





中国农业科学 ›› 2026, Vol. 59 ›› Issue (17): 3822-3841.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2026.17.009
李硕(
), 刘超麟(
), 刘世亮, 姜桂英(
), 杨锦, 王贝贝, 赵颖, 朱宣霖, 刘芳, 介晓磊
收稿日期:2025-10-29
接受日期:2025-12-22
出版日期:2026-09-03
发布日期:2026-09-03
通信作者:
联系方式:
李硕,E-mail:13271053908@163.com。刘超麟,E-mail:50806626@qq.com。李硕和刘超麟为同等贡献作者。
基金资助:
LI Shuo(
), LIU ChaoLin(
), LIU ShiLiang, JIANG GuiYing(
), YANG Jin, WANG BeiBei, ZHAO Ying, ZHU XuanLin, LIU Fang, JIE XiaoLei
Received:2025-10-29
Accepted:2025-12-22
Published:2026-09-03
Online:2026-09-03
摘要:
【目的】通过探究不同轮耕模式与施肥配合对潮土氮素迁移与转化及作物生长的影响,筛选出豫北小麦-玉米轮作区最优的农田管理模式。【方法】试验基于始于2016年的长期耕作定位试验平台,采用双因素裂区设计,以施肥为主因素,耕作方式为副因素。施肥设置常规施肥(NPK)和NPK配施有机肥(NPKM),耕作模式设置4个轮耕模式:(1)连续旋耕(RT-RT-RT);(2)深耕-旋耕-旋耕(DT-RT-RT);(3)深耕-旋耕-浅旋耕(DT-RT-SRT);(4)深耕-浅旋耕-浅旋耕(DT-SRT-SRT)。于2023年采样测定并分析不同轮耕模式下有机肥施用对土壤不同形态氮素含量、酶活性、作物氮素利用及产量的影响特征。【结果】在NPKM模式下的DT-RT-SRT处理相对NPK模式下的RT-RT-RT处理显著提高了0—40 cm土层各形态氮素含量。其中全氮、硝态氮和铵态氮含量分别提高了25.0%—49.1%、42.8%—140.0%和4.6%—125.6%。在0—40 cm土层,NPKM模式的土壤容重较NPK模式降低了0.3%—15.7%,DT-RT-SRT较RT-RT-RT处理的土壤孔隙度提高了8.5%—18.2%。在0—20 cm土层,相较于NPK+RT-RT-RT处理,NPKM+DT-RT-SRT处理的土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性分别提高了4.0%—53.3%、22.7%—71.3%和4.2%—57.2%。增施有机肥配合轮耕模式提高了小麦和玉米产量,相对于NPK,NPKM模式提高了小麦氮素积累但却降低了其对氮素的吸收利用。相比NPK+RT-RT-RT,NPKM+DT-SRT-SRT处理小麦地上部氮素积累量、籽粒氮素积累量及收获指数分别提高了87.2%、91.4%和30.3%,但氮肥吸收效率和氮肥偏生产力分别降低了10.6%和33.1%,玉米季氮肥吸收效率则提高了22.1%。轮耕有效减少了氮素表观损失,有利于土壤氮素平衡,以DT-SRT-SRT处理效果最好。NPKM较NPK处理显著提高了作物氮素吸收量和土壤氮素残留量,但其氮素表观损失也随之升高。相关性分析显示,小麦季和玉米季0—40 cm土层的容重与作物产量和土壤全氮、铵、硝态氮等指标呈负相关,氮素含量与脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性和收获指数呈正相关。主成分分析发现,施肥模式对土壤物理、化学和生物性质的影响大于耕作模式,且其影响效果是小麦季大于玉米季。【结论】有机肥配合轮耕改善了土壤物理结构,显著提高了土壤不同形态氮素含量、土壤主要酶活性、植株氮素积累及作物产量,显著减少土壤氮素表观损失,有利于土壤的氮素平衡。其中NPKM+DT-RT-SRT处理对土壤肥力改善及作物产量的提升效果最好,而NPKM+DT-SRT-SRT处理对氮素效率指标的提升效果最好,氮素利用效率最高,推荐为豫北平原潮土区适宜的田间管理模式。
李硕, 刘超麟, 刘世亮, 姜桂英, 杨锦, 王贝贝, 赵颖, 朱宣霖, 刘芳, 介晓磊. 不同轮耕模式下有机肥施用对豫北潮土氮素迁移转化的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(17): 3822-3841.
LI Shuo, LIU ChaoLin, LIU ShiLiang, JIANG GuiYing, YANG Jin, WANG BeiBei, ZHAO Ying, ZHU XuanLin, LIU Fang, JIE XiaoLei. Effects of Combination of Organic Fertilizer and Rotational Tillage Patterns on Nitrogen Migration and Transformation in Fluvo-Aquic Soil in Northern Henan Province[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2026, 59(17): 3822-3841.
表2
不同轮耕及施肥模式下小麦季氮效率"
| 施肥处理Fertilizer treatment | 耕作处理 Tillage treatment | 地上部氮素积累量 Aboveground nitrogen accumulation (kg·hm-2) | 收获指数 Harvest index (kg·kg-1) | 氮收获指数 N harvest index (kg·kg-1) | 氮肥吸收效率 N uptake efficiency (kg·kg-1) | 氮肥偏生产力 N partial factor productivity (kg·kg-1) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| NPK | RT-RT-RT | 97.16±0.49d | 0.66±0.01b | 0.77±1.07b | 0.44±0.02d | 28.48±0.56c |
| DT-RT-RT | 110.89±1.81c | 0.72±0.01a | 0.80±0.02a | 0.51±0.08c | 29.57±0.05c | |
| DT-RT-SRT | 142.29±1.3a | 0.73±0.01a | 0.80±0.05a | 0.65±0.05a | 32.90±0.46a | |
| DT-SRT-SRT | 134.09±1.33b | 0.64±0.02b | 0.78±0.02ab | 0.61±0.04b | 31.15±0.75b | |
| NPKM | RT-RT-RT | 140.49±1.87d | 0.74±0.01c | 0.75±0.02c | 0.33±0.02d | 17.46±0.23c |
| DT-RT-RT | 158.61±2.99c | 0.78±0.03b | 0.77±0.03b | 0.37±0.03c | 18.27±0.21b | |
| DT-RT-SRT | 168.71±3.92b | 0.74±0.01c | 0.77±0.01b | 0.39±0.02b | 18.44±0.22b | |
| DT-SRT-SRT | 181.91±0.82a | 0.86±0.02a | 0.79±0.08a | 0.42±0.01a | 19.06±0.23a |
表3
不同轮耕及施肥模式下玉米季氮效率"
| 施肥处理 Fertilizer treatment | 耕作处理 Tillage treatment | 地上部氮素积累量 Aboveground nitrogen accumulation (kg·hm-2) | 收获指数 Harvest index (kg·kg-1) | 氮收获指数 N harvest index (kg·kg-1) | 氮肥吸收效率 N uptake efficiency (kg·kg-1) | 氮肥偏生产力 N partial factor productivity (kg·kg-1) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| NPK | RT-RT-RT | 236.25±0.76b | 0.54±0.02c | 0.52±0.01d | 1.13±0.01b | 46.65±0.34c |
| DT-RT-RT | 237.86±2.84b | 0.59±0.05b | 0.62±0.02b | 1.13±0.01b | 49.90±0.48a | |
| DT-RT-SRT | 223.57±7.73c | 0.62±0.02a | 0.63±0.01a | 1.06±0.04c | 47.84±0.14b | |
| DT-SRT-SRT | 250.72±2.43a | 0.61±0.03ab | 0.54±0.01c | 1.19±0.01a | 49.54±0.20a | |
| NPKM | RT-RT-RT | 273.95±2.65b | 0.57±0.03c | 0.60±0.01d | 1.30±0.01b | 48.50±0.28c |
| DT-RT-RT | 256.68±5.29c | 0.61±0.06b | 0.68±0.01b | 1.22±0.03c | 48.90±0.76c | |
| DT-RT-SRT | 288.83±2.13a | 0.66±0.06a | 0.71±0.01a | 1.38±0.01a | 56.00±0.55a | |
| DT-SRT-SRT | 271.47±5.47b | 0.65±0.03a | 0.65±0.01c | 1.29±0.03b | 52.53±1.06b |
表4
小麦和玉米轮作周年不同轮耕及施肥模式氮素平衡"
| 施肥处理Fertilizer treatment | 耕作处理 Tillage treatment | 氮输入Nitrogen input | 氮输出Nitrogen output | 氮素表观 损失 Apparent N loss | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 无机肥料 Mineral fertilizer | 有机肥 Organic fertilizer | 土壤矿物氮素 Soil mineralized N | 秸秆还田氮素 Straw returning to field N | 作物吸氮量 Crop nitrogen uptake | 土壤残留氮素 N residue in soil | |||||||||
| NPK | RT-RT-RT | 429.0 | 0 | 148.1d | 58.9b | 311.3d | 214.5c | 110.2a | ||||||
| DT-RT-RT | 429.0 | 0 | 204.3a | 64.2ab | 326.7c | 265.6b | 105.3a | |||||||
| DT-RT-SRT | 429.0 | 0 | 189.0c | 69.2a | 337.7b | 260.9b | 88.7a | |||||||
| DT-SRT-SRT | 429.0 | 0 | 194.9b | 66.7ab | 355.5a | 307.3a | 27.7b | |||||||
| NPKM | RT-RT-RT | 429.0 | 210.0 | 225.0c | 72.3ab | 380.4b | 351.2b | 204.7b | ||||||
| DT-RT-RT | 429.0 | 210.0 | 256.3b | 68.3b | 379.1b | 429.6a | 155.0c | |||||||
| DT-RT-SRT | 429.0 | 210.0 | 271.4a | 77.4a | 419.3a | 337.4b | 231.2a | |||||||
| DT-SRT-SRT | 429.0 | 210.0 | 259.5b | 78.4a | 415.1a | 409.5a | 152.3c | |||||||
表5
不同指标的多因素分析"
| 变量因素 Source of variation | 施肥 Fertilizer | 耕作 Tillage | 季度 Season | 施肥×耕作Fertilizer× Tillage | 施肥×季度Fertilizer× Season | 耕作×季度Tillage× Season | 施肥×耕作×季度 Fertilizer×Tillage×Season |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 全氮Total nitrogen | 996.899** | 213.273** | 804.287** | 22.070** | 56.657** | 30.000** | 8.090** |
| 硝态氮Nitrate nitrogen | 554.638** | 114.547** | 305.312** | 24.283** | 72.991** | 15.588** | 17.376** |
| 铵态氮Ammonium nitrogen | 2.944NS | 32.249** | 167.478** | 15.473** | 340.475** | 5.036** | 13.947** |
| 容重Bulk density | 399.632** | 39.061** | 211.290** | 5.363** | 91.377** | 11.322** | 6.216** |
| 孔隙度Porosity | 763.178** | 97.416** | 263.068** | 5.731** | 79.573** | 26.304** | 6.267** |
| 土壤脲酶Soil urease | 134.923** | 32.519** | 953.479** | 8.557** | 19.148** | 40.685** | 16.489** |
| 土壤蔗糖酶Soil sucrase | 77.450** | 21.563** | 303.707** | 1.293NS | 0.001NS | 9.503** | 5.189** |
| 土壤碱性磷酸酶 Soil alkaline phosphatase | 28.039** | 46.463** | 3.274NS | 0.702NS | 0.189NS | 31.595** | 0.360NS |
| 产量Yield | 822.377** | 133.400** | 10588.189** | 18.248** | 74.096** | 2.029NS | 76.281** |
| 地上部氮素积累量 Aboveground nitrogen accumulation | 1587.314** | 130.491** | 13726.403** | 9.207** | 8.672** | 70.704** | 66.537** |
| 氮肥偏生产力 N partial factor productivity | 1092.669** | 125.363** | 33599.413** | 19.303** | 2974.798** | 6.556** | 90.500** |
| 氮收获指数N harvest index | 234.127** | 195.289** | 5651.412** | 20.895** | 521.760** | 100.681** | 1.484NS |
| 氮肥吸收效率N uptake efficiency | 0.297NS | 94.086** | 30201.171** | 19.203** | 1597.117** | 43.345** | 77.890** |
| 收获指数Harvest index | 15.932** | 9.670** | 402.772** | 8.120** | 38.226** | 0.744NS | 6.850** |
| 氮素平衡Nitrogen balance | 514.591** | 51.471** | 0.000NS | 20.013** | 0.000NS | 0.000NS | 0.000NS |
| [1] |
|
| [2] |
|
| [3] |
|
| [4] |
|
| [5] |
|
| [6] |
|
| [7] |
|
| [8] |
|
| [9] |
|
| [10] |
|
| [11] |
濮超, 刘鹏, 阚正荣, 祁剑英, 马守田, 赵鑫, 张海林. 耕作方式及秸秆还田对华北平原土壤全氮及其组分的影响[J]. 农业工程学报, 2018, 34(9): 160-166.
|
|
|
|
| [12] |
|
| [13] |
柏炜霞, 李军, 王玉玲, 王丽. 渭北旱塬小麦玉米轮作区不同耕作方式对土壤水分和作物产量的影响[J]. 中国农业科学, 2014, 47(5): 880-894. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.05.005.
|
|
|
|
| [14] |
张瑞富, 杨恒山, 张玉芹, 范秀艳, 刘晶, 柳宝林, 薛新伟, 李丹丹. 深松对春玉米根系分布及氮素积累与利用的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2020, 38(5): 176-181.
|
|
|
|
| [15] |
|
| [16] |
|
| [17] |
孙凤霞, 张伟华, 徐明岗, 张文菊, 李兆强, 张敬业. 长期施肥对红壤微生物生物量碳氮和微生物碳源利用的影响[J]. 应用生态学报, 2010, 21(11): 2792-2798.
|
|
|
|
| [18] |
doi: 10.1104/pp.107.114710 pmid: 18305209 |
| [19] |
张黛静, 胡晓, 马建辉, 郭雨欣, 宗洁静, 杨雪倩. 耕作和培肥对豫中区小麦-玉米轮作系统土壤氮平衡和温室气体排放的影响[J]. 应用生态学报, 2021, 32(5): 1753-1760.
doi: 10.13287/j.1001-9332.202105.027 |
|
|
|
| [20] |
盖霞普, 刘宏斌, 翟丽梅, 杨波, 任天志, 王洪媛, 武淑霞, 雷秋良. 长期增施有机肥/秸秆还田对土壤氮素淋失风险的影响[J]. 中国农业科学, 2018, 51(12): 2336-2347. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.010.
|
|
|
|
| [21] |
|
| [22] |
梁斌, 赵伟, 杨学云, 周建斌. 小麦-玉米轮作体系下氮肥对长期不同施肥处理土壤氮含量及作物吸收的影响[J]. 土壤学报, 2012, 49(4): 748-757.
|
|
|
|
| [23] |
鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科学技术出版社, 2000.
|
|
|
|
| [24] |
鲁艳红, 聂军, 廖育林, 周兴, 王宇, 汤文光. 氮素抑制剂对双季稻产量、氮素利用效率及土壤氮平衡的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(1): 95-104.
|
|
|
|
| [25] |
薛亮, 马忠明, 杜少平, 冯守疆, 冉生斌. 氮素用量对膜下滴灌甜瓜产量以及氮素平衡、硝态氮累积的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(4): 690-700. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.04.010.
|
|
|
|
| [26] |
|
| [27] |
|
| [28] |
|
| [29] |
|
| [30] |
|
| [31] |
段鹏鹏. 氮肥与有机肥配施对设施土壤供氮能力的影响[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2016.
|
|
|
|
| [32] |
|
| [33] |
|
| [34] |
|
| [35] |
|
| [36] |
崔文芳, 于晓芳, 王志刚, 高聚林, 张石, 胡树平, 许鹏, 雷娟玮. 秸秆还田与耕作方式对内蒙古平原灌区玉米田土壤质量的影响[J]. 江苏农业科学, 2023, 51(2): 217-224.
|
|
|
|
| [37] |
|
| [38] |
doi: 10.1038/s41598-020-61650-7 pmid: 32170173 |
| [39] |
李连燚, 王世纪, 姜桂英, 李洋, 杨锦, 朱宣霖, 朱长伟, 王仁卓, 刘芳, 介晓磊, 刘世亮. 轮耕促进豫北潮土区小麦根系生长和产量增加[J]. 中国农业科学, 2024, 57(18): 3626-3641. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.18.009.
|
|
|
|
| [40] |
李圆宾, 李鹏, 王舒华, 徐璐瑶, 邓建军, 焦加国. 稻麦轮作体系下有机肥施用对作物产量和土壤性质影响的整合分析[J]. 应用生态学报, 2021, 32(9): 3231-3239.
doi: 10.13287/j.1001-9332.202109.024 |
|
|
|
| [41] |
|
| [42] |
|
| [43] |
doi: 10.1111/gcb.13289 pmid: 26994321 |
| [44] |
|
| [45] |
|
| [46] |
|
| [47] |
doi: 10.1080/03650340.2019.1566716 |
| [48] |
冯艳春, 罗洋, 李瑞平, 李伟堂, 王浩, 刘武仁, 郑金玉, 郑洪兵. 耕作方式对玉米出苗率、干物质积累及产量的影响[J]. 玉米科学, 2018, 26(5): 85-90.
|
|
|
|
| [49] |
|
| [50] |
|
| [51] |
黄明, 吴金芝, 李友军, 付国占, 赵凯男, 张振旺, 杨中帅, 侯园泉. 耕作方式和氮肥用量对旱地小麦产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(24): 5206-5219. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.004.
|
|
|
|
| [52] |
|
| [53] |
|
| [54] |
|
| [55] |
|
| [56] |
|
| [57] |
|
| [58] |
|
| [59] |
|
| [1] | 侯慧芝, 尹嘉德, 马明生, 刘晓伟, 柳燕兰, 雷康宁. 耕作与增施有机肥对陇东马铃薯-玉米一年两熟制作物产量和水分利用的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(8): 1672-1685. |
| [2] | 王彩玉, 刘小丽, 李文广, 杨文平, 杨珍平, 高志强. 有机肥不同替代比例对土壤多功能性的影响及微生物驱动机制[J]. 中国农业科学, 2026, 59(8): 1712-1726. |
| [3] | 严艳鸽, 张水勤, 许猛, 徐久凯, 李燕婷, 赵秉强, 袁亮. 葡聚糖改性尿素在潮土中的转化特征[J]. 中国农业科学, 2026, 59(5): 1048-1059. |
| [4] | 王仁卓, 李玥颖, 黄绍敏, 姜桂英, 张琦, 刘超麟, 杨锦, 王梦茹, 王贝贝, 刘芳, 郭斗斗, 介晓磊, 宋练, 刘世亮. 长期有机无机肥配施对潮土细菌群落结构、生态网络及关键物种的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(2): 354-367. |
| [5] | 王方洁, 徐久凯, 张水勤, 许猛, 李燕婷, 韩娟娟, 孟凡龙, 张静, 叶新新, 赵秉强, 袁亮. 长期单施有机肥和化肥对土壤氮库组分及供氮能力的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(16): 3591-3604. |
| [6] | 叶嘉怡, 邬奇峰, 王嘉林, 周燕, 马晓敏, 梁辰飞, 秦华, 陈俊辉. 调理剂与有机肥配施对酸性稻田土壤性质及水稻产量的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(14): 3121-3131. |
| [7] | 魏文龙, 王林林, 陈晓丽, 武凌彬, 李录芳, 解云婷, 王江文. 有机替代和地膜覆盖对旱地小麦根系生长、产量和水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(11): 2340-2357. |
| [8] | 薛钰琦, 赵继玉, 孙旺胜, 任佰朝, 赵斌, 刘鹏, 张吉旺. 不同氮素形态对夏玉米产量和品质的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1535-1549. |
| [9] | 房康睿, 丁世杰, 陈雨珊, 杨秉庚, 郭腾飞, 徐新朋, 赵士诚, 王秀斌, 黄绍敏, 仇少君, 何萍, 周卫. 有机无机肥配施下典型潮土小麦季有机肥氮磷的当季释放率[J]. 中国农业科学, 2025, 58(24): 5234-5246. |
| [10] | 陈均权, 马驰远, 胡鑫, 李朵, 郭艳琦, 刘灿, 周凯, 郑太辉. 有机无机肥配施调控红壤稻田土壤肥力、生态化学计量特征及产量[J]. 中国农业科学, 2025, 58(23): 4952-4966. |
| [11] | 谢海鹏, 林俊旭, 刘勇, 麦贤俊, 罗丰, 王学武, 谢文, 李少卡, 孔祥义, 吴小燕. 施用不同有机肥对贝莱斯芽孢杆菌SD13防控豇豆枯萎病的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4405-4420. |
| [12] | 李月琪, 麻仲花, 苏明, 刘昊, 马风兰, 马小英, 李涛, 李清云, 张丹, 刘吉利, 吴娜. 不同耕作方式下盐碱地玉米光合物质生产能力对有机肥用量的响应[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 3872-3889. |
| [13] | 方娅婷, 赵剑, 盛倩男, 李凯旭, 王祥华, 张洋洋, 朱俊, 丛日环, 陆志峰, 李小坤, 任涛, 鲁剑巍. 长期化肥和有机物料投入对稻油轮作作物产量和养分利用的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(16): 3164-3177. |
| [14] | 卜容燕, 程文龙, 武际, 唐杉, 李敏, 鲁剑巍, 纪根学, 王慧, 朱睿, 蒋发辉, 汤萌萌, 韩上. 有机肥无机肥配施结合深耕提升稻油轮作系统生产力和养分利用效率[J]. 中国农业科学, 2025, 58(16): 3178-3189. |
| [15] | 郭斗斗, 张珂珂, 黄绍敏, 宋晓, 张水清, 岳克, 丁世杰, 郭腾飞. 长期不同施肥对潮土磷吸附解吸特性的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(14): 2805-2820. |
|
||