量化施肥 10年定位试验的结果表明，与当地配方施肥处理（N 225.0 kg·hm-2、P2O567.5 kg·hm-2）相比，减氮30%和减磷50%这两个处理均降低了水稻产量，而秸秆还田下同时减氮30%减磷50%则能够增加水稻的产量[11]。在重庆市开展的水稻-油菜轮作5年田间定位试验表明，与常规施磷处理（P2O560 kg·hm-2）相比，秸秆还田减磷20%处理在水稻季没有显著的减产效应，在油菜季产量有上升趋势[12]。江西省双季稻秸秆还田6年定位试验的结果显示，水稻秸秆还田在早稻上可替代氮肥（N 165 kg·hm-2）、磷肥（P2O575 kg·hm-2）、钾肥（K2O 150 kg·hm-2）的比例分别为 29.5%、4.0%、50.0%[13]，在晚稻上秸秆还田的氮肥（N 195.0 kg·hm-2）、磷肥（P2O587.8 kg·hm-2）、钾肥（K2O 175.5 kg·hm-2）可替代比例分别为26.7%、10.3%、64.1%[14]。在湖北省 38个县（市）开展的秸秆还田钾肥减量田间试验表明，在高供钾能力土壤上，上季作物秸秆全量还田基本可以满足当季作物实现高产的钾素需求；在中供钾能力土壤上秸秆还田可替代 50%钾肥用量[15]。【本研究切入点】安徽省为我国粮食主产省份之一，2018年安徽省水稻和小麦产量分别占全国水稻、小麦总产量的 7.9%和 12.2%；全省农用化肥施用量居全国第 4位[16]。刘晓永等[17]及宋大利等[18]在省级尺度上估算了全国主要作物秸秆氮磷钾养分资源量及单位耕地面积秸秆养分还田量。耿维等[19]的估算结果显示，2010—2016年安徽省作物秸秆氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）养分资源量分别占全省有机肥氮、磷、钾养分资源总量的40.09%、37.01%和63.87%。安徽省作物秸秆养分资源丰富，而目前安徽省各地区不同作物秸秆还田当季的具体化肥替代潜力尚不清楚。【拟解决的关键问题】本研究采用草谷比法估算了安徽省各市水稻、小麦、玉米和油菜秸秆数量，并在考虑还田秸秆养分当季释放率的情况下，从还田秸秆养分当季可释放量的角度尝试分析了单位播种面积不同作物秸秆全量还田的化肥替代潜力，以期为全省不同地区主要作物秸秆还田下的化肥配施和减量提供数据基础和决策参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

安徽省地处我国华东腹地，位于长江及淮河的中下游，境内淮河以北属暖温带半湿润季风气候，淮河以南为亚热带湿润季风气候。年平均气温14—17℃，由南向北递减；年平均降水量770—1 700 mm，主要集中在春夏两季；年平均日照1 800—2 500 h，光照充足，热量条件较好；年平均无霜期 200—250 d，无霜期较长。安徽省为我国粮食主产省，2016—2018年全省水稻、小麦、玉米和油菜年均播种面积分别为 237.9万 hm2、257.2万 hm2、95.3万 hm2和 44.3万hm2，其中水稻、小麦和玉米总播种面积占全省粮食作物播种面积的85.8%，油菜播种面积占全省油料作物播种面积的 68.3%[20]。本研究选取上述 4种主要作物进行秸秆及其所含养分资源量分析，综合考虑安徽省各市的耕作制度和地理位置，将全省16市划分为以下区域：淮北（阜阳、亳州、淮北、宿州和蚌埠市），江淮（六安、淮南、合肥和滁州市），沿江（安庆、铜陵、芜湖和马鞍山市）及江南（池州、宣城和黄山市）。淮北平原为安徽省小麦和玉米主产区，耕作制度主要为小麦-玉米两熟轮作；江淮区域为安徽省水稻、小麦和油菜主产区，耕作制度为水稻-小麦或水稻-油菜水旱两熟轮作；沿江及江南是安徽省水稻和油菜主产区，耕作制度主要为水稻-油菜或双季稻两熟轮作。

1.2 研究方法

本研究采用国内常用的草谷比法[21-22]来估算安徽省各市主要作物秸秆产生量。草谷比为作物地上部秸秆产量与经济产量的比值。

主要作物秸秆产量（WS）的计算公式为：

式中，WY为作物经济产量；SG为作物草谷比。

主要作物秸秆养分资源量（WN）的计算公式为：

式中，NS为作物秸秆养分含量。将单质磷（P）折算为五氧化二磷（P2O5）的系数为2.29；将单质钾（K）折算为氧化钾（K2O）的系数为1.21。

作物秸秆还田的化肥替代潜力以单位播种面积还田秸秆养分当季释放量（ARN）进行估算，其计算公式为：

式中，RN为还田秸秆养分当季释放率；A为作物播种面积。

1.3 数据来源

为避免作物产量年际间的波动，本研究基于2016—2018年安徽省农业统计数据对主要作物秸秆数量及养分资源量进行估算。安徽省各市的水稻、小麦、玉米和油菜年播种面积和产量来自安徽省统计局[20]，沿江和江南区域各市的早稻、中稻和一季晚稻及双季晚稻的播种面积和产量来自各市统计年鉴。本研究采用刘晓永等[17]通过文献总结得出的长江中下游农区作物草谷比数据和作物秸秆还田当季养分释放率（表 1）。作物秸秆氮磷钾养分含量参考《中国有机肥料养分志》[23]。

表1 不同作物的草谷比、秸秆养分含量和还田秸秆养分当季释放率Table 1 Straw/grain ratio of different crops, nutrient contents in straws and in-season nutrient release rates of returned straws

2 结果

2.1 安徽省主要作物秸秆资源量及空间分布

2016—2018年安徽省4种主要作物秸秆年均总产量为4 996万t，其中水稻、小麦、玉米和油菜秸秆年均产量分别为1 758万t、2 251万t、712万t和275万 t，产量较大的为小麦秸秆和水稻秸秆，分别占 4种作物秸秆总产量的 45.1%和 35.2%，其次为玉米秸秆，占14.2%，油菜秸秆在4种作物秸秆总量中所占的比例较小，为5.5%。从图1中安徽省各市的作物秸秆产量来看，水稻秸秆主要分布在滁州、合肥、六安、安庆和淮南市，各市的水稻秸秆产量分别占全省水稻秸秆总产量的15.4%、14.9%、14.4%、10.7%和10.5%；阜阳、亳州、宿州、滁州和蚌埠市的小麦秸秆产量较大，分别占全省小麦秸秆总产量的 20.4%、19.2%、15.2%、9.8%和9.3%；玉米秸秆资源所占比例较大的是阜阳、宿州、亳州和蚌埠市，分别占全省玉米秸秆总产量的25.6%、23.7%、23.6%和9.7%；油菜秸秆主要分布在安庆、合肥、六安和芜湖市，各市的油菜秸秆产量分别占全省油菜秸秆总产量的22.0%、16.6%、9.8%和9.1%。4种作物秸秆总产量居于前列的地区为阜阳、亳州、滁州和宿州市，秸秆产量分别为698万t、604万t、536万t和519万t，占全省主要作物秸秆年均总产量的14.0%、12.1%、10.7%和10.4%。

从图 2中安徽省不同区域主要作物秸秆产量来看，淮北、江淮、沿江和江南各区域的4种作物秸秆年均总产量分别为2 348万t、1 680万t、674万t和293万t，占全省主要作物秸秆总产量的47.0%、33.6%、13.5%和 5.9%。安徽省秸秆资源主要分布在淮北和江淮区域，淮北区域的秸秆产出以小麦秸秆和玉米秸秆为主，分别占该区域 4种作物秸秆总产量的67.1%和26.7%；江淮区域的秸秆产出以水稻秸秆和小麦秸秆为主，所占比例分别为 57.8%和 33.3%。安徽省水稻秸秆主要分布在江淮和沿江区域，秸秆年均产量分别为971万t（占比55.2%）和456万t（占比 26.0%）；小麦秸秆主要分布在淮北和江淮区域，年均产量分别为1 576万t（占比70.0%）和560万t（占比24.9%）；玉米秸秆集中分布在淮北区域，年均产量为627万t，占全省玉米秸秆总产量的 88.1%；油菜秸秆主要分布在安徽省的沿江和江淮区域，年均产量分别为119万t（占比43.2%）和97万t（占比35.2%）。

2.2 安徽省主要作物秸秆氮磷钾养分资源量及空间分布

2016—2018年安徽省4种主要作物秸秆氮（N）养分资源总量年均为39.57万t，水稻、小麦、玉米和油菜秸秆可提供的年均氮养分资源量分别为16.00万t（占比40.4%）、14.63万t（占比37.0%）、6.55万t（占比16.5%）和2.39万t（占比6.0%）。主要作物秸秆磷（P2O5）养分资源总量年均为12.69万t，其中来自水稻、小麦、玉米和油菜秸秆的磷养分资源量分别为5.23万t（占比41.3%）、4.13万t（占比32.5%）、2.45万t（占比19.3%）和0.88万t（占比6.9%）。4种主要作物秸秆钾（K2O）养分资源总量年均为85.08万t，来自水稻、小麦、玉米和油菜秸秆的钾养分资源量分别为40.04万t（占比47.1%）、28.49万t（占比33.5%）、10.12万t（占比11.9%）和6.42万t（占比7.5%）。总的来看，水稻、小麦、玉米和油菜秸秆养分资源量分别占 4种主要作物秸秆养分资源总量的44.6%、34.4%、13.9%和7.1%。

从图3可以看出，水稻秸秆养分资源量较高的地区有滁州（N 2.47万 t、P2O50.81万 t、K2O 6.17万 t）、合肥（N 2.38万t、P2O50.78万t、K2O 5.96万t）、六安（N 2.31万t、P2O50.76万t、K2O 5.78万t）、安庆（N 1.72万t、P2O50.56万t、K2O 4.30万t）和淮南市（N 1.68万t、P2O50.55万t、K2O 4.20万t），这些地区的水稻秸秆养分资源量占全省水稻秸秆养分资源总量的 65.9%；小麦秸秆养分资源主要分布在阜阳（N 2.99万t、P2O50.84万t、K2O 5.82万t）、亳州（N 2.81万t、P2O50.79万t、K2O 5.47万t）、宿州（N 2.23万t、P2O50.63万t、K2O 4.34万t）、滁州（N 1.44万t、P2O50.41万t、K2O 2.80万t）和蚌埠市（N 1.36万t、P2O50.38万t、K2O 2.65万t），共占全省小麦秸秆养分资源总量的 74.0%；玉米秸秆养分资源量较丰富的地区有阜阳（N 1.68万 t、P2O50.63万t、K2O 2.59万t）、宿州（N 1.55万 t、P2O50.58万t、K2O 2.40万t）、亳州（N 1.54万t、P2O50.58万t、K2O 2.39万t）和蚌埠市（N 0.64万t、P2O50.24万t、K2O 0.99万t），共占全省玉米秸秆养分资源总量的 82.6%；油菜秸秆养分资源主要分布在安庆（N 0.53万t、P2O50.19万 t、K2O 1.41万 t）、合肥（N 0.40万t、P2O50.15万t、K2O 1.06万t）、六安（N 0.23万t、P2O50.09万t、K2O 0.63万t）和芜湖市（N 0.22万t、P2O50.08万t、K2O 0.58万t），这些地区的油菜秸秆养分资源量占全省油菜秸秆养分资源总量的57.4%。

从不同地区的4种主要作物秸秆氮养分资源总量来看，位于全省前列的地区为阜阳、亳州、滁州、宿州、合肥和六安市，分别为5.17万t（占比13.1%）、4.39万t（占比11.1%）、4.30万t（占比10.9%）、3.85万t（占比9.7%）、3.35万t（占比8.5%）和3.32万 t（占比 8.4%）。4种作物秸秆磷养分资源总量较高的地区排序同样为阜阳、亳州、滁州、宿州、合肥和六安市，分别为1.64万t（占比12.9%）、1.38万t（占比10.9%）、1.36万t（占比10.7%）、1.23万t（占比9.7%）、1.10万t（占比8.6%）和1.07万t（占比8.4%）。4种主要作物秸秆钾养分资源总量居于前列的地区为滁州、阜阳、合肥、亳州、六安和宿州市，分别为9.77万t（占比11.5%）、9.70万t（占比11.4%）、8.09万t（占比9.5%）、7.94万t（占比9.3%）、7.86万t（占比9.2%）和6.92万t（占比8.1%）。

从表2主要作物秸秆养分资源在安徽省不同区域间的分布来看，安徽省淮北、江淮、沿江和江南各区域 4种作物秸秆氮（N）养分资源总量分别为 17.33万t、13.80万t、5.88万t和2.56万t，占全省主要作物秸秆氮养分资源总量的 43.8%、34.9%、14.9%和6.5%。各区域主要作物秸秆磷（P2O5）养分资源总量分别为5.48万t、4.41万t、1.95万t和0.85万t，所占比例为43.2%、34.7%、15.4%和6.7%。各区域秸秆钾（K2O）养分资源总量分别为32.17万t、32.21万t、14.45万t和6.24万t，所占比例为37.8%、37.9%、17.0%和7.3%。

表2 2016—2018年安徽省不同区域主要作物秸秆养分资源年均产量Table 2 Annual average yields of main crop straw nutrient resources in different regions of Anhui province during the period of 2016-2018

2.3 安徽省主要作物秸秆还田养分替代潜力

从表3安徽省各市单位播种面积主要作物秸秆还田当季的化肥替代潜力来看，水稻秸秆还田的氮肥可替代量为N 26.8—35.0 kg·hm-2，磷肥可替代量为P2O512.4—16.2 kg·hm-2，钾肥可替代量为 K2O 120.9—157.5 kg·hm-2，各市水稻秸秆还田的氮肥及磷肥替代潜力比较接近，钾肥替代潜力均较大。水稻主要种植地区淮南、芜湖、合肥、六安、安庆、滁州和宣城市单位播种面积水稻秸秆还田的化肥替代潜力为N 29.5—35.0 kg·hm-2、P2O513.6—16.2 kg·hm-2、K2O 132.9—157.5 kg·hm-2，这些地区的水稻播种面积占全省水稻总播种面积的 78.5%。小麦秸秆还田的氮肥可替代量为 N 14.3—33.5 kg·hm-2，磷肥可替代量为 P2O55.0—11.7 kg·hm-2，钾肥可替代量为 K2O 49.5—116.0 kg·hm-2。小麦主要种植地区亳州、阜阳、宿州、蚌埠、淮南和滁州市单位播种面积小麦秸秆还田的化肥替代潜力为N 24.1—33.5 kg·hm-2、P2O58.4—11.7 kg·hm-2、K2O 83.5—115.8 kg·hm-2，这些地区的小麦播种面积占全省小麦总播种面积的 77.8%。对于玉米秸秆还田来说，其氮、磷、钾肥的替代潜力分别为 N 23.1—38.9 kg·hm-2、P2O511.7—19.6 kg·hm-2和 K2O 55.8—93.9 kg·hm-2。玉米主要种植地区亳州、阜阳、蚌埠、宿州和淮北市单位播种面积玉米秸秆还田的化肥替代潜力为 N 24.7—32.7 kg·hm-2、P2O512.5—16.5 kg·hm-2、K2O 59.7—79.0 kg·hm-2，这些地区的玉米播种面积占全省玉米总播种面积的 88.1%。油菜秸秆还田的氮肥可替代量为N 18.1—34.7 kg·hm-2，磷肥可替代量为P2O58.4—16.1 kg·hm-2，钾肥可替代量为K2O 76.0—145.5 kg·hm-2。油菜主要种植地区芜湖、合肥、宣城、池州、安庆和六安市单位播种面积油菜秸秆还田的化肥替代潜力为 N 24.1—34.0 kg·hm-2、P2O511.2—15.8 kg·hm-2、K2O 101.3—142.7 kg·hm-2，这些地区的油菜播种面积占全省油菜总播种面积的70.7%。

表3 2016—2018年安徽省各市单位播种面积主要作物秸秆还田的化肥可替代量Table 3 Synthetic fertilizers substitute potential through main crop straw incorporation in different cities of Anhui province during the period of 2016-2018 (kg·hm-2)

从表4安徽省不同区域典型轮作制度下单位播种面积作物秸秆还田的化肥可替代量来看，淮北区域小麦秸秆和玉米秸秆还田的氮肥可替代量非常接近，玉米秸秆还田的磷肥可替代量高于小麦秸秆还田的，而小麦秸秆还田的钾肥替代潜力较大；江淮区域水稻-小麦轮作制度下小麦秸秆还田的化肥替代潜力小于淮北区域小麦秸秆还田的化肥可替代量。江淮和沿江这两个区域水稻-油菜轮作制度下水稻季油菜秸秆还田的化肥替代潜力非常接近，江南区域的稍低；3个区域油菜季水稻秸秆还田的化肥替代潜力相差不大。沿江和江南区域早稻-晚稻轮作下水稻秸秆还田的化肥替代潜力略小于水稻-油菜轮作制度下水稻秸秆还田的化肥替代潜力。从全省范围内来看，单位播种面积水稻、小麦、玉米和油菜秸秆还田当季的氮肥替代潜力分别为 N 30.9、27.6、30.3 和 28.4 kg·hm-2，磷肥替代潜力分别为 P2O514.3、9.6、15.3和 13.2 kg·hm-2，钾肥替代潜力分别为K2O 139.3、95.4、73.1和 119.1 kg·hm-2。

3 讨论

3.1 关于作物草谷比和秸秆养分含量

草谷比的选择是影响秸秆产量评估结果的关键因素。在以往的研究中，对我国主要作物秸秆数量进行估算时使用的多是全国尺度的草谷比。作物的草谷比受到作物种类以及农业生产条件等诸多因素的影响[24]。刘晓永等[17]基于大量文献资料计算得到我国不同地区水稻的草谷比为 0.91—1.08，小麦的草谷比为1.10—1.56，玉米的草谷比为1.11—1.29，油菜的草谷比为 2.20—2.75。本研究采用刘晓永等[17]发表文献中长江中下游地区不同作物的草谷比：水稻1.08、小麦1.39、玉米 1.29、油菜 2.64。安徽东连江苏，两个省份都位于长江中下游地区，农业气象条件和轮作制度较为接近。2009年以江苏省23个主要水稻品种为研究对象测定的水稻草谷比为0.98—1.03[25]。2009—2010年以安徽省沿淮及淮北区域大面积推广的 24个小麦品种为供试材料研究得到的小麦平均收获指数为 0.436，换算成小麦草谷比为 1.29[26]。2009—2010年在长江流域冬油菜主产区开展的田间试验研究结果显示，试验区大面积种植的油菜品种在氮磷钾硼肥配施处理下的收获指数为0.282，换算成油菜草谷比为2.55[27]。本研究采用的不同作物草谷比与上述研究中实测得到的具有代表性的作物草谷比较为接近。

表4 2016—2018年安徽省不同区域单位播种面积主要作物秸秆还田的化肥可替代量Table 4 Synthetic fertilizers substitute potential through main crop straw incorporation in different regions of Anhui province during the period of 2016-2018

目前对我国秸秆养分资源量进行评估的研究[28-29]采用的多是原农业部 1994年开展有机肥料资源调查后出版的《中国有机肥料养分志》中的秸秆养分含量。在缺乏本地大样品量测定得到的秸秆养分含量数据的情况下，《中国有机肥料养分志》具有重要的参考价值。车升国等[30-31]对2000年后黄淮海冬麦区（包含安徽北部）小麦秸秆氮、磷含量相关大量文献数据进行统计分析的结果显示，小麦秸秆氮含量和磷含量分别为 5.6 g·kg-1（n=1423）和 0.9 g·kg-1（n=486），与本研究采用的《中国有机肥料养分志》中的小麦秸秆氮含量（6.5 g·kg-1）和磷含量（0.8 g·kg-1）较为接近。安徽省玉米主要产自淮北平原，这一区域也是华北平原的一部分。串丽敏等[32]通过汇总 2000—2011年文献数据得出的华北地区玉米秸秆氮养分含量为 8.0 g·kg-1（n=2445），与本研究采用的玉米秸秆氮含量（9.2 g·kg-1）同样具有一定的可比性。

3.2 秸秆还田下养分管理

研究表明，秸秆还田可以替代部分氮肥，有助于减少农田氮肥施用量，秸秆还田的氮肥可替代比例为10%—30%[10,13-14,33-34]。对于本研究中的4种作物来说，水稻、玉米和油菜的秸秆氮含量比较接近，为8.7—9.2 g·kg-1，小麦秸秆中的氮含量相对较低，为 6.5 g·kg-1[23]。作物秸秆施入土壤之后，前期（0—2个月左右）腐解较快，氮素释放也较快，氮素累积释放率可以达到40%—50%[35-37]。短期田间试验的结果表明，在氮养分等量投入情况下，秸秆还田能够提高土壤碱解氮含量[33,38]。秸秆还田下的氮肥减施要考虑到土壤的具体肥力状况，在不同肥力白浆土上进行的3年秸秆还田试验表明，秸秆还田下高肥力土壤适合适量减氮，同时还可以缓解土壤氮过剩导致的作物减产问题[10]。在实际生产中需要注意的是，秸秆还田在一定条件下有可能会导致土壤氮有效性下降[39-41]。秸秆的碳氮比高，在上季作物产量高秸秆还田量大的情况下，后茬作物生长前期可能会出现土壤供氮不足的问题。砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作下的 4年秸秆还田定位试验表明，与秸秆不还田条件下小麦产量最高处理的施氮量相比，玉米秸秆还田下减施氮肥40 kg·hm-2可以进一步小幅提高小麦产量，而在低施氮量条件下，玉米秸秆还田反而导致小麦减产[42]。有研究表明，可以通过调节秸秆和氮肥的施入碳氮比解决秸秆还田导致的土壤氮有效性下降问题，安徽沿淮地区水稻-小麦轮作体系秸秆还田条件下将还田秸秆和化学氮肥的总碳氮比调整为18﹕1时，土壤无机氮含量增加最为显著，同时水稻氮素吸收量和实际产量表现也最好[43]。秸秆还田条件下，合理的氮肥运筹也是实现秸秆快速腐解和作物高产的重要措施。与氮肥基追比1﹕1.5及1﹕2处理相比，河南石灰性潮土小麦-玉米轮作体系小麦秸秆还田下玉米季氮肥基追比 1﹕1处理能显著提高土壤养分含量、夏玉米产量和氮肥利用效率[44]。安徽江淮丘陵白土稻区小麦秸秆还田条件下，水稻基肥-分蘖肥-穗肥施用比例为60-20-20时较80-0-20及40-30-30这两种氮肥运筹方式在改善土壤养分状况以及提升水稻产量方面更有优势[45]。在江苏稻麦轮作区，小麦秸秆还田条件下增加氮肥用量水稻增产不显著，而提高氮肥基肥比例（基肥﹕分蘖肥﹕穗肥=4﹕3﹕3）较常规施氮运筹（3﹕3﹕4）提高了水稻产量和氮肥利用效率[46]。在湖北多地开展的秸秆还田氮肥运筹试验也表明，水旱轮作条件下可以通过氮肥后肥前移实现作物稳产及高产[47]。因此在秸秆还田总氮减量控制条件下，可以适当提高氮肥基肥施用比例。

在我国不同土壤类型上的长期秸秆还田试验表明，秸秆还田可不同程度地提高耕层土壤水溶性钾和全钾含量，并降低土壤中矿物钾的比例[48-49]。作物秸秆中钾含量较高，而且在还田条件下主要粮食作物秸秆钾养分当季释放率可以达到85%左右[17]。因此，在农业生产中，作物秸秆是一种重要的钾素来源，秸秆还田的钾肥可替代量较大[50]。如能充分利用好秸秆钾养分资源，可以在很大程度上减少农田钾肥投入量，特别是在高供钾能力土壤上，上季作物秸秆全量还田基本可满足当季作物的钾素需求并保证高产[15]。秸秆中钾养分在还田腐解初期释放较快、累计释放率很高，在施肥过程中可以考虑将配施的钾肥适当延后施用[35]，这样在秸秆还田前期既可充分发挥秸秆钾素的钾肥替代作用，同时在降雨量比较大的地区也能有效避免秸秆钾素流失。

与钾和氮养分相比，秸秆中的磷含量较低，其向土壤输入磷素的贡献在短期内相对较小，但秸秆还田会对土壤磷形态转化及其有效性产生重要影响[51-52]。黑土上玉米秸秆还田 1年对土壤全磷含量无显著影响，而增加了土壤有效磷含量[53]。在江西省双季稻区开展的田间定位试验显示，连续3年秸秆还田可以显著提高土壤有效磷含量[54]。湖北水稻-油菜轮作制度下，秸秆还田配施化肥3年较单施化肥处理土壤有效磷含量有显著性提高[55]。砂姜黑土上秸秆还田3年对土壤无机磷总量无显著影响，却能够促进缓效态无机磷（Ca10-P）向高活性无机磷（Ca2-P、Fe-P）转化，从而增强土壤磷素供应能力[56]。随着还田时间的延长，秸秆磷素输入增加土壤全磷含量的效应会逐渐显现。河北潮土上冬小麦-夏玉米轮作33年长期定位试验结果表明，在土壤磷素收支平衡盈余的情况下，长期秸秆还田能显著增加土壤全磷和无机磷总量，同时提高土壤中的Ca2-P及有效磷含量[57]。在河南潮土上开展的25年长期定位试验也显示，秸秆还田下土壤全磷和无机磷总量增加，具有缓效作用的Ca8-P所占比例上升，而无效态磷O-P及Ca10-P的比例下降，秸秆还田促进了无效态磷向速效及缓效态磷的转化，进而提升土壤磷素有效性以及土壤潜在供磷能力[58]。

3.3 秸秆还田配套措施优化

本研究的估算结果可为安徽省各市不同作物秸秆还田下的化肥减施提供一定参考，但秸秆还田当季养分释放量与化肥可替代量之间的内在联系仍需进一步深入探究。还田条件下秸秆的腐解主要由气候、土壤和物料性质协同驱动[59]。安徽省境内淮河以北和以南分别属暖温带半湿润季风气候和亚热带湿润季风气候，同时全省土壤分布也具有明显的区域特征：淮北平原以砂姜黑土和潮土为主，淮河与长江之间的这一区域以黄棕壤、黄褐土及水稻土为主，沿江平原主要为灰潮土和水稻土，皖南地区主要为红壤。因此，安徽省不同区域不同轮作制度下秸秆腐解速率及养分释放特征会存在一定差异，秸秆还田下适宜的化肥减施量有待通过田间试验确定，各地在此基础上再根据当地土壤肥力状况和上季作物秸秆实际产出量做出相应调整。目前安徽省秸秆还田可参照的地方标准有：适用于沿淮淮北小麦-玉米轮作种植区的《DB34T 1956—2013 砂姜黑土麦玉两熟制秸秆粉碎还田培肥技术规程》、适用于水稻-小麦轮作种植区的《DB34T 2863—2017 稻麦轮作秸秆全量还田技术规程》以及适用于水稻-油菜轮作种植区的《DB34T 1090—2009 稻油两熟制油菜秸秆还田机械化作业技术规范》。在安徽省淮北区域要重点推广小麦和玉米秸秆机械化粉碎还田，同时还需优化配套耕作措施[60-61]。在水旱轮作区及双季稻区，秸秆还田时可配施适宜的秸秆腐熟剂以促进秸秆快速腐解，增强秸秆还田的效果，进一步提高土壤肥力与作物产量[62]。

4 结论

4.1 安徽省作物秸秆资源丰富，主要分布在淮北和江淮区域。2016—2018年全省水稻、小麦、玉米和油菜秸秆年均产量分别为1 758万t、2 251万t、712万t和275万t，其中小麦秸秆和水稻秸秆所占比例较高，是全省秸秆资源的主要构成部分。

4.2 安徽省水稻、小麦、玉米和油菜秸秆可提供的年均氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分资源总量分别为40万t、13万t和85万t，全省秸秆氮磷钾养分资源量可观。安徽省主要作物秸秆还田可基本满足下季作物的钾素需求，可部分替代农田氮肥和磷肥投入。