張易成 王嵐 周改芳 吳志遠 秦天羽 崔曉輝 郭立月 李彩虹 蔣高明

摘 要：農(nóng)村生物質(zhì)含有大量的氮素，就地肥料化既緩解環(huán)境污染問題，又能創(chuàng)造經(jīng)濟效益。該研究以沂蒙山區(qū)典型村莊蔣家莊為例，實地調(diào)查和分析了該村生物質(zhì)資源量與氮含量，并利用田間試驗探討了其生產(chǎn)有機主糧的潛力與經(jīng)濟效益。結(jié)果表明，蔣家莊植物生物質(zhì)量（干基）為722.5t·a-1，禽畜糞尿（鮮量）2703.1t·a-1，可降解生活垃圾（鮮基）25.4t·a-1，三者折合純氮為18.88t·a-1。1kg牛糞可生產(chǎn)1.04kg有機主糧，1kg植物生物質(zhì)有機肥平均可生產(chǎn)0.53kg有機主糧。該村生物質(zhì)氮總量可滿足全村農(nóng)作物有機種植需求，經(jīng)濟效益可增加2倍以上。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)資源;生物質(zhì)肥;有機種植;生產(chǎn)潛力;經(jīng)濟效益

中圖分類號 S216文獻標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2021）11-0153-08

Study on Biomass Nitrogen Resources and Organic Grain Production Potential in a Village of Yimeng Mountain Region

ZHANG Yicheng1，2 et al.

（1State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change， Institute of Botany， the Chinese Academy of Sciences， Beijing 100093， China; 2College of Resources and Environment， University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China）

Abstract： Rural biomass contains large amount of nitrogen fertilizer resources， in situ fertilization can not only alleviate environmental pollution， but also create considerable economic benefits. Taking Jiangjiazhuang Village， a typical village in Yimeng Mountains of Shandong Province， as a case， we investigated and analyzed the biomass resources and nitrogen amount of the village， and explored the potential and economic benefits of biomass resources in producing organic grains using exact field experiments. The results showed that the amount of plant biomass （dry base）， livestock feces and urine （fresh base） and degradable domestic garbage （fresh base） in Jiangjiazhuang was 716.8 t·a-1， 2703.08 t·a-1， and about 25.40 t·a-1， respectively， which were totally equivalent to 18.78 t·a-1 of pure nitrogen. Biomass fertilizer can be transformed into organic grains （wheat + corn） in situ. It was noted that 1kg manure biomass fertilizer could produce 1.04 kg organic grains， and 1kg plant biomass fertilizer produce 0.53 kg on average. The total amount of biomass nitrogen in the village can satisfy all the crop field for organic planting， which increased the economic benefits by more than 2 times.

Key words： Biomass resources; Biomass fertilizer; Organic farming; Production potential; Economic benefits

1 引言

作物種植和禽畜飼養(yǎng)過程會產(chǎn)生大量的秸稈和糞尿等生物質(zhì)資源，其含有的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，并保護生態(tài)環(huán)境。研究表明，我國每年產(chǎn)生的各類農(nóng)作物秸稈超過9.5億t，禽畜糞便（干基）和尿液分別達5.96億t和8.92億t[1]。目前，我國秸稈資源的綜合利用率為80.1%，其中肥料化和飼料化利用率為52%[2];而禽畜糞尿的養(yǎng)分利用率不到45%[3]。大量農(nóng)作物秸稈和禽畜糞尿暴露在環(huán)境中，不僅浪費生物質(zhì)資源，還會造成土壤、空氣和水體污染等環(huán)境問題[4]。在大規(guī)模糧食產(chǎn)區(qū)和養(yǎng)殖場，生物質(zhì)資源相對集中，便于機械化管理和收集處理;然而，對于個體種植戶和小型養(yǎng)殖戶，因農(nóng)田管理碎片化，養(yǎng)殖場較為分散，生物質(zhì)分布不集中，難以收集運輸并利用。如果發(fā)展有機農(nóng)業(yè)，因附加值高，農(nóng)民愿意投入勞動，可在實現(xiàn)環(huán)境保護基礎(chǔ)上提高經(jīng)濟效益。

環(huán)境和食品污染嚴(yán)重影響到人類健康與壽命，環(huán)境友好的有機農(nóng)業(yè)應(yīng)運而生。相對于普通食品，有機食物更加健康、營養(yǎng)與口感更好[5]，因而受到越來越多的人關(guān)注。目前，國家大力支持農(nóng)田有機質(zhì)提升計劃，出臺政策并提供財政資金支持有機肥生產(chǎn)與應(yīng)用[6]。發(fā)展有機農(nóng)業(yè)，有機肥來源是個根本問題，因有機肥使用相對費時費力，成本比化肥高，限制了有機農(nóng)業(yè)發(fā)展。

作物秸稈、林業(yè)與果園廢棄物、畜禽糞便、可降解生活垃圾等含有豐富的營養(yǎng)元素，可以替代化肥為農(nóng)作物提供生長所需的養(yǎng)分[7-8]，可增加土壤中的有機碳和氮、減少土壤養(yǎng)分損失和改善土壤物理性質(zhì)[9-10]。充分挖掘農(nóng)村大量廉價或零物料成本的生物質(zhì)資源，為有機作物生長提供充足的有機養(yǎng)分，解決農(nóng)村生物質(zhì)資源化處理難題，促進農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護與有機農(nóng)業(yè)的發(fā)展。但是，由于缺乏相應(yīng)的研究，對農(nóng)村生物質(zhì)資源量及其轉(zhuǎn)換有機糧食的潛力缺乏研究，亟需進行有關(guān)調(diào)查、分析與實驗。

本研究選擇山東沂蒙山區(qū)一個村莊，通過實地調(diào)查，結(jié)合田間試驗，分析了北方典型村域可獲取生物質(zhì)氮資源量，并以當(dāng)年易獲得的幾種生物質(zhì)作為生物質(zhì)有機肥，探討了其生產(chǎn)有機主糧（小麥和玉米）的潛力及其經(jīng)濟效益。

2 材料與方法

2.1 生物質(zhì)資源調(diào)查及純氮折算

2.1.1 調(diào)查區(qū)域 調(diào)查村莊位于山東省平邑縣卞橋鎮(zhèn)蔣家莊，為沂蒙山區(qū)典型村莊。村莊生物質(zhì)資源調(diào)查分為三大類：植物類生物質(zhì)資源，包括作物類生物質(zhì)剩余物、果園與林業(yè)類（果園、撫育林、苗圃）廢棄物和雜草;禽畜排泄物;可降解生活垃圾（家庭廚余干垃圾和副食品垃圾）。調(diào)查分夏季和春季2次進行，第1次為2019年8月，主要調(diào)查夏季作物種植面積及其生物質(zhì)資源量、果園種植面積、苗木培育面積、林地面積、雜草生長面積、禽畜飼養(yǎng)情況;第2次為2020年5月，調(diào)查春季作物種植面積及其生物質(zhì)資源量、林地生物質(zhì)剩余物、村莊可降解生活垃圾。

2.1.2 植物類生物質(zhì)資源 植物類生物質(zhì)資源為作物類、果園與林業(yè)類以及雜草。作物類主要為農(nóng)作物如小麥、玉米、花生、高粱等農(nóng)作物和蔬菜類作物以及中藥材類作物;果園與林業(yè)類主要為果樹和撫育林的枝條修剪，其中楊樹林是育成林，則以其凋落物為主;雜草生物質(zhì)主要為農(nóng)田與田間道路之間以及交通主道兩旁空地生長的雜草。各生物質(zhì)資源量為各生物質(zhì)調(diào)查面積與單位面積廢棄物的乘積，折純氮量為各生物質(zhì)量與生物質(zhì)含氮量的乘積。計算公式如下：

Mi=[i=0nAn×Kn] （1）

Ni=[i=0nMn×βn] （2）

Mi：當(dāng)年i種作物所產(chǎn)生的廢棄生物質(zhì)資源總量（干基），i：所統(tǒng)計的作物的種類總數(shù)，n：作物的種類，An：當(dāng)年n作物的種植面積，Kn：n作物相應(yīng)的單位面積廢棄的生物質(zhì)量。Ni：當(dāng)年i種作物廢棄生物質(zhì)折純氮量，Mn：n作物生物質(zhì)資源量，βn：n作物含氮量。

2.1.3 禽畜糞便類生物質(zhì)資源 畜禽糞便類生物質(zhì)主要為牛、豬、雞、鴨、鵝的排泄物。禽畜糞尿生物質(zhì)資源量為各禽畜養(yǎng)殖數(shù)量與日排放量和飼養(yǎng)周期的乘積，折純氮量為各禽畜糞尿量與糞尿含氮量的乘積。計算公式如下：

Wi=[i=0nQn×Tn×En] （3）

Ni=[i=0nQn×βn] （4）

Wi：當(dāng)年i類動物糞尿總產(chǎn)量，i：所統(tǒng)計的動物種類總數(shù)，n：動物的種類，Qn：當(dāng)年n動物的養(yǎng)殖數(shù)量，Tn：當(dāng)年n動物的飼養(yǎng)期，En：n動物日排泄量。Ni：當(dāng)年i類動物糞便折純氮量，Wn：n動物糞尿產(chǎn)量，βn：n動物糞尿含氮量。

2.1.4 可降解生活垃圾生物質(zhì)資源 農(nóng)村可降解生活垃圾生物質(zhì)主要為可降解家庭廚余干垃圾和副食品垃圾。

農(nóng)村生活垃圾生物量=農(nóng)戶生活垃圾日均產(chǎn)量×365d×戶數(shù)（1-含水量） （5）

農(nóng)村生活垃圾折純氮量=鄉(xiāng)村生活垃圾干基總量×干基含氮比 （6）

2.2 生物質(zhì)有機肥生產(chǎn)潛力

2.2.1 試驗材料 田間試驗為小麥-玉米輪作試驗，冬小麥（Triticum aestivium L.）品種為臨麥9號，夏玉米（Zea mays L.）品種為沃玉3號。村莊夏季易獲得的植物生物質(zhì)有花生秸稈、玉米芯、楊樹葉、雜草和高粱等，而村莊玉米秸稈全部用于生態(tài)牛場作青貯飼料;動物糞便主要為牛糞，其他糞便相對較少。因此，本試驗選用花生秸稈、玉米芯、楊樹葉、雜草、高粱和腐熟牛糞6種生物質(zhì)進行冬小麥-夏玉米輪作，探討其生產(chǎn)有機主糧的潛力及其經(jīng)濟效益。

2.2.2 試驗方法 試驗田為連續(xù)6年施有機肥的有機農(nóng)田，土壤有機質(zhì)含量為23mg·kg-1，試驗田施氮量參照當(dāng)?shù)厥┓柿浚驹囼炇┑慷?00kg·hm-2。

試驗在等氮量施肥條件下，設(shè)置了8個處理：（1）H，花生秸稈;（2）N，腐熟牛糞;（3）X，玉米芯;（4）L，楊樹葉;（5）C，雜草;（6）G，高粱秸稈;（7）CF，復(fù)合肥;（8）CK，空白處理。各處理施肥量如表1所示。試驗田采用隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積為3m×6m，每個處理設(shè)置3個重復(fù)小區(qū)，小區(qū)之間設(shè)置1m寬的隔離行。

冬小麥于2019年10月16日播種，2020年6月5日收獲，播種量為180kg·hm-2;夏玉米于2020年6月12日播種，2020年10月2日收獲，夏玉米種植密度為60000株/hm2。小麥播種方式為條播，行距為20～30cm;玉米播種方式為穴播，行距為60～70cm，株距為30cm。冬小麥播種后的冬季和第2年的春季分別灌溉1次水，玉米季不灌溉;小麥季苗期人工除草2次，玉米季苗期人工除草1次。

2.2.3 作物產(chǎn)量 小麥?zhǔn)斋@期每小區(qū)收獲3個1m2樣方，調(diào)查成穗數(shù)和穗粒數(shù)，測定籽粒千粒重。

小麥理論產(chǎn)量（kg·hm-2）=有效穗數(shù)×穗粒數(shù)×千粒重×0.85/1000

玉米收獲期每小區(qū)選3行連續(xù)的10株玉米穗，調(diào)查穗行數(shù)和行粒數(shù)，測定籽粒百粒重。

玉米理論產(chǎn)量（kg·hm-2）=有效穗數(shù)×穗粒數(shù)×百粒重×0.85/100

2.3 統(tǒng)計分析 采用Microsoft Excel 2016對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、整理;采用SPSS 22.0進行單因素方差分析，并通過DUNCAN檢驗進行顯著性分析（α=0.05），采用用SigmaPlot 14.0進行作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 蔣家莊村生物質(zhì)資源量及折純氮量

3.1.1 植物 蔣家莊總林地（楊樹經(jīng)濟林）面積為12hm2;總耕地面積為66.67hm2，其中作物耕地約56.17hm2，其余約10.50hm2為果園和苗圃。經(jīng)濟林為楊樹育成林，總面積12hm2。農(nóng)田與田間道路之間以及交通主道兩旁空地面積（雜草生長面積）1.39hm2。夏季作物種植總面積約56.17hm2，主要種植夏玉米、花生、高粱，小面積種植雜糧類作物和蔬菜類作物;春季播種面積49.59hm2，主要種植冬小麥和大蒜，小面積種植蔬菜類作物，其余留春耕地未種植作物。果園包括蘋果園、桃、葡萄等果樹，總面積5.20hm2;槐樹撫育林1.18hm2;中幼撫育林主要為蘋果、桃樹、核桃等，總面積2.74hm2;苗圃主要栽種桃樹、核桃、山楂等苗木，總面積1.39hm2。

農(nóng)作物、蔬菜、中藥材等作物種植面積和單位面積生物質(zhì)干量的數(shù)據(jù)均來源于實地調(diào)查和取樣，由此計算出生物質(zhì)資源量，總干量為1031.54t·a-1。其中農(nóng)作物生物質(zhì)資源最多，總量為1003.81t·a-1;其次是蔬菜類，總量分別為17.68t·a-1，雜草和中藥材類生物質(zhì)資源量相對較少，分別為5.70t和4.35t·a-1（表2）;果園與林業(yè)類生物質(zhì)資源如表3所示，該類生物質(zhì)資源總量為92.52t·a-1。

該村玉米秸稈全部供給弘毅生態(tài)牛場作青貯飼料，因而其不納入植物生物質(zhì)氮折算中，從而避免與牛糞中的氮重疊。植物生物質(zhì)含氮量的數(shù)據(jù)主要來源于相關(guān)文獻，其他農(nóng)作物秸稈含氮量取各小面積種植農(nóng)作物秸稈含氮量的平均值。該村植物生物質(zhì)總純氮量為6.91t·a-1。其中農(nóng)作物生物質(zhì)氮最多，總量為5.12t·a-1;其次是園林類和蔬菜類生物質(zhì)氮，分別為1.01和0.61t·a-1，中藥材類和雜草類生物質(zhì)氮分別為0.07和0.10t·a-1（表4）。

3.1.2 禽畜糞尿 蔣家莊村飼養(yǎng)禽畜有肉牛、生豬、雞、鴨和鵝。該村莊有1個大型生態(tài)養(yǎng)牛場和4戶小型禽畜養(yǎng)殖戶，其余有禽畜養(yǎng)殖為個體戶圈養(yǎng)。肉牛當(dāng)年出欄量和存欄量為316頭，其中弘毅生態(tài)農(nóng)場出欄100頭，存欄200頭，周邊散養(yǎng)戶出欄16頭。當(dāng)年共計出欄生豬128頭;肉雞與蛋雞養(yǎng)殖數(shù)量分別為1170只和823只;鴨和鵝養(yǎng)殖數(shù)量分別為92只和149只。當(dāng)年禽畜糞尿年排放總量為2703.08t·a-1，其中禽畜糞便年排放量為1842.27t·a-1，禽畜尿液年排放量為860.81t·a-1（表5）。禽畜糞尿總純氮量為11.71t·a-1，其中禽畜糞便生物質(zhì)氮為7.55t·a-1，禽畜尿液生物質(zhì)氮為4.16t·a-1（表6）。

3.1.3 可降解生活垃圾 蔣家莊村共有240戶農(nóng)戶，隨機選取10戶農(nóng)戶進行連續(xù)12天的追蹤調(diào)查。調(diào)查結(jié)果表明，該村平均每戶產(chǎn)生可降解生活垃圾0.29kg（鮮重），可降解生活垃圾含水量為56.23%，其含氮量測定為21.3g·kg-1。根據(jù)公式（5）和公式（6）計算可得，蔣家莊村當(dāng)年產(chǎn)生可降解生活垃圾（鮮基）25.40t·a-1，可降解生活垃圾生物質(zhì)氮為0.26t·a-1。

3.1.4 生物質(zhì)資源量及總純氮量 蔣家莊村生物質(zhì)資源總量為3852.54t·a-1，其中禽畜糞便（鮮基）生物質(zhì)總量為1842.27t·a-1，禽畜尿液生物質(zhì)總量為860.81t·a-1，植物生物質(zhì)（干基）總量為1124.06t·a-1，可降解生活垃圾（鮮基）生物質(zhì)總量為25.40t·a-1（圖1）。

該村總生物質(zhì)資源量折算為純氮量為18.88t·a-1，其中禽畜糞便生物質(zhì)氮為7.55t·a-1，占總量的40.0%;禽畜尿液生物質(zhì)氮4.16t·a-1，占22.0%;植物生物質(zhì)氮6.91t·a-1，占36.6%;可降解生活垃圾生物質(zhì)氮為0.26t·a-1，占1.4%（圖2）。

3.2 生物質(zhì)肥轉(zhuǎn)化為有機糧食潛力

3.2.1 冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)的產(chǎn)量 各施肥條件下冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)的產(chǎn)量如圖3所示。冬小麥季，CK（空白處理）、CF（化肥處理）、H（花生秸稈生物質(zhì)有機肥）、N（牛糞生物質(zhì)有機肥）、X（玉米芯生物質(zhì)有機肥）、L（楊樹葉生物質(zhì)有機肥）、C（雜草生物質(zhì)有機肥）和G（高粱秸稈生物質(zhì)有機肥）的產(chǎn)量分別為3505、8384、6471、7727、6136、6347、6479和6178kg·hm-2。其中CF和N之間無顯著差異，但均顯著高于其他處理（P<0.05）;H、X、L、C和G之間無顯著差異，但均顯著高于CK（P<0.05）。夏玉米季，CK、CF、H、N、X、L、C和G的產(chǎn)量分別為4218、8650、6928、8298、6098、6682、6737和6529kg·hm-2。其中CF和N之間無顯著差異，但均顯著高于其他處理（P<0.05），CK顯著低于其他處理（P<0.05）;H、L、C和G之間無顯著差異，但H、L和D顯著高于X（P<0.05）;X和G之間無顯著差異。CK、CF、H、N、X、L、C和G的周年產(chǎn)量分別為7723、17035、13397、16026、12234、13030、13216和12708kg·hm-2，其中CF和N之間無顯著差異，但均顯著高于其他處理（P<0.05），CK顯著低于其他處理（P<0.05）;H、L、D和G之間無顯著差異，但H、L和D顯著高于X（P<0.05）;X和G之間無顯著差異。

3.2.2 不同生物質(zhì)肥轉(zhuǎn)化為有機主糧的潛力 生物質(zhì)有機肥的生產(chǎn)潛力如表7所示。N（牛糞生物質(zhì)有機肥）的生產(chǎn)潛力最高，1kg腐熟牛糞可生產(chǎn)1.04kg有機主糧（小麥+玉米）;其次是H（花生秸稈生物質(zhì)有機肥）和C（雜草生物質(zhì)有機肥），1kg花生秸稈和1kg大豆秸稈分別可生產(chǎn)0.81和0.76kg有機主糧;G（高粱秸稈生物質(zhì)有機肥）、L（楊樹葉子生物質(zhì)有機肥）和X（玉米芯生物質(zhì)有機肥）的生產(chǎn)潛力相對較低，1kg高粱秸稈、1kg楊樹葉子和1kg玉米芯分別可生產(chǎn)0.53、0.32和0.24kg有機主糧。

3.2.3 冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)的經(jīng)濟效益 表8為化肥和各生物質(zhì)有機肥處理的投入明細(xì)。由于CK沒有施肥，在實際生產(chǎn)中沒有指導(dǎo)意義，因此不做經(jīng)濟效益分析。X和L年均投入最多，分別為24561和21537，其次是CF、N、C和G，分別為17917、17486、17411和17389元·hm-2，H投入相對較少，為16973元·hm-2。各處理在種子、耕地、播種、收獲、灌溉方面的投入均相同。化肥處理除了除草、肥料和施肥用工投入與各生物質(zhì)有機肥處理不同，其他投入均相同。X、L和CF購買肥料投入較高，H、N、C和G購買肥料投入相對較少;N施肥人工投入最高，其次是X和L，H、C和G，CF最少。各生物質(zhì)有機肥施肥和除草的人工投入均高于化肥處理，H（花生秸稈生物質(zhì)有機肥）、N（牛糞生物質(zhì)有機肥）、X（玉米芯生物質(zhì)有機肥）、L（楊樹葉生物質(zhì)有機肥）、G（高粱秸稈生物質(zhì)有機肥）、C（雜草生物質(zhì)有機肥）和H（花生秸稈生物質(zhì)有機肥）的施肥和除草人工投入分別是CF（化肥處理）的3.92、3.46、3.23、2.91、2.77和2.75倍。

本研究中，試驗田為連續(xù)6年沒有使用化肥和化學(xué)農(nóng)藥的有機農(nóng)田，各生物質(zhì)有機肥處理的作物按有機標(biāo)準(zhǔn)進行種植，小麥和玉米按有機地頭價銷售。N年凈產(chǎn)值最高，達62070元·hm-2，其次是H、C、G、L和X，分別為49559、48402、45800、43284和36647元·hm-2，CF最低，為21288元·hm-2。各生物質(zhì)有機肥處理的年凈產(chǎn)值均高于化肥處理，N（牛糞生物質(zhì)有機肥）、H（花生秸稈生物質(zhì)有機肥）、C（雜草生物質(zhì)有機肥）、G（高粱秸稈生物質(zhì)有機肥）、L（楊樹葉生物質(zhì)有機肥）和X（玉米芯生物質(zhì)有機肥）的年凈產(chǎn)值分別是CF（化肥處理）的2.92、2.33、2.27、2.15、2.03和1.72倍（表9）。

4 討論與結(jié)論

所有光合產(chǎn)物及其衍生物都可以當(dāng)作生物質(zhì)有機肥，為作物提供生長所需的養(yǎng)分[1]。明確生物質(zhì)資源量，可為其合理利用和政府相關(guān)政策出臺提供依據(jù)。目前，生物質(zhì)資源的統(tǒng)計主要集中在國家或區(qū)域?qū)用?，而關(guān)于農(nóng)村生物質(zhì)資源量的研究較少，并且研究方法都為利用相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析的自下而上估算法，由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的來源不同以及相關(guān)參數(shù)的差異，導(dǎo)致其研究結(jié)果也存在差異。如2015年，中國秸稈資源量統(tǒng)計分析結(jié)果有7.19×108[30]和9.73×108t·a-1[1]，中國禽畜糞尿統(tǒng)計分析結(jié)果有31.5810[3]和30.079.73×108t·a-1[1]。這些數(shù)據(jù)出入的另一部分原因是缺乏具體村莊生物質(zhì)資源的實地調(diào)查。本研究通過實地調(diào)查分析1個村莊生物質(zhì)資源及其折純氮量，明確了1個典型村莊的生物質(zhì)資源量及生物質(zhì)氮總量，為大尺度估算生物質(zhì)資源提供了基礎(chǔ)參數(shù)。

城市是人民的主要居住地，農(nóng)村則是人民生存所需食物的主要供給地，農(nóng)村每年都會有大量的生物質(zhì)資源產(chǎn)生。2015年我國農(nóng)村產(chǎn)生5.33×109t·a-1生物質(zhì)廢棄物，禽畜排放物為4.1×109t·a-1，占總量的76.9%，植物類生物質(zhì)廢棄物為1.13×109t·a-1，占21.2%，生活垃圾為0.1×109t·a-1，占1.9%[31]。本研究發(fā)現(xiàn)蔣家莊村生物質(zhì)資源種類分布與前人研究較為相近，該村生物質(zhì)資源主要為動物排泄物，占總量的62.0%，植物生物質(zhì)資源占36.6%，可降解生活垃圾占1.4%。但是，本研究中農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)量（0.29kg/戶）低于前人研究的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾（0.52kg/人·d）[32-33]，原因是生活垃圾全部來源于村莊內(nèi)部，生活垃圾的組分為廚房剩余干垃圾（如過剩食材、剩余菜飯等）和日常副食品剩余物（如果皮、果核等），而前人研究的生活垃圾還包括煤灰、塑料、金屬、玻璃、紡織品、磚塊等無機垃圾，而可降解有機垃圾占比為33.7%±17.8%[34]，以此折算后與本研究中可降解生活垃圾大致相當(dāng)。蔣家莊全村生物質(zhì)資源總量折合純氮為18.88t·a-1，足夠滿足村莊全部主糧和雜糧作物（56.17hm2）300kg·hm-2的施氮需求。

研究表明，有機肥對土壤理化性質(zhì)有顯著的改善作用[35]，可提高土壤有機碳和氮含量[36]，提高土壤微生物量[37]，進而提高作物產(chǎn)量[38]。農(nóng)村生物質(zhì)就地肥料化，既可以避免資源的浪費，又能夠就地轉(zhuǎn)化為有機糧食，帶來可觀的經(jīng)濟效益。本研究中，牛糞生物質(zhì)有機肥（N，腐熟牛糞）與化肥處理的小麥-玉米輪作系統(tǒng)產(chǎn)量分別為17035和16026kg·hm-2，兩者之間無顯著差異，但均顯著高于各植物生物質(zhì)有機肥處理（P<0.05）;各植物生物質(zhì)有機肥處理均顯著高于空白處理（P<0.05）。各生物質(zhì)有機肥轉(zhuǎn)化為有機主糧（冬小麥+夏玉米）的潛力表現(xiàn)為動物糞便（N，腐熟牛糞）生物質(zhì)有機肥明顯高于植物生物質(zhì)有機肥，1kg動物糞便生物質(zhì)有機肥可生產(chǎn)1.04kg有機主糧，1kg植物類生物質(zhì)有機肥平均可生產(chǎn)0.53kg有機主糧。

除含氮量較低的玉米芯和楊樹葉生物質(zhì)有機肥處理的生產(chǎn)投入高于化肥處理外，其余生物質(zhì)有機肥處理的生產(chǎn)投入與化肥處理相當(dāng)。但是，各生物質(zhì)有機肥處理的經(jīng)濟效益均高于化肥處理，動物糞便生物質(zhì)有機肥處理的經(jīng)濟效益相對高于各植物生物質(zhì)有機肥處理，其經(jīng)濟效益是化肥處理2.9倍。各植物生物質(zhì)肥的平均經(jīng)濟效益是化肥處理的2.1倍。此外，各生物質(zhì)有機肥處理的投入主要為購買生物質(zhì)肥和施肥與除草人工費用，而廢棄生物質(zhì)就地代替化肥利用相對于農(nóng)民來說，肥料投入幾乎是零成本，施肥與除草人工投入則是農(nóng)民自己的勞力轉(zhuǎn)化為自己的經(jīng)濟收入。

本研究對沂蒙山區(qū)1個典型村落的生物質(zhì)資源進行調(diào)查分析，結(jié)果表明，該村具有大量可利用的生物質(zhì)資源，且可就地作為生物質(zhì)有機肥施入農(nóng)田轉(zhuǎn)化為有機主糧，為村莊農(nóng)民帶來可觀的經(jīng)濟收入。該村生物質(zhì)氮總量為18.88t·a-1，主要為動物糞尿生物質(zhì)氮，超過總量的60%，植物生物質(zhì)氮為36%。村莊生物質(zhì)資源總氮量可滿足該村全部農(nóng)作物耕地進行有機種植所需的有機氮。在連續(xù)6年進行養(yǎng)地基礎(chǔ)上，各生物質(zhì)可作有機肥就地轉(zhuǎn)化為有機主糧（小麥和玉米），其中動物糞便生物質(zhì)有機肥的有機主糧產(chǎn)量顯著高于植物生物質(zhì)肥。農(nóng)民種植有機農(nóng)作物可使經(jīng)濟收入增加2倍以上，同時還可以在家門口就地將自己的勞動力轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟收入。本研究成果可為有機主糧生產(chǎn)、生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展、鄉(xiāng)村環(huán)境保護提供理論依據(jù)與實踐案例。

參考文獻

[1]Cui X H， Guo L Y， Li C H， et al. The total biomass nitrogen reservoir and its potential of replacing chemical fertilizers in China[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2021，135：110215.

[2]宋大利，侯勝鵬，王秀斌，等.中國秸稈養(yǎng)分資源數(shù)量及替代化肥潛力[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2018，24（01）：1-21.

[3]劉曉永，李書田.中國畜禽糞尿養(yǎng)分資源及其還田的時空分布特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34（04）：1-14，316.

[4]Fischer G， Ermolieva T， Ermoliev Y， et al. Livestock production planning under environmental risks and uncertainties[J]. Journal of Systems Science and Systems Engineering， 2006，15（04）：399-418.

[5]Lopez-Yerena A， Lozano-Castellon J， Olmo-Cunillera A， et al. Effects of organic and conventional growing systems on the phenolic profile of extra-virgin olive oil[J]. Molecules， 2019，24（10）.

[6]潘根興，林振衡，李戀卿，等.試論我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村有機廢棄物生物質(zhì)碳產(chǎn)業(yè)化[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2011，13：75-82.

[7]Yang X Y， Gong W. The role of chemical and organic fertilizers on yield， yield variability and carbon sequestration-results of a 19-year experiment[J]. Plant & Soil， 2010，331（01-02）：471-480.

[8]Wang W Q， Sardans J， Wang C， et al. Straw application strategy to optimize nutrient release in a Southeastern China rice cropland[J]. Agronomy-Basel， 2017，7（04）.

[9]Dikgwatlhe S B， Chen Z D， Lal R， et al. Changes in soil organic carbon and nitrogen as affected by tillage and residue management under wheat-maize cropping system in the North China Plain[J]. Soil & Tillage Research， 2014，144：110-118.

[10]Yang H S， Xu M M， Koide-Roger T， et al. Effects of ditch-buried straw return on water percolation， nitrogen leaching and crop yields in a rice-wheat rotation system[J]. Sci Food Agric， 2016，96（04）：1141-1149.

[11]全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心.中國有機肥料資源[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.

[12]陳琴，方升佐，田野.楊樹和榿木落葉混合分解對土壤微生物生物量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2012，23（08）：2121-2128.

[13]李安華，劉彥珍，王建設(shè)，等.楊樹葉與豬糞混合發(fā)酵產(chǎn)沼氣研究[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2016，47（05）：705-709.

[14]劉麗麗，李建輝，鄭雪良，等.果樹枝條資源化利用研究進展[J].浙江柑橘，2016，33（04）：5-8.

[15]吳亞召，張文雋，雷萍，等.利用蘋果樹枝木屑栽培茶樹菇配方篩選試驗[J].西北園藝（綜合），2018（03）：62-64.

[16]潘小蘇.林木生物質(zhì)能源資源潛力評估研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2014.

[17]于丹.林木生物質(zhì)能源資源供給能力評價及影響因素分析[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2016.

[18]張衛(wèi)東，張?zhí)m，張彩虹，等.我國林木生物質(zhì)能源資源分類及總量估算[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科版），2015，14（02）：52-55.

[19]李少陽.陜西蘋果修剪枝作為生物質(zhì)再生能源利用研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2009.

[20]郭守華，趙香蘭，齊永順.等.桃新品種“麗紅”抗寒性研究[J].河北科技師范學(xué)院學(xué)報，2004（02）：73-77，80.

[21]張文娥，潘學(xué)軍，王飛.葡萄枝條水分含量變化與抗寒性鑒定[J].中國果樹，2007（01）：14-15.

[22]陳湖，張新生，朱淑梅.梨枝條水分及年變化規(guī)律調(diào)查[J].河北果樹，2001（01）：11-12.

[23]高利偉，馬林，張衛(wèi)峰，等.中國作物秸稈養(yǎng)分資源數(shù)量估算及其利用狀況[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009，25（07）：173-179.

[24]杜鵬祥，韓雪，高杰云，等.我國蔬菜廢棄物資源化高效利用潛力分析[J].中國蔬菜，2015（07）：15-20.

[25]路超，王金政，康冰心，等.盛果期紅富士蘋果樹適宜負(fù)載量研究[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（10）：35-38+42.

[26]宗慶姝.4種園藝廢棄物還田和堆肥對設(shè)施西芹土壤質(zhì)量影響的研究[D].銀川：寧夏大學(xué)，2015.

[27]中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所.第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊[EB/OL].2009.

[28]林源，馬驥，秦富.中國畜禽糞便資源結(jié)構(gòu)分布及發(fā)展展望[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2012，28（32）：1-5.

[29]朱建春，張增強，樊志民，等.中國畜禽糞便的能源潛力與氮磷耕地負(fù)荷及總量控制[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)報，2014，33（03）：435-445.

[30]侯勝鵬.中國主要有機養(yǎng)分資源利用潛力研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2017.

[31]呼和濤力，袁浩然，劉曉風(fēng)，等.我國農(nóng)村廢棄物分類資源化利用戰(zhàn)略研究[J].中國工程科學(xué)，2017，19（04）：103-108.

[32]何品晶，張春燕，楊娜，等.我國村鎮(zhèn)生活垃圾處理現(xiàn)狀與技術(shù)路線探討[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，29（11）：2049-2054.

[33]韓智勇，費勇強，劉丹，等.中國農(nóng)村生活垃圾的產(chǎn)生量與物理特性分析及處理建議[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33（15）：1-14.

[34]Wu X H， Yue B， Huang Q F， et al. Investigation of the physical and chemical characteristics of rural solid waste in China and its spatiotemporal distributions[J]. Environmental Science and Pollution Research， 2018，25（18）：17330-17342.

[35]Meng J， Li L J， Liu H T， et al. Biodiversity management of organic orchard enhances both ecological and economic profitability[J]. Peer J， 2016，4： e2137.

[36]Cen Y， Li L J， Guo L Y， et al. Organic management enhances both ecological and economic profitability of apple orchard： A case study in Shandong Peninsula[J]. Scientia Horticulturae， 2020，265：109201.

[37]Cruz A F， Hamel C， Hanson K， et al. Thirty-seven years of soil nitrogen and phosphorus fertility management shapes the structure and function of the soil microbial community in a Brown Chernozem[J]. Plant and Soil， 2009，315：173-184.

[38]Liu H T， Meng J， Bo W J， et al. Biodiversity management of organic farming enhances agricultural sustainability[J]. Scientific Reports， 2016，6：23816. （責(zé)編：王慧晴）