長期施用有機肥小麥玉米輪作土壤系統(tǒng)氮盈余及損失量估算

孫文彥，田昌玉，尹紅娟，徐久凱，趙秉強，唐繼偉*

（1.中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所，農業(yè)農村部植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，北京100081；2.東營市農業(yè)綜合服務中心，山東 東營 257091；3.東營市技師學院，山東 東營 257091）

氮肥的科學管理是實現(xiàn)作物高產(chǎn)優(yōu)質、降低氮素環(huán)境污染、實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方法，合理施用有機肥是氮肥管理的重要措施之一[1]。作為重要的氮肥來源，有機肥在農業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中經(jīng)歷復雜轉換[2-4]，肥料利用效率是評判有機肥是否高效利用或浪費的重要依據(jù)之一，當前通用的氮肥利用率是差減法計算的表觀利用率，即同一田塊在施氮和不施氮兩種情況下，作物吸收的氮素養(yǎng)分量差值占施入氮肥量的百分比，除受施氮量影響外，還受不施肥處理作物吸收養(yǎng)分量的影響。對于短期施用有機肥而言，雖然利用差減法計算的當季氮肥表觀利用率并不高，但是相當一部分有機肥氮并沒有損失，而是殘留在土壤中供后季作物利用；對于長期施用有機肥而言，由于對照處理連年不施肥，基礎肥力很低，作物吸收氮素養(yǎng)分更少，這會導致計算的氮肥利用率偏高。因而差減法計算的氮肥利用率不能很好地指示有機肥施用過程中存在的問題，而將損失率作為有機肥施用是否合理的評價指標可以避免上述諸多問題[5]。

氮素平衡法被廣泛用來理解農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的氮素循環(huán)、效率及歸宿[6-7]，可以用來研究有機肥氮在作物生長中的吸收、殘留和損失及其變化規(guī)律。土壤系統(tǒng)氮素平衡反映一定土體深度氮素輸入、輸出、循環(huán)、損失及土壤氮庫的變化，是詳細的氮素收支情況[5]。在計算土壤系統(tǒng)氮平衡時，氮素揮發(fā)、徑流、硝化-反硝化的測定研究報道很多[8]，例如，朱兆良[9]通過系統(tǒng)估算發(fā)現(xiàn)農田化肥氮損失為52%（包括氨揮發(fā)、表觀硝化-反硝化、淋洗、徑流），但這些研究往往是基于一個作物生長期內氮素的揮發(fā)損失或徑流損失量。由于各種途徑氮素損失測定的困難性和不確定性，很少有多種損失途徑連續(xù)多年監(jiān)測結果的報道，黃紹敏等[10]研究了有機肥和化肥不同施肥方式（化肥、有機肥、有機無機配合施肥等）對潮土13年總體的氮平衡和損失的影響，而涉及不同有機肥氮施用量的氮平衡和損失的報道不多，也缺少年際間變化規(guī)律的研究。簡便準確估算長期施肥每年或若干年氮損失量，探索將氮素損失作為計算氮效率的重要參數(shù)，顯得尤為重要。

本文以連續(xù)10年長期施用有機肥定位試驗為平臺，通過分析長期不同有機肥氮用量定位試驗小麥玉米輪作土壤系統(tǒng)的氮素平衡，計算氮素吸收率、殘留率、損失率及其年際間的變化規(guī)律，探討利用氮素平衡法估算氮素損失作為有機肥合理施用的評價指標的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本試驗在中國農業(yè)科學院德州實驗站陵縣試驗基地進行，長期定位試驗從2006年10月小麥季開始，種植制度為冬小麥-夏玉米一年兩熟制。其中的5個有機肥氮用量處理為冬小麥、夏玉米每季作物有機肥N施用量為0、120、240、360、600 kg/hm2，每個處理3次重復，小區(qū)面積為5 m×5 m=25 m2，隨機區(qū)組排列。試驗田間日常管理參考當?shù)胤N植習慣，采用常規(guī)栽培模式。

各處理的有機肥用量由施肥前測定的含水量和全氮含量折算，有機肥選用當?shù)仞B(yǎng)殖場腐熟廄糞，主要養(yǎng)分干基含量為：氮（N）1.10%～2.31%、磷（P2O5）0.74%～3.35%、鉀（K2O）0.67%～3.00%。2006年10月至2009年6月施用的有機肥為豬糞，2009年10月以后為牛糞。2014年10月以前有機肥分別于小麥、玉米播種前作基肥施入；2014年10月以后，全年有機肥在小麥播種前一次性施入，小麥和玉米秸稈及地上部殘茬在收獲時全部移除。

1.2 取樣與測定

小麥和玉米收獲時，整個小區(qū)收割地上部，分別測定籽粒和秸稈產(chǎn)量。凱氏定氮法測定籽粒和秸稈含氮量。玉米收獲后，利用不銹鋼土鉆于各小區(qū)內“S”形取樣，采集8個點0～20和20～40 cm 土樣分層混勻，經(jīng)KMnO4-Fe粉還原法消煮后，凱氏定氮法測定包含硝態(tài)氮在內的土壤全氮含量。

1.3 氮平衡相關參數(shù)及氮損失估算

輸入既定土壤系統(tǒng)中的各種氮素經(jīng)歷復雜轉換，表觀上表現(xiàn)為3個去向，分別為作物吸收、土壤中殘留、氮損失。小麥玉米輪作土壤系統(tǒng)的表觀氮平衡表現(xiàn)為各種氮素輸入、作物地上部吸收氮、土壤氮庫變化和各種途徑的氮損失之間的平衡關系，即：

氮素總輸入=作物吸收氮+土壤氮庫增量+氮素總損失

其中，氮素總輸入主要包括肥料投入氮、生物固氮、沉降氮、種子帶入氮、灌溉水和作物殘茬帶入氮。本文中，有機肥氮0、120、240、360、600 kg/hm2處理每個小麥玉米輪作系統(tǒng)周年的肥料氮投入量分別是0、240、480、720、1200 kg/hm2。種子帶入的氮按小麥玉米播種量和含氮量計算，多年實測平均值為3.9 kg/hm2。以濕沉降氮量32.8 kg/hm2和干沉降氮量32.3 kg/hm2之和66.1 kg/hm2作為當?shù)馗蓾癯两档斎肓縖11]，土壤非共生固氮按照15.0 kg/hm2計算[11]。試驗小區(qū)人工收獲時貼近地面收割作物且小麥和玉米秸稈全部移除，作物殘茬帶入氮忽略不計，灌溉水為深井水，帶入的氮忽略不計。

作物吸收氮包括小麥、玉米的籽粒和秸稈吸收氮。數(shù)據(jù)來源于本試驗長期定位監(jiān)測。

土壤氮庫增量數(shù)量上等于輸入的總氮素在0～40 cm土體中的表觀殘留量，等于小麥玉米輪作周期結束時0～40 cm土壤全氮量減去開始時0～40 cm土壤全氮量。數(shù)據(jù)來源于本試驗長期定位監(jiān)測。

氮素總損失主要包括氨揮發(fā)、硝化-反硝化損失、淋洗和徑流損失以及其他途徑的損失，即：

氮素總損失=氮素總輸入-作物吸收氮-土壤氮庫增量

相應的，氮素平衡法計算的氮效率[12]為：

氮素利用率（NUE）=作物吸氮量/氮素總輸入

氮素殘留率（NRR）=氮素殘留量/氮素總輸入

氮素損失率（NLR）=氮素損失量/氮素總輸入

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SAS V8進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 作物吸氮量

作物吸氮量包括小麥地上部吸氮量和玉米地上部吸氮量。試驗結果（表1）表明，不施肥處理的小麥玉米周年吸氮量在107.5～173.2 kg/hm2之間，平均值為132.3 kg/hm2，明顯低于施氮處理。且隨著試驗年限增加，不施肥處理的吸氮量較試驗開始時明顯減少，年際間變異系數(shù)為5.2%。

表1 有機肥氮處理不同年份小麥、玉米吸氮量

與不施肥相比，施用有機肥可以顯著提高吸氮量，且施氮量越多，吸氮量越大，120、240、360、600 kg/hm2處理的吸氮量10年均值分別為238.3、348.4、376.2、380.4 kg/hm2，其 中 有 機 肥氮240和360 kg/hm2處理間差異不顯著，360和600 kg/hm2處理間吸氮量相近。

同一施氮量處理年際間比較，隨著試驗年限增加，有機肥氮120 kg/hm2處理吸氮量較試驗開始時明顯減少，年際間變異系數(shù)為5.0%；有機肥氮240、360、600 kg/hm2處理的吸氮量年際間變化相對較小，年際間變異系數(shù)均不大于4.0%?？傮w而言，隨著試驗年限增加，5個處理間吸氮量差異逐漸增大，年內處理間變異系數(shù)由試驗初期的20.2%增大到23.4%。

2.2 氮盈余

氮素輸入量與作物吸氮量差值即為氮盈余量。試驗結果（表2）表明，不施肥處理的周年氮盈余在-88.2～-22.4 kg/hm2之間，平均值為-47.2 kg/hm2，表現(xiàn)為連年虧缺。且隨著試驗年限增加，不施肥處理的氮虧缺（負盈余量）較試驗開始時明顯降低，年際間變異系數(shù)為5.2%。

表2 有機肥氮處理不同年份氮盈余

與不施肥相比，施用有機肥可以顯著提高氮盈余量，且施氮量越多，氮盈余量越大。有機肥氮120、240 kg/hm2處理氮盈余量10年均值分別為72.7和242.6 kg/hm2，有機肥氮360、600 kg/hm2處理每年都產(chǎn)生過高的氮盈余，10年均值分別為428.8和904.6 kg/hm2，分別占周年有機肥氮總施用量的59.6%和75.4%。

同一施氮量處理年際間比較，隨著試驗年限增加，有機肥氮120、240 kg/hm2處理氮盈余量較試驗開始時明顯增加，年際間變異系數(shù)均大于5.0%；有機肥氮360、600 kg/hm2處理的氮盈余量年際間變化相對較小，年際間變異系數(shù)均小于4.0%?？傮w而言，隨著試驗年限增加，5個處理間氮盈余量差異逐漸變小，年內處理間變異系數(shù)由試驗初期的76.2%降低到73.8%。

2.3 土壤氮庫變化和氮素表觀殘留量

輸入的總氮素在0～40 cm土體中的表觀殘留量可以用小麥玉米輪作周期土壤氮庫增量來表示。結果（表3）表明，不施肥處理的土壤氮庫一直處于減少的狀態(tài)（增量為負值），變化量在-98.4～-19.7 kg/hm2之間，平均值為-48.6 kg/hm2。且隨著試驗年限增加，不施肥處理的氮庫減少量較試驗開始時有所降低，表現(xiàn)出趨于穩(wěn)定的趨勢，年際間變異系數(shù)為6.3%。

表3 有機肥氮處理不同年份土壤氮庫變化

與不施肥相比，施肥處理的土壤氮庫可以得到及時補充，同時土壤氮庫增量隨著施氮量的增加而顯著增加，且施氮量越多增量越大，有機肥氮120、240、360、600 kg/hm2處理的氮庫增量10年均值分別為31.0、85.9、141.1、296.3 kg/hm2。

隨著試驗年限的增加，有機肥氮360和600 kg/hm2處理周年土壤氮庫增量顯著降低，年際間變異系數(shù)分別為9.7%和32.0%，而有機肥氮120和240 kg/hm2處理土壤氮庫增量的年際間變化相對較小，變異系數(shù)分別為6.1%和2.5%?？傮w而言，隨著試驗年限增加，5個處理間氮庫增量差異逐漸變小，年內處理間變異系數(shù)由試驗初期的45.6%降低到12.1%。

2.4 氮損失量估算

通過測定土壤全氮含量來計算土壤氮庫變化，利用氮素平衡法估算所有損失途徑的氮素損失總量。結果（表4）表明，不施肥處理的周年氮損失量在1.2～10.2 kg/hm2之間，平均值為4.3 kg/hm2，顯著低于施氮處理。且隨著試驗年限增加，不施肥處理的氮損失較試驗開始時明顯降低，年際間變異系數(shù)為0.8%。

表4 有機肥氮處理不同年份氮素損失量估算

與不施肥相比，施用有機肥可以顯著增加氮損失，且施氮量越多，氮損失量越大。有機肥氮120、240 kg/hm2處理的氮損失量10年均值分別為41.7、156.7 kg/hm2，有機肥氮360、600 kg/hm2處理每年都產(chǎn)生高量的氮損失，10年平均值分別為287.8、608.3 kg/hm2，分別占每年總施氮量的40.0%、50.1%。

同一施氮量處理年際間比較可見，有機肥氮120 kg/hm2處理氮素損失量較試驗初期明顯降低，但變化量較小，變異系數(shù)為1.5%。有機肥氮240kg/hm2處理氮素損失量年際間變化相對較小，變異系數(shù)為7.1%，試驗后期損失量為180 kg/hm2左右（164.2～191.1 kg/hm2）；有機肥氮施用量大于360 kg/hm2時，氮素損失量接近或大于300 kg/hm2，且施氮量越多損失量越大，試驗年限越長氮素損失越大，10個輪作周期后，有機肥氮360 kg/hm2處理的損失量為357.3 kg/hm2，數(shù)量上達到了周年施氮量的50%；有機肥氮600 kg/hm2處理氮素損失量高達765.9 kg/hm2?？傮w而言，隨著試驗年限增加，5個處理間氮損失量差異逐漸增大，年內處理間變異系數(shù)由試驗初期的30.7%增加到63%左右。

2.5 氮素利用率、殘留率、損失率

采用氮素平衡法計算小麥玉米輪作土壤系統(tǒng)的氮素利用率、殘留率和損失率，結果（表5）表明，氮素利用率隨有機肥氮施用量增加而降低。試驗初期，有機肥氮120 kg/hm2處理氮素利用率約為90%，之后隨著試驗年限增加，試驗后期基本維持在70%左右（69.4%～74.6%）；有機肥氮240、360和600 kg/hm2處理的氮素利用率分別維持在60%（56.8%～63.5%）、45%（44.5%～46.3%）和30%（28.1%～29.9%）左右。氮素利用率年際間變異系數(shù)分別為1.6%、0.6%、0.5%、0.2%。

表5 氮素平衡法計算的小麥玉米輪作土壤系統(tǒng)氮素利用率、殘留率和損失率

試驗開始時，氮素殘留率隨有機肥用量增加而增加，施氮量越高殘留率越大。隨著試驗年限增加，120 kg/hm2處理殘留率比開始時有所增大，360和600 kg/hm2處理氮素殘留率逐漸降低，10個輪作周期后，施肥處理的氮素殘留率在9.3%～16.0%之間，不同施肥處理間比較，施氮量大的處理氮素殘留率較小。

施用有機肥氮越多氮素損失率越大，隨著試驗年限的增加，有機肥氮120 kg/hm2的氮素損失率有逐年降低的趨勢，10個輪作周期后損失率為10%左右（9.4%～11.7%）；試驗后期有機肥氮240 kg/hm2處理氮素損失率約為30%左右（29.1%～33.8%）。360和600 kg/hm2處理的氮素損失率逐年升高，10個輪作周期后，氮素損失率分別處在40%（41.6%～44.4%）和60%（61.6%～59.6%）左右的水平。

3 討論

3.1 不同有機肥處理的氮盈余

氮盈余是衡量氮素投入生產(chǎn)力、環(huán)境影響和土壤肥力變化的有效指標[5]，維持土壤-作物體系的氮素平衡就可以在不消耗土壤氮的基礎上獲得較高的目標產(chǎn)量，還不會引起大量的氮損失。本文利用氮素平衡法計算了長期施用有機肥不同年限、不同施氮量的氮素盈余。有機肥氮120 kg/hm2處理初始的氮素盈余量為28.6 kg/hm2，4年后氮素盈余維持在80.9～99.4 kg/hm2。240 kg/hm2處理的氮盈余隨著試驗年限增加而增加，7年后穩(wěn)定在250 kg/hm2（273.8～236.3 kg/hm2）左右，這與林治安等[13]在同一地區(qū)長期定位試驗結果一致。有機肥氮施用量大于240 kg/hm2的氮盈余大大超過每年施氮量的50%，這將顯著增加土壤氮素損失的風險。本研究結果還表明，氮素盈余量與試驗年限有關，一般5年以后計算的氮素盈余才比較穩(wěn)定，試驗初期氮素盈余量較后期小，如果采用試驗初期結果推薦氮盈余量，會得到偏低的數(shù)值。

3.2 土壤氮庫變化與氮素殘留

測定土壤全氮含量計算得到的土壤氮庫增量，等于氮素在土壤中的表觀凈殘留量，土壤氮庫可分為無機氮庫和有機氮庫，無機氮庫包括銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和固定態(tài)銨，有機氮庫包括可溶性有機氮、微生物氮和土壤有機質氮庫。利用播前土壤礦質氮和土壤礦化氮量來計算土壤氮素平衡的文獻較多[14]，但是把土壤殘留氮僅僅局限于礦質氮有很大局限性。一般而言，通過短期試驗來定量土壤氮庫變化的準確度和精確度有很大的不確定性，這在一定程度上會導致含糊或錯誤的結論，而長期定位試驗有利于對氮素平衡的不確定性進行分析，從而得出較為準確的結論。

本研究利用長期定位試驗計算的氮素土壤殘留（土壤氮庫增量）為0～40 cm土壤全氮在小麥、玉米輪作試驗周期結束時的土壤全氮與本周期開始時土壤全氮之差。結果表明，不施肥處理氮素土壤殘留量為負值，低有機肥氮處理氮素土壤殘留量比較低，而高有機肥氮處理的氮素殘留量很高。隨著試驗年限的增加，不施肥和有機肥氮120 kg/hm2處理土壤氮庫每年的變量均增加；有機肥氮240 kg/hm2處理土壤氮庫每年的變化量趨于穩(wěn)定，為80 kg/hm2左右，而有機肥氮360和600 kg/hm2處理土壤氮庫每年的變化量顯著降低。有機肥氮用量大于240 kg/hm2處理時，土壤氮庫趨于穩(wěn)定，不會因為有機肥料的施用而顯著變化。由殘留增量的年際變化也可以看出，試驗開始時的第1、2年，土壤氮庫增量y與有機肥氮施用量x的關系為y=0.9822x-124.66，R2=0.9889；第5、6年為y=0.5775x-42.623，R2=0.9877；第9、10年為y=0.2445x-4.3432，R2=0.8651。試驗年限越長，土壤氮庫增量y與有機肥氮x線性函數(shù)的截距絕對值（表征不施氮處理的土壤氮庫減少量）越小，斜率（表征施氮處理增加土壤氮庫的能力）也越來越小，說明土壤氮庫向趨于平衡狀態(tài)的方向發(fā)展。

3.3 氮損失的估算

根據(jù)土壤氮素平衡關系和氮素土壤殘留量（土壤氮庫變化）估算的氮素損失量表明，有機肥氮240 kg/hm2處理，周年氮素損失量在140.1～191.1 kg/hm2之間，損失率在18%～33%之間，這與張剛等[15]和黨廷輝等[16]的研究結果類似。黃紹敏等[10]采用實際氮素平衡法計算的小麥和玉米每季施氮量為187.5 kg/hm2時13年平均氮素損失率為56%，此方法計算的氮素盈余量偏大，從而造成損失量估算偏大，如果按照本文氮素平衡法計算，小麥和玉米每季施氮量為187.5 kg/hm2時13年平均損失率為20.8%，與本試驗中有機肥氮240 kg/hm2處理的氮素損失率較為接近，這也與應用15N示蹤法測定的氮素損失率結果較為一致[17]。

整個試驗期間，有機肥氮600 kg/hm2處理的氮素吸收率一直穩(wěn)定在30%左右，而氮素殘留率由試驗初期的40%左右降低到試驗中期的25%左右，直到試驗后期的10%左右。因而試驗初期有機肥氮600 kg/hm2處理的氮損失率為30%，中期氮損失率為45%左右，10年后氮損失率高達60%（表5），這是多年長期施用有機肥的累加效應在當年的具體表現(xiàn)。氮肥投入超過了作物和土壤微生物對氮的需求時，大量盈余的氮素很容易通過徑流、淋溶、氨揮發(fā)和反硝化等途徑損失[18]。

大量研究表明，長期施用有機肥能顯著提高土壤氮素初級礦化-同化周轉速率[19]，初級礦化速率大小由土壤有機碳和有機氮含量決定[20]。本長期定位試驗開始時0～20 cm土壤有機質和全氮含量分別為0.85%和0.06%。7年后，120 kg/hm2處理的土壤有機質和全氮含量增加幅度相對不高，240、360、600 kg/hm2處理的有機質含量分別處在2.0%、2.5%、3.5%的水平；三者的土壤全氮分別處在0.15%、0.20%和0.25%左右的水平[21]，可以推測長期高量施用有機肥的土壤礦化速率和礦化量一定比常量施肥高的多。此外，長期施有機肥對自養(yǎng)硝化作用的刺激作用明顯高于化學氮肥，會導致土壤中硝態(tài)氮的積累，進一步增加氮損失的風險[18]。Masaka等[22]研究表明有機肥施用量超過15 t/hm2時，40 cm深度淋溶液中硝態(tài)氮濃度就超過飲用水標準（10 mg/L）15%以上。而基于本試驗的另一項研究表明，試驗開始2年后有機肥氮600 kg/hm2處理0～200 cm土體硝態(tài)氮累積量高達350 kg/hm2，顯著地增加了土體中的硝態(tài)氮累積和淋失風險[6]。Maeda等[23]研究表明有機肥處理100 cm深土壤水中的硝態(tài)氮濃度只在前3年保持不變，隨后則達到化學氮肥處理相同水平，這說明雖然有機肥在短期內可以減少硝態(tài)氮淋溶損失，長期施用也會與化學氮肥一樣導致大量硝態(tài)氮淋溶損失。在山東禹城開始于1986年的長期定位試驗表明[24]，小麥、玉米每季作物施用有機肥氮（牛糞）450 kg/hm2，30年后周年氨揮發(fā)為N 4.0 kg /hm2左右，周年氧化亞氮排放為N 1.3 kg /hm2左右，兩者之和占投入有機肥氮量的比例不足1%。此外，動物糞肥作為有機肥本身就含有大量的營養(yǎng)物質，如一系列易降解的有機碳、氮和無機氮化合物，過量施用極易增加其他途徑的氮損失[25]。

3.4 氮素平衡法計算的氮效率作為有機肥合理施用評價指標的可行性

我國現(xiàn)有的氮素管理體系中，一直使用氮素利用率這一指標。但是，一方面，該指標很難反映不同來源氮素在系統(tǒng)內和系統(tǒng)間的循環(huán)利用，以及向環(huán)境中排放、遷移的情況，并且也不能反映氮素損失的絕對量及評估氮素的環(huán)境效應。常規(guī)氮肥利用率計算方法存在著計算當季或短期氮肥利用率偏低等一些需要進一步討論的問題。另一方面，片面追求高的氮素利用率不一定能夠實現(xiàn)目標產(chǎn)量和低的氮素損失。由此可以看出，傳統(tǒng)氮肥利用率指標存在諸多不足。本文采用氮素平衡法來計算氮素利用率、殘留率和損失率，結果表明，低量的有機肥氮（120 kg/hm2）處理，氮素利用率在90%以上，但是這種施肥量消耗土壤氮庫不利于維持土壤肥力。施氮量大于240 kg/hm2，不僅氮素利用率低，而且氮盈余較多，損失率也高，對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的影響。而有機肥氮240 kg/hm2處理氮素利用率保持在60%左右，既能維持土壤肥力也能滿足高產(chǎn)需求，而且損失也不多?？梢?，利用氮素平衡法估算氮素損失可以作為評價有機肥合理施用的指標，能夠更好地反映施肥的土壤和環(huán)境效應，而如何綜合評估長期施肥下不同種類肥料及其比例對環(huán)境的綜合影響是值得進一步探討的問題。

值得注意的是，本研究僅考慮了0～40 cm土體的氮素平衡狀況，此土層以下的土體所含氮素均被歸為損失。而小麥、玉米根系普遍存在于0～100 cm 的土體內，40 cm土層以下的土壤氮同樣具有一定的生物有效性。在相同試驗上的研究表明，有機肥氮240 kg/hm2處理0～100 cm土體硝態(tài)氮累積量為110 kg/hm2，100～200 cm土體硝態(tài)氮累積量為40 kg/hm2，有機肥氮施用量大于240 kg/hm2，將大大增加土體中的硝態(tài)氮累積和淋失風險[6]。Cui等[7]通過在華北小麥-玉米輪作上大量田間試驗總結出，在優(yōu)化氮素管理條件下，每季作物收獲后0～90 cm根層硝態(tài)氮應該維持在90～100 kg/hm2的臨界范圍內（折算為一個輪作周期180～200 kg/hm2），既可以維持較高目標產(chǎn)量，又可以獲得較低環(huán)境代價。因此，推薦施肥時需要同時考慮作物根層硝態(tài)氮含量。

4 結論

華北地區(qū)小麥、玉米一年兩熟條件下，長期施用有機肥10年后土壤系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。每季作物施用有機肥氮低于240 kg/hm2，雖然氮素利用率高，氮損失也少，但是土壤氮處于虧缺狀態(tài)，不能實現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)；有機肥氮施用量高于240 kg/hm2，氮素利用率低，產(chǎn)生大量氮盈余，氮損失量大，會對環(huán)境產(chǎn)生負面影響。每季作物施用有機肥氮240 kg/hm2，周年氮盈余為250 kg/hm2左右，氮素土壤殘留量為80 kg/hm2左右，氮素損失量為180 kg/hm2左右，利用氮素平衡法計算的氮素利用率、殘留率、損失率分別為60%、10%和30%左右，是適宜的有機肥推薦施用量。利用氮素平衡法計算氮效率能夠更好地反映施肥的土壤和環(huán)境效應，可以作為評價有機肥是否合理施用的指標。