全 文 ：中南地区农田有机物质与化肥投入量的区域差异∗
刘欢瑶１，２　 吴金水１∗∗　 周脚根１　 肖和艾１　 周　 萍１
（ １中国科学院亚热带生态农业研究所， 长沙 ４１０１２５； ２中国科学院大学， 北京 １０００４９）
摘　 要　 基于 ４省野外调查样点和农户调研数据，对中南 ４ 省（湖南、湖北、广东、广西）农田
有机物质与化肥投入量以及农田氮、磷、钾收支状况进行研究．结果表明： 农田有机物质投入
量大小为广西（８９９３ ｋｇ·ｈｍ－２） ＞湖南（６３９０ ｋｇ·ｈｍ－２） ＞湖北（５０１２ ｋｇ·ｈｍ－２） ＞广东（４６３０
ｋｇ·ｈｍ－２）；平均化肥投入量为广西（７７７．５ ｋｇ·ｈｍ－２） ＞湖南（５０１．６ ｋｇ·ｈｍ－２） ＞湖北（４８６．４
ｋｇ·ｈｍ－２）＞广东（３４０．４ ｋｇ·ｈｍ－２） ．４省农田氮和磷收支为氮磷盈余，其中广西农田氮盈余率
（６７．２％）、磷盈余率（９９．０％）明显超过湖南（氮盈余率 ３３．２％，磷盈余率 ５０．８％）、湖北（氮盈余
率 １１．８％，磷盈余率 １１．０％）以及广东（氮盈余率 ７．８％、磷盈余率 ３０．０％） ．湖南、湖北、广东 ３
省为钾亏缺，亏缺率分别为湖南 ６．６％、湖北 １８．７％、广东 １２．４％，而广西收支为钾盈余 １９．５％．
关键词　 有机物质； 氮磷钾收支； 生物量； 秸秆
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０９－２７２１－０７　 中图分类号　 Ｓ１４⁃３１， Ｓ１５８．９　 文献标识码　 Ａ
Ｒｅｇｉｏｎａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｉｎｐｕｔｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｉｎ Ｓｏｕｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉ⁃
ｎａ． ＬＩＵ Ｈｕａｎ⁃ｙａｏ１，２， ＷＵ Ｊｉｎ⁃ｓｈｕｉ１， ＺＨＯＵ Ｊｉａｏ⁃ｇｅｎ１， ＸＩＡＯ Ｈｅ⁃ａｉ１， ＺＨＯＵ Ｐｉｎｇ１ （ １ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１２５， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２Ｕｎｉｖｅｒｓｉ⁃
ｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９， Ｃｈｉｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（９）：
２７２１－２７２７．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｃｒｏｐｌａｎｄ
ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ， ｉ． ｅ．， Ｈｕｎａｎ， Ｈｕｂｅｉ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ａｎｄ Ｇｕａｎｇｘｉ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ
ｂｕｄｇｅｔｓ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ （Ｎ）， ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ （Ｐ） ａｎｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ （Ｋ）， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｆｉｅｌｄ ｉｎｖｅｓ⁃
ｔｉｇａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｐｅａｓａｎｔ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｓｕｒｖｅｙｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｏｔａｌ ａｍｏｕｎｔｓ
ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｉｎｐｕｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ ｗａｓ ｒａｎｋｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗ： ８９９３ ｋｇ·ｈｍ－２ ｉｎ Ｇｕａｎｇｘｉ，
６３９０ ｋｇ·ｈｍ－２ ｉｎ Ｈｕｎａｎ， ５０１２ ｋｇ·ｈｍ－２ ｉｎ Ｈｕｂｅｉ， ４６３０ ｋｇ·ｈｍ－２ ｉｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ， ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ
ＮＰＫ ｉｎｐｕｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ ｗｅｒｅ ｒａｎｋｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗ： ７７７． ５ ｋｇ·ｈｍ－２ ｉｎ Ｇｕａｎｇｘｉ， ５０１． ６
ｋｇ·ｈｍ－２ ｉｎ Ｈｕｎａｎ， ４８６．４ ｋｇ·ｈｍ－２ ｉｎ Ｈｕｂｅｉ， ３４０．４ ｋｇ·ｈｍ－２ ｉｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ． Ｔｈｅ Ｎ ａｎｄ Ｐ ｉｎｐｕｔ
ｓｕｒｐｌｕｓｅｓ ｗｅｒｅ ｇｒｅａｔｅｓｔ ｉｎ Ｇｕａｎｇｘｉ （６７．２％ ａｎｄ ９９．０％ ａｓ ｆｏｒ Ｎ ａｎｄ Ｐ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ）， ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ
Ｈｕｎａｎ （３３．２％ ａｎｄ ５０．８％）， Ｈｕｂｅｉ （１１．８％ ａｎｄ １１．０％）， ａｎｄ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ （７．８％ ａｎｄ ３０．０％）．
Ｈｏｗｅｖｅｒ， Ｋ ｉｎｐｕｔ ｗａｓ ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎ Ｈｕｎａｎ， Ｈｕｂｅｉ， ａｎｄ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ （６．６％， １８．７％ ａｎｄ １２．４％），
ｂｕｔ ｓｕｒｐｌｕｓ ｉｎ Ｇｕａｎｇｘｉ （１９．５％）．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ； ｂｕｄｇｅｔ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ， ｐｏｔａｓｓｉｕｍ； ｂｉｏｍａｓｓ； ｓｔｒａｗ．
∗中国科学院战略性先导科技专项（ＸＤＡ０５０５０５０５）和国家自然科
学基金项目（４１２０１２９９）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｊｓｗｕ＠ ｉｓａ．ａｃ．ｃｎ
２０１４⁃１２⁃１１收稿，２０１５⁃０５⁃０８接受．
　 　 提高全球陆地生态系统的土壤固碳潜力是应对
全球气候变化的重要管理措施之一．有机物质的投
入是土壤有机碳的主要来源，其区域分布差异研究
在一定程度上对理解区域土壤固碳的空间格局及形
成机理有很好的参考价值，对促进农业生产和缓解
气候变化有积极意义．农田有机物质主要由有机肥、
地下生物量、秸秆留茬量、秸秆还田量 ４ 部分组
成［１］ ．区域农田有机物质的投入量通常以净初级生
产力（ＮＰＰ）的遥感产品数据来估算［２－４］ ．用 ＮＰＰ 数
据估算农田有机物质投入量，可以相对准确地反映
区域有机物质投入量的空间格局，但也存在一定的
局限性：１）有机肥投入数据的获取依赖统计调查，
无法通过遥感获取；２）自然资源的时空差异性给
ＮＰＰ 遥感数据造成很大的不确定性，需要大量的观
测数据校准 ＮＰＰ 遥感数据，但是现实中尤其是区域
尺度上可用的观测样点不多．因此，广泛获取区域农
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ９月　 第 ２６卷　 第 ９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｓｅｐ． ２０１５， ２６（９）： ２７２１－２７２７
田有机物质投入量数据，可有效地校验遥感 ＮＰＰ 产
品数据，提高其数据精度．
为解决粮食需求扩大和耕地缩减的矛盾，不得
不增加化肥投入．合理施肥已经成为维持或提高生
产、经济效益，降低对生态环境的影响等一系列生态
农业问题的热点．施肥、秸秆还田等不同农业管理措
施对区域氮磷钾分布状况的影响是评价农业可持续
生产的一项重要指标［５－６］ ．目前，我国农业生产中化
肥投入存在氮、磷、钾比例不合理问题［７－８］ ．估算氮磷
钾收支是评估化肥投入是否合理的有效方式之一．
氮磷钾收支平衡研究常用以下两种模式：１）小尺度
定位观测分析，即通过获取小范围田间试验数据，分
析氮磷钾收支［９－１１］ ．这种模式的结果准确性高，但地
域性强，空间扩展性差；２）基于统计年鉴的统计估
算，多以省市或国家尺度上的统计年鉴数据作为基
础，评估大范围的土壤氮磷钾收支状况［１２－１４］ ．这种
模式能有效地凸显区域土壤氮磷钾收支的总体变化
趋势，然而由于统计年鉴数据过于归约，很难反映区
域土壤氮磷钾收支的局部差异性．中国农业生产是
以家庭联产承包为主．所以，以农户为基本单元调查
农业生产投入数据，以评估农田土壤氮磷钾收支状
况，更能反映中国农业生产的实情．
中南 ４省水热条件好，农业人口密度大，肥料的
投入量高，是全国的主要粮食产区之一．本文研究中
南 ４省有机物质投入和化肥投入量，分析有机物质
投入量和化肥投入量对氮磷钾收支的影响，以期为
中南农田生态系统的施肥管理提供科学参考．
１　 材料与方法
１􀆰 １　 数据调查和获取方法
于 ２０１１—２０１２年选择湖南、湖北、广东、广西 ４
省为研究区域，依据各省土地类型、土地利用方式、
道路交通及粮食产量等数据，沿主要省级公路选择
在覆盖主要作物种植类型的粮食主产区设置调查样
点；而在偏远山区、耕地数量较少且分布稀疏的地
区，设置样点较少或不布点．
调查时按 １０ ｋｍ 的间隔，选择距离主干道路较
近、靠近村落、代表性强的田块作为调查田块．在调
查田块内随机测量 ５ 次作物留茬高度，取平均值作
为该田块的留茬高度．在田块中间进行 ＧＰＳ 定位，
记录位置、种植制度等信息，秸秆还田比例按 ５个分
级区间统计（０～０．３、０．３～０．６、０．６ ～ ０．８、０．８ ～ １．０）．在
每个调查周边随机选取 ５ 个农户就早 ／晚稻的化肥
投入量、作物产量等做调查问卷 ．根据作物收获时
图 １　 中南 ４省调查样点分布
Ｆｉｇ．１　 Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｖｅｙ ｓａｍｐｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ ｏｆ
Ｓｏｕｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ．
Ⅰ： 样点 Ｓｉｔｅ； Ⅱ： 省界 Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ ｂｏｕｎｄａｒｙ； Ⅲ： 省道 Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ
ｒｏａｄ； Ⅳ： 平原⁃耕地 Ｐｌａｉｎ⁃ｃｒｏｐｌａｎｄ； Ⅴ： 丘陵⁃耕地 Ｈｉｌｌ⁃ｃｒｏｐｌａｎｄ；
Ⅵ： 山地⁃耕地 Ｍｏｕｎｔａｉｎ⁃ｃｒｏｐｌａｎｄ．
节，分夏季和秋季两次进行野外调查，总计 １９８７ 个
调查样点，其中湖南 ５４２ 个、湖北 ３６１ 个、广东 ６７８
个、广西 ４０６个，调查样点的空间分布见图 １．
选择中南 ４ 省 １０ 个典型县，分夏、秋两次进行
作物生物量调查．在每个典型县选择耕作面积最大
的土壤类型（土种或土属）的农田，设 ３ 个重复，即
选择 ３ 块田块，每个田块设一个样方，一般面积
≥１０００ ｍ２，每季作物取样测定根系、秸秆和籽实的
质量 １次．选择田块的作物为当地种植时间和种植
面积为主的品种．１０ 个典型县生物量测定的样方分
布见表 １．通过采集 ５０ ｃｍ×５０ ｃｍ×２５ ｃｍ 的条形样
方，测定农田作物根系、秸秆和籽实的生物量，估算
作物的生物量及根系、籽实占作物总生物量的比例．
１􀆰 ２　 农田有机物质投入量及氮磷钾收支的估算
农田有机物质投入包括有机肥、地下生物量、秸
秆留茬量、秸秆还田量 ４部分．调查样点中施用有机
肥的样点非常长，因此将有机肥投入忽略不计．秸秆
生物量和地下生物量根据典型样方的结果来统计．
表 １　 中南地区 １０个典型县生物量测定的样方分布
Ｔａｂｌｅ １ 　 Ｑｕａｄｒａｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｉｏｍａｓｓ ｉｎ １０
ｔｙｐｉｃａｌ ｃｏｕｎｔｉｅｓ ｉｎ Ｓｏｕｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ
省份
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ
典型县数
Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ
ｔｙｐｉｃａｌ ｃｏｕｎｔｉｅｓ
样方数
Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ
ｑｕａｄｒａｔｓ
湖南 Ｈｕｎａｎ ３ １８
湖北 Ｈｕｂｅｉ ２ １２
广东 Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ３ １８
广西 Ｇｕａｎｇｘｉ ２ １２
合计 Ｔｏｔａｌ １０ ６０
２２７２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
表 ２　 中南 ４省养分干湿沉降量
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｒｏ⁃
ｖｉｎｃｅｓ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ （ｋｇ·ｈｍ－２）
省份
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ
Ｎ Ｐ２Ｏ５ Ｋ２Ｏ 文献
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
湖南
Ｈｕｎａｎ
２２～５５ － － ［１９］
湖北
Ｈｕｂｅｉ
１７．２ － － ［ ２０］
广东
Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ
４２．９ ０．９ ５．８ ［２１－２２］
广西
Ｇｕａｎｇｘｉ
１０．１ ０．２ ６．８ ［２３］
表 ３　 水稻植株养分含量表∗
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｒｉｃｅ ｐｌａｎｔ （％）
部位 Ｐａｒｔｓ Ｎ Ｐ Ｋ
茎叶 Ｓｔｅａｍ ａｎｄ ｌｅａｆ ０．８３ ０．２７ ２．０６
籽实 Ｓｅｅｄ １．２１ ０．３０ ０．３７
根 Ｒｏｏｔ ０．１８ ０．０５ ０．０４
∗ 根据多年土壤监测资料汇总得出［１６］ Ｄａｔａ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｃｃｏｒ⁃
ｄｉｎｇ ｔｏ ｙｅａｒｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ［１６］ ．
　 　 秸秆还田量＝秸秆生物量×秸秆还田比例 （１）
秸秆留茬量＝秸秆生物量×秸秆留茬高度 ／作物
平均高度 （２）
一般情况下，对生态系统氮磷钾养分平衡的计
算包括两部分：农田养分投入（包括化肥、有机肥、
大气干湿沉降、种子和生物持有的养分）；农田养分
输出（包括籽实、秸秆、化肥损失、有机肥损失、土壤
损失、淋洗损失、径流损失）．本文以农户单元为调查
基础，分析农户单元与农田之间的氮磷钾收支过程，
而且调查范围内基本不施用有机肥，因而简化了平
衡计算部分，输入农田土壤的养分来自化肥和大气
干湿沉降；支出项为未还田的秸秆、籽实、养分损失．
其中大气干湿沉降按照表 ２ 计算．未还田的秸秆量
按式（３）计算，籽实量根据典型样方的结果来统计．
研究区域以种植水稻为主，因此作物平均高度按水
稻平均高度（１００ ｃｍ）计算．肥料中的养分含量按照
《土壤农化分析》 ［１５］中的比例计算，水稻植株各部分
的养分含量按表 ３计算．
未还田秸秆量 ＝秸秆生物量×（１－秸秆还田比
例） （３）
氮素损失率按投入的 ５０％计算［１６］，磷素损失主
要是由径流和无效化引起的，磷素损失率按投入的
２０％计算［１７］，钾素损失以水田淋失为主，按 １０
ｋｇ·ｈｍ－２计算［１８］ ．
１􀆰 ３　 数据处理
利用 ＡｒｃＧＩＳ ９． ３ 软件的空间分析模块，基于
２０００年全国 １ ∶ １００万土地利用图、地形图、行政区
划图和交通路线图，分别提取中南 ４ 省的土地利用
（包括耕地面积和分布）、行政边界以及主要交通路
线 ４种数据图层，并与调查样点图层叠加，生成样点
分布图（图 １）．数据的统计分析由 ＳＰＳＳ软件完成．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 农田有机物质投入量估算
由图 ２可以看出，广西地区秸秆留茬量最高，平
均值为 １１３９ ｋｇ·ｈｍ－２；广东地区秸秆留茬量最低，
平均值为 ９４４ ｋｇ·ｈｍ－２；湖南和湖北地区秸秆留茬
量的平均值为 １１２５ 和 ９４９ ｋｇ·ｈｍ－２ ．
广西地区全部秸秆还田的比例很高，秸秆还田
量的平均值为 ４６７７ ｋｇ·ｈｍ－２，湖南地区的秸秆还田
量较高，平均值为 ３１６２ ｋｇ·ｈｍ－２，湖北地区秸秆还
田量平均值较低，为 ２６０１ ｋｇ·ｈｍ－２，广东地区由于
种植情况以及收割等影响，秸秆还田量的总体分布
值最低，平均值为 １６７９ ｋｇ·ｈｍ－２ ．这表明广西地区
秸秆还田量远高于广东、湖南及湖北 ３省．
中南地区 ４ 省地下生物量以广西地区最大，
９５％集中在２５６３ ～ ３７９１ ｋｇ·ｈｍ－２ ，平均值为３１７７
图 ２　 中南 ４省秸秆留茬量、秸秆还田量和地下生物量
Ｆｉｇ．２　 Ｓｔｒａｗ ｒｅｓｉｄｕｅｓ， ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｅｄ， ａｎｄ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｂｉｏｍａｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ．
Ａ： 湖南 Ｈｕｎａｎ； Ｂ： 湖北 Ｈｕｂｅｉ； Ｃ： 广东 Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ； Ｄ： 广西 Ｇｕａｎｇｘｉ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
３２７２９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 刘欢瑶等： 中南地区农田有机物质与化肥投入量的区域差异　 　 　 　 　 　
图 ３　 中南 ４省农田有机质投入量
Ｆｉｇ．３ 　 Ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｉｎｐｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆａｒｍｌａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｒｏ⁃
ｖｉｎｃｅｓ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ．
Ⅰ： 还田量 Ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｅｄ； Ⅱ： 留茬量 Ｓｔｒａｗ ｒｅｓｉｄｕｅ； Ⅲ： 地下生物
量 Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｂｉｏｍａｓｓ； Ⅳ： 有机物质投入量 Ｉｎｐｕｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ．
ｋｇ·ｈｍ－２，广东地区主要为 １６４４ ～ ２３６９ ｋｇ·ｈｍ－２，
平均值为 ２００７ ｋｇ·ｈｍ－２，湖南和湖北地区的地下生
物量分别主要为 １８０８ ～ ２３９６ 和 １１９８ ～ １７２４
ｋｇ·ｈｍ－２，湖南地区平均值为 ２１０３ ｋｇ·ｈｍ－２，湖北
地区平均值为 １４６２ ｋｇ·ｈｍ－２ ．
结合上述结果，将肥料有机质投入量、地下生物
量、秸秆留茬量和秸秆还田量相加，计算出中南 ４ 省
单位面积的总有机物质投入量．如图 ３ 所示，总有机
物质投入量为：广西（８９９３ ｋｇ·ｈｍ－２） ＞湖南（６３９０
ｋｇ·ｈｍ－２ ） ＞湖北 （ ５０１２ ｋｇ· ｈｍ－２ ） ＞广东 （ ４６３０
ｋｇ·ｈｍ－２）．
２􀆰 ２　 化肥投入量与养分收支状况
由图 ４ 可以看出，广西地区平均化肥投入量为
７７７．５ ｋｇ·ｈｍ－２， 纯氮磷钾肥平均投入量分别为
１５１．９、１６６．２、８０．１ ｋｇ·ｈｍ－２；湖南地区平均化肥投
入量为 ５０１．６ ｋｇ·ｈｍ－２，纯氮磷钾肥平均投入量分
别为 １１０􀆰 ７、１４７．３、８５．６ ｋｇ·ｈｍ－２；湖北地区平均化
肥投入量为 ４８６．４ ｋｇ·ｈｍ－２，纯氮磷钾肥平均投入
量分别为 ７２．２、１１６．５、７４．５ ｋｇ·ｈｍ－２；广东地区化肥
表 ４　 中南 ４省养分收支情况
Ｔａｂｌｅ ４ 　 Ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｂｕｄｇｅｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ
Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ
省份
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ
项目
Ｉｔｅｍ
Ｎ Ｐ Ｋ
湖南 Ⅰ １３２．７ １４７．３ ８５．６
Ｈｕｎａｎ Ⅱ ９９．６ ９７．７ ９１．６
Ⅲ ３３．１ ４９．６ －６．０
Ⅳ ３３．２ ５０．８ －６．６
湖北 Ⅰ ８９．４ １１６．５ ７４．５
Ｈｕｂｅｉ Ⅱ ８０．０ １０５．０ ９１．６
Ⅲ ９．４ １１．５ －１７．１
Ⅳ １１．８ １１．０ －１８．７
广东 Ⅰ １０９．５ １０６．１ ６０．８
Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ⅱ １０１．６ ８１．６ ６９．４
Ⅲ ７．９ ２４．５ －８．６
Ⅳ ７．８ ３０．０ －１２．４
广西 Ⅰ １６２．０ １６６．４ ８６．９
Ｇｕａｎｇｘｉ Ⅱ ９６．９ ８３．６ ７２．７
Ⅲ ６５．１ ８２．８ １４．２
Ⅳ ６７．２ ９９．０ １９．５
Ⅰ： 输入 Ｉｎｐｕｔ （ｋｇ·ｈｍ－２）； Ⅱ：输出 Ｏｕｔｐｕｔ （ｋｇ·ｈｍ－２）； Ⅲ：收支
Ｂｕｄｇｅｔ （ｋｇ·ｈｍ－２）； Ⅳ： 盈亏率 Ｓｕｒｐｌｕｓ ａｎｄ ｄｅｆｉｃｉｔ ｒａｔｅ （％）．
投入量最少，平均为 ３４０．４ ｋｇ·ｈｍ－２，纯氮磷钾肥平
均投入量分别为 ６６．６、１０５．２、５５．０ ｋｇ·ｈｍ－２ ．
由表 ４可以看出，广西地区氮素盈余最高，平均
盈余为 ６５．１ ｋｇ·ｈｍ－２，与全国平均氮盈余量 ６０􀆰 ７
ｋｇ·ｈｍ－２相比［１６］，为 １．１ 倍；其次是湖南地区（３３．１
ｋｇ· ｈｍ－２ ）、 湖北 （ ９． ４ ｋｇ · ｈｍ－２ ）、 广东 （ ７􀆰 ９
ｋｇ·ｈｍ－２）．各区域氮盈余率从小到大依次为：广西
６７􀆰 ２％、湖南 ３３．２％、湖北 １１．８％、广东 ７．８％．
磷素的盈余趋势和氮素一致，也是广西地区盈
余最高，单位面积平均盈余为 ８２．８ ｋｇ·ｈｍ－２，与全
国平均磷盈余量 ５９．２ ｋｇ·ｈｍ－２相比［１６］，为 １．４ 倍．
其次 是 湖 南 （ ４９． ６ ｋｇ · ｈｍ－２ ）、 广 东 （ ２４􀆰 ５
ｋｇ·ｈｍ－２）、湖北（１１．５ ｋｇ·ｈｍ－２）．各区域磷盈余率
从小到大依次为：广西９９ ．０％、湖南５０ ．８％、广东
图 ４　 中南 ４省化肥投入量和氮磷钾肥投入量
Ｆｉｇ．４　 Ｉｎｐｕｔｓ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｎｄ ｉｎｐｕｔ ｏｆ Ｎ， Ｐ， ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ．
４２７２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
表 ５　 中南 ４省的秸秆统计
Ｔａｂｌｅ ５　 Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｔｒａｗ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ
省份
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ
留荐高度
Ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｓｔｕｂｂｌｅ
（ｃｍ）
＜１０ １０～２０ ２０～３０ ３０～４０ ４０～８０
还田比例
Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ
ｓｔｒａｗ ｉｎｔｏ ｆｉｅｌｄ （％）
０～３０ ３０～６０ ６０～８０ ８０～１００
样点数
Ｎｕｍｂｅｒ
ｏｆ ｓａｍｐｌｅ
平均秸秆
还田比例
Ｍｅａｎ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
ｏｆ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ
ｓｔｒａｗ ｉｎｔｏ ｆｉｅｌｄ
（％）
平均
留茬高度
Ｍｅａｎ ｈｅｉｇｈｔ
ｏｆ ｓｔａｎｄｉｎｇ
ｓｔｕｂｂｌｅ
（ｃｍ）
秸秆生物量
Ｓｔｒａｗ
ｂｉｏｍａｓｓ
（ｋｇ·ｈｍ－２）
湖南
Ｈｕｎａｎ
１３．１ ４１．８ ３０ １３．１ １．９ ４６．７ １６．９ ２０．２ １６．２ ４２６ ４４．１ ２２．１ ５０８６
湖北
Ｈｕｂｅｉ
６．６ ３５．３ ３９．９ １３．６ ４．７ ５２．１ １６．３ ２０．７ １０．９ ２５８ ２８．９ ２５．８ ３７１１
广东
Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ
２４．９ ５０．９ １７．６ ５．３ １．３ ６７．２ １７．０ ４．０ １１．８ ６７６ ２７．５ １７．６ ５３６９
广西
Ｇｕａｎｇｘｉ
０．５ ５６．８ ３７．５ ４．７ ０．５ ４．７ １．７ ７．２ ８６．４ ４０３ ９３．３ ２３．４ ４８７６
３０．０％、湖北 １１．０％．
除了广西地区外，其他 ３ 省都出现了不同程度
的钾素亏缺．湖南地区单位面积平均钾亏缺量为 ６．０
ｋｇ· ｈｍ－２，广东为 ８． ６ ｋｇ · ｈｍ－２，湖北为 １７􀆰 １
ｋｇ·ｈｍ－２ ．各区域钾亏缺率从小到大依次为：湖南
６􀆰 ６％、广东 １２．４％、湖北 １８．７％．广西地区单位面积
平均钾盈余量为 １４．２ ｋｇ·ｈｍ－２，盈余率为 １９．５％．
３　 讨　 　 论
３􀆰 １　 有机物质投入量差异的影响因素
４省有机物质投入量为：广西＞湖南＞湖北＞广
东．有机物质投入量差异可能与留茬量、秸秆还田
量、地下生物量有直接的关系，而经济水平、劳动力
人口因素间接影响了有机物质投入量．
从秸秆留茬高度来看（表 ５），广东地区平均留
茬高度明显低于湖南、湖北、广西 ３ 省，可能与广东
地区多种植蔬菜等经济作物有关，蔬菜由于其经济
实用性，留茬高度小于稻田．湖北地区留茬高度主要
集中在＞２０ ｃｍ土层，可能是由于湖北地区机械收割
比例高，一般来说，机械收割比人工收割的留茬高度
要高．广西地区一半以上的作物留茬高度在＜２０ ｃｍ
土层， 这与广西地区人工收割占主导有一定的关
系．在 ４个地区的秸秆生物量中，可能受到气候和植
被类型的影响，表现为广西最高，其次为湖南、湖北，
广东最低．秸秆留茬量在留茬高度和秸秆生物量的
综合作用下，与有机物质投入量排序相同．
秸秆还田量还受到还田比例和秸秆生物量的共
同影响．广西地区 ９５％以上样点的秸秆全还田比例
为＞３０％的分级比例，平均秸秆还田比例为 ９３．３％，
湖南及湖北地区处于＞３０％分级比例的秸秆全还田
样点比例为 ４０％ ～ ４９％，平均秸秆还田比例分别为
４４．１％和 ２８．９％．广东秸秆全还田比例＞３０％的分级
比例占到总量的 ３２． ８％，平均秸秆还田比例为
２７􀆰 ５％．有研究发现，秸秆还田处理后地上部生物量
和地下部根系量明显高于无秸秆还田处理，使得土
壤中有机碳高于无秸秆还田处理［２４］ ．有关江西地区
秸秆还田等农业管理措施对土壤碳储量的影响研究
发现，随着秸秆还田量的增加，土壤有机储量呈线性
上升趋势［２５］ ．这些结果与 ４ 省的秸秆还田比例大小
顺序和有机物质投入量排序的关系相印证（表 ５）．
中南地区 ４省地下生物量受地域环境和作物种
植情况的影响显著．其中，在气温和降雨较大的广西
地区，其环境条件有利于农作物生长，地下生物量明
显高于湖南、湖北地区［２６］ ．广东地区受种植植被类
型的影响，地下生物量相对较少．
中南 ４省农田有机物质投入量的区域分布差异
也与 ４省农业收入及从事农业生产的劳动力有关．
农业收入高，农业机械化水平相对提高，从而影响了
田间秸秆留茬的高度．在劳动资源丰富的条件下，可
以促使秸秆还田，减少秸秆焚烧［２７］ ．本研究中，广西
秸秆还田量大，当地气候等环境条件促使农作物生
物量增加［２６］，因此有机物质投入量比其他地区较
高；广东地区较低的秸秆还田量和秸秆留茬量，使得
有机物质投入量在中南 ４省中最低．
３􀆰 ２　 养分收支差异的影响因素
影响土壤养分收支的因素很多，养分收入的影
响因素为肥料施用量、大气干湿沉降．影响养分支出
的因素主要有：作物收获移出部分（包括未还田的
秸秆、籽实）、氨气挥发、反硝化、化肥损失、有机肥
损失、土壤损失、淋洗损失、径流损失等带走的养分．
大气干湿沉降除受降雨量、风向、空气相对湿度等气
象条件影响外，主要受过量施肥的影响［２８］ ．施肥也
影响养分在作物中的吸收和累积，调整同化产物在
籽实、秸秆、根系的分配，从而影响作物产量和养分
５２７２９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 刘欢瑶等： 中南地区农田有机物质与化肥投入量的区域差异　 　 　 　 　 　
移出量．因此，施肥是土壤养分收支最为重要的因子
之一［２９］ ．
本研究中，广东地区的化肥投入量明显少于其
他地区，可能与调查样点分布以农田为主，广东地区
大量的化肥施用在果园、茶园等种植经济作物的区
域．除了湖北地区氮收支基本平衡，其他 ３ 省氮肥投
入量都超出了需求，尤其是广西和湖南地区．一般认
为，农田养分平衡率＞２０％就会对环境造成潜在威
胁［３０］ ．因此，这 ２ 个地区需要对氮施肥量采取控制
措施，以预防农业面源污染．磷肥累计利用率达到
８０％以上［１７］，磷盈余可以提高土壤肥力，但是磷素
累积容易提高磷素进入水体的迁移率，因此要密切
监测磷的盈余，合理控制施用磷肥量．广西、广东、湖
南 ３个地区的磷肥投入量过高，应减少磷肥投入预
防环境污染．钾肥使用量除广西外，其他地区依然普
遍不足，调查发现，有很多农户施用钾肥不足，且不
注重追施钾肥．此外，广西地区的钾盈余除了化肥施
用的原因外，可能与大量秸秆还田以及高留茬有关．
这与 １９９６ ／ １９９７中国的养分平衡状况分析中，钾素
投入的 ２６％来源于作物秸秆的结果一致［３１］ ．在钾肥
普遍施用量不足的情况下，提高秸秆还田量对于缓
解钾素亏缺有积极作用．
因此，需要依据农作物对养分的需求规律、土壤
肥力、产量水平，结合测土配方施肥，调整氮磷钾肥
的施用比例，提高肥料利用率，减少养分的损失和向
环境中的扩散．本研究中，中南 ４ 省大多数地区应控
制氮磷肥用量，增施钾肥．同时，应加大有机肥施用，
冬闲种植绿肥，推广秸秆还田，提高土壤肥力和作物
产量．
４　 结　 　 论
中南地区农田有机物质和化肥投入量，以及农
田氮磷钾收支状况具有明显的区域特征．农田有机
物质投入量为：广西（８９９３ ｋｇ·ｈｍ－２） ＞湖南（６３９０
ｋｇ·ｈｍ－２ ） ＞湖北 （ ５０１２ ｋｇ· ｈｍ－２ ） ＞广东 （ ４６３０
ｋｇ·ｈｍ－２）． 化 肥 投 入 量 分 别 为： 广 西 （ ７７７􀆰 ５
ｋｇ·ｈｍ－２） ＞湖南（５０１． ６ ｋｇ·ｈｍ－２） ＞湖北（４８６􀆰 ４
ｋｇ·ｈｍ－２）＞广东（３４０．４ ｋｇ·ｈｍ－２）．４ 省农田氮和磷
收支为氮磷盈余，其中广西农田氮、磷盈余明显超过
湖南、湖北、广东；湖南、湖北、广东 ３省为钾亏缺，而
广西为钾盈余．
农田有机物质和化肥投入量的区域差异与 ４ 省
农村的经济水平、劳动力、施肥，以及农业管理措施
有关．在氮磷盈余的区域需要控制化肥的氮磷投入
量，而钾亏缺必须综合秸秆还田及增加钾肥等途径，
以保障土壤肥力，实现农田产量的提高．然而，广西
地区由于氮磷钾的盈余，且秸秆还田措施可以代替
一部分的钾肥，需要减少化肥的投入来合理配置养
分资源．
本文采用了由“点”向“面”拓展的研究方法，偏
远山区、耕地数量较少的地区没有进行调研，可能会
降低区域之间养分收支的差异，并且由于氮磷钾收
支计算的输入和输出项简化处理，所以农田氮磷钾
收支平衡值略低．
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６２７２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
Ｅｃｏｌｏｇｙ （应用生态学报）， ２００２， １３（１１）： １４１０－１４１２
（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
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［１７］　 Ｚｈａｏ Ｌ， Ｍａ Ｙ， Ｌｉａｎｇ Ｇ， ｅｔ ａｌ． Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｅｆｆｉｃａｃｙ ｉｎ
ｆｏｕｒ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ． Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
ｉｎ Ｓｏｉｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｐｌａｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ， ２００９， ４０： ３１２１ －
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大中）， ｅｔ ａｌ． Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｙｃｌｉｎｇ ａｎｄ ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕ⁃
ｒａｌ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｉｃａｌ ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ． ＩＩ．
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（王绍强）， ｅｔ ａｌ． Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒａｗ ｒｅ⁃
ｔｕｒｎ ｏｎ ｓｏｉｌ ｃａｒｂｏｎ ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｃｒｏｐｌａｎｄ ｉｎ
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浩）． Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｆｏｒ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｗｅｔ⁃ｄｅｐｏ⁃
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ｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ （生态环境学报 ），
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［２９］　 Ｍａ Ｑ （马　 强）， Ｙｕ Ｗ⁃Ｔ （宇万太）， Ｚｈａｎｇ Ｌ （张　
璐）， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ⁃ｎｉｔｒｏｇｅｎ
ｕｓｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ Ｌｏｗ Ｒｅａｃｈ ｏｆ Ｌｉａｏｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｐｌａｉｎ． Ｓｃｉ⁃
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ｎａ． Ｓｃｉｅｎｔｉａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａ Ｓｉｎｉｃａ （中国农业科学 ），
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［３１］　 Ｓｈｅｌｄｒｉｃｋ ＷＦ， Ｌｉｎｇａｒｄ Ｊ． Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ａｕｄｉｔｓ ｔｏ
ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｂａｌａｎｃｅｓ ｉｎ Ａｆｒｉｃａ． Ｆｏｏｄ Ｐｏｌｉｃｙ，
２００４， ２９： ６１－９８
作者简介　 刘欢瑶，女，１９８７年生，博士研究生． 主要从事土
壤碳循环模拟及计算研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ６９５３７５１３７＠ ｑｑ．ｃｏｍ
责任编辑　 孙　 菊
７２７２９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 刘欢瑶等： 中南地区农田有机物质与化肥投入量的区域差异