全 文 ：辽西褐土施肥及养分循环再利用中长期
试验
.土壤肥力变化*
张  璐1* *  沈善敏  宇万太  (中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110016)
摘要!  经 12年田间试验,各施肥处理耕层土壤的肥力变化表明,在保持农业系统养分循环再利用基础
上,施用适量化肥以平衡土壤养分收支, 不仅可实现作物高产,减少过剩养分进入环境, 并可改善土壤肥
力,表现为明显提高了耕层土壤的有机 C、N 浓度.不过,在本例中欲保持较高的土壤有效 P水平, 恐需在
平衡土壤 P 收支基础上适当增加 P 肥施用量.
关键词  土壤肥力长期试验  土壤肥力变化
文章编号  1001- 9332( 2002) 11- 1413- 04 中图分类号  S158  文献标识码  A
A long
term f ield trial on fertilization and on use of recycled nutrients in farming systems
. Soil f ertility
changes. ZHANG Lu, SHEN Shanmin, YU Wantai( I nstitute of Applied Ecology , Chinese A cadeny Science,
Shenyang 110016) .
Chin. J . A pp l . Ecol . , 2002, 13( 11) : 1413~ 1416.
The fertility changes of soil under differ ent fer tilization tr eatments of a twelve years field tr ial indicated that the
application of compost recycled in a farming system w ith appropriate amount of fertilizer applied to balance the
soil nutrient budget, could not only produce higher crop yields and less surplus of nutrients into envir onment, but
also improved soil fert ility w ith significant increase of soil organic carbon and nitrog en in cultivated layer. How

ever , maintaine higher soil av ailable phosphorus, it was not sufficient just to balance the budget of soil phospho

rus, and mo re phosphorus fertilizer applicat ion w as needed .
Key words  Long
term soil fertility exper iment, Soil fertility changes.
* 国家重点基础研究发展规划项目 ( NKBRSF、G1999011804
02) 和
中国科学院∀ 九.五#重点基金项目( KZ952
JI
214) 及中国科学院知
识创新重大项目(KZCX2
413
4) .
* * 通讯联系人.
2002- 04- 04收稿, 2002- 06- 12接受.
1  引   言
关于施肥对土壤肥力的长期影响, 国外已有许
多著名长期田间试验的研究报导[ 1~ 3, 5, 6] , 不过由于
试验起始前的土壤肥力状态不同,或者试验设计中
厩肥的用量不同, 试验结果颇不相同. 例如, 同为百
年上下的试验结果, 英国洛桑试验站两组试验 N、
P、K处理区土壤的有机 C、N浓度可保持恒定,厩肥
处理区土壤的有机 C、N 浓度不断上升[ 1, 2] ; 而美国
Morrow Plots
[ 5]试验不论 N、P、K 区和厩肥区土壤
的有机 N浓度均经历漫长( 50~ 70年)的下降阶段,
之后趋于稳定平衡[ 5] . 导致此种差异的原因, 显然
是由于 Morrow Plots 试验起始于开垦不久的湿草
原土, 而洛桑试验站两组试验均起始于一老耕地之
故[ 4] .
本试验持续的年限不过 12年,因施肥而引起的
土壤肥力变化可能尚未达到稳定状态, 不过据此也
可略窥其发展趋势,并初步评价不同施肥制度对土
壤肥力发展的影响.前文已分别报导田间试验的作
物产量[ 8]、各施肥处理的土壤养分收支[ 9]、循环回
田养分的作物产量增益[ 10]等,本文则报导 12 年田
间试验前后不同施肥处理土壤肥力的变化.
2  研究地区与研究方法
2 1 试验地点及田间试验设计
有关情况在前文[ 8]已有详述.试验地为临近村屯的平坦
老耕地, 历史上每年施用土粪, 70 年代中期开始施用 N 肥
(氨水、碳铵) , 1983 年起始施用 P 肥(过磷酸钙、磷铵) . 1987
年试验开始前为农户承包的棉花地.
2 2 土样采集及分析测定方法
1987 年 4 月试验开始前按 3 个区组,每区组 4 个土壤样
品,每个样品由多点采样混合的方法共采耕层( 0~ 15cm)土
样 12 个,风干保存. 1998 年 10 月试验结束后, 按 3 个区组,
每区组 8 个施肥处理各采 1 个土样, 每个土样采用多点混合
的方法共采集耕层( 0~ 15cm)土样 24 个, 风干保存. 土壤分
析方法如下:有机 C 用日本岛津 TOC
5000A 有机 C 自动分
析仪法.全 N 用凯氏法消解法消解, 瑞典
1026 全自动定氮
仪测定法; 全 P用碳酸钠熔融法, 钼兰比色测定.有效 P 采用
Olsen 法, 钼兰比色测定;速效 K用 NH4AC 浸提, 火焰光度
应 用 生 态 学 报  2002年 11 月  第 13 卷  第 11 期                             
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Nov . 2002, 13( 11)∃1413~ 1416
表 1  1987年试验开始到 1998年试验结束各处理耕层土壤肥力变化
Table 1 Fertili ty changes of soi l from different fertilization treatments between 1987 and 1998
采样年月
S ampling date
处理
Treat

ment
有机 C
Organic C(g%kg
1) 全 NTotal N ( g%kg
1) 全P( g%kg- 1) 有效 PAvailable P(mg%kg- 1) 速效 KAvailable K( mg%kg- 1)
1987. 4 & 7. 04( 0. 47) 0. 795( 0. 03) 0. 683( 0. 04) 15. 6( 3. 69) 223( 6. 08)
∋ 7. 04( 0. 47) 0. 795( 0. 03) 0. 683( 0. 04) 15. 6( 3. 69) 223( 6. 08)
( 7. 03( 0. 31) 0. 777( 0. 01) 0. 677( 0. 03) 12. 7( 0. 49) 223( 6. 08)

7. 03( 0. 31) 0. 777( 0. 01) 0. 677( 0. 03) 12. 7( 0. 49) 223( 6. 08)
) 7. 35( 0. 38) 0. 788( 0. 02) 0. 643( 0. 01) 11. 1( 0. 78) 221 ( 6. 81)
∗ 7. 35( 0. 38) 0. 788( 0. 02) 0. 643( 0. 01) 11. 1( 0. 78) 221 ( 6. 81)+ 7. 04( 0. 06) 0. 783( 0. 04) 0. 663( 0. 04) 9. 28 ( 1. 32) 223 ( 9. 45)
, 7. 04( 0. 06) 0. 783( 0. 04) 0. 663( 0. 04) 9. 28 ( 1. 32) 223 ( 9. 45)
1998. 10 & 6. 47 ( 0. 29) 0. 713 ( 0. 01) 0. 660( 0. 04) 6. 2 ( 0. 49) 192 ( 5. 95)
∋ 8. 39 ( 0. 51) 0. 844( 0. 02) 0. 677 ( 0. 03) 6. 8( 0. 26) 199 ( 5. 95)
( 6. 84 ( 0. 32) 0. 717( 0. 02) 0. 637 ( 0. 02) 7. 10 ( 0. 63) 185 ( 8. 89)

8. 58 ( 0. 34) 0. 884( 00. 0) 0. 647 ( 0. 04) 7. 75 ( 0. 28) 195 ( 5. 10)
) 6. 99( 0. 25) 0. 718 ( 0. 00) 0. 653( 0. 02) 7. 57( 0. 96) 187( 10. 2)
∗ 8. 57 ( 0. 05) 0. 882( 0. 04) 0. 707( 0. 02) 8. 23( 0. 10) 214 ( 14. 8)
+ 6. 88 ( 0. 15) 0. 729 ( 0. 01) 0. 707 ( 0. 03) 7. 85 ( 0. 52) 199 ( 7. 83)
, 8. 48 ( 0. 25) 0. 896 ( 0. 03) 0. 720( 0. 01) 9. 96 ( 0. 38) 221 ( 18. 5)
括号数据为标准差 Date in parenthesises is stan dard deviation . & . CK, ∋ . CK+ 循环堆肥 Recycled compost , ( . N ,
. N + 循环堆肥 Recycled
compost, ) . NP, ∗ . NP+ 循环堆肥 Recycled compost , + . NPK, , . NPK+ 循环堆肥 Recycled compost .
计法测定.
3  结果与讨论
31  有机 C
  由表 1可见, 在不施循环堆肥情况下(处理 &、
(、)、+ )耕层土壤有机 C浓度呈缓慢下降趋势, 12
年下降幅度为 0. 16~ 0. 36g%kg- 1, 平均 0. 25( −
0. 09) g%kg - 1,但显著性检验表明, 4 个不施堆肥处
理区土壤有机 C 浓度在 12 年中的下降不显著. 取
12年平均下降幅度 0. 25g. kg - 1,则在不施有机肥情
况下耕层土壤有机 C 浓度的年下降幅度为 0. 02 g%
kg
- 1
,相当于土壤有机 C 起始浓度的 0. 29%.
  每年施用堆肥(处理 ∋、
、∗、,, 各处理每年
收获籽实、秸秆的 60%经堆腐后循环回田[ 8] ) , 12年
间耕层土壤有机 C 浓度有明显提高, 提高幅度为
1. 22~ 1. 55 g%kg- 1, 4个处理平均为 1. 39( − 0. 14)
g%kg- 1,处理间无显著差异.按 12年平均上升幅度
1. 39 g%kg- 1计, 则在施用堆肥情况下耕层土壤有机
C浓度的年上升幅度为 0. 12g%kg- 1. 注意到不施堆
肥处理区土壤有机 C 在 12 年间下降了 0. 25 g%
kg- 1,则 12年中堆肥处理区耕层土壤有机 C来自堆
肥有机 C积累浓度应为 1. 64 g%kg- 1.
  按耕层土壤深度 15cm、土壤容重 1. 28g%cm- 3、
堆肥有机 C在土壤中的积累浓度 1. 64 g%kg- 1计算,
则12年中来自堆肥有机 C 的积累总量为 3149kg%
hm- 2,平均每年积累为 262 kg%hm - 2. 施堆肥处理
区试验 12年中( ∋、
、∗ 、, )有 10年施用了堆肥
( 1987和 1995两年未施堆肥) , 按每年收获物(籽实
及秸杆)的 60%堆制堆肥计算, 并设物料中有机质
经堆腐后的残留率为原含量的 1/ 3、堆腐完成后有
机质的含 C率为 0. 45, 则可大致估算 12年中通过
施用循环回田堆肥归还土壤的有机 C 量. 4个施用
堆肥处理区平均年收获物(籽实、秸杆)产量(干重)
为10. 7~ 14. 1t%hm- 2,平均年产量 13 t%hm- 2[ 8] .按
上述设定的参数计算,可知通过 10次施用堆肥回田
的有机 C总量为 11. 7t%hm- 2, 12 年期间堆肥中有
机 C在土壤中的残留率为 0. 27. 根据有机物料在土
壤中的分解规律[ 4]可以预测,若试验继续延长, 这一
残留率将进一步下降.
32  全 N
  土壤全 N浓度变化大抵与有机 C 相似, 惟施堆
肥处理区堆肥有机 N 在土壤中的残留率较有机 C
略高.比较 1987、1998两年耕层土壤全N 浓度表明,
在不施堆肥情况下(处理 &、(、)、+ ) , 土壤全 N
浓度均有不同程度下降, 下降幅度为 0. 054~ 0. 082
g%kg - 1, 平均 0. 067 ( − 0. 01) g% kg- 1, 年均下降
0. 0056g%kg- 1, 处理间无显著差异. 12 年下降幅度
约占试验起始时土壤全 N 浓度的 8% ,年下降幅度
占起始浓度的 0. 7%.
  每年施用堆肥处理( ∋、
、∗ 、, ) , 12年间耕
层土壤全 N 浓度有所提高,幅度为 0. 049~ 0. 113 g
%kg- 1, 平均为 0. 091 ( − 0. 03) g%kg- 1, 年均上升
0. 008g%kg- 1,处理间无显著差异.注意到 12年间不
施堆肥处理区土壤全 N 浓度平均下降 0. 067g%
kg- 1,则期间施堆肥处理区耕层土壤来自堆肥 N 积
累的浓度应为 0. 158g%kg- 1, 相当于每公顷耕层( 0
~ 15cm)土壤积累 N 303kg. 12 年中各堆肥处理区
有10 年 10 次施用循环回田堆肥, 根据实测资
1414 应  用  生  态  学  报                   13卷
料[ 9, 10] , 10年 10次施用堆肥 N总量为 533~ 720 kg
%hm- 2, 平均 665( − 88) kg%hm- 2.由此可估算得 12
年期间堆肥 N 在土壤中的残留率约为 0. 46, 比同期
内堆肥有机 C残留率 0. 27要高得多. 这一现象是合
理的, 由于有机物料在分解过程中 C的损失大,而 N
的损失小, 因此有机物料中 N 在土壤中的残留率总
是要明显高于 C 的残留率, 而残余有机物料的 C/ N
比也随分解时间延长而下降[ 7] .随着试验年限的延
长,堆肥有机在土壤中的表观残留率将不断下降,
Johnston[ 3]曾计算洛桑试验站 Broadbalk长期肥料试
验厩肥处理区在 120余年中各时段厩肥N 在土壤中
的表观残留率如下:第 9~ 22年 N为 0. 37, 第 39~
50年为 0. 27,而第 72~ 123年仅为0. 15.
33  有效 P
  1987年试验开始前的取样测定结果表明,原农
田的 P 肥施用不均, 1987年转为试验地时, 土壤有
效 P 浓度在试区范围内已有明显的微域分异(表
1) .因此,这里着重在比较各试验处理 12年前后的
土壤有效 P 的变化.
  根据前文讨论可知,本试验的 P 肥用量设计为
低量.施 P 肥处理( )、+ ) 12 年平均年施 P 肥为 15
kg%hm- 2 ( 1987 ~ 1994 每 4 年施 65. 4 kg%hm- 2,
1995未施, 1996 年起每年施 16. 4 kg%hm- 2) ; 施 P
肥同时施循环堆肥处理( ∗、,, 来自堆肥中 P 12年
平均每年 9. 5和 8. 3 kg%hm- 2)平均年施 P 量 24. 5
和23. 3 kg%hm- 2, 相当于年作物收获移出 P 量. 这
一设计的目的在于考察对具备中等以上供 P 力的土
壤实施维持性施 P 对策(即施 P 量大致与作物收获
P相当) ,是否可维持原有的土壤有效 P 水平.
  由表 1和图 1可见,对于有效 P 水平较高的土
壤停止施 P 肥(处理 &、() , 土壤有效 P 便明显下
降,前期快于后期, 12年下降幅度 6~ 9mg%kg - 1, 平
均年下降 0. 5~ 0. 8 mg%kg- 1.仅施用循环回田堆肥
(处理 ∋)不能制止土壤有效 P 下降, 下降幅度仅略
小于不施肥处理.
  平均年施化肥 P 15 kg%hm- 2(处理)、+ ) ,年 P
收支赤字约 5~ 7 kg%hm- 2[ 9] , 土壤有效 P 有微小下
降, 12年下降幅度 1~ 4 mg%kg- 1. 在施化肥 P 基础
上加施循环堆肥(处理∗ 、,) , 土壤 P 收支基本平衡
或仅有微小赤字, 土壤有效 P 可在中低水平上保持
稳定(处理 , ) ; 如起始水平较高, 则仍有微弱下降
(处理 ∗ ) . 可见,在本例中欲使土壤有效 P 在较高水
平保持稳定, 采用维持性施 P 的 P 肥用量恐须略
高于作物移出P量, 以使土壤P收支有一定的盈
图 1  1987~ 1998部分处理耕层土壤有效 P变化
Fig. 1 Change of soil available phosphorus in some fert ilization t reatments
during 1987~ 1998.
& . CK, ∋ . CK+ 循环堆肥 Recycled com post , (. N ,
. N+ 循环堆肥
Recycled compost .
余.
  图 1给出了 8个试验处理中 4个处理( &、∋、
)、∗ )土壤有效 P在 12年中的变化过程,其余 4个
处理中处理 (、
与处理 &、∋相似, 处理 + 、,与处
理)、∗相似,故不另绘出. 试验前 8年, P 肥每 4年
施用 1次大剂量( 65. 6 kg%hm- 2) , 以后改为每年 1
次小剂量( 16. 4kg%hm- 2) ,因此可看到施 P 处理在
大剂量施 P 当年的作物收获后,土壤有效 P 水平有
一非常显著的上升, 然后在翌年迅速下降,表明供试
的石灰性褐土具有较强的固 P 力; 每年施用小剂量
P肥,则观测不到此种飞跃式的变化. 由图 1 可见,
在试验后期各施肥处理的土壤有效 P 水平均趋于稳
定,且保持在一定水平上,对于年施 P 量基本可平衡
年 P支出的处理来说(处理 ∗ ) ,土壤有效 P 的稳定
平衡点大抵在 8~ 10 mg%kg- 1.
34  速效 K
  供试土壤是粘壤质碳酸盐褐土,试验起始时的
速效 K 浓度在 220mg%kg- 1以上, 是富 K 土壤. 由表
1可见, 12年不施含 K 肥料(处理 &、(、)) , 土壤
年 K收支赤字 40~ 60kg%hm- 2[ 9] , 可使土壤速效 K
浓度明显下降, 12 年间下降幅度为 30 ~ 40 mg%
kg
- 1
,平均年下降 2. 5~ 3. 5 mg%kg- 1. 施用低量 K
肥(处理 + , 年均 33 kg%hm- 2) ,土壤速效 K 依然有
明显下降, 12年下降 24 mg%kg- 1.不过,由于土壤原
始的速效 K水平很高, 速效 K 浓度略有下降并未影
响土壤对作物的供 K 力.因此 12 年试验 K 肥未显
示增产效果[ 8] .
  每年施用循环堆肥可在较大程度上补偿土壤 K
支出, 年 K 收支赤字下降为 26~ 33kg%hm- 2[ 9] , 12
141511 期          张  璐等: 辽西褐土施肥及养分循环再利用中长期试验
. 土壤肥力变化          
年中土壤速效 K的浓度下降幅度为 7~ 34 mg%kg- 1
(处理 ∋、
、∗ ) . 同时施用低量 K 肥和循环堆肥
(处理 ,) ,则 12年土壤 K收支基本平衡[ 9] , 土壤速
效 K浓度可保持不变.
4  结   语
  12年田间试验表明,以 60%作物收获产品(籽
实及秸秆)堆腐回田, 可使耕层土壤有机 C、N 含量
有所提高;施入土壤的堆肥有机 C、N 在 12年中的
残留率分别约为 0. 27和 0. 46.
  对有效 P 浓度较高的土壤实施维持性施 P 对
策,保持土壤 P收支平衡, 只能使土壤的有效 P 稳定
在中低水平( 8~ 10 mg . kg- 1) ;欲使土壤有效 P 保持
在较高水平,恐需适当提高 P 肥施用量.
  对于丰 K 土壤, 通过施用循环回田堆肥可补偿
大部分 K 支出, 使土壤每年仅有少额 K 收支赤字,
则并不影响土壤对作物的供 K力;而在施用堆肥的
基础上, 施用少量钾肥, 则可有效平衡土壤 K 收支
和保持土壤高的速效 K水平.
参考文献
1  Jenkinson DS , AE Johnston. 1977. Soil organic matter in the Hoos

f ield continuous barley experiment. Rothamsted Report for 1976
( part 2 ) . Harpenden. 87~ 101.
2  Jenkinson DS . 1988. Soil organ ic mat ter and its dynamics. In :
Eleventh Wild ed. Russells Soil Conditions and Plant Grow th. Lon

don: Longman.
3  Johnston AE. 1969. Plant nut rients in Broadbalk soils, Rothamsted
Report for 1968 ( part 2) . Harpenden . 93~ 115
4 Shen S
M (沈善敏) . 1998. Fert ilit y of Chinese Soils . Beijing: Ch i

na Agricultural Press. ( in Chinese)
5  S tevenson FJ. 1982. Origin and dist ribut ion of n it rogen in soil. In:
S tevenson ed. Nitrogen in Agricultural Soils. Madison , Wisconsin
USA.
6  Suzuki M , et al . 1990. Effect of cont inuous applicat ion of organic or
inorganic fert iliz er for sixty years on soil f ertilit y and rice yield in
paddy field, T ransact ion of 14 th ICSS vol
, Kyoto Japan. 14~
19.
7  Zhang L(张  璐) , et al . 1997. M ineralizat ion of organic carbon and
nit rogen in organic materials in relat ion to soil nit rogen supplying a

bilit y. Chin J Soil S ci (土壤通报) ,28( 2) : 71~ 73( in Chinese)
8 Zhang L(张  璐) , et al . 2000. A long
t erm f ield trial on fertiliza

t ion and on use of recycled nut rients in farm ing systems & . Crop
yields. S oi l Env i ron Sci (土壤与环境) , 9 ( 3) : 239~ 242 ( in Ch i

nese)
9 Zhang L(张  璐) , et al . 2001. A long
t erm f ield trial on fertiliza

t ion and on use of recycled nut rients in farming systems ∋ . Soil nu

t rient budget, Soil Env ir on S ci (土壤与环境) , 10( 1) : 51~ 54( in
Chinese)
10 Yu W
T (宇万太) , et al . 2002. A long
t erm f ield t rial of fertiliza

t ion and on use of recycled nut rients in farming systems ( . Recy

cling rate of N and P through a com post ing cycle and recoveries of N
and P in organic manure. Chin J App l Ecol ( 应用生态学报) , 13
( 11) : 1406~ 1408
作者简介  张璐,女, 1954 年生, 实验师, 主要从事农业生态
系统养分循环分析工作,发表论文多篇 .
1416 应  用  生  态  学  报                   13卷