华北平原和东北平原是世界三大黄金玉米带之一，也是我国重要的粮食产区。受气候条件以及土壤类型的影响，玉米产量和农田氮素淋溶差异显著。有机粪肥替代化肥是提升土壤肥力、提高作物产量、减少营养物通过淋溶等方式流失的有效途径。然而，在华北平原（潮土区）和东北平原（黑土区）有机替代对玉米产量和氮素淋溶影响的同期系统研究较少，难以给出可对比的研究结论。本研究基于华北潮土区（北京昌平）和东北黑土区（吉林公主岭）的春玉米长期定位监测试验探究了不同有机替代比例对玉米产量与农田氮素淋溶特征的影响。
研究结果表明，有机替代总体上可以提升华北潮土区玉米产量，但全量替代的产量在短期内有小幅下降。对于东北黑土区，全量有机替代减产明显，不具有可行性；而半量有机替代虽短期产量下降趋势明显，但在长时间尺度上，具有一定的稳产作用。可见，有机替代技术在华北潮土区能够发挥较大的增产作用，而在东北黑土区作用较弱，且有机替代比例不应超过50%。
图1 不同试验处理下玉米产量变化
本研究表明有机替代对农业生态系统影响需要考虑不同区域与土壤类型的差异。华北潮土区半量有机替代随在短期内对作物产量有一定的影响，但随着时间延长，作物产量显著增加，且能极大降低氮素淋溶风险，因此华北旱作农田可直接采用半量粪肥有机替代技术。东北黑土区由于本研究的有机替代比例下，会在短期显著降低作物产量并增加氮素淋溶，因此东北黑土区的有机替代比例，其对作物产量以及环境效益的影响需进一步深入研究。
研究成果以“Different behaviors in nitrogen leaching between soil types following the substitution of synthetic fertilizers by manure”为题发表在《Nutrient Cycling in Agroecosystems》，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所杜新忠研究员和中国科学院地理科学与资源研究所张亦涛博士为论文共同第一作者，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所王洪媛研究员为论文通讯作者。本研究得到了北京昌平土壤质量国家野外科学观测研究站长期定位试验的支持，且得到了国家重点研发计划项目（2021YFD1700900），国家自然科学基金（31972519 & 31701995）和泰山产业领军人才工程项目（LJNY202125）等项目资助。
【引文方式及原文链接】
Du, X., Zhang, Y., Li, J., Peng, C., Wang, H., Bashir, M.A., Wang, Z., Zhai, L., Di, H., Liu, H. Different behaviors in nitrogen leaching between soil types following the substitution of synthetic fertilizers by manure. Nutr Cycl Agroecosyst (2023).
https://link.springer.com/article/10.1007/s10705-023-10305-w
