全 文 ：黑土长期施肥及养分循环再利用的作物产量及
土壤肥力质量变化 Ⅰ. 作物产量 3
刘鸿翔　王德禄　王守宇　孟　凯　韩晓增　(中国科学院黑龙江农业现代化研究所 ,哈尔滨 150040)
张　璐　沈善敏 3 3 　(中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016)
【摘要】　在一丰 P 黑土 (Olsen2P 25. 8mg·kg - 1) 上进行 13 年中长期田间试验的结果表明 ,氮肥平均增产率为
2715 % ,年增产粮食 (大豆、玉米、小麦混合) 724kg·hm - 2 ,1kg N 增产粮食 9. 4kg ;磷肥前期增产不明显 ,13 年平
均增产率为 7 % ,年增产粮食 241kg·hm - 2 ,1kg P 增产粮食 12. 7kg. 每年施用循环回田猪圈肥 (以处理区收获产
品的 80 %喂猪、垫圈经堆制而成) ,粮食平均年增产量在不施化肥、施 N、施 NP 基础上 ,分别为 268、258、255kg·
hm - 2 ,相应的增产率为 9. 8 %、7. 6 %和 7. 0 %. 试验期间循环回田猪圈肥的增产效果有逐渐增长趋势 ,表明存在
着猪圈肥残效的叠加效应.
关键词 　黑土 　长期施肥 　养分循环再利用 　作物产量
文章编号 　1001 - 9332 (2001) 01 - 0043 - 04 　中图分类号 　S181 　文献标识码 　A
Changes of crop yields and soil fertility under long2term application of fertilizer and recycled nutrients in manure on
a black soil. L IU Hongxiang ,WAN G Delu ,WAN G Shouyu ,MEN G Kai , HAN Xiaozeng ( Heilongjiang Institute of
A gricultural Moderniz ation , Chinese Academy of Sciences , Haerbin 150040) ,ZHAN G Lu and SHEN Shanmin ( In2
stitute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2001 ,12 (1) :43
～46.
The results from a field experiment over thirteen years on a black soil in Northeast China indicated that nitrogen fertil2
izer increased crop yields by 724kg·hm - 2 per year on average ,with an increase rate of 27. 5 % and about 9. 4kg in2
creased yield from 1kg applied N. In the early stage ,the crop yields almost gave no response to phosphorus fertilizer ,
owing to the high level of soil available phosphorus at the begining of the experiment . The average increase of crop
yields by phosphorus in thirteen years was only 241kg·hm - 2 per year ,with an increase rate of 7 % ,about 12. 7kg in2
creased yield from 1kg applied P. Annual application of recycled pig manure made by 80 % of harvested grain fed to
pigs and the stolks as bedding materials could increase crop yields by 268 ,258 and 255kg·hm - 2 per year with an in2
crease rate of 9. 8 % ,7. 6 % and 7. 0 % ,based on no fertilizer ,with N and with P and N ,respectively. There was a
trend that the effect of recycled manure on crop yield was gradually increased during the period of experiment ,implying
the existence of accumulative residual effect from the manure.
Key words 　Black soil , Long2term fertilization , Application of recycled nutrients , Crop yield.
　　3 中国科学院“八五”重大、“九五”重点、国家重点基础发展规划项
目 (N KBRSF、G1999011840202) .
　　3 3 通讯联系人.
　　2000 - 08 - 01 收稿 ,2000 - 11 - 08 接受.
1 　引 　　言
由于肥料养分残效叠加作用的存在 ,长期施肥和
养分循环再利用对作物产量影响与短期试验所获结果
迥然不同[2 ] . 农业系统中的养分循环再利用通常是通
过施用农家肥的方式实现的 ;农家肥中养分实际上来
源于收获农产品中的养分 ,因此 ,农业生态系统中可循
环利用的养分量是限定的. 以往国内外虽已进行大量
田间试验 (包括若干中长期试验)研究农家肥的作物增
产效益 ,但其试验结果不能表征保持农业生态系统内
部养分循环再利用可获得的真实的作物增产效益 ,原
因是前一类试验中供试农家肥 (厩肥、堆肥或其它类型
农家肥)的试验用量是任意的 ,不等于系统中可循环利
用的农家肥养分量.
国内采用模拟模型法研究养分循环再利用的中长
期田间试验始于 1983 年 (辽宁省西部) ,设定的循环率
为 0. 8 ,即供试处理每年收获产品 (籽实及秸秆) 的
80 %经由喂猪、垫圈制成猪圈肥 ,于下一年度返回该处
理 ,以无循环为对照. 根据持续 11 年的试验结果统计 ,
0. 8 循环率养分循环再利用的平均增产率为 17 % ,平
均年粮食增产量为 1021kg·hm - 2 [3 ] . 辽西试验启动
后 ,0. 8 循环率遂被确定为组织跨区域养分循环再利
用长期田间试验联网比较的统一循环率并指定以猪为
实验家畜. 本项试验是联网试验之一 ,试验结果已先后
发表[1 ,6 ,7 ] . 跨区域联网试验的重要发现之一是保持相
同循环率养分循环再利用所带来的作物产量增益在我
应 用 生 态 学 报 　2001 年 2 月 　第 12 卷 　第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Feb. 2001 ,12 (1)∶43～46
国东部的南北之间存在着明显的随气候热量增长而递
增的地理分异规律[6 ] .
2 　试验地点自然条件与研究方法
211 　自然条件
试验地设在中国科学院黑龙江农业现代化研究所海伦试
验站. 当地的年均温 1. 5 ℃, ≥10 ℃积温 2400 ℃,年降水量
570mm ,气候干燥度 0. 7～0. 8. 试验地土壤为中厚黑土 ; 1985
年试验开始时耕层土壤的肥力性状 :p H 6. 2 ,有机质 54. 0g·
kg - 1 ,全 N 3. 0g·kg - 1 ,有效 P 25. 8mg·kg - 1 ,代换 K 191mg·
kg - 1 .
212 　田间试验设计
1985 年试验开始时设 9 个处理 (前文所述) [3 ] . 1997 年起
对 Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ3 个处理作了较大调整 :取消了 6 年 1 次大剂量施
P、处理区增加了 Zn 等 , Ⅰ～ Ⅵ6 个处理的设计不变 ,仅略提高
N 肥和 P 肥用量. 1997 年起的试验处理如下 : Ⅰ. 不施肥 (CK) ;
Ⅱ. 循环猪圈肥 ,每年 80 %收获产品 (籽实及秸秆)喂猪、垫圈制
成猪圈肥 ,于翌年返回本处理 ; Ⅲ. 化肥 N ; Ⅳ. 化肥 N + 循环猪
圈肥 ; Ⅴ. 化肥 NP ; Ⅵ. 化肥 NP + 循环猪圈肥 ; Ⅶ. 化肥 NPK;
Ⅷ.化肥 NPK + 循环猪圈肥 ; Ⅸ. 化肥 NPKZn + 循环猪圈肥. 供
试化肥用量 :N 127. 5kg·hm - 2 ,大豆不施 N 肥 ; P 20kg·hm - 2 ;
K 60kg·hm - 2 ; Zn 6. 31kg·hm - 2 . 上述 9 个处理代表了我国农
业中施肥进步的几种基本类型 ,同时 ,以不施肥对照和 3 个化
肥处理为基础形成了 4 对“无循环”和“加循环”处理对比. 各处
理重复 3 次 ,小区面积 224m2 ,供试作物小麦、玉米、大豆 ,每年
各占一小区并依次轮作.
3 　结果与讨论
311 　1987～1999 年作物产量及施肥对作物产量年际
波动的影响
试验开始的头两年 (1985、1986) 尚未施用循环猪
圈肥 ,Zn 肥开始施用于 1997 年 ,故本文仅列出 1987～
1999 年期间前 8 个处理的作物产量并进行讨论.
表 1 列出了各处理供试 3 种作物的混合平均产
量 ,表 2 为 3 种作物各自的 13 年平均产量.
由于受气候的热量限制 ,这一地区大豆、玉米、小
麦 3 种作物产量均不高 ,在试验设计中的最佳施肥条
件下 ,13 年平均的大豆产量不过 2t·hm - 2 、玉米 6. 9t·
hm - 2 、小麦 3. 5t·hm - 2 . 用产量在年际间的变异系数
表征作物产量在年际间波动 (表 1) 可看出完善的施肥
可显著提高作物产量在年际间的稳定性 ;处理 Ⅰ不施
肥的产量变异系数最大 ,随着养分供给的改善 ,变异系
数下降 ,产量趋于稳定 ;而保持系统中养分循环再利用
也有助于进一步提高作物产量的稳定性.
312 　化肥 N、P 的作物增产效益
表 1 　不同施肥处理 3 种作物平均风干产量( 1987～1999)
Table 1 Average air2dried yields of crops under different fertilization treatments( kg·hm - 2)
作物
Crop
处　理
Treatment
年　份 Year
1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
平均
Average
变异系数
C. V.
籽实 Ⅰ 3525 2280 2865 3311 2650 2508 2956 2670 2366 2677 2635 2734 2289 2729 1315
Grain Ⅱ 3675 2310 3060 3729 2939 2716 3305 3073 2522 3014 2943 3135 2534 2997 1410
Ⅲ 3690 3250 3405 4122 3405 3296 3611 3313 3241 3502 3566 3614 2873 3453 815
Ⅳ 3900 3540 3720 4381 3594 3628 3694 3777 3393 3787 3842 3916 3076 3712 812
Ⅴ 3855 3285 3465 4336 3788 3705 3987 3730 3458 3841 3618 3870 3083 3694 817
Ⅵ 4110 3600 3840 4470 4122 3769 4139 3970 3568 4115 4021 4179 3433 3949 714
Ⅶ 3900 3375 3530 4391 3965 3832 4079 3787 3579 3948 3896 4114 3529 3841 713
Ⅷ 4155 3825 4035 4575 4031 3862 4343 4344 3787 4350 4256 4496 3805 4144 616
秸秆 Ⅰ 4810 3540 3795 4282 4768 6138 6076 5877 3676 4882 4180 4374 3637 4618 2010
Stalk Ⅱ 5250 3680 4045 4503 5266 7009 6781 6604 4387 5485 4857 5601 4281 5211 2015
Ⅲ 5155 4155 4075 4867 5522 8400 8014 6847 6012 6049 5634 6314 4949 5846 2216
Ⅳ 5855 5065 4970 5173 6035 8891 8196 8092 6485 6318 6586 6725 5390 6445 1916
Ⅴ 5820 4100 4795 4541 5944 9048 8890 8149 6358 6557 6115 6683 5583 6353 2415
Ⅵ 5980 5400 5265 5073 6536 9168 9293 9121 6512 6790 7028 7217 6338 6902 2112
Ⅶ 5715 4290 5245 5151 6263 8802 9122 7906 6757 6938 6582 7023 5939 6595 2114
Ⅷ 6295 5390 5590 5077 6132 9612 9854 9950 6951 7761 7985 7947 7073 7356 2219
表 2 　不同施肥处理大豆、玉米、小麦 13 年平均风干产量( 1987～1999)
Table 2 Average air2dried yields of each crop in 1987～1999( kg·hm - 2)
处　理
Treatment
大豆 Soybean
籽实
Grain
秸秆
Stalk
玉米 Maize
籽实
Grain
秸秆
Stalk
小麦 Wheat
籽实
Grain
秸秆
Stalk
Ⅰ 1825 2398 4241 7994 2121 3471
Ⅱ 1836 2697 4781 9072 2373 3865
Ⅲ 1871 2580 5580 10293 2908 4664
Ⅳ 1911 2846 6102 11397 3122 5091
Ⅴ 1873 2775 6073 11116 3137 5167
Ⅵ 1946 2921 6536 12154 3365 5630
Ⅶ 1937 2827 6247 11448 3338 5510
Ⅷ 2003 3084 6906 12996 3522 5988
　　1997 年调整处理设计后方有 NP K 化肥处理
( Ⅶ) ,故这里着重讨论 N 肥和 P 肥在试验 13 年的增
产效益 (表 3) .
试验中大豆不施 N 肥 ,故混合产量中 N 肥增产效
果主要来自玉米和小麦的增产. 13 年中 N 肥的增产率
受气候年成影响有较大波动 ,平均增产率 27. 5 % ,平
均增产量 724kg·hm - 2 ,1kg N 平均增产粮食 9. 4kg. t
检验的结果表明 N 肥的增产效果达到了显著水平 ( t
= 12. 2 > t0. 05 = 1178) . P肥在试验开始的若干年中对
44 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12 卷
表 3 　N、P肥增产效益
Table 3 Increase of crop yields by nitrogen and phosphorus fertilizer
化肥增产
Increase of crop yields
年　份 Year
1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
平均
Average
标准差
SD
N A 165 970 540 811 755 788 655 643 875 825 931 871 584 724 21317
( Ⅲ2Ⅰ) B 417 4215 1818 2415 2815 3114 2212 2411 37 3018 3513 3118 2515 2715 914
P A 165 35 60 214 383 409 376 417 217 339 52 256 210 241 13713
( Ⅴ2Ⅲ) B 415 111 118 512 1112 1214 1014 1216 617 917 115 711 713 710 411
A1 增产量 Yield increased(kg·hm - 2) ,B1 增产率 Increase rate ( %) . 下同 The same below.
表 4 　不同化肥基础养分循环再利用作物产量增益
Table 4 Increase of crop yields from recycled nutrients based on different fertilizer treatment
化肥基础
Based on fertilizer
treatment
年　份 Year
1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
平均
Average
标准差
SD
CK A 150 30 195 418 289 208 349 403 156 337 308 392 245 268 116
( Ⅱ2Ⅰ) B 413 113 618 1216 1019 813 1118 1511 616 1216 1117 1413 1017 918 411
N A 210 290 315 259 189 332 83 464 152 285 276 302 203 258 94
( Ⅳ2Ⅲ) B 517 819 913 613 516 1011 213 1410 417 811 717 814 711 716 219
NP A 255 315 375 134 334 64 152 240 110 274 403 309 350 255 109
( Ⅵ2Ⅴ) B 616 916 1018 311 818 117 318 614 312 711 1111 810 1114 710 313
作物的增产效果极微 ,是由于试验地土壤有效 P 起始
水平较高 (25. 8mg·kg - 1)的缘故. 随着试验年限延续 ,
不施 P 处理土壤有效 P 水平下降 , P 肥逐渐显示较好
的增产效果. 试验 13 年 P 肥的平均增产率 7 % ,平均
增产量 241kg·hm - 2 ,1kg P 平均增产粮食 12. 7kg. t 检
验结果表明 , P 肥的增产效果也达到显著水平 ( t =
6133 > t0. 05 = 1. 78) .
313 　0. 8 循环率养分循环再利用作物增产效益
表 4 列出了在不施化肥、施 N 肥和施 NP 肥基础
上实施 0. 8 循环率养分循环再利用后的作物增产效
益.由表 4 可见 ,保持系统中养分的循环再利用 ,不论
是在不施化肥或在施用 N、P 化肥的基础上均可不同
程度地获得增产效果 ,用 t 检验 ,3 对“无循环”和“加
循环”处理之间的作物产量差异均达到显著水平 ( Ⅰ与
Ⅱ, t = 8. 31 > t0. 05 = 1. 78 ; Ⅲ与 Ⅳ, t = 9. 81 > t 0. 05 =
1. 78 ; Ⅴ与 Ⅵ,t = 8. 47 > t0. 05 = 1. 78) . 不过 ,保持养分
的循环再利用的作物增产率随化肥施用有所下降 ,不
施肥条件下 13 年的平均增产率 9. 8 % ,施 N 肥基础上
平均增产率 7. 6 % ,施 N、P 肥基础上则为 7. 0 % ;平均
年增产量分别为 268、258、255kg·hm - 2 ,处理间几无
差异. 黑龙江海伦试验结果与在沈阳、辽西以及湖南桃
源等地相同试验的结果相比有着明显不同[4 ] . 首先 ,
同样是 0. 8 循环率养分循环再利用 ,海伦试验所获得
作物增产量与增产率均远较上述地点的试验结果为
低 ;其次 ,海伦试验中化肥施用与否引起的养分循环再
利用增产率与增产量的差异远较其它试验为小. 对于
前一现象已给出以下解释 :受热量限制海伦试验中的
养分循环通量小 ,循环回田有机养分的矿化释放慢以
及在低温环境下土壤微生物体的生 —死周转速率低
等 ,从而降低了循环回田有机肥中有效养分的实际供
给强度[4 ] . 对于后一现象 ,可能同样是由于受热量限
制 ,作物对施肥 (化肥或有机肥) 的增产反应较小的缘
故[5 ] .
虽然循环回田猪圈肥在本试验中对作物的增产率
较低 ,但随着试验年限延长 ,仍可观测到猪圈肥残效叠
加作用的存在 (图 1) ,惟这一过程的发展势头远不及
热量较丰地区[4 ] ,可能与这一地区的热量偏低有关.
图 1 　养分循环再利用的作物增产率发展趋势 (以 CK为对照的 3 年滑
动平均)
Fig. 1 Developing trend of yield increase rate of crop yields caused by recy2
cled nutrients (average rate of every three sliding years based on CK) .
1) 1987～1989 ,2) 1988～1990 ,3) 1989～1991 ,4) 1990～1992 ,5) 1991～
1993 ,6) 1992～1994 ,7) 1993～1995 ,8) 1994～1996 ,9) 1995～1997 ,10)
1996～1998 ,11) 1997～1999.
　　图 1 是根据处理 Ⅱ与处理 Ⅰ历年的作物产量比 ,
采用 3 年滑动平均方法消减年际波动后绘制的. 图中
的作物增产率虽然随施用猪圈肥的年限延长而有所增
长 ,但增长幅度偏小 ,而且若干年后即转为几近停滞的
缓慢发展状态.
4 　结 　　语
化肥施用和保持农业系统中养分资源的循环再利
用依然是提高黑土农田产量和保护农村环境的重要措
541 期 　　　　　　　　刘鸿翔等 :黑土长期施肥及养分循环再利用的作物产量及土壤肥力质量变化 Ⅰ　　　　　　　　　
施 ,但受黑土区热量较低的限制 ,化肥和农家肥养分的
增产报酬明显低于热量丰沛的我国南部地区. 本试验
采用了较适度的化肥施用量 ,13 年平均 1kg 化肥养分
报酬 (粮食)达到 N 9. 4kg ,P 12. 7kg ;接近或相当于全
国第三次肥料试验网获得的平均单位投入养分的增产
报酬[2 ] .
参考文献
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nese)
作者简介 　刘鸿翔 ,男 ,1939 年生 ,研究员 ,主要从事农业生态
系统养分循环方面研究 ,发表论文多篇.
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志》( P Ж)等十几种权威检索刊物均收录本刊的论文摘要 (中英文) ,并被中国科学技术信息研究所列入中国科技
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学院优秀期刊二等奖 ,1996 年荣获中国科学院优秀期刊三等奖. 2000 年荣获中国科学院优秀期刊二等奖.
本刊为双月刊 , A4 开本 ,160 页 ,逢双月 18 日出版 ,期定价 20. 00 元 ,全国各地邮政局 (所) 均可订阅 ,邮发代
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