柴如山,黃 晶,羅來超,田 達,張亮亮,葉新新,章力干,郜紅建**

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室/長江經(jīng)濟帶磷資源高效利用與水環(huán)境保護研究中心 合肥 230036;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國家工程實驗室 北京 100081)

水稻(Oryza sativa)是我國主要糧食作物之一,我國水稻秸稈資源十分豐富,此前的研究顯示近年來全國水稻秸稈年產(chǎn)量在2億t以上[1-3]。秸稈直接還田是目前秸稈農(nóng)業(yè)利用的主要路徑之一,可實現(xiàn)秸稈的直接肥料化利用[4-5]。與秸稈的離田利用相比,秸稈直接粉碎就地還田具有成本低、省工省時等優(yōu)點,同時可促進土壤有機碳累積、提升土壤基礎(chǔ)地力及增加作物產(chǎn)量[6-9],是當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一項重要土壤培肥措施。

我國水稻和小麥(Triticum aestivum)的磷肥增產(chǎn)率分別為9.2%和14.3%[10]。2016年我國水稻和小麥的磷肥(P2O5)施用總量分別為184.4萬t和200.2萬t[11]。而生產(chǎn)磷肥的原料磷礦是一種不可再生的礦產(chǎn)資源。隨著全球有限磷礦資源的逐步開發(fā)利用,磷資源供給短缺問題日漸突出[12]。我國磷礦資源豐而不富,以中低品位磷礦為主,難選礦多,開采難度大[13]。磷礦已被我國自然資源部列入24種國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄。在這種背景下,對于我國來說化學(xué)磷肥的科學(xué)施用顯得尤為重要。

隨著我國農(nóng)田磷肥投入量的不斷增加,農(nóng)田土壤磷盈余已成為一個日益受關(guān)注的問題[14]。近30年(1988—2016年)我國主要稻區(qū)水稻土有效磷含量以年均0.18 mg·kg?1的速率顯著升高,2012—2016年全國水稻土有效磷平均含量為20.1 mg·kg?1[15]。稻田磷素流失風(fēng)險與施磷量及土壤有效磷含量呈顯著正相關(guān)[16-17]。在農(nóng)田化學(xué)磷肥施用量較高的情況下,土壤中磷素會逐漸累積并出現(xiàn)盈余,農(nóng)田磷素向周邊水網(wǎng)遷移的風(fēng)險隨之增大[18-19],進而導(dǎo)致受納水體的富營養(yǎng)化[20]。2011年我國農(nóng)田總磷徑流損失量為6.36萬t,其中水田達4.72萬t,所占比例為74.1%[21]。因此,農(nóng)田磷素管理不僅會影響土壤磷素平衡和化學(xué)磷肥的利用效率,還關(guān)系到水生態(tài)環(huán)境的保護。

除化學(xué)磷肥外,還田秸稈是土壤磷素輸入的另一個重要來源[22-23]。已有研究對我國水稻秸稈磷養(yǎng)分資源量以及水稻秸稈還田的磷肥替代潛力進行分析。高利偉等[24]估算得到2006年我國水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分產(chǎn)量為54.6萬t。Jia等[1]的研究結(jié)果顯示,2014年我國水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源數(shù)量為68.7萬t。宋大利等[3]計算出2015年我國水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源量為56.8萬t,并對不同稻區(qū)水稻秸稈還田下磷的輸入量進行了分析。此前的多數(shù)研究對我國水稻秸稈磷養(yǎng)分資源量的估算較為籠統(tǒng),沒有詳細區(qū)分早稻、雙季晚稻,及中稻和一季晚稻(以下簡稱中晚稻,包括東北稻區(qū)的一季稻)的草谷比和秸稈磷含量。而對水稻秸稈磷含量的取值多是參考原農(nóng)業(yè)部1994年開展有機肥料資源調(diào)查后出版的《中國有機肥料養(yǎng)分志》[25]、《中國有機肥料資源》[26]和《中國有機肥料養(yǎng)分數(shù)據(jù)集》[27]。何萍等[28]對2000—2013年我國水稻主要種植區(qū)域大量田間試驗數(shù)據(jù)進行總結(jié)分析的結(jié)果顯示:早稻及雙季晚稻的草谷比低于中晚稻,且不同季別水稻秸稈的磷含量也存在差異?；诖?本研究利用不同季別水稻草谷比和秸稈磷含量以及我國水稻主要種植省份相應(yīng)水稻產(chǎn)量等統(tǒng)計數(shù)據(jù),系統(tǒng)地探討了我國主要稻區(qū)不同季別水稻秸稈磷養(yǎng)分資源量的時空分布特征,并分析水稻秸稈還田對土壤磷輸入的貢獻,以期為各區(qū)域不同季別水稻秸稈還田條件下土壤磷素優(yōu)化管理策略的制定提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

本文研究區(qū)域包括我國水稻主要種植省份遼寧、吉林、黑龍江、湖北、湖南、江西、安徽、浙江、江蘇、重慶、四川、貴州、云南、福建、廣西、廣東和海南,2016—2018年上述省份的水稻播種面積占全國水稻總播種面積的95.6%。本研究將我國水稻主要種植省份劃分為:東北稻區(qū)(遼寧、吉林、黑龍江),長江中游稻區(qū)(湖北、湖南、江西),長江下游稻區(qū)(安徽、浙江、江蘇),西南稻區(qū)(重慶、四川、貴州、云南)及華南稻區(qū)(福建、廣西、廣東、海南)。2016—2018年期間各稻區(qū)的水稻年均播種面積分別占研究區(qū)域水稻年均總播種面積的17.1%、33.9%、18.7%、14.5%和15.8%。東北稻區(qū)主要為一季稻,長江中游稻區(qū)包括中晚稻、早稻和雙季晚稻,長江下游和西南稻區(qū)以中晚稻種植為主,華南稻區(qū)主要為早稻和雙季晚稻。

1.2 估算方法

采用國內(nèi)常用的草谷比法對我國主要稻區(qū)各省份的早稻、雙季晚稻和中晚稻秸稈產(chǎn)量進行估算,在此基礎(chǔ)上對不同地區(qū)的水稻秸稈磷養(yǎng)分資源量與單位播種面積水稻秸稈還田的磷養(yǎng)分輸入量進行評估。

水稻秸稈產(chǎn)量(WSR)計算公式為:

式中:WYR為水稻經(jīng)濟產(chǎn)量(kg),RR為水稻草谷比。

水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源量(WP2O5)計算公式為:

式中:PSR為水稻秸稈磷(P)含量(kg·kg?1),2.29是將單質(zhì)磷(P)折算為P2O5的系數(shù)。

單位播種面積水稻秸稈還田的磷(P2O5)養(yǎng)分輸入量(AP2O5)計算公式為:

式中:AR為水稻播種面積(hm2)。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究基于2013—2018年省級水稻相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù),對我國主要稻區(qū)水稻秸稈產(chǎn)量及其所含磷養(yǎng)分資源量進行評估。各省份水稻年播種面積和產(chǎn)量來自國家統(tǒng)計局農(nóng)村社會經(jīng)濟調(diào)查司編制的《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》[29]。水稻草谷比和秸稈磷含量來自何萍等[28]基于我國水稻主要種植區(qū)域大量田間試驗總結(jié)得到的數(shù)據(jù):東北稻區(qū)一季稻的草谷比為0.85(n=660),水稻秸稈磷(P)含量為1.8 g·kg?1(n=421);其他稻區(qū)早稻、雙季晚稻和中晚稻的草谷比分別為0.82(n=763)、0.89(n=653)和1.00(n=1512),水稻秸稈磷(P)含量分別為1.3 g·kg?1(n=632)、1.5 g·kg?1(n=419)和1.4 g·kg?1(n=639)。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國主要稻區(qū)水稻秸稈產(chǎn)量及其時空分布

近年來我國早稻及雙季晚稻秸稈的產(chǎn)量呈緩慢下降趨勢,分別從2013年的2778萬t和3235萬t下降到2018年的2327萬t和2783萬t(圖1),下降幅度分別為16.2%和14.0%。我國主要稻區(qū)的中晚稻秸稈產(chǎn)量呈穩(wěn)中有升趨勢,從2013年的11 775萬t緩慢增加至2016年的12 189萬t,升幅為3.5%;2018年的中晚稻秸稈產(chǎn)量與2016年相比增加11.0%。總的來看,2013—2018年我國主要稻區(qū)水稻秸稈產(chǎn)量變化幅度不大,2013年和2018年我國水稻秸稈總產(chǎn)量分別為17 788萬t和18 636萬t。我國水稻秸稈產(chǎn)出以中晚稻秸稈為主,2013年我國主要稻區(qū)早稻、雙季晚稻和中晚稻秸稈產(chǎn)量分別占水稻秸稈總產(chǎn)量的15.6%、18.2%和66.2%,2018年相應(yīng)比例分別為12.5%、14.9%和72.6%。

2018年我國早稻和雙季晚稻秸稈主要分布在湖南、江西、廣東和廣西,各省份的早稻秸稈產(chǎn)量分別為620萬t(占比26.6%)、569萬t(占比24.5%)、410萬t(占比17.6%)和386萬t(占比16.6%),晚稻秸稈產(chǎn)量分別為740萬t(占比26.6%)、715萬t(占比25.7%)、474萬t(占比17.0%)和402萬t(占比14.4%)(圖2)。中晚稻秸稈產(chǎn)量在1000萬t以上的省份有黑龍江、江蘇、湖北、四川、安徽和湖南,分別為2283萬t(占比16.9%)、1958萬t(占比14.5%)、1734萬t(占比12.8%)、1479萬t(占比10.9%)、1469萬t(占比10.9%)和1087萬t(占比8.0%)。中晚稻秸稈產(chǎn)量為350萬～600萬t的省份包括江西(594萬t)、吉林(549萬t)、云南(491萬t)、重慶(487萬t)、貴州(421萬t)、遼寧(355萬t)和浙江(353萬t)。2018年我國主要稻區(qū)水稻秸稈資源總量居于前列的省份為湖南、黑龍江、江蘇、湖北、江西、安徽和四川,各省份的水稻秸稈總產(chǎn)量分別為2447萬t(占比13.1%)、2283萬t(占比12.2%)、1958萬t(占比10.5%)、1933萬t(占比10.4%)、1879萬t(占比10.1%)、1650萬t(占比8.9%)和1479萬t(占比7.9%)。我國早稻和雙季晚稻秸稈資源集中分布在長江中游和華南稻區(qū),兩個稻區(qū)的早稻秸稈產(chǎn)量分別占全國主要稻區(qū)早稻秸稈總產(chǎn)量的54.5%和39.3%,雙季晚稻秸稈資源所占比例分別為56.6%和38.2%;中晚稻秸稈資源主要分布在長江下游、長江中游、東北和西南稻區(qū),所占比例分別為27.9%、25.2%、23.6%和21.3%。

2.2 我國主要稻區(qū)水稻秸稈磷養(yǎng)分資源量及其時空分布

2013—2018年期間我國主要稻區(qū)水稻秸稈磷資源量總體上呈緩慢上升趨勢。2013年全國主要稻區(qū)水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源總量為59.70萬t,主要分布在黑龍江、湖南、江蘇、江西、湖北、四川和安徽等省份(表1),各省份所占比例分別為13.0%、12.4%、10.3%、9.5%、8.6%、8.3%和7.1%;2018年全國水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源總量為62.78萬t,其中黑龍江、湖南、江蘇、湖北、江西、安徽和四川等省份居于全國前列,所占比例分別為15.0%、12.5%、10.0%、9.9%、9.6%、8.4%和7.6%。與2013年相比,2018年部分省份的水稻秸稈磷養(yǎng)分資源量變化幅度較大,其中安徽、黑龍江、湖北、貴州和吉林的增加幅度分別為24.5%、20.9%、20.3%、16.4%和14.7%,而云南、福建、浙江、遼寧和海南的下降幅度則分別為21.6%、19.4%、17.9%、17.5%和14.1%。從2018年的省級水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源量來看,黑龍江和湖南最為豐富,分別為9.41萬t和7.87萬t;江蘇、湖北、江西、安徽和四川為4.5萬～6.5萬t;1.5萬～3.0萬t的省份包括廣東、廣西、吉林、云南和重慶;1.0萬～1.5萬t的省份有浙江、遼寧、貴州和福建。

2013—2018年我國不同稻區(qū)的水稻秸稈磷養(yǎng)分資源量如圖3所示。華南和長江下游稻區(qū)的早稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源產(chǎn)量相對平穩(wěn),2013—2018年期間其年均產(chǎn)量分別為2.95萬t和0.45萬t;2013—2015年長江中游稻區(qū)的早稻秸稈磷養(yǎng)分產(chǎn)量較為穩(wěn)定,年均為4.68萬t,從2016年開始有所下降,2016—2018年其年均產(chǎn)量為4.11萬t。2013—2018年華南稻區(qū)的雙季晚稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源量波動不大,年均產(chǎn)量為3.92萬t;長江中游和長江下游稻區(qū)的雙季晚稻秸稈磷養(yǎng)分產(chǎn)量從2016年開始呈現(xiàn)下降趨勢,分別從2015年的6.82萬t和0.58萬t下降到2018年的5.41萬t和0.49萬t,下降幅度分別為20.6%和14.9%。近年來中晚稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源量變化較大的為長江中游和東北稻區(qū),分別從2013—2016年的7.30萬t和11.63萬t增加到2017—2018年的10.58萬t和13.45萬t,增長幅度分別為45.1%和15.7%。2013年中晚稻秸稈磷養(yǎng)分資源主要分布在東北、長江下游、西南和長江中游稻區(qū),占比分別為28.6%、27.5%、24.2%和17.4%;到2018年,中晚稻秸稈磷養(yǎng)分產(chǎn)量排序轉(zhuǎn)變?yōu)闁|北、長江下游、長江中游和西南稻區(qū),所占比例分別為28.4%、26.2%、23.7%和19.9%。與2013年相比,2018年東北和長江中游稻區(qū)的水稻秸稈磷養(yǎng)分資源量分別增加13.9%和10.4%,其他稻區(qū)的波動幅度相對較小。2018年長江中游、東北、長江下游、西南和華南稻區(qū)的水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源量分別為20.14萬t(占比32.1%)、13.14萬t(占比20.9%)、13.04萬t(占比20.8%)、9.23萬t(占比14.7%)和7.23萬t(占比11.5%)。

表1 2013—2018年我國不同省份水稻秸稈磷養(yǎng)分資源量年際變化Table 1 Temporal variations of rice straw phosphorus resource quantities in different provinces of China from 2013 to 2018×104 t P2O5

2.3 我國主要稻區(qū)水稻秸稈還田下的土壤磷輸入量分析

我國各省份早稻秸稈還田條件下的土壤磷養(yǎng)分輸入量比較接近,為13.9～15.1 kg(P2O5)·hm?2,其中浙江和福建的稍高,分別為15.1 kg(P2O5)·hm?2和14.9 kg(P2O5)·hm?2(表2)。單位播種面積雙季晚稻秸稈還田下土壤磷養(yǎng)分輸入量最小的省份是海南,為13.6 kg(P2O5)·hm?2,其余省份為16.0～20.9 kg(P2O5)·hm?2,其中雙季晚稻主要種植省份江西、湖南、廣東和廣西分別為18.5 kg(P2O5)·hm?2、19.6 kg(P2O5)·hm?2、17.0 kg(P2O5)·hm?2和16.5 kg(P2O5)·hm?2。對于中晚稻秸稈還田來說,其土壤磷養(yǎng)分輸入量在不同省份間存在較大差異,遼寧、湖北、吉林和江蘇較高,達27.3～29.3 kg(P2O5)·hm?2,2018年這4個省份的中晚稻總播種面積占全國主要稻區(qū)中晚稻總播種面積的29.7%;四川、黑龍江、浙江、重慶、湖南和江西為21.8～25.0 kg(P2O5)·hm?2,2018年這些地區(qū)中晚稻總播種面積占比為48.8%;云南、貴州、福建、安徽和廣西中晚稻秸稈還田的土壤磷養(yǎng)分輸入量相對較小,為19.3～21.2 kg(P2O5)·hm?2。從全國范圍看,單位播種面積早稻、雙季晚稻及中晚稻秸稈還田下的土壤磷養(yǎng)分輸入量分別為14.4 kg(P2O5)·hm?2、18.2 kg(P2O5)·hm?2和24.4 kg(P2O5)·hm?2,中晚稻秸稈還田的土壤磷養(yǎng)分輸入量要高于雙季晚稻和早稻。

表2 2013—2018年我國不同省份單位播種面積水稻秸稈還田的土壤磷輸入量Table 2 Phosphorus input through rice straw incorporation in different provinces of China during 2013?2018 kg(P2O5)·hm?2

從圖4可見,長江中游、長江下游和華南稻區(qū)的早稻秸稈還田土壤磷輸入量非常接近,分別為14.3 kg(P2O5)·hm?2、14.5 kg(P2O5)·hm?2和14.4 kg(P2O5)·hm?2;而長江中游稻區(qū)雙季晚稻秸稈還田的土壤磷輸入量[19.3 kg(P2O5)·hm?2]稍高于長江下游稻區(qū)[17.0 kg(P2O5)·hm?2]和華南稻區(qū)[16.8 kg(P2O5)·hm?2]。在我國主要稻區(qū)中,中晚稻秸稈還田的土壤磷輸入量最高的是東北稻區(qū),可以達到25.8 kg(P2O5)·hm?2;華南稻區(qū)中晚稻秸稈還田土壤磷輸入量相對較低,為20.6 kg(P2O5)·hm?2。

3 討論

水稻秸稈產(chǎn)量估算是對水稻秸稈磷養(yǎng)分資源量進行評估的基礎(chǔ),在水稻秸稈產(chǎn)量計算過程中,草谷比是對估算結(jié)果具有決定性影響的關(guān)鍵參數(shù)。謝光輝等[30]通過查閱2006—2010年期間發(fā)表的相關(guān)文獻獲得的水稻草谷比為1.0。在以往的研究中,對我國水稻草谷比的取值以1.0居多[1,3]。劉曉永等[31]基于文獻資料總結(jié)進一步得到我國不同區(qū)域的水稻草谷比,其中長江中下游稻區(qū)的水稻草谷比(1.08)要高于其他稻區(qū)(0.91～0.95)。這些研究在估算過程中沒有對不同季別水稻的秸稈產(chǎn)量進行區(qū)分。此前相關(guān)研究采用的水稻秸稈磷含量多是參考原農(nóng)業(yè)部1994年開展有機肥料資源調(diào)查后出版的《中國有機肥料養(yǎng)分志》[25]和《中國有機肥料養(yǎng)分數(shù)據(jù)集》[27],其中的水稻秸稈磷(P)含量分別為1.3 g·kg?1和1.2 g·kg?1。宋大利等[3]采用水稻草谷比1.0計算出2015年我國水稻秸稈產(chǎn)量為20 823萬t,并利用《中國有機肥料養(yǎng)分數(shù)據(jù)集》[27]中的水稻秸稈磷含量推算出當年水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源量為56.8萬t。

本研究使用的不同季別水稻草谷比和秸稈磷含量來自何萍等[28]對2000—2013年我國水稻主要種植區(qū)大量田間試驗數(shù)據(jù)分析得到的結(jié)果,在此基礎(chǔ)上可以較為準確地對我國早稻、雙季晚稻及中晚稻秸稈資源量進行評估。不同季別水稻的草谷比和秸稈磷含量存在較大差異,早稻秸稈磷含量相對較低,東北稻區(qū)一季稻秸稈磷含量比其他稻區(qū)水稻秸稈磷含量要高出20.0%～38.5%[28]。本研究估算結(jié)果顯示,2015年和2017年我國水稻秸稈總產(chǎn)量分別為18 217萬t和18 703萬t,水稻秸稈磷養(yǎng)分資源總量分別為61.12萬t和63.15萬t,比宋大利等[3]和李一等[32]對相應(yīng)年份水稻秸稈磷養(yǎng)分數(shù)量的估算結(jié)果分別高出7.6%和18.2%,這是由于本研究中采用的不同季別水稻秸稈磷(P)含量(1.3～1.8 g·kg?1)高于宋大利等[3]和李一等[32]對我國水稻秸稈磷含量的統(tǒng)一取值(1.2 g·kg?1)。2018年全國水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分資源總量為62.78萬t,主要分布在水稻種植大省黑龍江、湖南、江蘇、湖北、江西和安徽,這些省份的水稻秸稈磷養(yǎng)分資源總量占主要稻區(qū)總產(chǎn)量的65.5%。從水稻秸稈磷養(yǎng)分資源在不同稻區(qū)間的分布來看,長江中游稻區(qū)所占比例最高,為32.1%,其次為東北和長江下游稻區(qū),占比分別為20.9%和20.8%。長江中游稻區(qū)包括湖南、江西、湖北3個省份,為我國中晚稻和雙季稻主要產(chǎn)區(qū),在全國主要稻區(qū)中水稻產(chǎn)量占比最高,因此水稻秸稈磷養(yǎng)分資源最為豐富。東北稻區(qū)為一季稻,長江下游稻區(qū)為中晚稻主要產(chǎn)區(qū),兩個稻區(qū)的水稻產(chǎn)量比較接近;東北稻區(qū)一季稻的草谷比(0.85)低于長江下游稻區(qū)中晚稻的草谷比(1.00),但東北稻區(qū)水稻秸稈磷(P)含量(1.8 g·kg?1)高于長江下游稻區(qū)中晚稻秸稈磷(P)含量(1.4 g·kg?1)[28],綜合起來看,兩個稻區(qū)的水稻秸稈磷養(yǎng)分資源占比基本相當。

在湖南雙季稻上進行的3年田間試驗表明,在土壤磷收支基本能維持平衡的施磷量下,稻田田面水總磷濃度相對較低,而隨著施磷量的增加,稻田土壤磷素盈余量和田面水總磷濃度隨之升高,磷素流失及誘發(fā)受納水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險繼而增大[17]。在南方赤紅壤區(qū)開展的稻田定位監(jiān)測試驗顯示,導(dǎo)致田面水總磷濃度激增的土壤有效磷臨界含量所對應(yīng)的施磷量與土壤磷素收支持平下的施磷量基本上是一致的[33]。這些研究表明,維持土壤磷素收支平衡對于降低農(nóng)田磷流失風(fēng)險可發(fā)揮重要作用。除磷肥施用外,秸稈還田也是向土壤輸入磷素的重要途徑之一。朱蕓等[22]對長江流域油菜(Brassic napus)-水稻與小麥-水稻兩個輪作體系周年磷養(yǎng)分收支狀況進行評估發(fā)現(xiàn),水稻秸稈還田在油菜季和小麥季上的磷養(yǎng)分輸入量分別可達到21.4 kg(P2O5)·hm?2和16.9 kg(P2O5)·hm?2。因此,在水稻秸稈還田條件下要實現(xiàn)土壤磷養(yǎng)分收支平衡,需要把還田水稻秸稈的磷素攜入量考慮在內(nèi),并在后茬作物上根據(jù)具體情況調(diào)整磷肥投入量,在此基礎(chǔ)上才有可能實現(xiàn)稻田系統(tǒng)磷素的科學(xué)管理。

宋大利等[3]的研究結(jié)果表明,2015年我國長江中下游和華南雙季稻區(qū)早稻秸稈還田磷的輸入量為16 kg(P2O5)·hm?2左右,晚稻的為15～17 kg(P2O5)·hm?2。本研究的估算結(jié)果顯示,2013—2018年我國主要稻區(qū)早稻秸稈還田的年均磷輸入量為14.5 kg(P2O5)·hm?2,稍低于宋大利等[3]的結(jié)果,這是由于本研究采用的早稻草谷比(0.82)較小;本研究中主要稻區(qū)雙季晚稻秸稈還田的年均磷輸入量為16.8～19.3 kg(P2O5)·hm?2,略高于宋大利等[3]的估算結(jié)果,這可歸因于本研究通過文獻調(diào)研獲得的雙季晚稻秸稈磷(P)含量(1.5 g·kg?1)相對較高。與宋大利等[3]的研究結(jié)果不同的是,本研究中各雙季稻區(qū)晚稻秸稈還田的磷攜入量均不同程度地高于早稻;在省級尺度上,湖南和江西這兩個雙季稻種植大省晚稻秸稈還田的磷輸入量比早稻分別高出35.2%和31.2%。這主要是由于本研究對早稻和雙季晚稻的草谷比及秸稈磷含量進行了區(qū)分,采用的雙季晚稻草谷比和秸稈磷含量比早稻分別高出8.5%和15.4%。此前的相關(guān)研究顯示,我國長江中下游稻麥輪作區(qū)和東北水稻單作區(qū)稻秸還田的土壤磷輸入量為22 kg(P2O5)·hm?2左右,西南稻區(qū)水稻秸稈還田磷的輸入量為19 kg(P2O5)·hm?2左右[3]。本文對長江中下游中晚稻和東北一季稻秸稈還田磷攜入量的估算結(jié)果為25 kg(P2O5)·hm?2左右,西南稻區(qū)的為23 kg(P2O5)·hm?2左右,高于上述評估結(jié)果,這里的差異主要是由中晚稻秸稈磷含量取值不同所導(dǎo)致的?？傮w來看,我國中晚稻秸稈還田條件下的土壤磷養(yǎng)分輸入量是相當可觀的,主要稻區(qū)絕大部分省份中晚稻秸稈還田的磷攜入量在20 kg(P2O5)·hm?2以上,湖北、江蘇和四川這3個水稻主產(chǎn)省份超過25 kg(P2O5)·hm?2。因此,在我國水稻秸稈特別是中晚稻秸稈還田條件下,對農(nóng)田磷素投入的計算不能忽視還田秸稈磷攜入量對土壤磷輸入的貢獻。

本研究在一定程度上明確了我國主要稻區(qū)不同季別水稻秸稈還田對農(nóng)田土壤磷素平衡的影響,可以為水稻秸稈還田條件下土壤磷素管理對策的制定提供科學(xué)依據(jù)和重要支持,進而有望實現(xiàn)稻田土壤磷養(yǎng)分收支平衡,提高磷肥利用率,減少磷資源浪費,同時降低農(nóng)田磷素流失的水體污染風(fēng)險。水稻秸稈還田前期腐解較快,是秸稈中磷素的快速釋放期[34-35]。加之稻田磷肥施用后的較短一段時間內(nèi),田面水中總磷濃度較高,為磷流失高峰期[17,19]。因此,在長江中游和華南雙季稻區(qū),水稻秸稈還田初期要加強對稻田田面水的管理以防控磷素流失。

4 結(jié)論

2013—2018年我國主要稻區(qū)早稻及雙季晚稻秸稈產(chǎn)量緩慢下降,而中晚稻秸稈產(chǎn)量在保持平穩(wěn)中有所上升,2018年全國水稻秸稈總產(chǎn)量為18 636萬t,其中以中晚稻秸稈為主。近年來我國水稻秸稈磷資源量總體呈緩慢上升趨勢,2018年全國水稻秸稈磷(P2O5)養(yǎng)分總產(chǎn)量為62.78萬t,主要分布在黑龍江、湖南、江蘇、湖北、江西、安徽和四川等省份;早稻和雙季晚稻秸稈磷養(yǎng)分資源集中分布在長江中游和華南稻區(qū),中晚稻秸稈磷養(yǎng)分資源主要分布在東北、長江下游、長江中游和西南稻區(qū)。

我國主要稻區(qū)不同省份早稻秸稈還田的土壤磷養(yǎng)分輸入量較為接近,為13.9～15.1 kg(P2O5)·hm?2,雙季晚稻秸稈還田的土壤磷養(yǎng)分輸入量為16.0～20.9 kg(P2O5)·hm?2;中晚稻秸稈還田的土壤磷養(yǎng)分輸入量為19.3～29.3 kg(P2O5)·hm?2,高于雙季晚稻和早稻。在進行稻田土壤磷素管理時,要考慮到水稻秸稈還田特別是中晚稻秸稈還田的磷養(yǎng)分輸入量,以實現(xiàn)稻田土壤磷素收支平衡,降低土壤磷素流失風(fēng)險。