全 文 ：辽西褐土施肥及养分循环再利用中长期试验 .磷和
氮在堆腐过程中的循环率及有机肥料中养分利用率*
宇万太* * 张 璐 沈善敏 廉鸿志
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016)
摘要! 9 年的试验结果表明,农产品中 N、P经堆腐后损失率平均为 30% . 在丰产条件下, 60% 的收获产
品直接堆腐回田, 可循环回田的养分量为 N 55~ 70 kg∀hm- 2、P 9~ 11kg∀hm- 2, 相当于这一系统中每年化
肥 N 用量的 37% ~ 47%和 P肥用量的 36% ~ 44% . 有机肥料中 N 和 P 的表观利用率随施肥年限延长而
有增长趋势, 表明有残效叠加效应存在. 有机肥料中 N 和 P 的当季表观利用率 8 年平均分别为 23% ~
50%和 37% ~ 65% . 通过此项研究可以证明,农业生态系统养分的循环再利用是保持土壤肥力, 提高养分
利用效率, 减少化学肥料消费的重要措施.
关键词 堆腐系统 循环率 有机肥 N、P利用率
文章编号 1001- 9332( 2002) 11- 1407- 03 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 . Recycling rate of
P and N through a composting cycle and recoveries of P and N in organic manure. YU Wantai, ZHANG Lu,
SHEN Shanmin, LIAN Hongzhi ( I nstitute of App lied Ecology , Chinese A cademy of Sciences , Shenyang
110016) . Chin . J . A pp l . Ecol . , 2002, 13( 11) : 1407~ 1409.
The r esults from a nine years exper iment indicated that the aver age loss rate of N and P contained in harvest
products through a feedingcomposting cycle w as about 30% . Under high yield conditions, the amount of recy
cled N and P fr om 60% of harvested products and through a composting cycle in a farming system w ere about 55
~ 70 kg∀hm- 2 and 9~ 11 kg∀hm- 2, respectiv ely, equivalent to 37% ~ 47% o f N and 36% ~ 44% of P from
fer tilizers applied ever y year to the system.
Key words Composting , Recycling r ate, Recovery of N and P in o rganic manure.
* 中国科学院创新项目 ( KZCX24134 )和中国科学院# 九∀五∃重点
资助项目( KZ952J1214) .
* * 通讯联系人.
2001- 12- 30收稿, 2002- 07- 07接受.
1 引 言
农产品经堆制腐熟制成农家肥并施于农田, 可
使产品中的养分得以循环再利用.作为有机物料的
农产品,其在贮存和堆腐过程中也可因挥发、淋洗等
途径损失.因此,作物产品中的养分经堆腐过程而最
终循环回田,只能是产品中养分的一部分,这便是养
分在堆腐环中的循环率. 根据大量的文献报
道[ 1, 3, 5, 6] ,有机物料在土壤中的腐解残留率为
0. 3[ 1, 4, 5, 6] .另根据沈善敏[ 3]、殷秀岩[ 4]等人的研究
结论,经过喂饲堆腐循环过程, 有机物料的残留率
大致也在 0. 3~ 0. 4之间,与在土壤中的腐解残留率
大致相似[ 1] . 但有机肥中养分的损失则随贮存和堆
腐方法不同而有明显的差异. 因此可以推测, 经由堆
腐的养分循环率也是一项变化极大的参数. 本项研
究环只能一般地估计辽西通常条件下养分在堆腐过
程中的循环率和作物对有机肥料养分的利用率.
2 研究地区与研究方法
21 研究地区概况
试验地位于喀左县中国科学院沈阳应用生态所下河套
工作站的西实验区, 平均年降水量约 500mm, 干燥度 1. 2, 属
半湿润易旱区. 试验地土壤为碳酸盐褐土, 1987 年试验开始
时耕层土壤的主要理化性状如下: pH 8. 2, 有机质 13. 1g∀
kg- 1, 全 N 0. 89g∀kg- 1 ,有效 P( NaHCO3P ) 23mg∀kg- 1 , 速
效 K( NH4AcK) 150mg∀kg- 1 .
2 2 田间试验设计
试验设 8 个处理, 各处理为: % . 不施肥( CK) ; & . 循环
堆肥: 每年收获产品的 60%经粉碎后掺土堆腐,翌年返回原
处理; . N , 玉米、高粱每年 112kg∀ hm- 2 , 1996 年增至
150kg∀hm- 2 , 大豆不施 N 肥; ∋. N+ 循环, N 肥用量同 ,
循环堆肥操作同 & , ( . NP, N 同 , P(重过磷酸钙) 1987~
1994 期间每 4 年 65. 6kg∀hm- 2, 1995 年未施 , 1996 年起每
年 16. 4kg∀hm- 2; ) . NP+ 循环, N 同 , P 同( , 循环操作
同& ; ∗ . NPK, NP用量同 ) , K (硫酸钾)每 4 年 125. 6kg∀
hm- 2, 1995年未施, 1996 年 150kg∀hm- 2 ; + . NPK+ 循环,
NPK 用量同 ∗ ,循环堆肥操作同 & .上述设计以不施肥对照
( CK )和 3 个不同化肥处理为基础, 形成了 4 对# 无循环∃ 和
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),1407~ 1409
# 加循环∃处理对比.小区面积 72m2 ,重复 3 次.
23 供试作物
1987~ 1990年期间各处理 3 个重复, 小区分别种植玉
米高粱大豆并依次轮作; 1991~ 1995 年因大豆根腐病改为
玉米玉米玉米连作; 1996年以后为玉米玉米大豆轮作.
1995 年以前在冬灌基础上每逢旱年试验区灌溉补水,
1996 年起试验区只进行冬灌,作物生长期内不再灌溉.
24 堆肥制作及施用
循环处理区 (处理 &、∋、) 、+ )收获籽实的 60% 和 3
个重复小区中的 2 个小区(玉米、大豆区或玉米、玉米区)的
秸秆,经粉碎混匀后, 喷水湿润, 并掺土堆腐(土料比 1,1) ,
翌年春播时充分捣匀后返回原处理做基肥.
投料中所含养分根据各作物籽实及秸秆中养分测定结
果经计算而得,堆腐池地面为混凝土, 垫圈土需准确计重, 并
取样测干率和分析全量养分含量(主要用于扣除土中的养
分) , 堆腐结束后反复捣碎、捣匀. 4月下旬施肥前再捣动 2~
3 次, 称重,取样测干率, 分析养分含量,随即运送田间, 作基
肥施入相应的循环处理. 养分堆腐过程的损失率(反之称为
循环率)则按下式计算(假设垫圈土中养分总量在试验中并
无增减) :养分损失率( % ) = ( 1- 有机肥中养分量/投料中养
分量) − 100.由于垫圈土含 K 量很高, 基数过大, 故难以准
确估计 K 的循环率.
2 5 肥料平均施用量
化肥养分平均年施用量是指 10 年平均单位面积( hm2)
农田获得的化肥养分量. 堆肥养分平均年施用量是根据每年
实测堆肥中养分量扣除掺混土中养分量后, 逐年累加, 并以
10 相除, 得出平均堆肥养分年施用量. 试验 10 年中 1995 年
因故未施用堆肥, 实际施用堆肥为 9 年.
3 结果与分析
31 投料中养分经由堆腐过程的循环率
经堆腐后的投料残留率大致在 0. 4 左右(表
1) , 与通常认为的有机物料施入土壤 1 年后的残留
率 0. 3~ 0. 4大致相同[ 1] .投料堆腐的过程大致相当
于施入土壤后 1年内腐解所完成的过程.
表 1 投料中有机物经由堆腐后的残留率
Table 1 Residual rate of organic matter in stuffs and material s through a composting cycle
处理
T reat
m ent
实验年度 Year
1989~ 1990 1990~ 1991 1991~ 1992 1992~ 1993 1993~ 1994 1995~ 1996 1996~ 1997 1997~ 1998
平均
Average
& A 188. 04 185. 18 216. 90 137. 80 104. 40 180. 60 88. 86 169. 62
B 43. 56 64. 53 134. 68 76. 01 66. 57 36. 45 38. 20 72. 90
C 0. 23 0. 35 0. 62 0. 55 0. 64 0. 20 0. 43 0. 43 0. 43
D 0. 77 0. 65 0. 38 0. 45 0. 36 0. 80 0. 57 0. 57 0. 57∋ A 190. 60 213. 34 281. 90 166. 60 161. 80 170. 34 114. 03 246. 16
B 101. 73 56. 67 150. 66 88. 00 97. 55 51. 99 2. 00 113. 20
C 0. 53 0. 27 0. 53 0. 53 0. 60 0. 31 0. 46 0. 46 0. 46
D 0. 47 0. 73 0. 47 0. 47 0. 40 0. 69 0. 54 0. 54 0. 54
) A 189. 26 223. 58 280. 00 193. 70 174. 10 173. 38 118. 84 256. 21
B 86. 06 84. 51 93. 44 112. 45 74. 44 56. 03 49. 90 107. 60
C 0. 45 0. 38 0. 33 0. 58 0. 43 0. 32 0. 42 0. 42 0. 42
D 0. 55 0. 62 0. 67 0. 42 0. 57 0. 68 0. 58 0. 58 0. 58
+ A 173. 52 234. 70 272. 90 183. 60 167. 20 170. 91 122. 50 232. 84
B 66. 06 87. 20 68. 82 92. 26 76. 65 57. 42 46. 60 88. 50
C 0. 38 0. 37 0. 25 0. 50 0. 46 0. 34 0. 38 0. 38 0. 38
D 0. 62 0. 63 0. 75 0. 50 0. 54 0. 64 0. 62 0. 62 0. 62
A:投料干重 Dry w eight of stuf fs and materials( kg) ; B:堆腐粪肥干重 Dry w eight of composting manure; C:有机物残留率 Residual rate; D:有机物
腐解率 Decomposition rate.
从 9年试验结果来看,经堆腐后 N 的平均损失
率为 33% , P 的平均损失率为 30%. 在堆腐过程中
N、P 的损失可能包括小动物(如鼠)和土壤动物(如
蚯蚓)取食引起的损失, 由于 N 易于以氨的形式挥
发,故损失偏高. 在生产实践中, 农民对有机肥的管
理要比本试验粗放得多, 尤其是 N 的损失要明显高
于本实验. 因此, 可以估计 N 的损失率要高于试验
所得结果(大约在 50%左右) . 另外,通过本试验还
可以看出, N 的循环率随不同的农业施肥制度而略
有不同,随着化学营养元素的逐步增加, N的循环率
略有上升趋势( 64% ~ 69%) ,但基本上维持在 65%
左右; P 的循环率略呈下降趋势( 67%~ 69%) , 平均
为 68%左右.
32 有机肥料中养分的利用率
因为循环处理每年通过施用有机肥而循环回田
的养分量为已知 (表 2) , 所以逐年比较循环处理与
不循环处理的作物收获养分量, 便可计算出有机肥
中 N 和P 的作物利用率(表 3、4) .由表 3可知, 通过
施用有机肥而返回农田的 N 量平均每年为 55~ 70
kg∀hm- 2, 相当于每年施 N 量 ( 150 kgN hm- 2 )的
37%~ 47% ,显然是不可忽视的养分来源.有机肥 N
的表观利用率在 8年的试验过程中变化较大,这主
要是由于在这 8 年中, 几次较重的自然灾害影响了
试验结果.不过我们仍然可以看出,有机肥料极为有
1408 应 用 生 态 学 报 13卷
表 2 投料中养分经由堆腐过程的循环率
Table 2 Loss rate of nutrient contained in manure through composting
cycle
处理
T reat
ment
实验年度
Year
投料中养分
Nut rient s in
stuffs and
materials ( kg)
N P
堆肥中养分
Nutrients
in mamure( kg )
N P
养分损失率
Loss rate
of nut rient (% )
N P
养分循环率
Recycling rate
of nutr ient(% )
N P
& 1988~ 1989 2. 65 0. 35 1. 09 0. 17 58. 71 51. 70 41. 29 48. 30
1989~ 1990 2. 27 0. 36 1. 23 0. 20 45. 56 45. 71 54. 44 54. 29
1990~ 1991 2. 22 0. 37 1. 72 0. 28 22. 71 25. 03 77. 29 74. 97
1991~ 1992 1. 89 0. 34 1. 26 0. 26 33. 25 25. 32 66. 75 74. 68
1992~ 1993 1. 25 0. 24 1. 06 0. 17 15. 28 31. 97 84. 72 68. 03
1993~ 1994 1. 36 0. 23 0. 73 0. 18 46. 46 21. 12 53. 54 78. 88
1995~ 1996 1. 77 0. 25 1. 19 0. 15 32. 78 37. 57 67. 22 62. 43
1996~ 1997 1. 26 0. 18 1. 00 0. 15 21. 20 14. 20 78. 80 85. 80
1997~ 1998 1. 91 0. 27 1. 10 0. 21 42. 55 24. 12 57. 45 75. 88
∋ 1988~ 1989 2. 83 0. 34 1. 86 0. 23 34. 23 31. 50 65. 77 68. 50
1989~ 1990 2. 41 0. 33 1. 60 0. 24 33. 60 28. 92 66. 40 71. 08
1990~ 1991 2. 76 0. 37 1. 65 0. 21 40. 06 42. 29 59. 94 57. 71
1991~ 1992 2. 70 0. 42 1. 95 0. 31 27. 70 25. 96 72. 30 74. 04
1992~ 1993 1. 70 0. 25 1. 31 0. 19 22. 85 25. 70 77. 15 74. 30
1993~ 1994 1. 87 0. 28 1. 12 0. 16 40. 02 45. 37 59. 98 54. 63
1995~ 1996 1. 96 0. 23 1. 31 0. 18 33. 13 21. 38 66. 87 78. 62
1996~ 1997 1. 64 0. 21 1. 30 0. 12 21. 01 44. 29 78. 99 55. 71
1997~ 1998 2. 92 0. 36 1. 60 0. 25 45. 14 29. 98 54. 86 70. 02
) 1988~ 1989 2. 64 0. 36 1. 88 0. 28 28. 82 23. 03 71. 18 76. 97
1989~ 1990 2. 36 0. 36 1. 75 0. 28 25. 61 21. 65 74. 39 78. 35
1990~ 1991 2. 59 0. 37 1. 58 0. 26 38. 83 29. 41 61. 17 70. 59
1991~ 1992 2. 67 0. 48 1. 78 0. 32 33. 22 32. 33 66. 78 67. 67
1992~ 1993 1. 97 0. 32 1. 69 0. 26 14. 20 19. 75 85. 80 80. 25
1993~ 1994 1. 90 0. 32 1. 09 0. 17 42. 94 46. 43 57. 06 53. 57
1995~ 1996 1. 82 0. 23 1. 28 0. 16 29. 73 31. 12 70. 27 68. 88
1996~ 1997 1. 64 0. 24 1. 34 0. 20 18. 45 15. 13 81. 55 84. 87
1997~ 1998 2. 98 0. 39 1. 62 0. 28 45. 72 29. 22 54. 28 70. 78+ 1988~ 1989 2. 71 0. 32 1. 95 0. 20 28. 21 36. 63 71. 79 63. 37
1989~ 1990 2. 11 0. 34 1. 85 0. 28 12. 18 17. 55 87. 82 82. 45
1990~ 1991 2. 76 0. 36 1. 66 0. 24 39. 69 34. 07 60. 31 65. 93
1991~ 1992 2. 62 0. 49 1. 50 0. 26 42. 69 46. 65 57. 31 53. 35
1992~ 1993 1. 87 0. 30 1. 32 0. 23 29. 19 23. 83 70. 81 76. 17
1993~ 1994 1. 84 0. 29 1. 42 0. 16 22. 87 44. 19 77. 13 55. 81
1995~ 1996 1. 88 0. 21 1. 18 0. 15 37. 21 31. 39 62. 79 68. 61
1996~ 1997 1. 69 0. 23 1. 35 0. 18 19. 69 23. 91 80. 31 76. 09
1997~ 1998 2. 77 0. 34 1. 40 0. 25 49. 43 24. 40 50. 57 75. 60
表 3 有机堆腐肥料中 N的利用率
Table 3 Recoveries rate of N in composting manure
处理
T reat
ment
实验年份 Year
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1996 1997 1998
AV
& A 50. 57 57. 15 79. 61 58. 33 48. 89 33. 64 55. 02 46. 10 50. 70 48. 00
B 24. 83 - 5. 49 48. 23 22. 90 11. 61 17. 32 37. 07 42. 09 56. 53
C 49. 11 - 9. 61 60. 59 39. 25 23. 74 51. 49 67. 37 91. 30 111. 50 48. 47
∋ A 86. 16 74. 01 76. 59 90. 28 60. 65 51. 99 60. 78 60. 10 74. 20 63. 48
B 11. 81 23. 84 4. 77 16. 74 27. 75 37. 42 32. 05 60. 52 52. 51
C 13. 70 32. 21 6. 22 18. 54 45. 76 71. 97 52. 73 100. 70 70. 77 41. 26) A 86. 95 81. 11 73. 37 82. 41 78. 06 50. 25 59. 06 62. 00 74. 80 64. 80
B 24. 26 7. 87 30. 70 15. 24 10. 64 26. 56 23. 19 38. 21 31. 87
C 27. 91 9. 70 41. 84 18. 49 13. 64 52. 85 39. 27 61. 64 42. 60 30. 79+ A 90. 10 85. 80 77. 00 69. 40 61. 20 65. 80 54. 80 62. 80 64. 80 63. 17
B 3. 89 15. 43 5. 21 11. 70 14. 67 28. 97 27. 43 26. 60 - 5. 21
C 4. 48 19. 02 7. 10 14. 20 18. 79 57. 64 46. 43 2. 36 - 8. 04 20. 20
A:有机肥中 N 量 N in compost ing manure applied( kg∀hm - 2) ; B: 收获 N 增加
量 Increase of N harvested( kg∀hm - 2) ; C: 有机N 利用率 Recoveries rate o f N in
composting manure( % ) ; AV :平均施用量Average. 下同 T he same below.
限的残效作用以及随无机肥施用量的增加, 堆肥中
N 的利用率呈下降趋势. 此外,在本试验中可以较为
明显地看出,有机肥中 N的利用率随施肥年限的延
长而有增长的趋势, 表明有残效叠加作用存在.通过
持续地施用有机肥料,提高土壤的供 N 力, 可控制
农田化肥施用量,提高当季 N 的利用率,适应雨养
旱作农业中降水的无常变化,对北方雨养旱作农田
表 4 有机堆腐肥料中P的利用率
Table 4 Recoveries rate of P in composting manure
处理
T reat
ment
实验年份 Year
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1996 1997 1998 AV
& A 7. 87 9. 14 12. 88 11. 90 7. 69 8. 54 7. 17 6. 99 9. 58 8. 18
B 4. 39 7. 10 5. 48 6. 96 4. 62 3. 47 3. 46 10. 41 6. 46
C 55. 79 77. 68 42. 52 58. 47 60. 05 40. 67 48. 22 148. 88 67. 36 50. 71
∋ A 10. 72 10. 95 9. 84 14. 44 8. 56 7. 19 8. 25 5. 42 11. 57 8. 70
B 1. 37 4. 95 4. 28 1. 91 4. 95 4. 64 1. 81 5. 01 6. 39
C 12. 80 45. 24 43. 52 13. 21 57. 74 64. 50 1. 94 92. 42 55. 21 35. 34
) A 12. 80 13. 01 12. 20 14. 91 12. 04 7. 91 7. 45 9. 35 12. 87 10. 25
B 3. 21 5. 83 3. 12 6. 46 5. 04 3. 28 - 0. 07 5. 14 5. 16
C 25. 07 44. 82 25. 54 43. 34 41. 91 41. 52 - 0. 87 54. 94 40. 13 35. 69
+ A 9. 34 13. 00 11. 09 12. 13 0. 51 7. 36 6. 81 8. 10 11. 76 9. 01
B 1. 38 5. 51 6. 88 2. 36 6. 73 4. 18 1. 32 6. 25 4. 18
C 14. 75 42. 37 62. 04 19. 44 63. 99 56. 76 19. 43 77. 10 35. 54 35. 36
而言无疑具有重要意义.
每年通过有机肥返回农田的 P 量约为 9~ 11
kg∀hm- 2, 相当于化学 P 肥用量的 36% ~ 44%. 有
机粪肥中 P的表观利用率略高于化肥 P 的利用率,
且随着化肥施入水平的增加,其利用率呈下降趋势,
符合报酬递减规律.在各循环处理中, 猪圈肥 P 的
表观利用率随施肥年限的增长呈上升趋势, 说明 P
具有较强的残效叠加作用[ 3, 4] . 至于有机肥料中 P
的利用率略高于化肥 P, 则主要是由于有机肥中有
机质的存在可能减弱土壤对 P 的固定. 另外, 本结
果与沈善敏[ 2, 5, 6]、宇万太[ 4]等所发表的关于喂饲 .
堆腐实验所得的结果基本一致.
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作者简介 宇万太, 男, 1964 年生,研究员, 主要从事农田生
态研究, 发表论文 40 余篇. Email: yuw antai@ yahoo. com. cn
140911 期 宇万太等: 辽西褐土施肥及养分循环再利用中长期试验 .