作物杂志

试验地点 Location	处理 Treatment	有机肥 Organic fertilizer (kg/hm²)	化肥用量Fertilizer application (kg/hm²)	替代比例Substitution ratio (%)
土默川平原 Tumochuan Plain	CK	0.00	0.00	120.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M0	0.00	225.00	120.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M25	2446.00	168.75	108.75	63.59	25.00	9.00	26.00
M50	4891.00	112.50	97.50	37.17	50.00	19.00	53.00
M75	7337.00	56.25	86.25	10.76	75.00	28.00	79.00
M100	9783.00	0.00	75.00	0.00	100.00	37.00	100.00
东北黑土区 Black soil region of Northeast China	CK	0.00	0.00	90.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M0	0.00	180.00	90.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M25	2250.00	135.00	68.00	66.30	25.00	25.00	26.00
M50	4500.00	90.00	44.60	42.30	50.00	50.00	53.00
M75	6750.00	45.00	21.80	18.50	75.00	75.00	80.00
M100	9000.00	0.00	0.00	0.00	100.00	100.00	100.00

试验地点 Location	处理 Treatment	有机肥 Organic fertilizer (kg/hm²)	化肥用量Fertilizer application (kg/hm²)	替代比例Substitution ratio (%)
土默川平原 Tumochuan Plain	CK	0.00	0.00	120.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M0	0.00	225.00	120.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M25	2446.00	168.75	108.75	63.59	25.00	9.00	26.00
M50	4891.00	112.50	97.50	37.17	50.00	19.00	53.00
M75	7337.00	56.25	86.25	10.76	75.00	28.00	79.00
M100	9783.00	0.00	75.00	0.00	100.00	37.00	100.00
东北黑土区 Black soil region of Northeast China	CK	0.00	0.00	90.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M0	0.00	180.00	90.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M25	2250.00	135.00	68.00	66.30	25.00	25.00	26.00
M50	4500.00	90.00	44.60	42.30	50.00	50.00	53.00
M75	6750.00	45.00	21.80	18.50	75.00	75.00	80.00
M100	9000.00	0.00	0.00	0.00	100.00	100.00	100.00

处理Treatment	PFP_N	PFP_P	PFP_K
CK	－	59.75±3.16e	59.75±3.16d
M0	40.87±1.52ab	81.75±3.04ab	81.75±3.04ab
M25	42.00±1.84a	84.95±3.71a	85.58±3.74a
M50	37.14±2.25b	77.06±4.66bc	77.06±4.66bc
M75	34.31±1.89bc	72.47±3.98cd	72.48±3.98c
M100	31.77±1.39c	67.64±2.96d	64.45±2.82d

处理Treatment	PFP_N	PFP_P	PFP_K
CK	－	59.75±3.16e	59.75±3.16d
M0	40.87±1.52ab	81.75±3.04ab	81.75±3.04ab
M25	42.00±1.84a	84.95±3.71a	85.58±3.74a
M50	37.14±2.25b	77.06±4.66bc	77.06±4.66bc
M75	34.31±1.89bc	72.47±3.98cd	72.48±3.98c
M100	31.77±1.39c	67.64±2.96d	64.45±2.82d

处理Treatment	PFP_N	PFP_P	PFP_K
CK	－	62.70±3.62d	83.60±4.83d
M0	44.49±3.76b	83.42±7.05b	111.23±9.40b
M25	50.03±2.65a	93.81±4.98a	125.07±6.64a
M50	40.79±2.05bc	76.49±3.85bc	101.98±5.13bc
M75	39.25±3.28bc	73.60±6.14c	98.13±8.19c
M100	36.57±1.52c	68.57±2.85cd	91.43±3.80cd

处理Treatment	PFP_N	PFP_P	PFP_K
CK	－	62.70±3.62d	83.60±4.83d
M0	44.49±3.76b	83.42±7.05b	111.23±9.40b
M25	50.03±2.65a	93.81±4.98a	125.07±6.64a
M50	40.79±2.05bc	76.49±3.85bc	101.98±5.13bc
M75	39.25±3.28bc	73.60±6.14c	98.13±8.19c
M100	36.57±1.52c	68.57±2.85cd	91.43±3.80cd

有机肥替代化肥对玉米产量及养分吸收利用的影响

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郝军 ¹^,²^,³ , 张蔚 ¹^,²^,³ , 白春华 ⁴ , 黄利春 ⁴ , 尤艳华 ⁴ , 卢勇鑫 ¹^,²^,³ , 李喆 ¹^,²^,³ , 连东阳 ¹^,²^,³ , 武文涛 ¹^,²^,³ , 陈杨 ¹^,²^,³ , 张莉 ⁵ , 刘红波 ⁵

作物杂志 | 生理生化·植物营养·栽培耕作 2026,42(2): 98-108

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作物杂志 | 生理生化·植物营养·栽培耕作 2026, 42(2): 98-108

有机肥替代化肥对玉米产量及养分吸收利用的影响

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郝军¹^,²^,³, 张蔚¹^,²^,³, 白春华⁴, 黄利春⁴, 尤艳华⁴, 卢勇鑫¹^,²^,³, 李喆¹^,²^,³, 连东阳¹^,²^,³, 武文涛¹^,²^,³, 陈杨¹^,²^,³, 张莉⁵, 刘红波⁵

作者信息

¹内蒙古农业大学资源与环境学院， 010018，内蒙古呼和浩特

²内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室， 010018，内蒙古呼和浩特

³农业生态安全与绿色发展自治区高等学校重点实验室， 010018，内蒙古呼和浩特

⁴兴安盟农牧科学研究所， 137400，内蒙古乌兰浩特

⁵呼和浩特市农牧技术推广中心， 010018，内蒙古呼和浩特

郝军，研究方向为玉米养分管理，E-mail：1377614701@qq.com；

张蔚为共同第一作者，研究方向为玉米养分管理，E-mail：1842216874@qq.com

通讯作者:

陈杨，研究方向为作物养分管理与土壤培肥，E-mail：chenyy80@126.com

Effects of Organic Fertilizer Substitution on Maize Yield and Nutrient Utilization

Jun Hao¹^,²^,³, Wei Zhang¹^,²^,³, Chunhua Bai⁴, Lichun Huang⁴, Yanhua You⁴, Yongxin Lu¹^,²^,³, Zhe Li¹^,²^,³, Dongyang Lian¹^,²^,³, Wentao Wu¹^,²^,³, Yang Chen¹^,²^,³, Li Zhang⁵, Hongbo Liu⁵

Affiliations

¹College of Resources and Environment, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, Inner Mongolia, China

²Inner Mongolia Key Laboratory of Soil Quality and Nutrient Resources, Hohhot 010018, Inner Mongolia, China

³Inner Mongolia Autonomous Region Higher Education Key Laboratory of Agricultural Ecological Security and Green Development, Hohhot 010018, Inner Mongolia, China

⁴Hinggan League Institute of Agriculture and Animal Husbandry Sciences, Ulanhot 137400, Inner Mongolia, China

⁵Hohhot Agricultural and Animal Husbandry Technology Extension Center, Hohhot 010018, Inner Mongolia, China

出版时间: 2026-04-15 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2026.02.012

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摘要

收起

针对内蒙古玉米产区化肥管理不合理、肥料利用效率低和环境风险加剧等问题，于内蒙古东北黑土区和土默川平原2个典型产区开展有机肥替代化肥研究，通过田间试验，设置不施氮肥（CK）、100%化肥（M0）及有机肥替代25%（M25）、50%（M50）、75%（M75）和100%化肥氮（M100）6个处理，探明不同有机肥替代化肥比例对玉米产量、干物质积累量、肥料利用效率和氮、磷、钾养分吸收的影响。结果表明，M25处理可显著提高玉米产量，较其他处理提高了4.69%~36.80%；M0处理在玉米生育前期各器官干物质积累量最高，M25处理从大喇叭口期至成熟期各器官干物质积累量优势明显；M25处理可促进玉米对氮、磷和钾养分的吸收，并提升氮、磷和钾肥的利用效率；M25处理的肥料偏生产力较其他处理提高了2.77%~50.51%。综上，土默川平原玉米对有机肥替代的响应优于东北黑土区，有机肥替代25%化肥可实现玉米产量和肥料利用率的协同提升。

关键词

玉米 / 有机肥 / 化肥减量 / 东北黑土区 / 土默川平原 / 产量 / 肥料利用率

Abstract

收起

To address the issues of unreasonable chemical fertilizer management, low fertilizer use efficiency, and escalating environmental risks in the maize production areas of Inner Mongolia, field plot experiments were conducted in two typical production areas, namely the black soil region of Northeast China and the Tumochuan Plain. Six treatments were established: no nitrogen control (CK), 100% chemical fertilizer (M0), and organic fertilizer replacing 25% (M25), 50% (M50), 75% (M75), and 100% (M100) of chemical nitrogen, to clarify the effects of different substitution ratios on maize yield, dry matter accumulation, fertilizer use efficiency, and nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) nutrient uptake. The results showed that the M25 treatment significantly increased maize yield, with an increase of 4.69%-36.80% compared with other treatments. The M0 treatment exhibited the highest dry matter accumulation of various organs during the early growth stages of maize; however, the M25 treatment showed a distinct advantage from the large bell-mouth stage to maturity. The M25 treatment promoted the uptake of N, P, and K nutrients and enhanced their utilization efficiency; the partial productivity of fertilizer in M25 was 2.77%-50.51% higher than those of other treatments. In conclusion, the response of maize to organic fertilizer substitution in the Tumochuan Plain was superior to that in the Black Soil Region of Northeast China, and replacing 25% of chemical nitrogen with organic fertilizer can achieve a synergistic improvement in maize yield and fertilizer use efficiency.

Key words

Maize / Organic fertilizer / Chemical fertilizer reduction / Black soil region of Northeast China / Tumochuan Plain / Yield / Fertilizer use efficiency

引用本文

郝军, 张蔚, 白春华, 黄利春, 尤艳华, 卢勇鑫, 李喆, 连东阳, 武文涛, 陈杨, 张莉, 刘红波. 有机肥替代化肥对玉米产量及养分吸收利用的影响. 作物杂志, 2026 , 42 (2) : 98 -108 . DOI: 10.16035/j.issn.1001-7283.2026.02.012

Jun Hao, Wei Zhang, Chunhua Bai, Lichun Huang, Yanhua You, Yongxin Lu, Zhe Li, Dongyang Lian, Wentao Wu, Yang Chen, Li Zhang, Hongbo Liu. Effects of Organic Fertilizer Substitution on Maize Yield and Nutrient Utilization[J]. Crops, 2026 , 42 (2) : 98 -108 . DOI: 10.16035/j.issn.1001-7283.2026.02.012

正文

收起

玉米是我国第一大粮食作物，在保障国家粮食安全中具有重要战略地位^[1]。化肥可显著提高粮食产量，对产量的贡献占51.78%^[2]。我国是世界上使用化肥最多的国家，但由于长期不合理施用化肥，导致土壤有机质下降、土壤板结、肥料利用率低和环境风险大等问题。农业农村部于2015年和2022年相继印发了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》^[3]与《到2025年化肥减量化行动方案》^[4]，其中有机无机配施和有机肥替代化肥成为化肥减施的关键技术^[5]。有机肥是传统农业生产的关键要素，具有改善土壤理化性状与生物活性、提升土壤肥力和持续稳定均衡供给养分的优势，兼有提高土壤生产力和改善土壤性状的双重作用。另外，有机肥富含丰富的有机质，能够为作物提供生长发育所需的大量营养元素，促进作物对营养物质的吸收和转化，从而提升作物产量和品质，对农业生产具有重要意义^[6]。

内蒙古地区玉米从东到西均有分布，由于气候特征、土壤类型、玉米品种和栽培管理措施的不同，导致其产量存在一定的差异。本研究选取内蒙古东西部2个玉米典型种植区（土壤肥力较高的东北黑土区和土壤肥力较低的土默川平原）为试验地。东北黑土区玉米养分管理中存在的普遍问题是重用轻养、过度垦殖以及化肥投入过高，导致土壤有机质含量显著下降，黑土地退化明显，连续耕作30年后有机质下降了6.91~8.00个百分点^[7]；土默川平原区的土壤贫瘠和盐碱化是限制玉米生长的关键因素，化肥的过量施用一方面加剧了土壤盐碱化，另一方面还导致土壤养分失衡，限制了该地区玉米产能提升^[8]。基于此，本研究在2个主产区开展玉米有机肥替代化肥研究，设置不同有机肥替代化肥处理，通过测定、计算和比较不同替代比例下玉米产量、干物质积累量、肥料利用效率和氮、磷、钾养分吸收量的差异，确定不同地力水平下玉米适宜的有机肥替代化肥比例，以期实现玉米产量和肥料利用效率的协同提升，并为生产实践提供理论依据。

1 材料与方法

收起

1.1 试验地概况

东北黑土区：试验于2024年5-10月在内蒙古自治区兴安盟科右前旗共赢农牧业专业合作社（46°22′ N，119°49′ E）进行，该地为温带大陆性气候，海拔800.0 m，年均气温3.3 ℃，年均降水量461.6 mm，无霜期约114 d。播前土壤基础理化性质为有机质20.89 g/kg、全氮1.76 g/kg、有效磷20.68 mg/kg、速效钾145.60 mg/kg、pH 6.80。

土默川平原地区：试验于2023年5-10月在内蒙古自治区呼和浩特市和林格尔国家农业科技园区服务中心（40°28′ N，111°46′ E）进行，该地为温带大陆性气候，海拔1055.9 m，年均气温8.4 ℃，年均降水量379.4 mm，无霜期约130 d。播前土壤基础理化性质为有机质13.00 g/kg、全氮1.13 g/kg、有效磷6.62 mg/kg、速效钾100.49 mg/kg、pH 8.13。

1.2 试验设计

设置不施氮肥（CK）、100%化肥（M0）及有机肥替代25%（M25）、50%（M50）、75%（M75）和100%化肥氮（M100）6个处理（表1），3次重复，采用完全随机设计。有机肥替代原则为替代后氮、磷和钾养分总量与100%化肥处理相当。供试化肥分别为尿素（N≥46%）、过磷酸钙（P₂O₅≥12%）和氯化钾（K₂O≥60%），所有肥料于春耕时一次性施入土壤。

土默川平原供试品种为西蒙6号，行距60 cm，株距25 cm，种植密度为66 660株/hm²，小区面积为50 m²；有机肥含2.30% N、0.46% P₂O₅和1.08% K₂O；东北黑土区供试品种为辰诺101，行距65 cm，株距24 cm，种植密度为60 000株/hm²，小区面积为100 m²；有机肥含2.15% N、1.01%P₂O₅和1.06% K₂O。取样时间为玉米拔节期（V6）、大喇叭口期（V12）、乳熟期（R3）和成熟期（R6）。其他管理同当地大田生产。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 干物质积累量

分别于玉米V6、V12、R3和R6期进行取样，选取各小区有代表性的3株玉米，将植株各器官分剪，105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒重，测定玉米茎、叶与籽粒的干物质积累量^[9]。

1.3.2 产量及其构成因素

于R6期在各小区选5 m双行进行考种，考种指标包括穗数、穗粒数及百粒重，按14%水分折算单位面积产量^[10]。

1.3.3 养分浓度与吸收量

采用H₂SO₄-H₂O₂消煮样品，采用凯氏定氮法测定氮含量，采用钒钼黄比色法测定磷含量，采用火焰光度计法测定钾含量。各器官氮（磷、钾）素吸收量（kg/hm²）=各器官干物质积累量×各器官氮（磷、钾）含量^[11]。

1.3.4 肥料利用效率

肥料偏生产力（PFP，kg/kg）=玉米产量/施肥量；氮肥农学效率（AEN，kg/kg）=（施氮处理玉米产量-不施氮处理玉米产量）/施氮量^[12]。

1.4 数据处理

采用Excel 2010软件处理数据，采用SPSS 26.0进行单因素方差分析和显著性检验，采用OriginPro 2023b作图。

2 结果与分析

收起

2.1 有机肥替代化肥对玉米产量的影响

东北黑土区有机肥替代化肥对玉米产量的影响如图1所示，不同处理对玉米产量产生显著影响，玉米产量随有机肥替代比例的增加呈先增后降的趋势，M25处理产量与M0相当，显著高于M50、M75和M100处理，分别提高了11.06%、18.08%和25.28%。

土默川平原不同处理下，玉米产量随有机肥替代比例增加呈单峰曲线趋势，在M25时达到峰值，其产量显著高于M0、M50、M75和M100处理，分别提高了12.48%、22.68%、27.49%和36.84%。

对不同地力水平的2个产区进行比较发现，均以M25处理产量最高，可见适宜的有机肥替代比例可保障玉米获得高产。进一步分析表明，有机肥替代的效果在土默川平原的优势更为明显，一方面表现为土默川平原M25比M0处理提高了12.48%，而东北黑土区M25与M0处理产量相当；另一方面土默川平原M25较M100提高了36.84%，而东北黑土区的增幅仅为25.28%。2个产区均随替代比例的进一步增加（>25%），产量逐渐降低。

2.2 有机肥替代化肥对玉米干物质积累量的影响

东北黑土区玉米茎的干物质积累量随着生育期推进呈升高趋势，在R6期达到峰值；R6期时，M25处理玉米茎的干物质积累量显著高于M50、M75和M100处理，分别提高了18.14%、32.71%和44.10%（图2）。叶片干物质积累量随生育期推进呈先升高后降低的趋势，在V12期达到峰值；从R3至R6期，M25处理显著高于M75和M100处理，R6期时，M25处理较M75和M100处理分别提高了34.95%和49.91%。M25处理籽粒的干物质积累量仍具有显著优势，在R3和R6期均高于其他处理；R6期时，M25处理较M50、M75和M100处理分别提高了8.29%、15.73%和27.50%。

土默川平原玉米茎的干物质积累量随着生育期推进呈先升高后降低的趋势，在R3期达到峰值（图2b）；不同处理间，从R3期开始直到R6期，M25处理显著高于其他处理，R6期时，M25处理较M0、M50、M75和M100处理分别提高了34.33%、25.97%、59.63%和117.42%。叶片干物质积累量随着生育期的推进其变化趋势与东北黑土区相同，在V12期达到峰值；处理间，从V12至R3期，M25处理显著高于其他处理，R6期时，M25处理较其他处理提高了15.15%~40.44%。对于籽粒干物质积累量而言，M25处理的优势仍然较明显，在R3和R6期均高于其他处理，R6期时，M25处理较其他处理提高了12.45%~36.8%。

进一步分析发现，对于玉米地上部茎和叶片的干物质积累量而言，在V6期各处理的差异不明显，有机肥替代并没有表现出优势，而纯化肥处理（M0）反而具有一定的优势，这在土默川平原玉米茎的干物质积累量上表现更为突出，即V6期时M0处理显著高于其他处理；随着生育期的推进，M25处理的优势开始表现，至R6期时M25处理的玉米地上部干物质积累量显著高于其他处理。2个产区对比发现，东北黑土区玉米茎的干物质积累量从V6到R3期在M0和M25处理间均无显著差异，只在R6期M25处理下表现出一定的优势；土默川平原从V6期开始M25处理的地上部干物质积累量就显著高于M0和其他处理，产生这种差异的原因可能是东北黑土区土壤肥力相对较高，对外源有机物的缓冲能力强、响应差，而土默川平原土壤肥力较差，而且存在一定的盐碱化，外源有机物的供应一方面为植物提供了缓效养分，一方面可以改善土壤的盐碱程度，为玉米的生长创造了良好条件。

2.3 有机肥替代化肥对玉米氮、磷和钾养分吸收的影响

2.3.1 东北黑土区玉米氮、磷和钾养分吸收的差异

从图3可以看出，玉米植株茎的氮素吸收量在各时期不同处理间均有显著差异，V6期差异较小，V12期后差异较大；R6期时M25处理较其他处理提高了5.79%~19.65%。对于玉米叶片氮素吸收量而言，V6期时处理间无显著差异，之后出现显著差异。对于玉米籽粒氮素吸收量而言，R6期时M25处理较M75和M50处理提高了14.96%、5.79%。

不同处理对玉米各器官磷素吸收量产生的影响见图4。对于玉米茎的磷素吸收量，V12期时，M0处理显著高于M100处理，其他处理间无差异；R3期时M0和M25处理显著高于M75和M100处理；R6期时M25处理显著高于M75和M100处理，分别提高了23.61%和29.25%。对于玉米叶片的磷素吸收量，V6期时各处理间无显著差异；V12期时M0处理显著高于M75和M100处理；R3至R6期时M25处理均显著高于M75和M100处理，R6期时M25处理较M75和M100处理分别提高了32.42%和36.31%。R6期时M25处理玉米籽粒的磷素吸收量显著高于M75和M100处理。

不同处理对玉米各器官钾素的吸收也产生了影响，从图5可以看出，R6期时M25处理玉米茎的钾素吸收量显著高于M50、M75和M100处理，分别增长了20.51%、24.28%和38.91%。玉米叶片的钾素吸收量各处理在整个生育期均存在显著差异，V12和R6期时M0和M25处理显著高于M100处理；R3期时M25处理显著高于M50、M75和M100处理。R6期时M0和M25处理玉米籽粒的钾素吸收量显著高于M75和M100处理。

2.3.2 土默川平原玉米氮、磷和钾养分吸收的差异

不同处理对玉米氮素吸收的影响如图6所示，从图6可以看出，玉米植株茎的氮素吸收量在V12期时M0和M25处理显著高于其他处理，从R3到R6期M25处理显著高于其他处理，R6期时M25处理较M0、M50、M75和M100处理分别增长58.61%、38.17%、99.39%和184.38%。对于叶片的氮素吸收量，V6期时M0和M25处理间无显著差异，并显著高于其他处理，从V12至R6期时M25处理显著高于其他处理，R6期时M25处理较M0、M50、M75和M100处理分别增长27.51%、47.17%、71.45%和116.23%。在R6期时M25处理玉米籽粒的氮素吸收量显著高于其他处理。综上，有机肥替代25%化肥（M25处理）不仅能满足玉米营养生长阶段的需求，还能保障植株生殖生长阶段的氮素供应。

由图7可知，不同处理间玉米植株磷素吸收量差异较大。玉米植株茎的磷素吸收量在V12和R3期时M0和M25处理显著高于其他处理，R6期时M25处理显著高于其他处理，较其他处理增加了37.05%~182.09%。对于玉米叶片的磷素吸收量，V6期各处理差异较小，从V12到R6期M25处理均高于其他处理，R6期时M25处理较其他处理分别增长6.92%~65.02%。玉米籽粒的磷素吸收量在R6期时，M25处理显著高于其他处理。可见，有机肥替代25%化肥（M25处理）能显著提高玉米各器官的磷素吸收量，该处理能有效协调玉米营养生长与生殖生长阶段的磷素需求，实现磷肥高效利用。

不同处理对玉米植株钾素吸收的影响见图8，M25处理的玉米茎的钾素吸收量在V6期与M0和M50处理无显著差异，但显著高于M75处理；从R3期开始显著高于其他处理，R6期时M25处理较M0、M50、M75和M100处理分别增长22.84%、14.08%、53.72%和109.09%。对于叶片的钾素吸收量，从V12至R6期时M25处理显著高于其他处理，R6期时，M25处理较M0、M50、M75和M100处理分别增长了19.64%、41.93%、53.39%和61.46%。对于籽粒的钾素吸收量，R3期时M25处理显著高于M0和M75处理，R6期时优势不明显。

对2个产区不同处理玉米养分吸收进行比较发现，东北黑土区M25处理与M0处理基本没有差异，有机肥替代处理在养分吸收方面并没有表现出优势，而土默川平原M25处理显著优于其他处理。

2.4 有机肥替代化肥对玉米肥料利用效率的影响

2.4.1 有机肥替代化肥对玉米肥料偏生产力的影响

东北黑土区不同处理下玉米的PFP差异较大（表2）。M25处理的PFP与M0相当，显著高于其他处理，PFP_N较其他处理提高了2.77%~32.19%，PFP_P和PFP_K也显著高于其他处理。

由表3可知，土默川平原M25处理的PFP显著高于其他处理，PFP_N较其他处理提高了12.45%~36.81%，PFP_P和PFP_K也显著高于其他处理。

分析2个产区的玉米PFP发现，2个产区均是M25处理显著高于其他处理，并且随着替代比例的增加PFP降低，表明适宜的有机肥替代化肥可满足玉米对养分全生育期的需求，进而提高玉米的养分利用效率。不同之处在于土默川平原M25处理的肥料偏生产力提升效果优于东北黑土区，与产量分析的原因一致，即该产区对适宜有机肥投入的响应优于东北黑土区。

2.4.2 有机肥替代化肥对玉米氮肥农学利用率的影响

不同处理玉米的AEN如图9所示，M25处理下东北黑土区的AEN显著高于其他处理，较M0、M50、M75和M100处理分别提高了15.28%、51.97%、110.47%和218.29%。土默川平原M25处理的AEN高于M0、M50、M75和M100处理。可见，在等量氮肥施入的情况下，AEN随有机肥替代比例升高而降低。

3 讨论

收起

3.1 有机肥替代化肥适宜比例的影响因素

大量研究^[13-15]表明，有机肥部分替代化肥可协同土壤质量与生态功能的改善、保障农产品安全与品质、减缓气候变化以及促进农业可持续发展；而替代比例是充分发挥有机肥作用的基础和保障，适宜的替代比例受作物类型、土壤条件和管理措施等多重因素影响，需综合考虑。合理的替代比例在一定程度上可以提高作物叶片的光合速率，为干物质积累提供保障^[16]，进而可显著提高作物的产量^[17]。研究^[18-20]表明，玉米的有机肥替代比例17.00%~37.50%可在保障玉米产量的同时，改善土壤理化性质；小麦的有机肥替代比例为17.26%~30.00%^[21-23]，水稻的有机肥替代比例为16.60%~35.30%^[24-26]，可见不同作物与不同区域有机肥替代比例差异较大。本研究中，东北黑土区有机肥替代的效果不明显，虽然M25处理在数值上优于M0处理，但是差异未达显著水平，因此该地区M25处理在产量和养分吸收利用方面并没有优势，研究团队同期测定了土壤有机质和土壤容重的数据，发现M25处理在土壤理化性质方面具有一定的优势，因此在化肥减施和黑土地保护等国家战略背景下，该产区建议实施有机肥替代25%的化肥。土默川平原有机肥替代的效果较为明显，M25处理可显著提高玉米的养分吸收量和干物质累积量，进而提高产量及肥料利用效率，可作为该产区有机肥替代的推荐处理。

3.2 适宜有机肥替代化肥比例增产增效分析

适宜的有机肥替代化肥比例对玉米干物质积累量和产量形成至关重要^[27-29]。研究^[30]发现，有机肥替代化肥能够有效提高化肥的利用效率，使作物更易于吸收与利用，提高肥效的持久性。有机肥替代能够在作物营养生长与生殖生长阶段对其干物质积累进行合理调控，满足作物不同生长阶段的养分需求，优化生长发育过程，最终实现产量提升。研究^[31]发现，有机肥替代30%化肥的处理通过提高净光合速率和叶面积指数改善了玉米冠层的光合生产能力，提高了玉米干物质积累量。研究^[32]表明，有机肥与化肥配施后可以活化土壤中被固定的养分、改善土壤环境，提高作物对养分的吸收，进而提升养分有效性；并且有机肥替代化肥改善了土壤养分的供应，使土壤养分能够平稳释放，促进了作物养分吸收，从而提高肥料利用率。本研究中，土默川平原M25处理在各生育时期均可促进玉米各器官的生长，但随着有机肥替代比例的升高其促进作用有下降趋势，这是由于适量有机肥替代化肥促进了玉米养分吸收，提高了干物质积累量，但过高的替代比例使养分主要以有机形式供给植物，一方面其有效性降低，另一方面与玉米的需求不匹配，进而导致养分供应不足，影响玉米生长，出现缺肥症状，最终减产，这与前人^[33]的研究结果相似。此外，M25处理满足了玉米的主要养分需求和关键生育期的养分吸收，同时兼有改善土壤理化性质的作用，为玉米生长创造了良好的环境，进而促进产量提高。再者，M25处理下玉米植株各器官中的氮、磷和钾养分吸收量也显著高于其他处理，与前人^[34]研究结果相似，这是因为有机肥与无机肥配施较好地协调了作物生长前期和后期对养分的需求，显著提高了植株总养分吸收量，增加了作物对养分的利用率，减少了养分的损失；但随着替代比例增加，有机肥养分释放速率变慢，导致养分总体供应不足，进而出现养分吸收量降低的情况。M25处理的PFP显著高于其他处理，这是由于适量有机肥替代化肥可促进玉米对养分的吸收，提高了养分吸收量，进而提升了养分利用效率，最终实现肥料利用效率的提升。因此，土默川平原有机肥替代25%化肥可保障玉米高产稳产，实现增产和肥料利用率的协同提升。

3.3 土壤肥力对玉米有机肥替代比例的影响

土壤基础地力水平直接影响有机肥替代化肥的适宜比例与效果，是决定替代可行性的重要基础条件，肥沃的土壤能更好地协调水、肥、气和热等条件，增强对养分的保蓄与释放能力，使自身养分储备充足；而贫瘠的土壤可能因承载力不足，限制土壤养分的有效供给。如前文所述，玉米有机肥替代的比例差异较大，这可能是原因之一。姚敏娜^[35]在我国北方农牧交错带地区研究发现，有机肥替代20%可显著提高玉米产量、品质及土壤有效养分；刘秉鑫等^[36]在甘肃定西研究表明，37.5%有机肥替代可提高旱作玉米灌浆期的叶面积指数和光合关键酶活性，保证稳产且提升氮肥利用效率；费聪^[37]研究了有机肥替代对晋西南旱区玉米的影响表明，有机肥替代30%化学氮肥不仅可以改善土壤的贮水能力，还可通过提高根系生长和生理活性促进水肥吸收利用，提高籽粒产量和品质；谢军^[38]在石灰性、中性和酸性紫色土上的研究表明，有机肥替代50%的化肥使玉米籽粒增产2.2%~51.1%，AEN增加3.4%~76.6%。可见同一作物由于土壤基础地力的差异及不同的管理措施，其替代比例差异较大。

本研究中，有机肥替代比例同样因土壤肥力的差异而表现出不同，东北黑土区基础地力较高，而土默川平原基础地力相对较低，2个产区对有机肥的承载能力不同，因此表现出不一样的替代效果。另外，东北黑土区由于土壤较肥沃，化肥推荐用量相对较低（180 kg N/hm²、90 kg P₂O₅/hm²、90 kg K₂O/hm²），M25处理下有机肥实际替代了45.00 kg氮肥、22.00 kg磷肥和23.70 kg钾肥；而土默川平原土壤较贫瘠，化肥推荐用量相对较高（225 kg N/hm²、120 kg P₂O₅/hm²、90 kg K₂O/hm²），M25处理下实际替代了56.25 kg氮肥、11.25 kg磷肥以及26.41 kg钾肥，土默川平原有机肥的绝对用量高于东北黑土区，这可能也是2个产区对有机肥响应程度不一致的原因。再者，土默川平原M25较M0处理玉米产量增加了12.48%，较M100处理增加了36.84%；而东北黑土区M25与M0处理产量无显著差异，较M100处理增加了25.28%，可能是东北黑土区土壤有机质含量高，土壤缓冲性较强，对外界有机物料投入的响应相对较低，因此增产效果弱于土默川平原。一般认为基础地力较低的土壤对有机质的容纳和需求更高，需要较高的替代比例来快速培肥地力^[39]，本研究结果与其相似。相反，对于本身较高肥力的黑土，研究^[40]表明也需要较高的替代比例，其目的并不是快速改良土壤，而是为了维持和提升土壤质量。本研究从玉米产量及养分吸收利用效率确立了替代比例，发现肥沃的土壤（东北黑土区）有机肥替代的效果不明显，贫瘠的土壤（土默川平原）适宜的有机肥替代可实现玉米产量与肥料利用效率的协同提升。未来将结合土壤理化性状指标，以进一步明确产区适宜的有机肥替代比例。

本研究在土壤特征和气候条件完全不同的2个玉米主产区开展的有机肥替代化肥研究，其目的是明确有机肥替代在不同产区的效果及差异，为后续该技术的推广应用提供理论依据和技术支撑。相关文献^[41-45]也基本佐证了结论的可靠性。在后续研究中，已继续开展为期3年的连续试验，将对其长期效应进行验证。

4 结论

收起

土默川平原有机肥替代25%化肥处理能够显著提高玉米产量及各器官干物质积累量；并促进玉米对氮、磷和钾养分的吸收，提高肥料利用效率，是产区玉米种植适宜的有机肥替代化肥比例，可实现玉米产量和肥料利用率的协同提升。东北黑土区有机肥替代25%化肥处理与纯化肥相比，对玉米产量、干物质累积量及养分吸收利用效率的影响较小，但综合考虑其可能改善土壤理化性质，因此该产区同样推荐有机肥替代25%的化肥。有机肥替代效果在土默川平原表现更优。

基金

收起

呼和浩特市科技计划项目(2022-农-重-2-4)
内蒙古自治区科技计划(2022YFDZ0076)
国家重点研发计划子课题(2022YFD1500904-4)
国家重点研发计划子课题(2022YFD1500901-03)

参考文献

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文献

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2026年第42卷第2期

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doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2026.02.012

接收时间：2025-11-26
首发时间：2026-04-30
出版时间：2026-04-15

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收稿日期：2025-11-26
修回日期：2026-01-05

基金

呼和浩特市科技计划项目(2022-农-重-2-4)

内蒙古自治区科技计划(2022YFDZ0076)

国家重点研发计划子课题(2022YFD1500904-4)

国家重点研发计划子课题(2022YFD1500901-03)

作者信息

¹内蒙古农业大学资源与环境学院， 010018，内蒙古呼和浩特

²内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室， 010018，内蒙古呼和浩特

³农业生态安全与绿色发展自治区高等学校重点实验室， 010018，内蒙古呼和浩特

⁴兴安盟农牧科学研究所， 137400，内蒙古乌兰浩特

⁵呼和浩特市农牧技术推广中心， 010018，内蒙古呼和浩特

通讯作者:

陈杨，研究方向为作物养分管理与土壤培肥，E-mail：chenyy80@126.com

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

试验地点 Location	处理 Treatment	有机肥 Organic fertilizer (kg/hm²)	化肥用量Fertilizer application (kg/hm²)	替代比例Substitution ratio (%)
土默川平原 Tumochuan Plain	CK	0.00	0.00	120.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M0	0.00	225.00	120.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M25	2446.00	168.75	108.75	63.59	25.00	9.00	26.00
M50	4891.00	112.50	97.50	37.17	50.00	19.00	53.00
M75	7337.00	56.25	86.25	10.76	75.00	28.00	79.00
M100	9783.00	0.00	75.00	0.00	100.00	37.00	100.00
东北黑土区 Black soil region of Northeast China	CK	0.00	0.00	90.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M0	0.00	180.00	90.00	90.00	0.00	0.00	0.00
M25	2250.00	135.00	68.00	66.30	25.00	25.00	26.00
M50	4500.00	90.00	44.60	42.30	50.00	50.00	53.00
M75	6750.00	45.00	21.80	18.50	75.00	75.00	80.00
M100	9000.00	0.00	0.00	0.00	100.00	100.00	100.00

试验地点
Location

处理
Treatment

有机肥
Organic fertilizer (kg/hm²)

化肥用量Fertilizer application (kg/hm²)

替代比例Substitution ratio (%)

P₂O₅

K₂O

P₂O₅

K₂O

土默川平原
Tumochuan Plain

0.00

120.00

90.00

0.00

225.00

120.00

90.00

0.00

M25

2446.00

168.75

108.75

63.59

25.00

9.00

26.00

M50

4891.00

112.50

97.50

37.17

50.00

19.00

53.00

M75

7337.00

56.25

86.25

10.76

75.00

28.00

79.00

M100

9783.00

0.00

75.00

0.00

100.00

37.00

100.00

东北黑土区
Black soil region
of Northeast China

0.00

90.00

0.00

180.00

90.00

0.00

M25

2250.00

135.00

68.00

66.30

25.00

26.00

M50

4500.00

90.00

44.60

42.30

50.00

53.00

M75

6750.00

45.00

21.80

18.50

75.00

80.00

M100

9000.00

0.00

100.00

处理Treatment	PFP_N	PFP_P	PFP_K
CK	－	59.75±3.16e	59.75±3.16d
M0	40.87±1.52ab	81.75±3.04ab	81.75±3.04ab
M25	42.00±1.84a	84.95±3.71a	85.58±3.74a
M50	37.14±2.25b	77.06±4.66bc	77.06±4.66bc
M75	34.31±1.89bc	72.47±3.98cd	72.48±3.98c
M100	31.77±1.39c	67.64±2.96d	64.45±2.82d

处理Treatment

PFP_N

PFP_P

PFP_K

－

59.75±3.16e

59.75±3.16d

40.87±1.52ab

81.75±3.04ab

M25

42.00±1.84a

84.95±3.71a

85.58±3.74a

M50

37.14±2.25b

77.06±4.66bc

M75

34.31±1.89bc

72.47±3.98cd

72.48±3.98c

M100

31.77±1.39c

67.64±2.96d

64.45±2.82d

处理Treatment	PFP_N	PFP_P	PFP_K
CK	－	62.70±3.62d	83.60±4.83d
M0	44.49±3.76b	83.42±7.05b	111.23±9.40b
M25	50.03±2.65a	93.81±4.98a	125.07±6.64a
M50	40.79±2.05bc	76.49±3.85bc	101.98±5.13bc
M75	39.25±3.28bc	73.60±6.14c	98.13±8.19c
M100	36.57±1.52c	68.57±2.85cd	91.43±3.80cd

处理Treatment

PFP_N

PFP_P

PFP_K

－

62.70±3.62d

83.60±4.83d

44.49±3.76b

83.42±7.05b

111.23±9.40b

M25

50.03±2.65a

93.81±4.98a

125.07±6.64a

M50

40.79±2.05bc

76.49±3.85bc

101.98±5.13bc

M75

39.25±3.28bc

73.60±6.14c

98.13±8.19c

M100

36.57±1.52c

68.57±2.85cd

91.43±3.80cd