全 文 ：书长期施肥对华北平原潮土作物产量
及农田养分平衡的影响
李新旺，门明新，王树涛，齐跃普，许?
（河北农业大学资源与环境学院，河北 保定０７１００１）
摘要：研究长期不同施肥处理对华北平原潮土作物产量及农田养分平衡的影响，对指导田块尺度粮食生产的高产
－高效具有重要指导意义。本研究采用长期定位试验中不同施肥处理方法分析作物产量效应及农田养分平衡。
结果表明，经过７年定位施肥试验，ＣＫ、Ｐ２Ｋ２、Ｎ２Ｋ２ 和 Ｎ２Ｐ２ 处理的小麦产量分别为 Ｎ２Ｐ２Ｋ２ 处理的２５．５％，
３４．５％，４３．３％和８３．２％；玉米产量分别为４２．３％，５２．７％，７０．６％和７６．２％；不施氮肥土壤氮自然供给力第１年
降到５９％，第２年为４３％，此后稳定在４０％左右；不施磷肥土壤磷自然供给力第１年降至７２％，第３年为５５％，之
后保持在５５％左右；不施钾肥土壤钾自然供给能力第１年降为９３％，第３年为７６％，之后基本不变；７年累计农田
氮平衡状况较好的区为Ｎ２Ｐ１Ｋ２ 和Ｎ２Ｐ２Ｋ１，磷为Ｎ２Ｐ１Ｋ２，钾为Ｐ２Ｋ２，氮磷钾综合而言为 Ｎ２Ｐ１Ｋ２；７年累计小麦、
玉米对氮、磷、钾的表观利用率分别为４４．３％，３１．２％，５３．０％和４０．８％，２８．９％，５０．３％。综上可知，该区作物产量
与施肥量有明显相关性，且氮是限制该区作物产量的首要因子，磷、钾次之；从７年累计实验来看，Ｎ２Ｐ１Ｋ２ 处理农
田氮、磷、钾养分平衡相对较好。
关键词：华北平原；潮土；作物产量；养分平衡；长期定位试验
中图分类号：Ｓ１５１．９＋５　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００４５７５９（２００９）０１０００９０８
　 农田生态系统粮食生产的高产－高效是国家粮食安全与可持续发展的关键。但在现实农业生产中，土壤养
分、肥料等资源利用方面仍存在许多不合理现象，如偏施氮、磷，而钾使用不足，造成土壤污染及养分资源的浪费，
肥料利用率、增产效益下降。因此，研究不同施肥处理的作物产量效应及农田养分平衡对田块尺度上合理高效施
肥具有重大意义。在土壤养分限制因子对产量的影响方面，张炎等［１］研究表明，氮、磷是棉田土壤养分的第一、第
二限制因子，钾和锌已成为新疆棉田土壤养分的限制因子或潜在限制因子，硼和锰各地表现不同，其主要养分的
平均缺乏顺序为Ｎ＞Ｐ＞Ｋ＞Ｚｎ＞Ｂ＞Ｍｎ；谷洁等［２］指出氮和磷是渭北旱塬冬小麦（犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿）产量的限
制因子，Ｋ、Ｆｅ、Ｂ、Ｍｇ、Ｍｎ为非限制因子；胡冬南等［３］研究江西宜春油茶（犆犪犿犲犾犾犻犪狅犾犲犻犳犲狉犪）幼林土壤养分限制
因子为Ｎ、Ｐ、Ｃａ。霍习良等［４］研究河北雄县养分限制因子次序为Ｎ＞Ｐ、Ｋ＞Ｆｅ、Ｚｎ＞Ｂ、Ｃｕ、Ｍｎ。施建军等［５］研
究结果表明，在“黑土型”退化草地上人工植被的施肥中单因素增产效应为Ｎ＞Ｐ＞Ｋ。而周自玮等［６］对德宏象
草（犘犲狀狀犻狊犲狋狌犿狆狌狉狆狌狉犲狌犿）氮、磷、钾优化施肥组合试验的结果为，各因素对德宏象草产量的贡献大小顺序为Ｎ
＞Ｋ＞Ｐ。在肥料效应方面，路海东等［７］和陈世勇等［８］的研究结果为合理施用氮肥可以促进饲料玉米（犣犲犪犿犪狔狊）
干物质增长和氮肥利用率；大量研究认为长期合理配施氮、磷、钾能全面提高土壤氮、磷、钾含量和作物产
量［９～１７］；钦绳武等［１８］指出，贫瘠的潮土单施氮肥或磷肥收效甚微，两者合理配施增产极显著；在富钾潮土上，连续
５年不施钾肥和有机肥，对小麦产量尚不构成影响；李秀英等［１９］通过１４年长期定位试验，研究了褐潮土不同施肥
制度对土壤生产功能、产量可持续性指数及农学效率的影响。结果表明，氮、磷为褐潮土作物高产的主要限制因
子，１４年产量平均，ＮＰＫ（Ｎ１５０ｋｇ／ｈｍ２、Ｐ２Ｏ５７５ｋｇ／ｈｍ２、Ｋ２Ｏ４５ｋｇ／ｈｍ２）比ＣＫ、Ｎ、ＮＫ、ＰＫ分别增产４５９％，
３８６％，２８０％和２０５％（小麦）及１５４％，１０８％，８７％和７８％（玉米）；马俊永等［２０］研究表明，在潮土上有机－无机结
合的增产幅度在同等施肥量下较单独施用秸秆或化肥的产量都要高，有机－无机结合较单一施用秸秆肥或化肥
第１８卷　第１期
Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１
草　业　学　报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ 　　
９－１６
２００９年２月
 收稿日期：２００８０２２４；改回日期：２００８０３２８
基金项目：９７３国家重点基础研究发展规划项目（２００５ＣＢ１２１１０７）资助。
作者简介：李新旺（１９８１），男，河北广宗人，在读博士。Ｅｍａｉｌ：ｌｘｗ１２３１１＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｘｕｈａｏ２２００３＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
能更有效地提高潮土的土壤肥力，提高作物产量；宋永林等［２１］指出，在褐潮土上，长期施用含氮磷的肥料显著提
高冬小麦和夏玉米的生物产量和籽粒产量。综上可见，同时研究长期不同施肥处理对华北平原潮土作物产量及
农田养分平衡的研究资料较少。本研究在长期定位施肥试验的基础上，分析不同施肥处理的作物产量效应和农
田养分平衡，旨在为田块尺度上改进土壤－作物系统内养分调控、减少因不合理施肥造成的养分资源浪费以及提
高区域粮食产量和促进农业的持续发展等方面提供理论依据。
１　材料与方法
１．１　试验区自然状况
试验地设在河北省雄县十里铺。该区属暖温带半干旱半湿润大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多
雨，秋季凉爽少雨，冬季寒冷少雪。该区全年降水量４７０～５５０ｍｍ，降水量多集中在７、８月份，年平均气温
１２．１℃，≥１０℃年积温为４３４４．８℃，无霜期１８２ｄ。
１．２　试验材料
１．２．１　供试土壤　试验区０～２５ｃｍ土层的基本理化性状为：轻壤质潮土，有机质６．１ｇ／ｋｇ，全氮０．３４ｇ／ｋｇ，全
磷６２０ｍｇ／ｋｇ，全钾２０ｇ／ｋｇ，碱解氮４６．３ｍｇ／ｋｇ，速效磷９．２９ｍｇ／ｋｇ，速效钾５２ｍｇ／ｋｇ，缓效钾１１０ｍｇ／ｋｇ，ｐＨ
值８．４８。
１．２．２　供试作物　种植冬小麦“冬麦８５９”，播种行距１５ｃｍ，基本苗３００万株／ｈｍ２，夏玉米“郑单９５８”，株行距为
２３ｃｍ×６０ｃｍ。
１．３　试验设计
共设８个处理，分别为无肥区（ＣＫ）、Ｐ２Ｋ２、Ｎ２Ｋ２、Ｎ２Ｐ２、Ｎ１Ｐ２Ｋ２、Ｎ２Ｐ１Ｋ２、Ｎ２Ｐ２Ｋ１、Ｎ２Ｐ２Ｋ２，每个处理重复３
次，随机区组排列，小区面积６．０ｍ×５．５ｍ；肥料中的Ｎ、Ｐ、Ｋ分别由尿素（Ｎ４６％）、磷酸二铵（Ｎ１８％，Ｐ２Ｏ５
４６％）和硫酸钾（Ｋ２Ｏ５０％）提供。各处理均不施有机肥，纯氮水平为１０５（Ｎ１）和２１０（Ｎ２）ｋｇ／ｈｍ２，Ｐ２Ｏ５ 为５６．
２５（Ｐ１）和１１２．５（Ｐ２）ｋｇ／ｈｍ２，Ｋ２Ｏ为５６．２５（Ｋ１）和１１２．５（Ｋ２）ｋｇ／ｈｍ２，Ｎ底施、追施各半，Ｐ、Ｋ全部底施。
１９９６年１０月开始耗竭试验，正式试验从１９９７年１０月－２００４年１０月，播种冬小麦和夏玉米各７季，进行小麦、
玉米轮作。
１．４　测定项目和方法
１．４．１　土样的采集与测定　每季作物收获后立即采集各处理０～２５ｃｍ土壤，按“Ｓ”形在每小区选６点（垄和沟
各３个点）组成１个混合样，重复３次。采用常规农化分析方法［２２］测定其中的有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、
速效磷、速效钾、缓效钾和ｐＨ值。
１．４．２　植物样品的采集与测定　成熟期收获各小区作物进行测产。同时，采集有代表性的植株１０株（每小区３
次重复），籽粒与秸秆分开，根直接还田，植物样品于１０５℃杀青３０ｍｉｎ，然后在６５℃烘干，称重后粉碎。采用
Ｈ２ＳＯ４－Ｈ２Ｏ２ 消煮后，用奈氏比色法测定全氮，钒钼黄比色法测定全磷，火焰光度计法测定全钾［２２］。
２　结果与分析
２．１　长期定位施肥条件下的作物响应
２．１．１　作物产量响应　各处理７年平均产量小麦表现为Ｎ２Ｐ２Ｋ２＞Ｎ２Ｐ２Ｋ１＞Ｎ２Ｐ１Ｋ２＞Ｎ２Ｐ２＞Ｎ１Ｐ２Ｋ２＞Ｎ２Ｋ２
＞Ｐ２Ｋ２＞ＣＫ（表１），玉米为Ｎ２Ｐ２Ｋ２＞Ｎ２Ｐ２Ｋ１＞Ｎ１Ｐ２Ｋ２＞Ｎ２Ｐ２＞Ｎ２Ｐ１Ｋ２＞Ｎ２Ｋ２＞Ｐ２Ｋ２＞ＣＫ，小麦和玉米的
磷、钾响应基本相同，这与前人研究结果一致［２３］。不同施肥处理的２种作物产量响应具有如下特点：１）ＣＫ的小
麦、玉米产量分别为Ｎ２Ｐ２Ｋ２（全肥区）的２５．５％和４２．３％，降幅均超过５０％，且其ＣＫ均值与其他各处理均值差
异显著，说明该区获得粮食高产必须施肥；２）Ｐ２Ｋ２ 处理分别为全肥区的３４．５％和５２．７％，小麦降幅约为７０％，玉
米为５０％，比Ｎ２Ｋ２ 和Ｎ２Ｐ２ 处理降幅明显，且与Ｎ１Ｐ２Ｋ２ 差异显著，说明氮是该区限制作物产量的首要因子；３）
Ｎ２Ｋ２ 处理分别为全肥区的４３．３％和７０．６％，小麦产量降幅过半，远大于玉米，且与Ｎ２Ｐ１Ｋ２ 差异显著，说明磷对
该区作物产量影响其次且小麦对磷的反应比玉米敏感；４）Ｎ２Ｐ２ 处理分别为全肥区的８３．２％和７６．２％，玉米的产
量降幅比小麦明显，且与Ｎ１Ｐ２Ｋ２ 差异显著，表明钾对该区作物产量影响也较大且玉米对钾的反应比小麦敏感。
０１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２００９） Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１
２．１．２　作物养分含量响应　从多年测定的作物籽粒和秸秆养分含量平均值（表２）可以看出，不同施肥处理作物
籽粒和秸秆养分含量的响应具有以下特点，２种作物施氮和磷处理的籽粒和秸秆相应的氮和磷含量均高于相应
的不施氮和磷处理；而施钾对作物籽粒钾含量影响较小，但秸秆钾含量明显高于不施钾处理。２种作物比较发
现，小麦籽粒的氮、磷含量分别高出玉米４０％和３６％，表明小麦籽粒的蛋白营养价值远高于玉米；玉米秸秆中氮
含量较小麦高出３０％左右，而后者的磷、钾含量较前者高出３５％和２５％，这与他人研究结果不同［２４］。
表１　各处理作物籽粒的平均产量
犜犪犫犾犲１　犕犲犪狀狔犻犲犾犱狊狅犳犮狉狅狆狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊 ｋｇ／ｈｍ２
年份Ｙｅａｒ 作物Ｃｒｏｐ ＣＫ Ｐ２Ｋ２ Ｎ２Ｋ２ Ｎ２Ｐ２ Ｎ１Ｐ２Ｋ２ Ｎ２Ｐ１Ｋ２ Ｎ２Ｐ２Ｋ１ Ｎ２Ｐ２Ｋ２
１９９８ 小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿 １４５０ｃ ３１０５ｂ ４０５０ｂ ６１００ａ ５６８０ａ ６４４０ａ ５４９５ａ ６４２０ａ
玉米犣．犿犪狔狊 ４６８５ｅ ７５３０ｄ ８８０５ｃ ９８６５ｂ ８７７０ｃ ８８７５ｃ ９１９５ｂｃ １０７６５ａ
１９９９ 小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿 ２５００ｃ ２４２０ｂ ３０００ｂ ５５３５ａ ５９０５ａ ６３０５ａ ６５８５ａ ６８４５ａ
玉米犣．犿犪狔狊 ４１２５ｄ ４６２５ｄ ６１６５ｃ ６５５０ｃ ８１４５ａｂ ７１７０ｂｃ ８０７０ａｂ ９２６０ａ
２０００ 小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿 １７４３ｃ １５８８ｃ ２６０３ｃ ５００８ｂ ６１３４ａｂ ６４９４ａ ６１３３ａｂ ６６０５ａ
玉米犣．犿犪狔狊 ４６５８ｃ ３４９１ｄ ５４３９ｃ ７５６０ｂ ４３２３ｃｄ ５４３１ｃ ７２６２ｂ ９４３５ａ
２００１ 小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿 １５００ｃ ２４２５ｃ ２３７５ｃ ５９６２ａｂ ６２０８ａｂ ５２９２ｂ ６０００ａｂ ６７３７ａ
玉米犣．犿犪狔狊 ４３８４ｆ ５４１４ｅｆ ７０８９ｃｄ ６３９８ｄｅ ７９８２ｂｃ ７７０３ｂｃ ８８５０ａｂ ９２５９ａ
２００２ 小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿 １８３３ｃ ２３１７ｃ ４１１７ｃ ７０６５ｂ １０８３３ａ ８３３３ａｂ ９９１７ａ ８８３３ａｂ
玉米犣．犿犪狔狊 ４４７７ｃ ４７６０ｃ ５９９５ｃ ６９２７ｂｃ ７６９５ｂ ７３７６ｂ ７９７７ｂ ９４６０ａ
２００３ 小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿 ２５５０ｃ ４０７３ｃ ３８１７ｃ ７８００ｂ １０１２３ａ ８５７３ａｂ １００９３ａ １０２５８ａ
玉米犣．犿犪狔狊 ３５２０ｅ ４９５０ｄ ７４２０ｃ ７４６５ｃ ９２３０ｂ ７７３０ｃ ９２３５ｂ １０５００ａ
２００４ 小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿 ２８００ｂ ３５００ｂ ４４３３ｂ ９３７７ａ １０２１７ａ ９３６７ａ ９４１７ａ １０６００ａ
玉米犣．犿犪狔狊 ３６０３ｄ ５８６０ｃ ８１６８ｂ ８１８５ｂ ８５５８ｂ ７８２８ｂ ８１３５ｂ １０８２３ａ
平均值
Ｍｅａｎ
小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿 ２０５４ｆ ２７７５ｅ ３４８５ｄ ６６９２ｃ ７８７１ａ ７２５８ｂ ７６６３ａ ８０４３ａ
玉米犣．犿犪狔狊 ４２０８ｅ ５２３３ｄ ７０１２ｃ ７５６４ｃ ７８１５ｂ ７４４５ｃ ８３８９ｂ ９９２９ａ
　注：同行数据中有相同字母者，其差异在０．０５水平上未达显著水平。
　Ｎｏｔｅ：Ｓａｍｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎａｒｏｗｍｅａｎｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｔｔｈｅ０．０５ｌｅｖｅｌ．
表２　各处理的作物籽粒和秸秆养分含量
犜犪犫犾犲２　犖狌狋狉犻犲狀狋犮狅狀狋犲狀狋犻狀犵狉犪犻狀犪狀犱狊狋狉犪狑狅犳狋犺犲犮狉狅狆狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
小麦禾谷比
Ｓｔｒａｗ／
ｇｒａｉｎ
小麦籽粒
Ｇｒａｉｎｏｆ犜．犪犲狊狋犻狏狌犿（ｇ／ｋｇ）
Ｎ Ｐ Ｋ
小麦秸秆
Ｓｔｒａｗｏｆ犜．犪犲狊狋犻狏狌犿（ｇ／ｋｇ）
Ｎ Ｐ Ｋ
玉米禾谷比
Ｓｔｒａｗ／
ｇｒａｉｎ
玉米籽粒
Ｇｒａｉｎｏｆ犣．犿犪狔狊（ｇ／ｋｇ）
Ｎ Ｐ Ｋ
玉米秸秆
Ｓｔｒａｗｏｆ犣．犿犪狔狊（ｇ／ｋｇ）
Ｎ Ｐ Ｋ
ＣＫ ２．０８ １０．８５ｃ ４．８１ａ ２．８９ｃ ３．８１ｄ ２．５７ｃ １２．３６ｃ １．９１ ５．８３ｄ ２．９５ｃ ３．２４ａ ４．０６ｄ ２．０８ｂ １３．６４ｂ
Ｐ２Ｋ２ ２．０２ １１．６１ｃ ４．７７ｂ ３．０５ｂｃ ３．７６ｄ ４．３４ａ １１．９７ｄ １．８９ ５．９１ｄ ２．９３ｃ ３．１６ａ ４．０２ｄ ２．４０ａ １４．０５ａ
Ｎ２Ｋ２ ２．０７ １２．６２ｂ ４．２２ｃ ３．１９ｂ ４．６９ｃ ２．０４ｄ １９．５０ａ １．００ ９．２９ａ ２．２７ｄ ２．７２ｂ ７．４１ｂ １．３９ｄ １４．９５ａ
Ｎ２Ｐ２ １．２７ １２．２４ｂｃ５．０８ａ ３．７８ａｂ ５．２５ｂ ３．２４ｂ １３．５５ｃ １．０１ ７．６２ｂ ２．６７ｃ ２．９６ｂ ６．６４ｃ １．６８ｃ １１．６０ｄ
Ｎ１Ｐ２Ｋ２ １．３６ １２．９６ｂ ４．６３ｂｃ３．７２ａｂ ６．０６ａ ２．３２ｄ ２１．９７ａ １．１５ ９．４２ａ ３．２４ｂ ２．３４ｃ ７．４２ｂ １．４６ｄ １２．９２ｃ
Ｎ２Ｐ１Ｋ２ １．４２ １３．５４ａ ４．７０ｂｃ４．３４ａ ５．７４ａ ２．０９ｄ ２２．０９ａ １．０１ ６．７６ｃ ２．３５ｄ ２．８８ｂ ８．３８ａ １．５７ｃ １１．４５ｄ
Ｎ２Ｐ２Ｋ１ １．２６ １２．７５ｂ ５．１８ａ ３．９８ａ ４．８７ｂ ２．２９ｃｄ１７．２８ｂ １．０６ ７．０２ｃ ４．２７ａ ２．４０ｃ ８．３０ａ １．６４ｃ １０．７３ｄ
Ｎ２Ｐ２Ｋ２ １．２１ １２．４６ｂｃ５．２１ａ ３．９１ａ ４．７５ｂ ２．３２ｃ １７．３３ｂ １．０４ ７．１５ｃ ４．１８ａ ２．５１ｃ ８．２６ａ １．６１ｃ １３．８２ｂ
　注：同列数据中有相同字母者，其差异在０．０５水平上未达显著水平；小麦禾谷比为：（秸秆＋茎叶＋麦糠）／籽粒，玉米禾谷比为：（秸秆＋茎叶＋玉
米皮＋玉米芯）／籽粒。
　Ｎｏｔｅ：Ｓａｍｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎａｌｉｎｅｍｅａｎｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｔｔｈｅ０．０５ｌｅｖｅｌ．Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｓｔｒａｗａｎｄｇｒａｉｎｏｆ犜．犪犲狊狋犻狏狌犿ｍｅａｎｓ（ｓｔｒａｗ＋ｓｔｅｍａｎｄ
ｌｅａｆ＋ｂｒａｎ）／ｇｒａｉｎ，ａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｓｔｒａｗａｎｄｇｒａｉｎｏｆ犣．犿犪狔狊ｍｅａｎｓ（ｓｔｒａｗ＋ｓｔｅｍａｎｄｌｅａｆ＋ｂｒａｎ＋ｃｏｒｎｃｏｂ）／ｇｒａｉｎ．
１１第１８卷第１期 草业学报２００９年
２．２　长期定位施肥条件下土壤养分自然供给能力的变化
土壤养分自然供给能力是指土壤在其他养分充分供应时，不施某一养分，土壤供给的养分能够使作物产量达
到全肥时产量的百分比［２５］。研究结果表明（图１），１）该区氮养分潜在肥力较低，土壤氮自然供给能力第１年下降
为５９％，第２年为４３％，此后基本稳定在４０％左右；２）土壤磷自然供给能力，第１年降为７２％，第３年降至５５％，
之后基本保持在５５％左右；３）土壤钾自然供给能力，第１年降到９３％，第３年降到７６％左右，之后基本不变。以
上分析表明，华北潮土氮自然供给能力远小于磷、钾，说明氮是影响该区作物产量的首要因子。从小麦、玉米季的
土壤氮磷钾养分自然供给能力看出（图１ａ，ｂ，ｃ），土壤氮对２种作物的自然供给能力有所不同。对小麦来说，第１
季不施氮，土壤氮自然供给能力为５０％，之后保持在３０％左右；而第１季玉米不施氮，土壤氮自然供给能力为
７０．０％，之后稳定在５０％左右。土壤磷自然供给能力在小麦、玉米上表现也不同。小麦第１季不施磷，土壤磷自
然供给能力为６３．１％，第２年降到４３．８％，７年后降到４０％左右。而玉米７年不施磷，土壤自然供给能力仍保持
在７０％左右。土壤钾自然供给能力在小麦、玉米上表现区别不明显，连续７年不施钾，钾自然供给能力小麦、玉
米平均为８３．２％和７５．９％。这与黑土和变性土结果不同［２４，２５］。因此，这种土壤养分自然供给能力因作物不同
而表现出差异，可以为针对作物拟订不同的施肥方案提供依据。
图１　华北潮土犖、犘、犓养分自然供给能力变化及不同作物的土壤养分供给能力变化
犉犻犵．１　犇狔狀犪犿犻犮犮犺犪狀犵犲狊犻狀犖、犘、犓狀狌狋狉犻犲狀狋狊狊狆狅狀狋犪狀犲狅狌狊狊狌狆狆犾狔犮犪狆犪犮犻狋狔犻狀犳犾狌狏狅犪狇狌犻犮狊狅犻犾
犪狀犱犱狔狀犪犿犻犮犮犺犪狀犵犲狊犻狀狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋狊狊狆狅狀狋犪狀犲狅狌狊狊狌狆狆犾狔犮犪狆犪犮犻狋狔狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狉狅狆狊
２．３　农田养分平衡分析
农田养分输入包括施肥、种子、降水和灌溉等，农田养分支出包括作物的吸收和挥发、淋失。养分平衡的盈亏
等两项之差。已有研究结果表明［２６，２７］，在北方旱地磷、钾淋失量可忽略不计，氮损失在４０％左右，本研究氮、磷和
钾养分的损失即依此计算。由于作物根茬仍留在土壤中，它吸收的养分既可作为输出项，又可作为输入项，两者
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相互抵消，未计入养分平衡，因此，作物吸收带走的养分仅指地上部分。由每年的养分输入（表３），可以看出，通
过种子和水分输入的氮养分占总输入量的５．５％和２．７％，磷占１．２％和０．６％，钾占３．４％和１．７％。
７年累计养分收支状况见表４，分析氮、磷、钾在不同施肥处理平衡状况，１）氮素：在不施氮的ＣＫ和Ｐ２Ｋ２ 处
理亏损８９％以上，在Ｎ２Ｋ２、Ｎ２Ｐ２ 处理区盈余１０％左右，Ｎ１Ｐ２Ｋ２处理亏损４４％，Ｎ２Ｐ１Ｋ２、Ｎ２Ｐ２Ｋ１ 和Ｎ２Ｐ２Ｋ２ 处
理亏损３％～９％；２）磷素：在不施磷的ＣＫ、Ｎ２Ｋ２ 处理亏损均为９７％，在施磷的Ｐ２Ｋ２ 处理盈余１９５％，其他处理
除Ｎ２Ｐ１Ｋ２ 盈余３４％，Ｎ１Ｐ２Ｋ２、Ｎ２Ｐ２Ｋ１ 和Ｎ２Ｐ２Ｋ２ 处理都盈余在８５％以上；３）钾素：在不施钾的ＣＫ、Ｎ２Ｐ２ 处理
亏损９８％和９９％，在施钾的Ｐ２Ｋ２、Ｎ２Ｋ２、Ｎ１Ｐ２Ｋ２、Ｎ２Ｐ１Ｋ２、Ｎ２Ｐ２Ｋ１ 和 Ｎ２Ｐ２Ｋ２ 处理亏损１％～６３％。Ｎ２Ｐ２Ｋ２
（全肥处理），只有磷有盈余而氮、钾均处于亏损状态，盈亏量分别为８５％，－９％和－３２％。
表３　各处理每年养分输入量
犜犪犫犾犲３　犃狀狀狌犪犾犻狀狆狌狋狊狅犳犖、犘犪狀犱犓狀狌狋狉犻犲狀狋狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊 ｋｇ／ｈｍ２
项目
Ｉｔｅｍ
种子
Ｓｅｅｄ
降水①
Ｒａｉｎｗａｔｅｒ
灌溉②
Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗａｔｅｒ
处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ＣＫ Ｐ２Ｋ２ Ｎ２Ｋ２ Ｎ２Ｐ２ Ｎ１Ｐ２Ｋ２ Ｎ２Ｐ１Ｋ２ Ｎ２Ｐ２Ｋ１ Ｎ２Ｐ２Ｋ２
Ｎ ３．０２ ２．９９ ５．５３ ０ ０ ２１０ ２１０ １０５ ２１０．０ ２１０．０ ２１０
Ｐ １．３０ ０．０４ ０．０５ ０ ２２５ ０ ２２５ ２２５ １１２．５ ２２５．０ ２２５
Ｋ ０．９６ １．４０ １．４７ ０ ２２５ ２２５ ０ ２２５ ２２５．０ １１２．５ ２２５
　①降水量按年均４１０ｍｍ计Ａｎｎｕａｌｍｅａｎｒａｉｎｆａｌｗｅｒｅ４１０ｍｍ；②灌水量按年均２３７０ｍ３／ｈｍ２计Ａｎｎｕａｌｍｅａｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗｅｒｅ２３７０ｍ３／ｈｍ２．
表４　各处理７年养分收支状况
犜犪犫犾犲４　犅狌犱犵犲狋狊狅犳狀狌狋狉犻犲狀狋狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
输入量Ｉｎｐｕｔ（ｋｇ／ｈｍ２）
Ｎ Ｐ Ｋ
输出量Ｏｕｔｐｕｔ（ｋｇ／ｈｍ２）
Ｎ Ｐ Ｋ
盈亏Ｐｒｏｆｉｔａｎｄｌｏｓｓ（ｋｇ／ｈｍ２）
Ｎ Ｐ Ｋ
平衡Ｂａｌａｎｃｅ（％）
Ｎ Ｐ Ｋ
ＣＫ ８１ １０ ２７ ７０２ ３５０ １２７４ －５８９ －３４０ －１２４７ －８９ －９７ －９８
Ｐ２Ｋ２ ８１ １５８５ １６０２ ９００ ５３６ １６１７ －７８７ １０４８ －１６ －９１ １９５ －１
Ｎ２Ｋ２ ３０２１ １０ １６０２ ２５７３ ３８６ １９３０ １６５６ －３７６ －３２８ １７ －９７ －１７
Ｎ２Ｐ２ ３０２１ １５８５ ２７ ２８５３ ６６２ １８６７ １３７６ ９２３ －１８４１ ６ １３９ －９９
Ｎ１Ｐ２Ｋ２ １５５１ １５８５ １６０２ ２７７１ ６９８ ２７９２ －６００ ８８７ －１１９０ －４４ １２７ －４３
Ｎ２Ｐ１Ｋ２ ３０２１ ７９７ １６０２ ３１０４ ５９５ ２５６７ １１２５ ２０３ －９６５ －３ ３４ －３８
Ｎ２Ｐ２Ｋ１ ３０２１ １５８５ ８１４ ３１５０ ７８５ ２１９０ １０７９ ７９９ －１３７６ －４ １０２ －６３
Ｎ２Ｐ２Ｋ２ ３０２１ １５８５ １６０２ ３３２７ ８５８ ２３５７ ９０２ ７２６ －７５５ －９ ８５ －３２
２．４　氮、磷、钾肥累计表观利用率
氮、磷和钾肥的表观利用率采用目前国内外计算长期定位试验中肥料累计表观利用率的普遍方法 “差减
法”。据此计算出的氮、磷、钾肥累计表观利用率列于表５。结果表明，７年累计，小麦、玉米对氮肥的表观利用率
分别达到４４．３％和４０．８％；小麦、玉米对磷肥的表观利用率分别为３１．２％和２８．９％；小麦、玉米对钾肥的表观利
用率分别为５３．０％和５０．３％，２种作物基本一致。
３　讨论
３．１　长期不同施肥对作物产量的影响
由于本试验没有氮、磷、钾单独施肥的处理，所以没能进行全面的比较分析每种肥料及其可能的互作效应，以
及无法进一步阐明一些处理（如Ｎ２Ｐ１Ｋ２ 与Ｎ２Ｐ２Ｋ１ 等）的差异究竟是哪种因素引起的；缺少交叉处理间的比较，
而进行类似ＣＫ与所有处理的比较，Ｐ２Ｋ２ 与Ｎ１Ｐ２Ｋ２ 及Ｎ２Ｐ２Ｋ２ 等的比较，如果有显著性差异，只能说明氮起作
用了，但仍然不排除是氮与磷、钾等互作的影响。而前人对潮褐土的研究表明，只施氮的处理在试验开始的前几
年有比ＣＫ稍高的产量，随后下降，与ＣＫ相当或低于ＣＫ，土壤的生产功能严重受损，表明单施氮肥仅有较小的
３１第１８卷第１期 草业学报２００９年
表５　各处理７年累计氮、磷、钾肥表观利用率
犜犪犫犾犲５　犃狆狆犪狉犲狀狋狉犲犮狅狏犲狉狔狉犪狋犲狅犳犖、犘、犓犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉犱狌狉犻狀犵狋犺犲７狔犲犪狉犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
作物
Ｃｒｏｐ
７年累计施入养分量
Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｎｕｔｒｉｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｂｙｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ（ｋｇ／ｈｍ２）
７年累计作物地上部分带走养分量
Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｎｕｔｒｉｅｎｔｒｅｍｏｖａｌｂｙｃｒｏｐ
ａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｐａｒｔｓ（ｋｇ／ｈｍ２）
肥料的表观利用率
Ａｐｐａｒｅｎｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ（％）
Ｎ处理 Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿
玉米犣．犿犪狔狊
Ｎ２Ｐ２Ｋ２ Ｐ２Ｋ２ Ｎ２Ｐ２Ｋ２ Ｐ２Ｋ２ Ｎ
７８７．５ ０ １０２５．１ ３７３．１ ４４．３
７８７．５ ０ １０９４．０ ４９４．８ ４０．８
Ｐ处理 Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿
玉米犣．犿犪狔狊
Ｎ２Ｐ２Ｋ２ Ｎ２Ｋ２ Ｎ２Ｐ２Ｋ２ Ｎ２Ｋ２ Ｐ
７８７．５ ０ ４５１．４ ２０６．０ ３１．２
７８７．５ ０ ４０６．９ １７９．６ ２８．９
Ｋ处理 Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
小麦犜．犪犲狊狋犻狏狌犿
玉米犣．犿犪狔狊
Ｎ２Ｐ２Ｋ２ Ｎ２Ｐ２ Ｎ２Ｐ２Ｋ２ Ｎ２Ｐ２ Ｋ
７８７．５ ０ １４００．７ ９８３．２ ５３．０
７８７．５ ０ １１７３．４ ７７７．１ ５０．３
短期增产效应［１８，１９］。其他的研究也表明，长期偏施氮肥而缺磷、钾不仅难以增产，甚至减产，还可能造成对环境
的污染［２８，２９］。综上可见，氮、磷、钾的增产作用是通过氮磷钾之间的协同效应实现的。
３．２　氮、磷、钾的土壤自然供给力
王建国等［２５］指出，黑土７年耗竭后氮、磷、钾自然供给力分别为５０％～６０％，８０％～９０％和接近９０％。詹其
厚和陈杰［２４］研究表明，淮北变性土８年耗竭试验后氮、磷、钾自然供给能力分别为２０％左右、４５％左右、６０％～
７０％；施氮或磷肥提高了作物籽粒和秸秆中的氮或磷含量，施钾肥对籽粒钾含量影响较小，但显著提高了秸秆钾
含量。可见土壤养分自然供给能力钾＞磷＞氮的规律，本试验也证明了这一点。综上所述，北方平原区各研究均
有土壤养分自然供给能力钾＞磷＞氮的规律，氮、磷的自然供给能力分别在２０％～６０％和４５％～９０％，钾不小
于６０％，且有从南向北依次增长的趋势，这可能与气候及土壤条件差异有关。
３．３　长期不同施肥对农田养分平衡的影响
由于养分平衡出现赤字或盈余并不一定不合理，达到１００％平衡（平衡为±０）也不一定就是理想目标，所以，
对某一区域农田生态系统养分循环和平衡做出正确评价尤为重要［２７］。本研究仅对养分收支是否达到１００％平衡
（平衡为±０）的计算分析，针对实际意义上的理想平衡状态分析，有待进一步研究。７年累计作物养分的表观利
用率钾＞氮＞磷，与其他实验研究结果［２４，３０］规律基本一致，可能受施肥比例、土壤性质、作物特性和土壤有效养
分水平等多种因素的影响。
４　结论
４．１　经过７年定位施肥，ＣＫ、Ｐ２Ｋ２、Ｎ２Ｋ２、Ｎ２Ｐ２ 处理的小麦产量分别为Ｎ２Ｐ２Ｋ２ 处理的２５．５％，３４．５％，４３．３％
和８３．２％；玉米分别为Ｎ２Ｐ２Ｋ２ 处理的４２．３％，５２．７％，７０．６％和７６．２％。施氮、磷肥料明显提高了作物籽粒和
秸秆的氮、磷含量，钾肥表现不明显。
４．２　土壤氮自然供给能力第１年降为５９％，第２年为４３％，此后氮自然供给能力保持在４０％左右；土壤磷自然
供给能力第１年降为７２％，第３年则降至５５％，之后保持在５５％左右；土壤钾自然供给能力第１年降至９３％，第
３年降到７６％，之后基本不变。
４．３　小麦第１年不施氮肥，土壤氮自然供给能力为５０％，之后保持在３０％左右；玉米第１年不施氮肥，土壤氮自
然供给能力为７０％，之后保持在５０％左右。小麦第１年不施磷肥，土壤磷自然供给能力为６３．１％，７年后，降到
４０％左右；玉米７年不施磷肥，土壤磷自然供给能力仍保持在７０％左右。连续７年不施钾肥，小麦、玉米土壤钾
自然供给能力分别保持在８３．２％和７５．９％左右。
４．４　不同施肥处理７年累计氮平衡状况较好的区为Ｎ２Ｐ１Ｋ２、Ｎ２Ｐ２Ｋ１，磷为Ｎ２Ｐ１Ｋ２，钾为Ｐ２Ｋ２，氮磷钾综合而
４１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２００９） Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１
言为Ｎ２Ｐ１Ｋ２；７年累计，小麦、玉米对氮、磷、钾肥的表观利用率分别为４４．３％和４０．８％，３１．２％和２８．９％，
５３．０％和５０．３％。
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５１第１８卷第１期 草业学报２００９年
犜犺犲犲犳犳犲犮狋狊狅犳犾狅狀犵狋犲狉犿犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狅狀犮狉狅狆狔犻犲犾犱狊犪狀犱犳犪狉犿犾犪狀犱狀狌狋狉犻犲狀狋犲狇狌犻犾犻犫狉犻狌犿
ＬＩＸｉｎｗａｎｇ，ＭＥＮＭｉｎｇｘｉｎ，ＷＡＮＧＳｈｕｔａｏ，ＱＩＹｕｅｐｕ，ＸＵＨａｏ
（ＣｏｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＨｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００１，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：ＹｉｅｌｄｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｆａｒｍｌａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎｆｌｕｖｏａｑｕｉｃｓｏｉｌｓｏｆｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａ
Ｐｌａｉｎ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅｄａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｈｉｇｈｙｉｅｌｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ
ｇｒａｉｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｎａｆｉｅｌｄｂｌｏｃｋｓｃａｌｅ．Ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｗｅｒｅｕｓｅｄｉｎａｌｏｎｇｔｅｒｍｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｏｓｔｕｄｙ
ｙｉｅｌｄｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｆａｒｍｌａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ．Ｔｈｅ７ｙｅａｒｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｏｓｔｕｄｙｃｒｏｐｒｅｓｐｏｎｓｅｓ
ａｎｄｆａｒｍｌａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｆｏｒｗｈｅａｔｔｈｅ７ｙｅａｒｍｅａｎｙｉｅｌｄｓｒａｔｉｏｏｆｔｒｅａｔｍｅｎｔｓＣＫ，Ｐ２Ｋ２，Ｎ２Ｋ２，ａｎｄ
Ｎ２Ｐ２ｔｏＮ２Ｐ２Ｋ２ｗｅｒｅ２５．５％，３４．５％，４３．３％，ａｎｄ８３．２％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｗｈｉｌｅｔｈｏｓｅｆｏｒｍａｉｚｅｗｅｒｅ４２．３％，
５２．７％，７０．６％，ａｎｄ７６．２％．ＴｈｅＮｓｕｐｐｌｙｃａｐａｃｉｔｙｏｆｆｌｕｖｏａｑｕｉｃｓｏｉｌｓｉｎｔｈｅａｂｓｅｎｃｅｏｆＮｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｄｅｃｌｉｎｅｄ
ｔｏ５９％ｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｙｅａｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｆｅｌｔｏ４３％ｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｙｅａｒ，ａｎｄｔｈｅｎｆｌｕｃｔｕａｔｅｄａｒｏｕｎｄ
４０％ｉｎｔｈｅｆｏｌｏｗｉｎｇｙｅａｒｓ．ＷｉｔｈｏｕｔＰｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌＰｃａｐａｃｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｏ７２％ｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｙｅａｒ，
ｆｅｌｔｏ５５％ｉｎｔｈｅｔｈｉｒｄｙｅａｒ，ａｎｄｔｈｅｎｆｌｕｃｔｕａｔｅｄａｒｏｕｎｄ５５％．ＴｈｅＫｓｕｐｐｌｙｃａｐａｃｉｔｙｗｉｔｈｏｕｔＫｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｄｄｉ
ｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｄｆｒｏｍ９３％ｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｙｅａｒｔｏａｂｏｕｔ７６％ｉｎｔｈｅ７ｔｈｙｅａｒｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｂｅｓｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏｆ
ｆａｒｍｌａｎｄＮｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｗｅｒｅＮ２Ｐ１Ｋ２ａｎｄＮ２Ｐ２Ｋ１，ｏｆＰｗａｓＮ２Ｐ１Ｋ２，ｏｆＫｗａｓＰ２Ｋ２，ａｎｄｏｆＮ，Ｐ，Ｋｗａｓ
Ｎ２Ｐ１Ｋ２．ＴｈｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅａｐｐａｒｅｎｔｒｅｃｏｖｅｒｙｒａｔｅｓｏｆＮ，Ｐ，Ｋｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓｏｎｃｒｏｐｓｏｆｗｈｅａｔａｎｄｍａｉｚｅｗｅｒｅ
４４．３％，３１．２％，５３．０％ａｎｄ４０．８％，２８．９％，５０．３％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎ
ａｍｏｕｎｔｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｎｄｙｉｅｌｄｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｎｗａｓｔｈｅｍａｉｎｌｉｍｉｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｆｏｒｃｒｏｐｙｉｅｌｄ，ｔｈｅｎＰａｎｄＫ．Ｔｈｅｂｅｔｔｅｒ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒｆａｒｍｌａｎｄＮ，Ｐ，ＫｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｗａｓＮ２Ｐ１Ｋ２．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＰｌａｉｎ；ｆｌｕｖｏａｑｕｉｃｓｏｉｌ；ｃｒｏｐｙｉｅｌｄ；ｎｕｔｒｉｅｎｔｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ；ｌｏｎｇｔｅｒｍｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
６１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２００９） Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１