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我国在农业生产中是化肥生产量和施用量的大国，长期的化肥施用对粮食增产、保持土壤肥力方面的贡献巨大，目前关于化肥施用过程中存在的问题主要表现在施用量偏高，利用率低，不同地区、不同作物施肥量不均衡；重施化肥、轻施有机肥，施用结构不均衡等[1-2]。我国主要粮食作物的肥料利用率在历史变化中呈逐渐下降趋势，农田循环利用率持续下降，且肥料利用率低的最主要原因是施肥过量[3]。有机无机肥配施是目前农业健康绿色可持续发展的重要方向与突破口，有机无机配施可以在短期内提高作物产量，长期条件下可以改善土壤质量[4]，同时，我国有机物料种类丰富、养分总量巨大[5]。因此，有机无机配施是提高我国肥料利用率的重要施肥模式，探究长期有机无机配施对提升土壤肥力和区域农业生产合理施肥具有重要意义，且有机物料农田利用及其化肥替代潜力有待进一步深入研究。长期定位试验表明，试验初期的化肥增产效应明显高于有机肥，而经过多年培肥后，施入有机肥较多处理的产量会达到甚至超过单施化肥处理[6-7]。魏文良等[8]通过对照、单施化肥、单施有机肥及有机无机肥配施处理对 73 组试验数据进行研究，结果表明有机无机肥配施处理的作物产量显著高于其他处理。内蒙古地区经过 5 年的田间观测，结果表明，有机无机肥配施5年平均增产较传统施肥增加 0.45 t·hm-2，增产率达到 10.3%[9]。杨清龙等[10] 通过2年田间试验发现，有机无机肥配施比传统施肥玉米增产 4.64%。蔡泽江等[11]研究表明，施用有机肥减少化肥用量，增加玉米产量和肥料利用率，还可以培肥土壤。晁赢等[12]的长期定位小区试验结果表明，常量施肥和高量施肥处理间，有机无机长期配施玉米植株氮含量分别高出单施化肥处理和单施有机肥处理 35.06% 和 46.43%。张奇茹等[13] 研究表明有机肥、生物有机肥替代化肥可以提高花后籽粒对氮、磷的吸收和肥料利用效率，降低土壤中硝态氮的残留量，提高土壤供肥能力。Duan 等[14] 通过长期定位试验发现，有机无机肥配施处理的氮肥利用率平均为 49%，最高达 70%。许多研究证明，合理的有机无机配施可有效降低土壤中的氮素污染风险[15-16]。高洪军等[17]研究结果发现有机无机配施较单施化肥可以显著提高玉米对氮素的吸收积累，促进氮素向籽粒转移，有机无机肥配施的氮肥偏生产力为 65.4 kg·kg-1，较单施化肥提高了 1.7%。
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目前，关于有机无机肥料配施的研究主要集中在不同地方、不同作物的当季种植。而对于河西走廊中段绿洲边缘综合评价长期有机无机肥料配施对玉米产量差异与氮素吸收、转运关系的报道不足，还需进一步探明。利用河西走廊中部临泽绿洲 2005 年开始的定位肥料试验，研究新垦绿洲砂质土壤长期不同施肥运筹对玉米产量、氮素转运和利用以及土壤氮积累的影响，为区域砂质农田玉米生产合理施肥运筹提供技术方案。
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1 材料与方法
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1.1 研究区概况
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长期定位试验位于中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站（39°24′N，100°21′E，海拔 1350 m），该区域为典型的荒漠气候，多年平均降水量为 116.8 mm，年蒸发量 2390 mm，年均气温 7.6℃，无霜期 165 d。试验地 1975 年由沙丘平整后，栽植果树，2000 年，将果树砍伐后的沙地建成由 4 m×4 m 小区组成的试验场，小区之间 0～100 cm 深度土层用防水材料分隔，地表以上 0～20 cm 用混凝土衬砌。0～20 cm 土层掺混老绿洲的粘质土壤，种植多年生荒漠植物麻黄后，2005 年开始进行长期肥料试验。试验开始前，0～20 cm 土层土壤粒级分布为砂粒 65.8%、粉粒 20.1%、粘粒 14.1%，土壤有机质 7.72 g·kg-1、全氮 0.66 g·kg-1、碱解氮 42.3 mg·kg-1、有效磷 35.16 mg·kg-1、速效钾 150 mg·kg-1、pH 值 8.9。
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1.2 试验设计
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试验设 9 个处理（表1）：（1）高量有机肥（M3，有机肥 2.4 t·hm-2），（2）高量氮、磷化肥配施（NP3： N 300 kg·hm-2，P2O5 225 kg·hm-2），（3）低量氮、磷化肥配施高量有机肥（NP1M3：N 150 kg·hm-2，P2O5 90 kg·hm-2，有机肥 2.4 t·hm-2），（4）低量氮、磷、钾化肥配施（NPK1：N150 kg·hm-2，P2O5 90 kg·hm-2，K2O90 kg·hm-2），（5）中量氮、磷、钾化肥配施（NPK2： N 225 kg·hm-2，P2O5 135 kg·hm-2，K2O 135 kg·hm-2）， （6）高量氮、磷、钾化肥配施（NPK3：N 300 kg·hm-2， P2O5 225 kg·hm-2，K2O 225 kg·hm-2，为研究区域施肥水平），（7）低量化肥配合高量有机肥（NPK1M3：N 150 kg·hm-2，P2O5 90 kg·hm-2，K2O 90 kg·hm-2，有机肥 2.4 t·hm-2），（8） 中量化肥配合中量有机肥 （NPK2M2：N 225 kg·hm-2，P2O5 135 kg·hm-2，K2O 135 kg·hm-2，有机肥 1.8 t·hm-2），（9）高量化肥配合低量有机肥（NPK3M1：N 300 kg·hm-2，P2O5 225 kg·hm-2， K2O 225 kg·hm-2，有机肥 1.2 t·hm-2）。供试化肥为尿素（N 46%），磷酸氢二铵（N 18%，P2O5 46%），硫酸钾（K2O 60%），氮肥 1/3 作基肥，2/3 在生育期两次追肥（拔节期和孕穗期），磷、钾肥全部作基肥。施用有机肥为腐熟纯羊粪（有机质 164 g·kg-1、全氮 6.2 g·kg-1、全磷 2.99 g·kg-1、全钾 25.1 g·kg-1、碱解氮 328.2 mg·kg-1）。试验随机区组排列，3 次重复，共 27 个小区，玉米-玉米-大豆轮作，采用传统耕作和地膜覆盖栽培方式[18]。2021 年供试玉米品种为农大 364，种植方式为一膜两行，膜宽 60cm，膜间距 40cm，玉米行距 40cm，株距 25cm，种植密度为 67000 株·hm-2。玉米生育期依据玉米叶片出现萎蔫后的第 3 d 进行灌溉，灌水量用灌水管末端的水表控制计量，各处理灌溉定额相同。于 4 月 15 日播种，9 月 20 日收获，其他管理条件同大田。
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1.3 样品采集和分析方法
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于开花期和成熟期每个小区选择有代表性植株 5 株，在吐丝期分为叶片、茎秆、果穗 3 个部位，在成熟期分为叶片、茎秆、籽粒 3 部分，105℃ 杀青 30 min，65℃烘至恒重，记录干物质重，粉碎，用元素分析仪（Elemetar Macro Cube，Germany）测定玉米茎叶和籽粒全氮含量；玉米收获时每个小区取中间一半面积收获计产，并取 10 株玉米进行考种，统计穗长、穗行数、行粒数与百粒重。
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1.4 数据分析与计算方法
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计算公式（1）—（4）、（11）引用自孙旭东等[19] 文献；公式（5）—（7）、（10）引用自姜佰文等[20] 文献；公式（8）引用自王启现等[21]文献；公式（9） 参照朱兆良[22]的方法；公式（12）引用自 Gutser 等[23] 文献。其中，NPK1M3 处理的对照为 NPK1， NPK2M2 处理的对照为 NPK2，NPK3M1 处理的对照为 NPK3，NP1M3 与 NPK1M3 处理的对照为 M3。
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1.5 数据处理
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利用 SPSS 22 进行数据统计分析，采用 Origin 2018 作图。
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2 结果与分析
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2.1 有机无机配施对玉米产量、秸秆生物量的影响
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本研究结果显示长期有机无机配施对玉米产量、秸秆生物量的影响趋势基本一致（表2）。单施有机肥、低量、中量氮磷钾化肥的产量最低，其他各处理产量、秸秆生物量明显增加，且差异均达到显著水平。NPK1M3、NPK2M2、NPK3M1 处理玉米产量和秸秆生物量最高，三者之间差异很小；长期单施有机肥处理 M3 与单施化肥的 4 个处理 NP3、NPK1、NPK2、NPK3 比较，玉米产量与秸秆生物量已无显著差异，且 M3 处理的产量甚至超过 NPK1、NPK2 处理；NPK3、NP3、NP1M3 处理之间产量无显著差异，说明高量氮磷肥可以维持与适量有机无机配施处理相同的产量水平，有机无机配施可以替代高量化肥的投入；另外，NPK3 与 NP3、NPK1M3 与 NP1M3 处理之间的玉米产量差异不显著，则说明长期施肥条件下钾肥不是决定玉米产量的主要因素。同时，氮磷钾肥配施有机肥的 3 个处理 NPK1M3、NPK2M2、NPK3M1 和单施有机肥处理 M3 的百粒重显著高于其他处理，其他产量构成因素无显著差异，说明长期有机无机配施对玉米产量构成因素的影响表现在百粒重上。
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注：数值以平均值 ± 标准差表示，同一列中不同小写字母表示处理间显著差异（P<0.05）。表5、7 同。
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2.2 有机无机配施对玉米产量的影响和肥料配施对产量的贡献率
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NPK1 处理与 NPK1M3、NPK2 与 NPK2M2、NPK3 与 NPK3M1 处理比较，M3、M2、M1 处理的增产率分别为 16.7%、17.0%、5.8%；对产量的贡献率分别为 14.0%、14.5%、5.5%；氮素利用率分别为 18.67%、 6.58%、6.80%（表3）。说明高量有机肥与化肥配施的增产率、贡献率和氮素利用率高于低量有机肥配施。 M3 处理与 NP1M3、NPK1M3 处理比较，NP1、NPK1 处理的增产率分别为 10.5%、11.8%；对产量的贡献率分别为 9.5%、10.6%；氮素利用率分别 15.33%、 39.40%。综合平均贡献率来看，有机肥和化肥的平均贡献率为 11.3% 和 10.1%，二者数值接近；平均氮素利用率为 10.68% 和 27.36%，二者有差异。因此，化肥的氮素利用率高于有机肥，有机无机长期配施条件下有机肥和化肥的贡献率相当，甚至有机肥的增产率和贡献率高于化肥，长期配施可以提高肥料对产量的贡献率，更有利于作物的高产稳产。
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2.3 有机无机配施对氮素积累及氮素效率的影响
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由吐丝期玉米氮素积累可知（表4），吐丝期玉米植株地上部分的氮素积累主要集中在叶片中，其中 NP3 与 NPK3M1 处理的叶片氮素积累量最大，分别为 125.7 和 117.2 kg·hm-2，且显著高于其他处理；M3 处理的叶片氮素积累最小，为 85.5 kg·hm-2。玉米茎秆的氮素积累表现为 4 个化肥单施处理（NPK1、NPK2、NP3、NPK3）与 3 个有机无机配施处理（NPK1M3、NPK2M2、 NPK3M1）无显著差异，且显著高于 M3。玉米其他部位的氮素积累表现为 NPK3M1、NP3 和 NPK1M3 显著高于其他处理，即高量化肥、高量低量有机无机配施处理的玉米其他部位氮素积累最高。对于整个玉米植株而言，吐丝期氮素积累最大的处理是 NP3 和 NPK3M1，氮素积累值分别是 167.3 和 161.6 kg·hm-2，且显著高于其他处理；吐丝期氮素积累最低的处理是单施有机肥处理，氮素积累值是 117.3 kg·hm-2。成熟期玉米植株地上部分的氮素积累主要集中在籽粒部分，茎叶中所占比例较小。籽粒氮素吸收表现为 NPK1M3 处理显著高于其他处理，积累值为 157.3 kg·hm-2，M3 处理籽粒氮素积累值最小，为 109.6 kg·hm-2。地上部氮素总积累量表现为 NPK1M3、NPK3M1 和 NP3 处理显著高于其他处理，总积累量分别是 212.1、195.0 和 193.6 kg·hm-2，较氮素积累最低的 M3 处理（其值是 153.4 kg·hm-2） 分别增加 38.26%、27.12% 和 26.21%。
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注：同一生育时期同一列不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
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由表5 可知，玉米氮素转运量最大的处理为 NP3、NPK1M3 和 NPK3M1，显著高于其他处理，转运量分别为 107.8、99.0 和 100.4 kg·hm-2，单施有机肥 M3 处理氮素转运量最低，其值是 73.5 kg·hm-2。转运率表现为 NPK1、NPK2、NPK2M2 处理显著高于其他处理，其值分别为 69.2%、 67.8% 和 65.9%。各处理转运量对籽粒贡献率为 62.9%～80.4%，其中，NPK1、NPK2、NPK3、 NP3、NPK2M2、NPK3M1 处理更有利于花前氮素向籽粒的转运，其转运量对籽粒的贡献率分别是 77.5%、74.4%、74.1%、80.4%、70.7% 和 75.1%，即花前氮素转运对提高玉米产量更为重要，长期低量化肥与高量有机肥配施可以达到高氮水平的氮素转运效果，在增施有机肥氮投入的同时减少化肥氮的投入，可以更好地提高氮肥利用效率，达到减肥增效的效果。
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2.4 有机无机配施对氮肥利用效率的影响
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本研究以氮肥偏生产力和氮素收获指数来表征氮肥利用效率，由表6、图1 可知，随着肥料总氮量增加，氮肥偏生产力下降，NP3 与 NPK3M1 处理氮肥总量最大，氮肥偏生产力最低，与 NPK1 处理差异显著。在单施氮磷钾化肥的 3 个处理（NPK1、NPK2、 NPK3）中，玉米氮肥偏生产力随化肥施用量的增加降低；在氮磷钾肥与有机肥配施的 3 个处理（NPK1M3、 NPK2M2、NPK3M1）中，NPK1M3 处理的氮肥偏生产力显著高于其他处理，氮素收获指数也以 NPK1M3 处理最高。即长期低量、中量氮磷钾化肥单施和有机肥配施都可以保持较高的氮素收获指数，单施有机肥次之，高量氮磷钾化肥与有机肥配施的氮素收获指数较低。
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注：同一行不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
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图1 有机无机配施玉米氮素收获指数
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注：柱上不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
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2.5 长期不同施肥处理对土壤硝态氮、氮素盈亏量的影响
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各处理 0～20 cm 土层土壤硝态氮含量最高， 40～100 cm 土层硝态氮含量显著下降且各施肥处理之间无显著差异（图2）。0～20 与 20～40 cm 土层，M3 处理的硝态氮含量显著高于 NP3、NPK1、 NPK2、NPK3 处理，说明有机肥的施用增加了土壤中硝态氮的含量。在 0～20 cm 土层，有机无机配施处理 NPK1M3、NPK2M2、NPK3M1 土壤中硝态氮的含量比单施化肥处理 NPK1、NPK2、NPK3 硝态氮含量大近 1 倍，说明有机无机配施可以提高表层土壤硝态氮含量。在 0～20 和 20～40 cm 土层，3 个单施化肥处理 NPK1、NPK2、NPK3 硝态氮含量随化肥施用量的增加而增加；而 3 个有机无机配施处理 NPK1M3、NPK2M2、NPK3M1 土壤中硝态氮的含量变化趋势相反，随有机肥施用量的增加而增加；说明土壤硝态氮的积累量主要在 0～40 cm 土层，施有机肥处理和无机有机肥配合处理的土壤硝态氮积累高于单施化肥处理，并且随有机肥施用量的增加，土壤硝态氮积累量也增加，说明连续有机无机配施影响耕层土壤硝态氮的积累。从土壤氮素表观盈亏来看（表7），氮素累积盈亏量随施氮量的增加呈增加趋势，M3、NP1M3、NPK1、NPK1M3 处理的土壤氮素累积盈亏量为负值，即表现出土壤氮素亏缺。当施氮量超过 225 kg·hm-2 的处理（NPK2、NPK3、 NPK2M2、NPK3M1、NP3）表现出土壤氮素盈余，盈余量最高达 109.36 kg·hm-2。
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图2 不同施肥处理土壤硝态氮积累
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注：不同小写字母表示同一土层不同施肥处理显著性差异（P<0.05）。
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3 讨论
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3.1 长期有机无机配施对作物产量的影响
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近年来，西北新垦绿洲干旱区砂质农田的作物生产主要依赖于高化肥的投入，但是化肥的过量施用使得化肥利用率低、氮淋溶损失严重，成为地下水硝态氮污染风险区，同时也是土壤风蚀严重和沙尘暴的源区。长期有机无机肥配合施用不仅可以促进植物营养元素的吸收、提高肥料的利用效率、提高产量，而且还能提高土壤肥力，有利于农业可持续发展。本研究结果发现有机无机配施 NPK1M3、 NPK2M2、NPK3M1 处理玉米产量和秸秆生物量最高，与单施有机肥、单施低量和中量氮磷钾化肥处理差异显著（表2），长期施用有机肥的各处理作物产量均较单施化肥有不同程度提升，与前人研究结果一致[12，21，24]。高洪军等[17]研究结果发现长期有机肥氮替代部分化肥氮不仅能有效调节氮素积累和转运，还能提高氮肥利用效率，以农家肥氮替代 70% 或秸秆氮替代 30% 化肥氮素效果最佳。魏文良等[8]开展有机物料农田投入对作物增产和氮肥替代能力的研究发现，化肥和有机无机肥配施处理间无显著性差异，但均显著高于有机肥处理。这一研究结果与本研究结果部分一致，本研究结果是 2005 年开始的长期有机无机配施定位试验，长期配施的结果是单施化肥处理的产量接近于单施有机肥处理，M3、NPK2、NPK1 处理产量最低 （表2），其原因可能是有机肥中速效养分少，缓慢释放的肥效无法及时满足玉米快速生长对养分的需求，有机无机肥配施既可发挥有机肥的培肥作用，又可发挥化肥速效养分作用，满足玉米对养分的需求。同时如果化肥施用量过少，长期单施化肥会造成土壤肥力下降，无法满足作物对养分的需求。同样地，Seufert 等[25]研究也表明，过量施入有机肥不仅不会提高作物产量，还会导致过量地氮素残留，增加氮素淋失风险。也有学者在针对亚洲地区 25 个长期定位试验研究后表明，在当地推荐施肥的基础上增施有机肥料是最佳的施肥措施[26]，因此，有机无机肥配施对作物产量的影响应该是一个综合效应。本试验中低量有机肥配施高量化肥处理 NPK3M1 与中高量有机肥配施中低量化肥 NPK2M2、NPK1M3 处理产量之间无显著差异 （表2），可能是随着年限的增加，有机肥残效连续叠加，使得土壤供氮能力的持续增加，能满足玉米对氮素的需求，即有机肥所能替代比例也逐渐增加，因此在长期配施后表现出高产。Shah 等[27]通过 2 年定位试验得出，有机肥配比在 25% 时，小麦、玉米产量最高，但有机肥配比在 50%、75% 时，肥料利用率无明显变化。还有研究表明，在试验初期，单施化肥处理的产量明显高于单施有机肥处理，而经过长期培肥后，单施有机肥处理的产量才可能达到或超过单施无机肥处理[6]，这与本研究结果基本一致。Li 等[28]研究结果表明，中国东北平原的土壤有机碳达到阈值时，化肥可以完全被粪便替代以维持玉米高产。从产量构成因子来看，本研究结果表明长期有机无机配施对玉米产量构成因素的影响表现在百粒重上，其中有机无机配施的 3 个处理 NPK1M3、NPK2M2、NPK3M1 和单施有机肥处理 M3 的百粒重显著高于其他处理，而其他产量构成因素无显著差异（表2）。本试验结果表明 （表3），有机肥（M3、M2、M1）平均增产率分别为 13.2%，对产量的平均贡献率分别为 11.3%；化肥（NP1、NPK1）平均增产率为 11.15%，对产量的平均贡献率为 10.05%。说明经过 16 年有机无机配施处理，有机肥平均贡献率和化肥平均贡献率二者数值接近，因此，长期有机无机配施可以提高肥料对产量的贡献率，更有利于作物的高产稳产。
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3.2 长期有机无机配施对作物氮素吸收、氮肥利用率的影响
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籽粒在成熟期氮的吸收可以分为两部分，一是从土壤中吸收的氮，二是从器官中转运的氮[29-30]。提升作物籽粒产量的重要途径包括花前营养器官贮存的同化物向籽粒的转运、分配和花后形成同化物。在生产中保证花后同化物的积累和通过管理措施提升花前干物质的转运同等重要[31-32]。本文研究结果显示（表4），吐丝期的氮素积累主要集中在叶片，成熟期的氮素积累主要集中在籽粒；成熟期籽粒氮素吸收表现为低量化肥配施高量有机肥 NPK1M3 处理显著高于其他处理，积累值为 157.29 kg·hm-2，这可能是长期有机无机配施，有机肥肥效增加，可以满足玉米对氮素的需求。高洪军等[17]的研究也表明，相比单施化肥，农家肥配合化肥可以显著提高玉米对氮素的吸收积累，促进玉米植株吸收的氮向籽粒中转移。这与本研究结果相近。本试验条件下结果显示（表5），玉米在生长后期叶和茎等器官氮素向籽粒转运，转运量对籽粒的贡献率为 62.9%～80.4%，各施肥处理的转运量表现为 M3 处理最小，NP3、NPK1M3、NPK3M1 处理显著高于其他处理，说明高氮可以促进玉米各器官的氮素利用转运，长期低量化肥与高量有机肥配施可以达到高氮水平的氮素转运效果，在增施有机肥氮投入的同时减少化肥氮的投入，可以更好地提高氮肥利用效率，达到减肥增效的效果。但也有研究结果显示过量施氮玉米各器官氮素转运量的提高幅度反而下降[33]。也有研究发现营养体氮代谢过强导致运往籽粒的氮素减少，过量营养体的氮素转运会引起光合能力下降，不利于产量提高[34]。本研究显示有机无机长期配施条件下有机肥和化肥的增产率、贡献率相当，甚至有机肥的增产率和贡献率高于化肥（表3），说明长期配施可以提高肥料对产量的贡献率和增产率，更有利于作物的高产稳产，这主要因为有机肥养分持续矿化和残效叠加。本研究中 M3 与 NPK1M3 处理比较，配施效果下的氮素利用率为 39.4%，且 NPK1M3 处理的氮肥偏生产力、氮素收获指数高于其他处理，长期低、中量化肥单施和有机肥配施也可以保持较高的氮素收获指数，长期单施有机肥次之（表6，图1），这说明长期有机无机配施获得较高的氮素收获指数的同时可以维持较高的氮素利用率，提高了氮素对产量的贡献，这与杨胜玲等[35]研究结果一致，这可能是因为有机肥提升了土壤养分矿化、分解、释放的水平，为玉米氮素吸收提供了有利条件。
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3.3 长期有机无机配施对土壤硝态氮、氮素盈亏量的影响
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本研究发现，土壤硝态氮集中分布于土壤表层 0～40 cm，40 cm 土层以下土壤硝态氮含量差异不显著（图1）。这主要受土壤质地的影响，质地黏重的土壤具有较强的吸附性，在一定程度上可以阻止硝态氮向下淋溶，土壤硝态氮含量与粘粉粒含量呈显著相关，显著程度有新垦绿洲农田大于老绿洲农田，土壤粘粉粒含量显著影响氮的淋溶[36]。本试验条件下，经过连续 17 年有机无机配施处理后 0～20 cm 土层的粘粉粒含量由试验初期（2005 年） 的 34.1% 增加至 47.68%。因此在 0～40 cm 土层土壤可以很好地阻止硝态氮向下淋溶。同时，随着试验年份的推进，在 0～20 cm 土层，有机无机配施处理 NPK1M3、NPK2M2、NPK3M1 土壤中硝态氮的含量比单施化肥处理 NPK1、NPK2、NPK3 增大近 1 倍，由 NPK1M3、NPK2M2、NPK3M1 和 NPK1、 NPK2、NPK3 肥料组合的施氮量来看（表1），有机无机配施可以提高表层土壤硝态氮含量，其原因可以归结为，一方面，有机无机氮配施可以更好地调控土壤氮素的固持和释放，协调土壤氮素供应，从而有利于作物吸收并减少硝态氮的淋失，满足作物生育期对养分的需求[37]；另一方面，有机肥本身有很大一部分是有机氮，有机肥可以为微生物提供氮源，促进无机氮的固持。从本研究结果土壤表观氮素盈亏量来看（表7），土壤氮素表观盈亏量直接受施氮量的影响，呈极显著线性关系（R2 =0.8701）（图3），这与辛思颖等[38] 的研究结果相一致。本研究结果当施氮量低于 225 kg·hm-2 时，M3、NP1M3、NPK1、NPK1M3 处理表现出氮素亏缺；当施氮量从 164.9 kg·hm-2 增加到 225 kg·hm-2 以上时，NPK2、NPK3、NPK2M2、 NPK3M1、NP3 处理表现出土壤氮素盈余，最高盈余量为 109.36 kg·hm-2，此时土壤氮肥力得以维持。
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图3 氮素施用量与氮素表观盈亏量的关系
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钟茜等[39]认为我国玉米土壤中无机氮的适当残留有利于下季作物的吸收利用，但残留量不宜超过 150.0 kg·hm-2。侯云鹏等[40]和谢佳贵等[41]研究指出，施氮量为 210 和 200 kg·hm-2 时，氮素表观盈余维持在合理水平，这与本研究结果相近。此外，根据作物生育期分阶段讨论土壤氮素盈亏量更有意义，本研究只根据开始和结束的测定值笼统计算土壤氮素盈亏量获得的结果有可能掩盖实际情况，后期将进行试验完善，这对提高氮肥利用率更有意义。
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4 结论
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对于绿洲新开垦肥力低的砂质农田，高量的化肥投入能够获得较高的产量，但有机肥的持续投入对作物产量的持续提升起重要的调控作用，长期有机无机肥配施可以适度减少化肥的投入，有利于土壤保肥性能的提升和肥沃耕层的形成；有机无机长期配施可以替代部分化肥投入，因此，长期有机无机肥配合施用是提高新垦绿洲农田土壤生产力和土壤质量的有效途径。
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摘要
利用河西走廊中部临泽绿洲 2005 年开始的长期定位肥料试验，研究新垦绿洲砂质土壤长期不同施肥运筹对玉米产量、氮素转运和利用以及土壤氮积累的影响，为区域砂质农田玉米生产合理施肥运筹提供技术方案。试验共设 9 个处理：单施高量有机肥（M3：有机肥 2.4 t·hm-2）、高量氮磷化肥（NP3：N 300 kg·hm-2，P2O5 225 kg·hm-2），低量氮磷化肥配施高量有机肥（NP1M3：N 150 kg·hm-2，P2O5 90 kg·hm-2，有机肥 2.4 t·hm-2）、低量氮磷钾化肥（NPK1：N 150 kg·hm-2，P2O5 90 kg·hm-2，K2O 90 kg·hm-2）、中量氮磷钾化肥（NPK2：N 225 kg·hm-2， P2O5 135 kg·hm-2，K2O 135 kg·hm-2）、高量氮磷钾化肥（NPK3：N 300 kg·hm-2，P2O5 225 kg·hm-2，K2O 225 kg·hm-2，为区域农户施肥水平）、低量氮磷钾化肥配施高量有机肥（NPK1M3：N 150 kg·hm-2，P2O5 90 kg·hm-2，K2O 90 kg·hm-2，有机肥 2.4 t·hm-2）、中量氮磷钾化肥配施中量有机肥（NPK2M2：N 225 kg·hm-2，P2O5 135 kg·hm-2，K2O 135 kg·hm-2，有机肥 1.8 t·hm-2）、高量氮磷钾化肥配施低量有机肥（NPK3M1：N 300 kg·hm-2，P2O5 225 kg·hm-2， K2O 225 kg·hm-2，有机肥 1.2 t·hm-2 ），玉米-玉米-大豆轮作。2021 年取样分析长期不同施肥处理下玉米产量及氮素吸收、转运和利用特征。研究结果如下：（1）连续 17 年不同施肥处理，NP3、NPK3 和 NP1M3 处理比较，玉米产量无显著差异，表明开垦利用年限较短的砂质农田，钾素并不是主要限制因素，有机肥施用可以提供作物需要的钾素营养；高量氮磷化肥和氮磷钾化肥配施有机肥玉米产量显著高于中低量化肥和单施有机肥；长期单施有机肥处理（M3）与单施化肥的 4 个处理（NP3、NPK1、NPK2、NPK3）比较，玉米产量与秸秆生物量已无显著差异，M3 处理的产量甚至超过 NPK1 和 NPK2 处理；NPK1M3、NPK2M2 和 NPK3M1 处理的玉米产量和秸秆生物量最高，三者之间差异很小。（2）玉米地上部吐丝期氮素积累量各处理之间表现出较高的变异性，但高量化肥氮投入处理（NP3、 NPK3M1）显著高于其他处理，M3 处理最低；而成熟期氮素积累量施有机肥的处理高于单施化肥处理，NPK1M3 处理最高，表明有机肥能提供较化肥更持久的氮素供应。各处理吐丝期氮素转运量对籽粒贡献率（62.95% ～ 80.41%） 显著高于花后氮素积累率对籽粒的贡献率，吐丝前积累的氮素是玉米植株氮素的主要来源。（3）单施有机肥和有机无机配施处理 0 ～ 20 和 20 ～ 40 cm 土层硝态氮积累显著高于单施化肥处理。综上所述，新垦绿洲砂质农田高量化肥投入能够获得较高的产量，但有机肥的持续投入对作物产量的持续提升起重要的调控作用，增施有机肥可以替代部分化肥投入；长期有机无机肥配施有利于土壤保肥性能的提升和肥沃耕层的形成。
Abstract
This research aimed to study the effects of different long-term fertilizer treatments on maize yield，nitrogen transport and utilization，and soil nitrogen accumulation in sandy soils of new reclamation oasis using a fertilizer positioning trial arranged in 2005 in Linze oasis in the central part of the Hexi Corridor，and to provide technical solutions for reasonable fertilizer applications for maize production in regional sandy farmlands. Nine treatments were applied：high organic fertilizer （M3：2.4 t·hm-2 organic fortilizer），high NP fertilizer（NP3：N 300 kg·hm-2 and P2O5 225 kg·hm-2），low NP fertilizer with high organic fertilizer（NP1M3：N 150 kg·hm-2，P2O5 90 kg·hm-2 and 2.4 t·hm-2 organic fertilizer），low NPK fertilizer（NPK1：N 150 kg·hm-2，P2O5 90 kg·hm-2 and K2O 90 kg·hm-2），medium NPK fertilizer（NPK2：N 225 kg·hm-2，P2O5 135 kg·hm-2 and K2O 135 kg·hm-2），high NPK fertilizer（NPK3：N 300 kg·hm-2，P2O5 225 kg·hm-2 and K2O 225 kg·hm-2，for regional farmers’ fertilizer application level），low NPK fertilizer with high organic fertilizer（NPK1M3：N 150 kg·hm-2，P2O5 90 kg·hm-2，K2O 90 kg·hm-2 and 2.4 t·hm-2 organic fortilizer），medium NPK fertilizer with medium organic fertilizer（NPK2M2：N 225 kg·hm-2，P2O5 135 kg·hm-2，K2O 135 kg·hm-2 and 1.8 t·hm-2 organic fertilizer）and high NPK fertilizer with low organic fertilizer（NPK3M1：N300 kg·hm-2，P2O5 225 kg·hm-2，K2O 225 kg·hm-2 and 1.2 t·hm-2 organic fertilizer）. The maize-maize-soybean rotation was adopted. The maize was sampled in 2021，and the characteristics of maize yield and nitrogen transport and utilization under different fertilizer treatments over a long period of time were analyzed. Results were as follows：（1）There were no significant differences in maize yield when comparing NP3，NPK3 and NP1M3 treatment for 17 consecutive years，indicating that potassium was not a major limiting factor in reclaiming sandy farmland with a short utilization period，and organic fertilizer application could provide the potassium nutrients required by the crop；The maize yield was significantly higher with high amount of NPK fertilizer and NPK chemical fertilizer with organic fertilizer than with low and medium amount of chemical fertilizer and organic fertilizer alone. There was no significant difference in maize yield and straw biomass between the long-term organic fertilizer treatment（M3）and the four treatments（NP3，NPK1，NPK2 and NPK3）applied with chemical fertilizer alone， and the yield of M3 treatment even exceeded that of the NPK1 and NPK2 treatments. The maize yield and straw biomass were the highest in the NPK1M3，NPK2M2 and NPK1M3 treatments，with little difference between them.（2）Nitrogen accumulation at the upper ground stage of maize showed high variability among treatments，but the treatments with high fertilizer nitrogen inputs（NP3 and NPK3M1）were significantly higher than the other treatments，with the M3 treatment being the lowest；while nitrogen accumulation at maturity was higher in the treatments with organic fertilizer than in the treatments with chemical fertilizer alone，with the NPK1M3 treatment being the highest，indicating that organic fertilizer provided a more sustained supply of nitrogen than chemical fertilizer. The contribution of nitrogen translocation to the seeds at the spitting stage（62.95%-80.41%）was significantly higher than the contribution of nitrogen accumulation to the seeds after flowering in all treatments，and the nitrogen accumulated before spitting was the main source of nitrogen in maize. （3）Nitrate nitrogen accumulation in the 0-20 and 20-40 cm soil layers was significantly higher in the organic fertilizer alone and organic-inorganic combination treatments than in the chemical fertilizer alone treatment. In newly reclaimed sandy farmland with low fertility in the oasis，high amounts of chemical fertilizer inputs could achieve higher yields，but the continuous input of organic fertilizer played an important regulatory role in the continuous improvement of crop yields，and the additional application of organic fertilizer could replace partial chemical fertilizer inputs. Long-term organic-inorganic fertilizer application in combination was beneficial to the improvement of soil fertility retention performance and the formation of fertile cultivated layer.