俄勝哲，楊志奇，羅照霞，袁金華，車宗賢，王亞男，曾希柏，郭永杰

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州730070；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京100081；3.天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，甘肅天水741000）

長期定位施肥對黃綿土區(qū)作物產(chǎn)量及養(yǎng)分回收率的影響

俄勝哲1，2，楊志奇3，羅照霞3，袁金華1，車宗賢1，王亞男2，曾希柏2，郭永杰1

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州730070；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京100081；3.天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，甘肅天水741000）

通過近30年（1981—2010年）的長期定位試驗，系統(tǒng)研究長期施肥對黃綿土區(qū)作物產(chǎn)量及養(yǎng)分累積利用率的影響。結(jié)果表明：長期施用化肥和有機(jī)肥在顯著增加小麥、油菜和胡麻3種作物產(chǎn)量的同時小麥產(chǎn)量年際間的穩(wěn)定性也顯著提高，化肥配施和有機(jī)肥與化肥配施的增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)效果更佳；施用有機(jī)肥處理和不施用有機(jī)肥處理，氮磷配施（NP）及氮磷鉀配施（NPK）的增產(chǎn)效應(yīng)都隨試驗?zāi)晗扪娱L而逐漸增加，且與試驗?zāi)晗揲g呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；施用氮肥（N）、氮磷配施（NP）及氮磷鉀配施（NPK）的平均增產(chǎn)效應(yīng)分別為745、1 413 kg·hm－2和1 474 kg·hm－2，有機(jī)肥的平均增產(chǎn)效應(yīng)為983 kg·hm－2；不同施肥處理中，氮磷（NP）配合施用及氮磷鉀（NPK）配施處理氮和磷的累積回收率最高，分別為44.35%、44.55%和15.11%、15.35%；施用有機(jī)肥降低了氮和磷的累積回收率，有機(jī)肥與氮磷（MNP）及有機(jī)肥與氮磷鉀（MNP）配施處理氮和磷的累積回收率分別為30.41%、32.07%和9.95%、9.70%；氮磷鉀（NPK）處理鉀的累積回收率最高，為14.25%，同樣施用有機(jī)肥顯著降低了鉀的累積回收率。

長期施肥；黃土高原；黃綿土；作物產(chǎn)量；養(yǎng)分回收率

肥料在糧食生產(chǎn)中有著非常重要的作用，合理施肥不僅能為作物生長創(chuàng)造養(yǎng)分貯量豐富、貯供協(xié)調(diào)的土壤生態(tài)環(huán)境，而且還能改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，協(xié)調(diào)土壤水、肥、氣、熱等因素，提高土壤肥力，從而增加作物產(chǎn)量和改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量［1］。肥料對我國糧食產(chǎn)量貢獻(xiàn)率達(dá)30%～50%，肥料的廣泛施用仍將是我國今后相當(dāng)長時期內(nèi)保障糧食安全和有效供給的基本途徑和有效措施［2］。不合理施肥不僅導(dǎo)致肥料利用率低，也不利于作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和土壤培肥。由于受氣候、土壤、栽培措施等影響，施肥對土壤肥力和作物產(chǎn)量影響表現(xiàn)不一。有研究表明，長期施用化肥導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力下降［3－4］，相反，也有研究認(rèn)為，施用化肥可增加土壤中的生物量，維持或提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，進(jìn)而增加作物產(chǎn)量［5－6］，但也有研究認(rèn)為，施用化肥對土壤肥力無顯著影響［7］。不同營養(yǎng)元素對作物的增產(chǎn)效應(yīng)不同，營養(yǎng)元素配施的交互作用及施肥措施也會影響作物產(chǎn)量。因此，全面系統(tǒng)研究長期施肥對作物產(chǎn)量的影響對提高作物產(chǎn)量、維持和提高土壤肥力有重要意義，長期以來一直也是國內(nèi)外政府和學(xué)者關(guān)注的重要科學(xué)問題之一。

肥料利用率是反映肥料施用合理與否的重要指標(biāo)，肥料利用不僅存在當(dāng)季利用，還存在后季利用問題［8］，同時受氣候因素、土壤條件和作物品種等的影響，短期試驗中肥料的利用率與長期試驗的結(jié)果有差異［9］。養(yǎng)分回收率（累積利用率）為多年施肥處理與相應(yīng)不施肥處理作物養(yǎng)分吸收量之差占養(yǎng)分施用量的百分?jǐn)?shù)，充分考慮到了養(yǎng)分的后繼利用，而且可以彌補(bǔ)和弱化氣候等因素的影響，可較為準(zhǔn)確地反應(yīng)作物產(chǎn)量與養(yǎng)分吸收量間的數(shù)量關(guān)系及肥料效率和土壤養(yǎng)分表觀平衡狀況［10］。從探明肥料去向，減少肥料的損失，防止環(huán)境污染的角度來考慮，養(yǎng)分回收率這一評價參數(shù)具有更廣泛、更重要的現(xiàn)實意義。黃綿土廣泛的分布于甘肅東部和中部、陜西北部、山西西部、寧夏南部、河南西部和內(nèi)蒙古等地，常和黑壚土、灰鈣土等交錯存在，是黃土高原分布面積最大的土壤類型，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上占有重要地位［11］。該區(qū)域內(nèi)水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境退化，抗御自然災(zāi)害能力差，土壤肥力低下和降雨稀少是限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素［12］。長期以來，肥料的大量施用雖提高了作物產(chǎn)量，然而不合理施肥，不僅使肥料利用率降低，而且會對生態(tài)環(huán)境帶來潛在危害。長期定位試驗具有時間的長期性和定位性等特點，信息量豐富，準(zhǔn)確可靠，可為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供決策依據(jù)。本研究以1981年開始實施的黃綿土長期肥料定位試驗為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究化肥和有機(jī)肥單施或配合施用對作物產(chǎn)量和養(yǎng)分回收率的影響，以期為黃土高原黃綿土區(qū)施肥模式評價、減少因不合理施肥造成的養(yǎng)分資源浪費和高效科學(xué)的施肥模式的建立提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗起始于1981年，試驗地位于甘肅天水市秦州區(qū)天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所中梁試驗站試驗示范基地（34°05′N，104°5′E），海拔1 650m。溫帶大陸性氣候，1981—2010年平均氣溫11.5℃，最高氣溫35℃，最低氣溫－19℃，≥0℃積溫4 134℃，≥10℃的年有效積溫3 513℃。年平均日照時數(shù)為2 099 h，年平均太陽輻射5 468 MJ·m－2，年平均生理輻射2 679 MJ·m－2，其中年積溫≥5℃生理輻射為1 862 MJ·m－2，≥10℃生理輻射為1 602 MJ·m－2。無霜期185 d，1981—2010年平均降雨量500 mm（321～831 mm），60%的降雨量分布于7—9月。年平均蒸發(fā)量1 493mm。試驗土壤類型為黃綿土，沙粒（2～0.05 mm）、粉粒（0.05～0.002mm）和粘粒（＜0.002）含量所占比例分別為7.65%、68.50%和23.85%。試驗播前（1981年）耕層（0～20 cm）土壤基本理化性狀見表1。

1.2 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，主處理為施用有機(jī)肥（M）和不施用有機(jī)肥（M0）處理，副處理為不施化肥（CK）、單施氮肥（N）、氮磷肥配合施用（NP）和氮磷鉀肥配合施用（NPK）4個處理。隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)長8.33 m，寬4.00 m，小區(qū)面積33.32 m2，重復(fù)3次。1981—1992年每年施N 90 kg·hm－2、P2O545 kg·hm－2和K2O 45 kg·hm－2，在此期間，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐化肥的用量明顯高于試驗的用量，1993年后增加了化肥的用量。1993—2010年化肥施用量為，年施N 150 kg·hm－2、P2O575 kg·hm－2、K2O 75 kg·hm－2。氮肥采用尿素或硝酸銨，磷肥采用普通過磷酸鈣或磷酸二銨，鉀肥采用硫酸鉀，有機(jī)肥為農(nóng)家土糞。1981年施有機(jī)肥60 t·hm－2，小麥發(fā)生了倒伏，1983年后減少了有機(jī)肥施用量。1983、1984年和1985年施有機(jī)肥15 t·hm－2，但增產(chǎn)效果不明顯，則進(jìn)一步調(diào)整了有機(jī)肥施用，1985—2010年每年施有機(jī)肥30 t·hm－2。1981—2010年間測定土糞的養(yǎng)分含量10次，其有機(jī)碳、全氮、全磷和全鉀的平均含量分別為20.10、3.01、1.16 g·kg－1和11.10 g·kg－1；堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為274.43、189.26 mg·kg－1和190.09mg·kg－1。

1.3 栽培管理

1981—2010年小麥、油菜和胡麻均采用人工開溝播種，行距15 cm，種植密度與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實踐相同。氮肥、磷肥、鉀肥及有機(jī)肥做基肥播前一次施入，然后翻耕。試驗區(qū)一年一熟。試驗主要輪作模式以小麥為主，與油料作物油菜和胡麻不規(guī)則輪作，與試驗區(qū)的輪作模式基本相近。29年中1987、2000年和2003年三年供試作物為油菜，1991年為胡麻，其余年份均為小麥。田間雜草人工撥除。作物成熟期人工分小區(qū)收獲，殘茬高度＜10 cm，籽粒和秸稈及莖葉全部移出，其他栽培管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐相同。

1.4 樣品采集與處理

在作物成熟期，每小區(qū)選取20株能代表小區(qū)作物生長狀況的植株，連根拔起，根系即刻剪斷直接還田，籽粒和秸稈分離用于生物性狀考察。籽粒自然陽光下風(fēng)干，莖葉于105℃殺青30 min，然后在65℃烘干至恒重。籽粒和秸稈樣品稱重后，粉碎過篩（0.5 mm），用于籽粒和秸稈中氮、磷和鉀等元素含量的分析測定。分小區(qū)單打單收，籽粒及莖葉自然陽光下曬干后，稱重計產(chǎn)。

1.5 測定項目及方法

1.5.1 植物樣品的氮磷鉀含量準(zhǔn)確稱取植物樣品（過0.5mm）0.5000 g放入100ml開氏瓶底部，加濃H2SO48.0 ml，搖勻，靜置過夜。在消煮爐上先低溫加熱，待H2SO4發(fā)白煙后再逐漸升高溫度，當(dāng)溶液呈均勻的棕黑色時，稍冷后加10滴H2O2。再加熱至微沸，消煮約7～10 min，稍冷后重復(fù)加H2O2，消煮，重復(fù)數(shù)次。每次添加的H2O2應(yīng)逐漸減少，消煮至溶液呈無色或清亮后，再加熱10min，除去剩余的H2O2。冷卻后，將消煮液無損地轉(zhuǎn)移入100 ml容量瓶中，定容。澄清后吸取清液測定氮、磷、鉀。同時進(jìn)行空白試驗，以校正系統(tǒng)誤差。氮采用凱氏定氮法測定，磷采用鉬銻抗比色法，鉀采用火焰光度法測定［13］。

1.5.2 土壤及有機(jī)肥基本理化性狀土壤質(zhì)地的測定采用吸管法；土壤pH值采用蒸餾水浸提（土水比1∶2.5），pH計測定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定，乘以校正系數(shù)1.1。全氮采用開氏法；全磷和全鉀采用NaHCO3熔融，鉬銻抗比色法和火焰光度法測定。Olsen－P采用濃度0.5 mol·L－1、pH 8.5的NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法；堿解氮用堿解擴(kuò)散法；速效鉀采用1 mol·L－1的醋酸銨浸提，火焰光度法測定［13］。

1.6 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析

氮磷鉀配施可能產(chǎn)生交互作用，試驗設(shè)計中缺少單施磷肥和單施鉀肥的處理，不能準(zhǔn)確地計算氮、磷和鉀的產(chǎn)量效應(yīng)，只能以相應(yīng)的對照為基礎(chǔ)，計算不同施肥處理的增產(chǎn)效應(yīng)。不施用有機(jī)肥處理中以CK（不施任何肥料）為對照，施有機(jī)肥處理中以M（僅施有機(jī)肥）為對照。不施有機(jī)肥處理中，不同化肥單施或配施處理的增產(chǎn)效應(yīng)為：N＝N－CK，NP＝NP－CK，NPK＝NPK－CK；施用有機(jī)肥處理，不同化肥單施或配合施用處理的增產(chǎn)效應(yīng)為：N＝MN－M，NP＝MNP－M，NPK＝MNPK－M；有機(jī)肥的增產(chǎn)效應(yīng)為M＝M－CK［14］。

養(yǎng)分回收率（%）＝［一定時間內(nèi)施肥處理作物地上部累積養(yǎng)分?jǐn)y出量（kg·hm－2）－一定時間內(nèi)相應(yīng)對照處理作物地上部累積養(yǎng)分?jǐn)y出量（kg·hm－2）／一定時間內(nèi)累積養(yǎng)分投入量（kg·hm－2）］×100%

作物地上部養(yǎng)分?jǐn)y出量（kg·hm－2）＝［作物秸稈產(chǎn)量（kg·hm－2）×養(yǎng)分濃度（g·kg－1）＋作物籽粒產(chǎn)量×養(yǎng)分濃度（g·kg－1）］／1000［8］

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SAS8.0進(jìn)行裂區(qū)試驗方差分析，主處理為施用有機(jī)肥（M）和不施用有機(jī)肥（M0）處理，副處理分別為不施化肥（CK）、單施氮肥（N）、氮磷肥配合施用（NP）和氮磷鉀肥配合施用（NPK）。用P≤0.05的LSR值（LSR0.05）為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗，圖表繪制運用Excel 2007。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期定位施肥下作物的產(chǎn)量及穩(wěn)定性

施用有機(jī)肥和化肥（N、NP和NPK）對小麥、油菜和胡麻三種作物籽粒平均產(chǎn)量都有顯著或極顯著的影響，而且有機(jī)肥與化肥的交互作用也達(dá)到顯著或極顯著水平（表2）。單施氮肥（N）處理（n＝25）小麥籽粒平均產(chǎn)量較對照增產(chǎn)26.43%，氮磷配合處理（NP）較對照增產(chǎn)50.11%，氮磷鉀配合施用處理（NPK）較對照增產(chǎn)52.25%。施用有機(jī)肥處理小麥籽粒平均產(chǎn)量較不施用有機(jī)肥處理增產(chǎn)18.74%（圖1）。油菜和胡麻籽粒產(chǎn)量單施氮肥、氮磷配合和氮磷鉀配合處理分別較對照增產(chǎn)19.31%、37.79%、10.75%和8.71%、23.39%、22.84%。施用有機(jī)肥處理油菜和胡麻籽粒產(chǎn)量分別較不施用有機(jī)肥處理增產(chǎn)32.81%和7.01%（圖1）?；蕟问∟）和配施（NP，NPK）處理小麥籽粒產(chǎn)量增產(chǎn)幅度明顯大于油菜和胡麻，而油菜對有機(jī)肥比較敏感，其籽粒的增產(chǎn)幅度明顯大于小麥和胡麻。

表2 不同施肥處理對作物產(chǎn)量及小麥產(chǎn)量變異系數(shù)影響的方差分析Table 2 Variance analysis of the effectof fertilization on crop yields and wheat yield variable coefficient

圖1 不同施肥處理對作物產(chǎn)量及小麥產(chǎn)量變異系數(shù)的影響Fig.1 The effectof fertilization on crop yields and wheat yield variable coefficient under different fertilization treatment

由于種植油菜和胡麻的年份較少，29年中僅有3年種植油菜，1年種植胡麻，因此僅分析不同年份間小麥籽粒產(chǎn)量（n＝25）的變異系數(shù)。由表2可以看出，有機(jī)肥和化肥對小麥籽粒產(chǎn)量的變異系數(shù)都有極顯著影響，而且有機(jī)肥和化肥的交互作用也達(dá)到極顯著水平。單施氮肥（N）、氮磷及氮磷鉀配合施用（NP，NPK）和施用有機(jī)肥在增加小麥籽粒產(chǎn)量的同時明顯增加了年際間小麥籽粒產(chǎn)量的穩(wěn)定性。單施氮肥（N）、氮磷配合施用（NP）和氮磷鉀配合施用處理（NPK）小麥產(chǎn)量年際間變異系數(shù)分別較對照降低了22.42%、36.12%和36.30%。施用有機(jī)肥處理年際間小麥籽粒產(chǎn)量的變異系數(shù)較未施用有機(jī)肥處理降低了14.96%。

2.2 長期定位施肥下作物產(chǎn)量的演變

雖同一處理不同年際間小麥籽粒產(chǎn)量有較大的波動，但總體來看，除MNP和MNPK處理外，其余處理小麥籽粒產(chǎn)量都隨著試驗?zāi)晗扪永m(xù)先逐漸降低，然后趨于穩(wěn)定，其變化過程可用y＝y(tǒng)0＋ɑ／x模型較好模擬，擬合度均達(dá)到顯著或極顯著水平（P＜0.05或P＜0.01）（表3）。對照（CK）、單施氮肥（N）、氮磷配施（NP）、氮磷鉀配施（NPK）、單施有機(jī)肥（M）、有機(jī)肥與氮肥配合施用（MN）處理2010年小麥籽粒產(chǎn)量分別為1982年相應(yīng)產(chǎn)量的37.07%、65.47%、82.27%、86.15%、51.11%和87.38%。對照和單施有機(jī)肥處理小麥籽粒產(chǎn)量的降幅明顯大于單施氮肥和有機(jī)肥與氮肥配合施用處理。氮磷和氮磷鉀配合施用可明顯降低小麥籽粒產(chǎn)量遞減的趨勢。有機(jī)肥與氮磷（MNP）及氮磷鉀（MNPK）配合施用處理小麥籽粒產(chǎn)量隨試驗?zāi)晗薜难永m(xù)無明顯規(guī)律性變化（表3）。

表3 小麥產(chǎn)量變化趨勢Table 3 Wheat grain yield changing trend with time under different fertilization treatments

為了消除降雨量、溫度、品種等因素對小麥籽粒產(chǎn)量的影響，采用不同施肥處理的增產(chǎn)效應(yīng)（不同施肥處理增產(chǎn)效應(yīng)＝不同施肥處理的產(chǎn)量－對照產(chǎn)量）來研究不同施肥處理對小麥籽粒產(chǎn)量的影響與演變過程。從圖2可看出，隨著試驗?zāi)晗薜难娱L，無論是在施用有機(jī)肥處理，還是在不施用有機(jī)肥處理，長期單施氮肥（N）、氮磷配施（NP）及氮磷鉀配施（NPK）處理的增產(chǎn)效應(yīng)都呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，而且氮磷配施（NP）及氮磷鉀配施處理（NPK）的增產(chǎn)效應(yīng)與試驗?zāi)晗揲g呈極顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系。氮磷配施（NP）及氮磷鉀配施（NPK）處理的增產(chǎn)效應(yīng)隨試驗?zāi)晗薜脑龇黠@大于單施氮肥（N）處理。在施用有機(jī)肥和不施用有機(jī)肥兩主處理中單施氮肥（N）、氮磷配施（NP）及氮磷鉀配施（NPK）的平均增產(chǎn)效應(yīng)分別為745、1 413 kg·hm－2和1 474 kg·hm－2。試驗起始年（1981年）由于有機(jī)肥施用量過大（60 t·hm－2），導(dǎo)致施用有機(jī)肥處理倒伏而減產(chǎn)，其他年份施用有機(jī)肥處理增產(chǎn)效應(yīng)比較穩(wěn)定，平均較未施用有機(jī)肥處理增產(chǎn)983 kg·hm－2（圖3）。

2.3 長期定位施肥下氮磷鉀的攜出量及回收率

不施用有機(jī)肥處理中，1981—2010年29年單施氮肥（N），氮磷配合施用（NP）和氮磷鉀（NPK）配合施用處理的氮素累積投入量為3 690.00 kg·hm－2，僅施有機(jī)肥處理（M）的氮素累積投入量為2 565.00 kg·hm－2，而有機(jī)肥與化肥（MN、MNP和MNPK）配合施用處理的氮素累積投入量為6 255.00 kg·hm－2，是單施化肥處理（N、NP和NPK）的1.70倍（圖4）。施用有機(jī)肥和化肥（N、NP和NPK）對氮磷鉀的攜出量有顯著影響，而且有機(jī)肥與化肥的交互作用亦達(dá)到顯著水平（表3）。所有施肥處理較對照（CK）顯著提高了氮素累積攜出量，其中MNPK和MNP的氮素攜出量最高，其次為NPK和NP處理。以CK處理為對照，計算氮的累積回收率，N、NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK處理的氮素累積回收率分別為20.86%、44.35%、44.55%、26.75%、26.05%、30.41%和32.07%，由此可見，與單施氮肥相比，化肥配施顯著提高了氮素的累積回收率，施用有機(jī)肥降低了NP和NPK處理氮素累積的回收率。

圖2 化肥的增產(chǎn)效應(yīng)變化趨勢Fig.2 The change of increased grain yield by different chemical fertilizer treatments

圖3 有機(jī)肥的增產(chǎn)效應(yīng)變化趨勢Fig.3 The change of increased grain yield bymanure

氮磷（NP）和氮磷鉀（NPK）配施的磷素累積投入量為802.15 kg·hm－2，僅施有機(jī)肥處理（M）的磷素投入量為1 081.80 kg·hm－2，而有機(jī)肥與氮磷（MNP）和與氮磷鉀（MNPK）配合施用處理的磷素投入量為1 883.95 kg·hm－2（圖4）。所有施肥處理的磷素攜出量都較無肥對照（CK）顯著增加。有機(jī)肥與氮磷（MNP）及有機(jī)肥與氮磷鉀配合施用處理的磷累積攜出量最大，顯著高于其他處理?？紤]氮對磷素回收率的影響，以單施氮肥處理（N）為對照，計算磷累積回收率。NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK處理的磷素回收率分別為15.11%、15.35%、6.69%、9.38%、9.95%和9.70%。氮磷（NP）和氮磷鉀（NPK）配合施用處理的平均磷素回收率為15.23%。施用有機(jī)肥顯著降低了磷素回收率，施用有機(jī)肥處理（M、MN、MNP和MNPK）平均磷素回收率為8.93%。

圖4 氮磷鉀投入量與攜出量Fig.4 The total inputand uptake of nitrogen，phosphorus and potassium from 1981 to 2010

氮磷鉀配合施用（NPK）處理鉀的累積投入量為1 531.21 kg·hm－2，有機(jī)肥輸入土壤的鉀素為9 490.50 kg·hm－2，有機(jī)肥與氮磷鉀肥配合施用處理鉀的投入量達(dá)11 021.71 kg·hm－2（圖4）。同樣，施肥顯著提高了鉀素的攜出量，其中有機(jī)肥與氮磷（MNP）及氮磷鉀（MNPK）配合施用處理的鉀素攜出量顯著高于其它處理（圖4）。考慮氮磷對鉀素回收率的影響，以氮磷配施處理（NP）為對照，計算鉀素累積回收率。氮磷鉀配施處理（NPK）鉀素回收率最高（14.25%），其次為有機(jī)肥與氮磷鉀配施處理（MNPK）。M、MN、MNP和MNPK處理的鉀素回收率分別為－2.36%、1.20%、3.93%和5.44%。不同施肥處理氮、磷和鉀的平均累積回收率分別為32.25%、11.03%和4.49%，氮、磷和鉀的累積回收率大小排序為氮＞磷＞鉀。

3 討論

3.1 氮磷鉀肥及有機(jī)肥對作物產(chǎn)量的影響

黃土高原土壤貧瘠，實踐證明通過增加肥料投入來培肥土壤，是提高該區(qū)糧食單產(chǎn)、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施［14－15］。王旭等［16］通過系統(tǒng)分析全國測土配方施肥數(shù)據(jù)得出我國主要生態(tài)區(qū)化肥的小麥增產(chǎn)率在34.70%～77.30%之間，西北地區(qū)為77.30%，明顯高于本研究單施氮肥小麥增產(chǎn)26.43%、氮磷鉀配合施用增產(chǎn)52.25%的研究結(jié)果。劉芬等［17］在渭北旱塬上研究得出，單施氮肥小麥的增產(chǎn)率在28.20%～44.20%之間，氮磷鉀配施的增產(chǎn)率在40.60%～90.60%之間，本研究結(jié)果基本在此范圍內(nèi)。陳磊等［18］在黃土高原中南部的陜西省長武縣旱塬上的研究得出，長期單施氮肥小麥可增產(chǎn)503 kg·hm－2，氮磷肥配施（NP）增產(chǎn)2 262 kg·hm－2，施用有機(jī)肥增產(chǎn)1 956 kg·hm－2，而本研究單施氮肥（N）、氮磷配施（NP）及有機(jī)肥（M）的小麥平均增產(chǎn)效應(yīng)分別為745、1 413 kg·hm－2和983 kg·hm－2，與上述報道有明顯差異。這些數(shù)值上的差異可能與氣候條件、品種、施肥量及有機(jī)肥質(zhì)量的差異有關(guān)。產(chǎn)量穩(wěn)定性是判斷作物生產(chǎn)系統(tǒng)持續(xù)性的主要標(biāo)志，其主要取決于作物產(chǎn)量構(gòu)成，品種抗干旱、洪澇、病蟲害的特質(zhì)及自然生態(tài)環(huán)境因子。施用有機(jī)肥及氮磷鉀肥配合施小麥籽粒產(chǎn)量年際間變異系數(shù)可較對照降低14.96%～36.30%，說明不施肥，小麥的抗逆性較差，產(chǎn)量容易造成大幅波動，施用有機(jī)肥和平衡施肥不但增加了糧食產(chǎn)量，而且降低了環(huán)境、生物與人為因素等對產(chǎn)量的影響，提升了抗自然災(zāi)害及不利因素對作物產(chǎn)量影響的能力。

表4 施肥對氮磷鉀攜出量影響的方差分析Table 4 Variance analysis of the effectof fertilization on uptake of nitrogen，phosphorus and potassium

3.2 長期施肥下作物產(chǎn)量的演變

除MNP和MNPK處理外，其余處理小麥籽粒產(chǎn)量都隨試驗?zāi)晗扪永m(xù)先逐漸降低，然后趨于穩(wěn)定，其變化過程可用y＝y(tǒng)0＋ɑ／x模型較好的模擬。有機(jī)肥與氮磷（MNP）和氮磷鉀（MNPK）配合施用小麥產(chǎn)量隨試驗?zāi)晗扪娱L略有降低趨勢。長期不施肥（CK）、僅施用氮肥（N）和氮肥與有機(jī)肥配施（MN）處理，土壤中植物生長發(fā)育所需的磷鉀等營養(yǎng)元素未能得到及時補(bǔ)充與更新，可能是導(dǎo)致小麥產(chǎn)量逐漸降低的主要原因。氮磷鉀（NPK）配合施用及有機(jī)肥與氮磷（MNP）和氮磷鉀（MNPK）配合施用也未能完全消除小麥產(chǎn)量降低的趨勢。在同一長期試驗中，引起作物產(chǎn)量逐漸降低的可能原因有營養(yǎng)失衡、病蟲害、氣候、連作障礙、品種和栽培管理措施等，但病蟲害不可能導(dǎo)致作物產(chǎn)量持續(xù)降低，況且在試驗過程中新的高產(chǎn)品種不斷推出，替換老品種［19］。作物產(chǎn)量降低往往與土壤有機(jī)碳含量有關(guān)，而有研究表明，有機(jī)肥與化肥配合施用處理作物產(chǎn)量也逐漸降低，作物產(chǎn)量與土壤全碳含量沒有必然的聯(lián)系［19－20］。本研究的結(jié)果也顯示，不同施肥處理土壤有機(jī)碳含量較試驗起始時并未降低。因此引起氮磷（NP）、氮磷鉀（NPK）配合施用及有機(jī)肥與氮磷（MNP）和氮磷鉀（MNPK）配合施用處理產(chǎn)量有降低可能與氣候因素或土壤微量元素有關(guān)。Fan等［21］在與本研究相似的地區(qū)開展長期試驗研究結(jié)果與本研究一致，同時指出作物產(chǎn)量降低與作物生育期內(nèi)降雨量減少有關(guān)。

3.3 氮磷鉀肥的累積回收率

氮是植物生長發(fā)育需求量最大的營養(yǎng)元素，也是作物高產(chǎn)土壤肥力關(guān)鍵限制因子。李虹儒等［22］研究表明，化肥配合施用（NPK）下，土、潮土、褐土、灰漠土、黃棕壤、黑土、中性紫色土、紅壤和石灰性紫色土氮肥回收率平均值分別為76.80%、73.40%、56.40%、44.90%、44.40%、33.80%、41.70%、33.60%和26.20%。本研究顯示不同施肥處理氮素的回收率在20.86%～44.55%之間，其中氮磷（NP）配合施用和氮磷鉀（NPK）配合施用處理氮素回收率最高，為45%左右，其低于土、潮土和褐土氮素累積回收率，與灰漠土、黃棕壤和中性紫色土相近。石灰性土壤磷的利用率很低，作物年吸收利用磷肥量僅為投入量的1／4～1／3，其余的殘留于土壤中［23］。高靜等［24］研究也指出，土NP處理磷累積回收率26.50%。本研究則顯示氮磷（NP）和氮磷鉀（NPK）配合施用處理的磷素累積回收率為15%左右，僅施有機(jī)肥（M）和有機(jī)肥與氮肥配合施用處理（MN）磷素回收率分別僅為6.69%和9.38%，而且有機(jī)肥與氮磷配合施用（MN）和有機(jī)肥與氮磷鉀配合施用處理（MNPK）磷素累積回收率分別為9.95%和9.70%，明顯低于上述報道。氮磷鉀（NPK）處理作物鉀素攜出量大于投入量，以氮磷處理（NP）為對照，鉀的累積回收率為14.25%。農(nóng)家土糞鉀有效性不高，因此施用農(nóng)家土糞顯著降低了鉀的累積回收率，施農(nóng)家土糞的不同處理鉀回收率在－2.36%～5.44%之間。譚金芳等［25］研究報道，鉀的當(dāng)季回收率就達(dá)30.40%～43.30%。本研究磷和鉀累積回收率低于相關(guān)報道的可能原因：一是對照（CK）多種養(yǎng)分處于嚴(yán)重耗竭狀態(tài)，會影響作物產(chǎn)量和養(yǎng)分的吸收量，因此在計算磷的回收率時以單施氮肥（N）為對照，在計算鉀回收率時以氮磷（NP）為對照，從而可能使得磷和鉀的回收率較已有報道明顯降低；二是施用有機(jī)肥（農(nóng)家土糞）使氮磷鉀的投入量大幅增加，而且農(nóng)家土糞養(yǎng)分含量低，植物有效性低，也可能使得氮、磷和鉀的累積回收率較低。

4 結(jié)論

黃土高原黃綿土上施用化肥和有機(jī)肥對作物均有極顯著的增產(chǎn)作用，化肥配施及有機(jī)肥與化肥配施的效果更佳?；逝涫┘坝袡C(jī)肥與化肥配施在增加作物產(chǎn)量的同時明顯增加了小麥產(chǎn)量年際間的穩(wěn)定性，降低了環(huán)境、生物與人為因素等對產(chǎn)量的影響，但施用有機(jī)肥及化肥與有機(jī)肥配合施用顯著降低了氮磷鉀養(yǎng)分的累積回收率。除MNP和MNPK處理外，其余處理小麥籽粒產(chǎn)量都隨著試驗?zāi)晗尥七M(jìn)先逐漸降低，然后趨于穩(wěn)定，其變化過程可用y＝y(tǒng)0＋ɑ／x模型較好模擬。氮磷配施（NP）及氮磷鉀配施（NPK）處理對小麥增產(chǎn)效應(yīng)隨試驗?zāi)晗扪娱L而逐漸增加，且與試驗?zāi)晗蕹蕵O顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系。施用氮肥（N）、氮磷配施（NP）及氮磷鉀配施（NPK）的平均產(chǎn)量響應(yīng)分別為745、1 413 kg·hm－2和1 474 kg·hm－2。有機(jī)肥的平均產(chǎn)量效應(yīng)為983 kg·hm－2。不同施肥處理氮的回收率在20.86%～44.55%之間，磷的累積回收率在6.69%～15.35%之間，鉀累積回收率在－2.36%～14.25%之間。

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Effect of long-term fertilization on crop yields and nutrition accumulative recovery rates in Loessial soils region

E Sheng-zhe1，2，YANG Zhi-qi3，LUO Zhao-xia3，YUAN Jin-hua1，CHE Zong-xian1，WANG Ya-nan2，ZENG Xi-bai2，GUO Yong-jie1
（1.Institute of Soilɑnd Fertilizerɑnd Sɑvewɑter Agriculturɑl，Gɑnsu Acɑdemy of Agriculturɑl Sciences，Lɑnzhou，Gɑnsu 730070，Chinɑ；2.Institute of Enviromentɑnd Sustɑinɑble Development in Agriculture，Chinese Acɑdemy of Agriculturɑl Science，Beijing 100081，Chinɑ；3.Tiɑnshui Acɑdemy of Agriculturɑl Sciences，Tiɑnshui，Gɑnsu 741000，Chinɑ）

Long-term fertilization experiment thatestablished on Loessial soils lasted nearly for 30 years in Tianshui city of Gansu province was conducted to study the effects of long-term fertilization on crop yields and accumulative nutrient recovery rates.The results showed that long-term application of chemical fertilizers andmanure significantly increased wheat，canola，flax grain yields and wheat yields stability between years，combined applying chemical fertilizers and organicmanure applying combined with chemical fertilizer resulted in higher and stable yield performance.The yields increased by nitrogen（N），nitrogen and phosphorus（NP），nitrogen，phosphorus and potassium（NPK）gradually increased with time，moreover，there were notable positive correlation between yields and times in NP，NPK，MNP and MNPK treatments.The mean wheat yields increased by N，NP and NPK were 745，1 413 kg·hm－2and 1 474 kg·hm－2，manure applicationmeanly increased wheat grain yield by 984 kg·hm－2.In all treatments the highest accumulative nitrogen and phosphorus recovery rates appeared in NP and NPK treatments，being 44.35%，44.55%and 15.11%，15.35%，respectively.Manure application significantly reduced accumulative nitrogen and phosphorus recov-ery rates，MNP and MNPK treatments nitrogen and phosphorus accumulative recovery rateswere 30.41%，32.07%and 9.95%and 9.70%，respectively.The highest potassium accumulative recovery rate of14.25%appeared in NPK treatment，manure application also significantly reduced potassium recovery rate.

long-term fertilization；Loessial soils；crop yield；nutrient recovery rate

S147.2

：A

1000-7601（2017）01-0055-09

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.09

2016-01-11

“十二五”國家科技支撐計劃“中低產(chǎn)田障礙因子消減與地力提升共性關(guān)鍵技術(shù)研究”（2012BAD05B06）；甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新專項“甘肅省土壤肥料長期定位協(xié)同研究”（2015GAAS14）；“十二五”公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項“糧食主產(chǎn)區(qū)土壤肥力演變與培肥技術(shù)研究與示范”（201103005）

俄勝哲（1978—），男，甘肅慶陽人，博士，副研究員，主要從事植物營養(yǎng)與土壤生態(tài)等方面的研究。E-mail：eshengzhe＠163.com。

曾希柏（1965—），男，博士，研究員，主要從事中低產(chǎn)田改良、退化及污染土壤修復(fù)及重建等方面的研究。E-mail：zengxibai＠caas.cn。