全 文 ：应 用 生 态 学 报
  年 ! 月 第  卷 第
期
∀# ∃% & ∋ & () ∗ + % , − ). , / /− ∃& 0 & ∀12−123 4 , .5 6 7
 ,  18 2 9 3: 一 ; <
农业生态系统养分循环再利用的
作物产量增益 ‘
张 璐 廉鸿志 宇万太
1中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳
殷秀岩 沈善敏


<<
= 2
>摘要8 在辽西褐土上进行 年的 田间试验结果表明 , 在不同化肥基础上 , 每年以 ?< ≅ 的
收获产品堆腐后循环回 田 , 平均分别可获得 ! 7 ? ≅ 1不施化肥 2、 巧 7 ! ≅ 1% 肥2 、
7
≅
1% / 肥 2和  7 ! ≅ 1% / Α 肥2的增产率 , 或分别每年增产粮食
7 33 、 < 7  、 < 7 :  、 < 7 ? ; > ·
ΒΧ 一 ! 7 养分循环再利用的作物增产效益在试验的 年中有着逐年增长趋势 , 表明 以堆肥
形式循环回田养分对作物的增产作用存在着明显的残效叠加效应 , 因此 , 只有通过长期田
间试验方能准确评估农业系统中养分循环再利用的作物产量增益 7
关链词 农业生态系统 养分循环 作物产量
4 Δ5 8压 ΔΕ 5 Φ5Γ Η 5 5Χ 5 Δ5 Ε Ιϑ Κ Λ Μ ΗΔΕΝ Φ5 Ιϑ 585Ο Ε Μ >ΦΔ5Ε >Η ΔΕ Γ ΝΦ 卜5Ι 佣ϑΗ>5ΧΗ 7 ΠΒ Γ Ε Ν −Μ , −Δ ΓΕ
# Κ Ε Ν Θ ΒΔ, 4 Μ Ρ Γ Ε > ΓΔ7 4 ΔΕ Σ ΔΜ ϑΓ Ε ΓΕ Ο ∋Β 5 Ε ∋ Β ΓΕΦ ΔΕ 1∃Ε Η>Δ>Μ >5 ΚΛ , /召Δ5Ο 五汾<
侧理 , , Τ
印过‘Χ 边 ∋ ΔΕ ΔΙΓ , ∋九5, (界 , 

<<
= 2一以 ΔΕ 7 ( 7 , /召 7 正之。8 二
  ,  182 9 3 : 一 ; < 7
Υ Β 5 Φ5Η Μ8 >Η ΛΦΚΧ Γ Ε 5ΔΝ Β> 界ΓΦ5 ΛΔ5 8Ο 5 ς 详ΦΔ Χ 5Ε > Κ Ε 5 ΔΕ ΕΓΧΚΕ =<

ΔΕ Ρ 5Η >5ΦΕ −Δ ΓΚΕ ΔΕ Ν ΔΕΟ ΔΙΓ >5>ΒΓ > >Β 5 Φ 55界85Ο Ε Μ >Φ Δ5 Ε >Η ΔΕ 5ΚΧ Ω Κ Η> Χ Γ Ο 5 6 ϑ ?< ≅ ΚΛ >Β 5 ΒΓΦΞ 5Η> 5Ο Ω Φ闭 Μ 5 >Η ΛΦΚ Χ >Β5 Ω】Κ >ΗΓΩ /8 Δ5Ο 诫 >Β ΟΔΛΛ5 Φ 5Ε > Λ5 Φ >Δ8ΔΘ5 Φ Η 5 Ξ 5汀 ϑ5 Γ Φ 5ΚΜ8 Ο ΔΕ ΙΦΙ Γ Η5 5Φ Κ Ω 如5 8Ο Η 6ϑ !  7 ? ≅ 1ΕΚ Λ5 Φ >Δ8流Φ 2 ,

= 7 ! ≅ 1% 2 ,

7
≅ 1% / 2 ΓΕ Ο Ν 7 ! ≅ 1% /Α 2Φ 5 ΗΩ5 Ι >ΔΞ 5 8ϑ 7 ΚΦ Ν ΔΞ 5 Γ Ε Γ Ξ 5 Φ吃5 ΔΕ 5Φ5 ΓΗ 5 ΚΛ 8 7 33 ,
< 7   , < 7 :  Γ Ε Ο Κ 7 ?; > ·Β Χ 一 Π Φ 5 Η详5 >ΔΞ 58ϑ 7 Υ Β 5Φ 5 Ρ Γ Η Γ >Φ5 Ε Ο >ΒΓ > >Β5 5 Λ 5 5> ΚΛ Φ 5 5界85Γ Ε Μ >石Τ
5 Ε >Η ΔΕ ΙΚ Χ ΩΚ Η> ΚΕ Ι Φ Κ Ω 如5 8Ο Η Ρ ΓΗ =
, ΔΛΔ5 ΓΕ >8ϑ ΔΕ 5 Φ 5ΓΗ 5Ο Ο Μ ΦΔ Ε Ν >Β 5 Ω 5对ΚΟ ΚΛ 5ς 沐ΦΔ Χ 5 Ε > , ΔΧ Τ
Ω8沂Ε Ν >Β 5 5ς ΔΗ>5 Ε 5 5 ΚΛ Γ 55 Μ Χ Μ 8Γ >ΔΞ 5 Φ 5 ΗΔΟ Μ Γ8 5 ΛΛ55 > ΛΦΚ Χ Φ5 5界85Ο ΙΚ Χ Ω Κ Η > 7 Υ Β5 Φ 5 ΛΚ Φ 5 , Γ Φ5Γ 85Λ Τ
Λ5 5 >ΔΞ5Ε ΙΗ Κ ΛΦ5Ι ϑ585Ο Ε Μ >ΦΔ 5Ε >Η Κ Ε Ι Φ Κ Ω 如58Ο Η ΙΚ Μ 8Ο 耐ϑ 65 5 Η>ΔΧ Γ >5Ο 6ϑ Γ 8ΚΕ Ν >5ΦΧ ΛΔ 5 8Ο 5ς Τ
Ω5 Ε Χ 5Ε > 7
Α 5 ϑ Ρ Κ ΦΟΗ ,『介 5ΙΚΗ ”>5 Χ 7 % Μ >ΦΔ 5 Ε >Η 5界85 7 ∀ ΦΚ Ω 外58Ο 7

引 言
对于大多数农业生态系统而言 , 农家
肥 中养分的资源量决定于收获农产品中的
养分量 , 因而前者的数量是受后者所限定
的 7 根据通常田间试验获得的农家肥作物
增产效益并不能准确评估保持农业中养分
循环再利用这一我国施肥传统究竟可在多
大程度上增加作物产量 , 这是因为试验 中
农家肥的用量并无定数且随研究者的意图
可高可低的缘故 7 因此 , 准确评估农业生态
系统中养分循环再利用的作物产量增益及
其随施肥制度改革可能发生的变化 , 就惟
有对农业生态系统养分循环再利用及施肥
制度进步 的作 用进行实 地的模拟试 验研
究 7

 3 年 , 一组设计简单的中长期田间
试验首先在辽宁西部的褐土上进行 , 试验
研究了 < ≅ 收获农产品中养分 1< 7 循环
率 2经 由喂饲 一 堆腐循环 回田的作物产量
, 国家 “九五 ’科技攻关项 目1 ? 一 <<; 一 <; 一 < ?2 7

  : 一 <  一 < ! 收稿 ,
 : 一
< 一
接受 7
3 应 用 生 态 学 报  卷
增益 , = 年 和
年 的试验 结果 已 先后发
表 Ψ3Ζ ’2 7 根据
年试验结 果 , 在施用化肥
基础上保 持 < 7 循环率的养分循环再利
用 , 粮食平均增 产率为
: ≅ , 绝对增产量
为
7 < !> · Β Χ 一 ! 7 嗣后 ,
 = 年 , 一项相同设
计但处理远为复杂的田间试验在中国科学
院海伦农业生态试 验站进行 [
 < 年 , 根
据 中国科学院 的一项生态学研 究计划 , 同
类试验复在辽宁沈阳 、河北架城 、湖南桃源
和江西鹰潭的 = 个试验站进行 Ψ;Ζ , 其中海
伦试验和桃源试验的一部分结果已先后发
表 Ψ’· ! ! 7
本试验是
 : 年开始在辽宁喀左县
中国科学院沈阳应用生态研究所下河套工
作站进行的一项中长期 田间试验 , 旨在 比
较施肥制度改革以及比较不同化肥基础上
保持收获产品中一定比例养分循环再利用
的作物产量增益 7 养分循环的试验设计是
以每年 收获产品的 ?< ≅ 经 粉碎后直接掺
土堆腐 , 于下一年度 以堆肥形式返 回原处
理 7 根据以往的喂饲 一 堆腐试验结果 , 收获
产品中 % 经 由喂饲 一 堆腐过程 的回收率
约为 。7 ? , / 约 为 < 7 := Ψ!, =〕7 因此 , 采 用
? < ≅ 收获产品直接 堆腐 回田 , 堆肥中所含
养分量与 < ≅ 产品经 由喂饲 一 堆腐后猪
圈肥中养分量大致相当 7
腐 , 翌年返 回原处理 7
7 % 7 玉米 、高粱每年

! 吨
· Β Χ 一 ! ,
? 年增至
= Κ ∴Ν · ΒΧ 一 ! [ 大豆不施 %
肥 7 ] 7 % 十循环 7 % 肥用量同
, 循环堆肥操作同
Ε 7 ⊥ 7 % / 7 % 同
[ / 1重过磷酸钙 2
 : 一
 ;
期间每 ; 年 ?= 7 ? ∴ Ν · ΒΧ 一 ! ,
 = 年未施 ,
 ? 年
起每年
? 7 ; ∴ Ν · ΒΧ 一 ! 7 班 7 % / _ 循环 7 % 同
, /
同⊥ [循环堆肥操作同 Ε 7 姐 7 % /Α 7 % 、/ 用量同
⊥∃ [ Α 1硫酸钾 2每 ; 年
!= 7 ?∴ Ν ·腼 一 ! ,
 = 年未
施 ,
 ? 年
=Κ ∴ Ν · Β Χ 一 ! 7 拍 7 即Α _ 循环 7 % Ω Α
用量同城 , 循环堆肥操作同 Ε 7 上述设计以不施
肥对照 1∀ Α 2和 3 个不同化肥处理为基础 , 形成了
; 对 “无循环 ”和 “加循 环 ” 处理对 比 7 小区 面积
: !Χ ! , 重复 3 次 7
!7 3 供试作物

 : 一
 < 年 3 个重复小 区分别为玉米 、高
粱 、大豆并依次轮作 [

一
 = 年因大豆根腐
病改为玉米连作 [
 ≅ 以后为玉米 、玉米 、大豆 ,
并依次轮作 7
! 7 ; 堆肥制作及施用
循环处理 区收获籽实的 ? < ≅ 和 3 个重复小
区中的 ! 个小区 1玉米 、大豆 区或玉米 、 玉米区 2
的秸秆 , 经粉碎混匀后喷水湿润并掺土堆腐 1土
料比
9 82 , 翌年春播时充分捣匀后返回原处理作
基肥 7
! 试验地点自然条件与研究方法
! 7
自然条件
试验地位于下河套工作站的西试验区 7 当地
平均年降水量约 = < Χ Χ , 干燥度
7 ! 7 试验地土壤
为碳酸盐褐土 ,
 : 年试验开始时耕层土壤的主
要农化性状如下 9 Ω# ∋ 7 ! , 有机质
3 7
 · ∴ Ν 一’ , 全
% Κ 7  Ν · ∴ Ν 一 ‘ , 有效磷 1% Γ # 5马 一/ 2! 3Χ Ν · ∴ Ν 一 ’ ,
速效钾1Α 2一ΗΚ Χ Ν · ∴ Ν 一 ‘ 7
! 7 ! 田间试验设计
试验设 个处理如下 9
7 不施肥 1∀Α 2 7 Ε 7
循环堆肥 7 每年收获产品的 ?< ≅ 经粉碎后掺土堆
3 结果与讨论
3 7
化肥 % /Α 增产效果
试验地未 经匀地播种 , 故舍去
 : 、

 两年试验结果 7
 一
  ? 的 年作
物产量见表
, 其 中
  一
< 为大豆 、
玉米 、高粱 3 种作物平均产量 ,
 
一
  =
为玉米产量 ,
≅ 为玉米 、玉米 、大豆 3 种
作物平均产量 7
供试化肥中 % 肥增产显著 , 年平均
比不施肥对照增产 ; 3 7 = ≅ , 粮食增产量接
近 !> · Β Χ 一 “, 平均每公斤化肥 % 增产粮食

∴ Ν 7 试验地土壤的起始有效/水平较高 ,
82 沈善敏 、廉鸿志 、张 璐等 7
  7 碑肥残效及农
业系统养分循环再利用 中长期试验 7 植物营养与肥 料学
报 7 待刊 7

期 张 璐等 9农业生态系统养分循环再利用的作物产量增益
表

, , 一 Δ , , ? 不同施肥处理作物产 >
ΥΓ 6 85 一Ι 份Ω ϑΔ5 8Ο Η Κ Φ Ο 8ΛΦ5 Φ 5 Ε > Λ5 Φ >一‘>一Κ Ε >Φ 7Γ >血Ε >Η 一Ε 一 , ⎯ 一, , ‘1∴ Ν ·卜Χ 一 ! 2
施肥处理
Υ Φ5 Γ > Χ 5 Ε >Η
不施肥 1∀Α 2
循环堆肥
+ 5 5 ϑ 585 Ο 5 Κ Χ /Κ Η >
%
% 十 循环堆肥
% _ + 5 5 ϑ5 85Ο 5 Κ Χ 卯 Η >
% /
% / _ 循环堆肥
% / _ + 5Ι ϑ 5 85 Ο ΙΚ Χ /Κ Η >
% /Α
% /Α _ 循环 堆肥
% / Α _ + 5 5 Ξ 5 85 Ο 5 Κ Χ 0 Κ Η >

  <
 

  !
  3
  ;
  ? 平 均
, Ξ5 ΦΓΝ 5
= : =
?? : <
= ? ? = ? 3 ; =
? ;  
3 =
3 
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石


! ? 3
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< 3 3 < : ! ? < ! < 3 : <;   = : 3  = !  = ? =; =: : ; 3  ! ;= ; = ! ? ; ? ?: ; =

4⊥ ∃ ?
? =: < == ? : = =: < : =
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= < =
3 = ;  < == ; ? < :  3 = 3 = :! : < 3 = ! = < ?
? <
3 : <  ;: <
ϑ8 β⊥ 888 ? = :故试验的头 ! 年磷肥几无增产作用 , 之后
随着不施磷肥处理 土壤供 / 力下降 , 磷肥
的作用 转 为 明显 , 年平 均磷肥增 产率
1% / 一 % 2为  7 : ≅ , 增产量 ? ! ∴ Ν · Β Χ 一 ! ,
平均每公斤化肥 / 增产粮食 ; 3 ∴ Ν 7 试验地
土壤丰 Α , 即使在试验后期钾肥也不显增
产作用 , 可见该土壤供 Α 力之强大和持久 7
3 7 ! 养分循环再利用增产效果
由表 ! 可见 , 保持每年以 ? < ≅ 收获产
品中养分进入堆腐环并以堆肥形式循环回
田可获得明显增产效果 , 尤以不施化肥时
增 产效 果 最 为 显 著 , 年 平 均 增 产 率
!  7 ? ≅ , 增产 量
3 3 ! ∴ Ν · Β Χ 一 ! 7 施 用化肥
基础上 , 养分循环再利用的增产率下降 ,
年平均增产率变动在
= 7 ! 一  7 ! ≅ , 增产
量变动为  = 一 ? 3  ∴ Ν’ Β Χ 一 ! 7 这一现象符
合 “报酬递减”规律 , 即通过施用化肥 已 充
分供给养分时 , 增加来自堆肥的养分必定
获得相对较低的增产报酬 7
表 ! 不 同化 肥基础养分循环再利 用作物 产 > 增益 《
年平均 2
Υ Γ 6 85 ! ∃Ε 5 Φ 5 Γ Η 5 Κ Λ 5伪/ ϑ皿5 8Ο Η ΛΦ Κ Χ 代勺5 85Ο Ε Μ >ΦΔ 5 Ε > Η
6 Γ , 对 Κ Ε Ο ΔΦΛ5 Φ 5 Ε > 介Φ >Δ8匕 5 Φ >Φ 5 Γ >Χ 5 Ε >Η 1Γ Ξ5 ΦΓ Ν5 Κ Λ 58沙 >
ϑ5Γ Φ Η2
化肥处理 .5 Φ >Δ8ΔΘ 5 Φ > Φ5Γ > Χ 5 Ε >
∀ Α % % / % /Α 平 均1
一 ∃ 2 1∃ϑ 一 皿2 1砚 一 ⊥ 2 1粗 一 姐 2 , Ξ 5ΦΓ Ν 5
循环回田的堆肥养分具有持续残效 7
如将表
中每年循 环堆肥 的表观增产率
1以对应的无循环处理为对照 2按 3 年滑动
平均作图 1图 82 以 消除年际 间的产量波
3
求 主熟,幸卜!三铃板脚
∀ # # ∃ ∀ # # ∀ ∀ # # % ∀ # # & ∀# ∋ ∀# ( 年
∀& & %
%# ) ∗
# + ( , + ∗ ∗& # # & ∗
∀( ) % ∀∀ ) ∀ # ) % ∀∗ ) &
− . 增 产量 / 01 23 04 1 5 1 6 1 3 7 8 9 · :; 一 % < , = . 增产 率 >4 1 5 1 ? 61
5? ≅ 1 7 Α < ,
图 ∀ 不同化肥基础养分循环再利用作物增产发展趋势7& 年滑动平均 <
Β 09 ) ∀ Χ 1 Δ 1 2Ε 0飞 ≅ 51 4 3 Ε Φ 04 1 5 1? 61 5 ? ≅ 1 Ε Φ 1 5Ε Γ012 3 6
1 ? ! 61 3 Η Γ 51Ι Γ1 213 4 ! ≅50 1 4 ≅6 7 ? Δ 1 5 ?9 1 5 ? 比 Ε Φ 1 Δ 1 砰 ≅ : 51
公03 04 9 Γ 1?56 < )
动 , 则可清楚看 出随试验年限 延长循环堆
肥的增产率不断上升 , 表 明堆肥残效叠加
作用的存在 ) 由此可以认为 , 评估农业系统
中养分循环再利用的作物产量增益 , 短期
试验显然不能获得可靠结果 ) 本试验虽 已
持续进行 + 年 , 试验后期所获结果似乎尚
未达到养分循环再利用应能达到的稳定增
产率 )
& ) & 施肥制度改革对粮食生产发展贡献
可以将 晚近 (∃ 年来我国农业 中施肥
; < 应 用 生 态 学 报  卷
制度的改革概括如图 ! 所示 7 图 ! 上半部 再利用的基础上 , % 、 /、 Α 化肥养分先后进
表示农业中施肥制度的改革顺着“化学化 ” 入我国农业亦即顺着“有机和无机相结合 ”
的过 程发展 7 由本项实验结果可以表明 , 在 的施肥制度改革的过程发展 7 可以看出 , 农
这一发展过 程 中氮肥和磷肥依次进入农 业 中引入化肥的同时保持传统的施肥制度
业 , 对于粮食生产的发展起到了明显的促 可以获得更显著的作物产量增益 , 在本例
进作用 7 钾肥未能在本实验中显示增产作 中 , 施肥 1化肥和堆肥 2可使作物产量增长
用则是受供试土壤具有强大供 Α 力影响 := ≅ , 或通过施肥达 到的产量中施肥所占
之故 7 按本试验实例 , 在保持作物品种和其 的贡献份额为 ;! 7 ≅ 7 如前所述 , 对于堆
他农业技术不变条件下 , 单单依靠化肥应 肥 1养分循环再利用 2的作物增产贡献在本
用的进步 可使作物 产量 增长 =: ≅ 或通过 例中的估测是偏低 的 , 这是 因为实验持续
施肥实现的作物产量 中由化肥应用所占的 的时间尚短 , 循环 回田堆肥 的残效 尚未充
贡献份额为 3? 7 ; ≅ 7 图 ! 下半部表示在保 分发挥之故 7
持我国施肥传统即保持农产品中养分循环 重视农产品中养分的循环再利用不仅
; 7 =


Κ
= 7 ;

3 <
日一日一日对于发展我国粮食生产具有重要意义
, 而
且也有利于提高进入农业中养分的利用效
率和保护农村环境 7
% / % /Α 参考文献
一日一日一日
∀Α _ ∀ % _ ∀ % / _ ∀ %/Α _ ∀
图 ! 施肥制度向两种方向进步的作物产 > 变化1根据
表 8 中 年试验结果 2 ;
.ΔΝ 7 ! ∀ΒΓΕ Ν 5 Η Κ Λ 5 Φ Κ Ω ϑΔ5 8Ο Η ΔΕ ΛΚ 88Κ Ρ Δ呀 >Ρ Κ Ο ΔΦ5 5 > ΔΚ ΕΗ Κ ΛΛ5Φ >Δ8 ΔΘΓ >ΔΚ Ε Ο5 Ξ 5 8Κ Ω Χ 5 Ε >1 Γ 5 5 Κ Φ Ο Δ明 >Κ >Β 5 Φ5 ΗΜ 8> Η ΔΕ > Γ6 85
2 =
∀ 为循环堆肥 , 分子为 年平均 产 > 1 > · ΒΧ 一 ! 2 , 分母为
增产率 1以 5 Α 为
< < 2 7 5 9 + 5 5界85 Ο Ι Κ Χ 娜> , % Μ Χ 5 Φ Γ >ΚΦ 9, Ξ 5ΦΓ 肚 ϑ Δ58Ο Η1> · ΒΧ 一 ! 2 , Κ5 ΕΚ Χ ΔΕ Γ > Κ Φ 9 ΔΕ 5 Φ5Γ Η 5 Φ Γ > 52 7
王凯荣 、周卫军 、谢小立 7
≅ 7 红 壤稻 区农业施肥
制度定位研究报告 1
  < 一
 ; 2 7 农业现 代化研
究 , 1; 2 9
! 一
; 7
刘鸿翔 、王德禄 、张萦君等 7
 ; 7 松嫩平原黑土区
不同养分循环结构农业经营制度比较研究 7 应用生
态学报 7 = 1! 2 9
; 一
=
7
沈善敏 、殷 秀岩 、张 璐 7
  ! 7 农业系统中碑肥残
效及碑循 环研究
7 作物吸碑 > 、确肥残效及土壤有
效磷变化 7 应用生态学报 , 3 1! 2 9
3 一
; 3 7
沈善敏 7
  ? 7 我国主要类型生态系统结构功能与
提高生产力途径研究— 1Α( = 一 < ? 项 目
 
一
 = 研究进展 7 应用生态学报 , , 132 9 3 ! 一 3 3? 7
殷秀岩 、张 璐 、宇万 太等 7
 ! 7 农业系统中碑肥
残效及碑循环研究 Χ 7 投料中碑和氮在饲养 一 堆腐
环中的循 环率及有机肥料中养分的利用率 7 应 用生
态学报 7 3 13 2 9 ! 3 ? 一 ! 3  7