Potential estimation of substituting chemical fertilizers with livestock manure in Shandong Province of China

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20250191

Abstract

Abstract:

Shandong Province is a crucial production base for agricultural and livestock products in China，with significant potential for developing integrated crop-livestock eco-circular agriculture. Assessing the distribution of nutrient resources in livestock manure provides a scientific basis for formulating policies on manure utilization and chemical fertilizer reduction in Shandong. Based on statistical yearbooks and literature data，this study estimates the distribution of nutrient resources from livestock manure in Shandong，calculates the nutrient requirements of major crops，and analyzes the potential for replacing chemical fertilizers with manure. The results show that in 2022，the total manure production in Shandong's prefecture-level cities reached 101.793 8 million tons，including 63.704 7 million tons of solid manure and 38.089 1 million tons of urine. After accounting for nutrient losses during collection，storage，and treatment，the total nutrients available from livestock manure were estimated at 0.739 4 million tons，comprising 0.309 2 million tons of N，0.111 8 million tons of P₂O₅，and 0.318 4 million tons of K₂O. If all manure nutrients were fully utilized in farmland，they could meet 20.02% of the nutrient demand of major crops and replace 20.42% of chemical fertilizers applied during the same period. This would reduce the chemical fertilizer application intensity per sown area from 330.24 kg·hm^-2 to 262.80 kg·hm^-2. Nutrient resources from livestock manure vary across different regions of Shandong. Tailored strategies to improve manure utilization efficiency are essential for promoting green and sustainable agricultural development in the province.

Key words: Shandong Province, livestock manure, nutrient requirement, fertilizer substitution

CLC Number:

S154.1

GE Xincheng, ZHANG Haiyan, QIN Kaixuan, ZHANG Liang, CHEN Yang, WANG Haojiang, CHEN Lei, YAO Jing. Potential estimation of substituting chemical fertilizers with livestock manure in Shandong Province of China[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2026, 67(2): 510-519.

Figures/Tables 10

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畜禽种类	饲养周期/d	排泄系数/（kg·d^-1）		粪养分含量/%			尿养分含量/%			养分损失率/%
畜禽种类	饲养周期/d	粪	尿	氮	磷	钾	氮	磷	钾	氮	磷	钾
牛	>365	24.87	11.70	0.38	0.10	0.24	0.51	0.02	0.92	60	15	19
羊	>365	2.09	0.64	1.01	0.22	0.54	0.70	0.03	0.77	15	18	28
猪	179	2.71	3.86	0.55	0.26	0.30	0.18	0.02	0.16	75	15	36
家禽	59	0.12	—	0.81	0.37	0.62	—	—	—	40	15	15
兔	147	0.20	—	0.87	0.30	0.66	—	—	—	40	15	15

畜禽种类	饲养周期/d	排泄系数/（kg·d^-1）		粪养分含量/%			尿养分含量/%			养分损失率/%
畜禽种类	饲养周期/d	粪	尿	氮	磷	钾	氮	磷	钾	氮	磷	钾
牛	>365	24.87	11.70	0.38	0.10	0.24	0.51	0.02	0.92	60	15	19
羊	>365	2.09	0.64	1.01	0.22	0.54	0.70	0.03	0.77	15	18	28
猪	179	2.71	3.86	0.55	0.26	0.30	0.18	0.02	0.16	75	15	36
家禽	59	0.12	—	0.81	0.37	0.62	—	—	—	40	15	15
兔	147	0.20	—	0.87	0.30	0.66	—	—	—	40	15	15

作物种类	氮	磷	钾
小麦	24.60	8.50	27.70
玉米	25.80	9.80	27.80
水稻	14.60	6.20	19.20
豆类	81.40	23.00	32.00
薯类	5.30	1.40	6.00
花生	43.70	10.00	53.80

作物种类	氮	磷	钾
小麦	24.60	8.50	27.70
玉米	25.80	9.80	27.80
水稻	14.60	6.20	19.20
豆类	81.40	23.00	32.00
薯类	5.30	1.40	6.00
花生	43.70	10.00	53.80

地级市	猪粪	猪尿	家禽粪	兔粪	牛粪	牛尿	羊粪	羊尿	合计
合计	1 457.89	2 076.56	579.48	17.89	2 502.12	1 177.14	1 813.09	555.21	10 179.38
济南市	58.80	83.75	17.62	0.06	100.67	47.36	103.90	31.82	443.97
青岛市	77.34	110.16	31.29	2.99	60.73	28.57	26.76	8.19	346.05
淄博市	24.12	34.35	11.50	0.56	119.01	55.99	65.91	20.18	331.62
枣庄市	33.18	47.25	10.46	0.91	46.48	21.86	74.20	22.72	257.06
东营市	38.97	55.50	12.72	0.08	78.88	37.11	243.47	74.56	541.29
烟台市	148.52	211.55	42.64	0.02	121.73	57.27	64.72	19.82	666.26
潍坊市	150.55	214.44	84.87	0.83	161.31	75.89	88.93	27.23	804.06
济宁市	106.71	152.00	24.37	0.66	237.92	111.93	162.62	49.80	846.01
泰安市	63.02	89.77	24.71	0.50	58.91	27.72	67.78	20.76	353.16
威海市	35.10	50.00	14.48	0	6.99	3.29	3.27	1.00	114.13
日照市	50.78	72.33	27.17	1.54	37.76	17.77	29.52	9.04	245.91
临沂市	189.60	270.05	83.66	7.66	281.49	132.43	189.85	58.14	1 212.89
德州市	137.00	195.14	40.59	0.19	278.86	131.19	113.49	34.75	931.22
聊城市	90.07	128.29	69.91	0.97	63.72	29.98	129.11	39.54	551.59
滨州市	88.84	126.54	35.73	0.02	624.44	293.77	108.76	33.30	1 311.41
菏泽市	165.29	235.44	47.76	0.90	223.22	105.01	340.80	104.36	1 222.78