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有机无机肥配施对我国主要粮食作物产量和氮肥利用效率的影响

花匠小妙招
2024-09-19 05:38

粮食安全问题一直是我国乃至全球面临的重大问题。在过去的几十年间，我国的农业生产取得了举世瞩目的成就，总产的提高得益于粮食单产的增加而非种植面积的扩大，即用占世界7%的耕地面积养活了占世界22%的人口[1-3]。我国小麦、玉米、水稻单产分别从1961年的559、1185和2079 kg/hm2增加到2017年的5481、6110和6909 kg/hm2[4]。与此同时，我国化肥消费量不断增加，尤其是氮肥消费量在急剧上升[2-3, 5-7]，1961—2017年，我国的氮肥消费量增加了28倍 (由1961年的880 t增加到2017年的24581 t)[8]。氮肥的大量施用在提高粮食产量的同时，导致了土壤酸化、生物多样性的降低、水体富营养化等一系列的土壤及生态环境问题[9-10]。因此，探索一种更为综合的农业发展模式和养分管理措施来满足我国的粮食需求，并减缓农业生产带来的资源、环境压力，是实现我国农业“绿色”发展的重要途径[2, 11-12]。

农业有机物料的循环利用在我国已经有悠久的历史，并成为维持土壤肥力、节约化肥用量推广使用的养分资源管理策略[13-15]，尤其是当前秸秆还田技术的创新发展，促使我国土壤有机碳水平提升，对于提高土壤的生产力水平具有重要意义[16]。然而，有研究表明有机物料单独施用可能会导致作物产量的显著降低，如在撒哈拉沙漠以南的非洲雨养农业，在低投入条件下单施有机物料较单施化肥和有机无机肥配施处理分别减产24%和54%[17]。在瑞典6年的田间试验结果表明，单施粪肥导致大麦和马铃薯分别减产47%和82%[18]。大量的研究发现，有机物料与化肥配施可实现作物产量提高 (短期)，以及土壤质量改善 (长期)[19-25]，是实现我国农业增产、增效、节肥的具有潜力的重要施肥模式。同时，我国有机物料的养分总量巨大[26-27]，种类也在不断丰富[14-15]，而农田循环利用率持续下降[28]，对有机物料农田利用及其化肥替代潜力的研究有待进一步深入。

对全国32个长期定位试验数据的分析结果表明，与对照处理相比，有机肥、化肥以及有机无机肥配施处理均能显著提高三大粮食作物 (小麦、玉米、水稻) 的产量，不同施肥处理提高三大粮食作物产量的效果依次为有机无机肥配施 > 单施化肥 > 单施有机肥 > 对照；同时，有机肥、有机无机肥配施处理 (尤其是配施处理) 均显著提高了土壤有机质含量，并受到土壤利用类型 (水田、旱地、水旱轮作) 的影响[24]。但是，该研究中的数据统计分析没有区分不同质量的有机物料，而不同有机物料农田施用对作物产量的影响存在较大差异[29-37]。有研究发现，施用沼渣或堆肥均能显著增加水稻、小麦和玉米的产量，并减少化学氮肥的施用量[29-32]。然而也有研究表明，施用一定量的堆肥对作物无明显的增产效果，如在德国棕壤上的试验表明，施用生物垃圾堆肥对小麦没有明显的增产作用[33]。秸秆还田有利于作物增产与土壤质量的改善[34-36]，但也有部分减产的报道[37]。同时，全国32个长期定位试验研究中的数据统计分析缺少有机物料投入对氮肥利用效率及化肥替代潜力的分析[24]。因此，为探究不同有机物料农田利用及其与化肥配施对我国三大粮食作物产量提高的短期效应，以及不同试验设计 (等氮量与非等氮量) 条件下的氮肥利用效率 (氮肥偏生产力)，本研究在长期定位试验研究结果的基础上，采用文献数据收集的方法开展研究，明确不同施肥处理对我国三大粮食作物产量的影响，并揭示不同类型有机物料施用造成的作物产量的差异；明确化肥与有机无机肥配施处理的氮肥消费量与氮肥偏生产力，为我国农业的可持续发展提供理论支撑。

1. 材料与方法

1.1 数据来源

通过中国知网 (http://www.cnki.net/) 及万方数据库 (http://g.wanfangdata.com.cn/) 搜索并筛选相关中文文献。文献筛选要求：1) 试验类型为大田试验；2) 供试作物为小麦、玉米或水稻；3) 试验处理包含不施肥对照 (CK)、化肥 (F)、有机肥 (ORs) 以及有机无机肥配施 (F + ORs) 4个处理中的至少2个处理，并包含作物产量和氮肥用量的数据，文章发表年份为1990—2012年。通过文献筛选，本研究共获得文献数为：小麦相关文献73篇，玉米相关文献67篇，水稻相关文献84篇。其中，同时包含4个处理的文献按作物种类划分，包括小麦10篇、玉米7篇、水稻12篇；按有机物料种类划分，包括秸秆的12篇、农家肥 (本研究中指畜禽粪便) 的7篇、堆肥 (本研究中指污泥堆肥)的 4篇、沼渣的3篇，筛选获得的文献均为1～5年的短期试验研究。利用获得的文献建立数据库，进行数据统计分析。

1.2 数据处理与计算方法

由于各试验中包含的处理数不同，为了增加统计分析结果的可比性，将获得的产量数据根据不同的处理两两配对比较，即化肥对比(vs.)对照、有机肥vs.对照、有机无机肥配施vs.对照、化肥vs.有机、化肥vs.有机无机肥配施处理以及有机肥处理 vs.有机无机肥配施处理。同时，将包含4个处理试验的作物产量进行统计分析。对于化肥处理和有机无机肥配施处理，统计其施氮量，进一步分为等氮量投入 (有机物料带入的氮按照不同比例替代化学氮肥)和非等氮量投入 (化学氮肥施用量相同，额外添加有机物料)，并计算氮肥偏生产力，它是反映土壤基础养分水平和化肥施用量综合效应的重要指标[38]，本研究以氮肥偏生产力来表征氮肥利用效率。氮肥偏生产力 (PFPN，kg/kg) = 作物籽粒产量 (kg/hm2) /施氮量 (N，kg/hm2)。

试验数据表达为平均值 ± 标准误，采用Microsoft Excel 2013、Sigmaplot 12.0和SAS 8.0统计软件进行分析、作图。

2. 结果与分析

2.1 不同施肥处理两两比较下的作物产量

不同施肥处理对三大粮食作物产量的影响不同。尽管不同施肥处理间的样本量存在较大差异 (n = 85～568)，但整体表现为有机无机肥配施 > 化肥、有机肥 > 对照。与对照相比，化肥、有机肥以及有机无机肥配施处理均显著提高了作物产量，分别提高了2463、1463和2729 kg/hm2，增幅分别为58.7%、32.1%和61.8%；有机肥与化肥处理的作物产量无显著差异；而有机无机肥配施的作物产量显著高于化肥和有机肥处理，增幅分别为7.4%和18.2% (图1)。

图 1 不同施肥处理两两比较下的作物产量

[注（Note）：CK—对照Control；F—化肥Chemical fertilizer；ORs—有机资源Organic resources；F + ORs—有机无机肥配施Chemical fertilizer + organic resources；实线和虚线分别表示中位数和平均值Solid and dashed lines indicate medians and means，respectively；箱边界表示上四分位数与下四分位数Box boundaries indicate upper and lower quartiles；线边界表示90和10百分位数Whisker caps indicate 90th and 10th percentiles；同组中不同字母表示处理间差异达5%显著水平Different letters in a group are significantly different between treatments at the 5% level.]

Figure 1. Crop yield compared in pairs with different fertilization treatments

不同施肥处理对不同作物产量的影响也存在差异 (图2)。与对照处理相比，化肥及有机无机肥配施处理的小麦、玉米、水稻产量均显著提高，化肥处理分别增产75.0%、58.1%和53.0%，有机无机肥配施处理分别增产69.7%、64.4%和57.1%；有机肥处理下小麦和玉米产量分别显著增加41.0%和47.0%，而水稻产量无显著提高。与化肥处理比较，有机肥处理并未降低小麦、玉米和水稻产量，而有机无机肥配施处理分别提高了小麦、玉米和水稻产量6.7%、8.4%和6.8%，这可能是由于当前试验研究中大多为化肥处理与有机无机肥配施处理化学氮肥投入量相等，额外添加有机物料增加了养分投入量，引起产量增加。有机无机肥配施较有机肥处理，小麦、水稻产量表现出显著增加，但对玉米产量无显著影响。

图 2 施肥处理两两比较下的小麦、玉米和水稻产量

Figure 2. Wheat, maize and rice yield compared in pairs with differen fertilization treatments

2.2 不同施肥处理下的作物产量

对同时包含对照、化肥、有机肥以及有机无机肥配施4个处理的73组试验数据进行统计分析，结果表明，不同施肥处理的作物产量以及同一施肥处理不同试验点间均存在较大的变异。整体而言，对照、化肥、有机肥、有机无机肥配施4个处理下的作物平均产量分别为4778、7000、6009和7422 kg/hm2。显著性分析结果表明，化肥、有机肥及有机无机肥配施处理作物产量均显著高于对照，有机无机肥配施和化肥处理间产量差异未达到显著水平，但均显著高于有机肥处理，不同施肥处理的作物产量表现为有机无机肥配施、化肥 > 有机 > 对照处理 (图3)。

图 3 不同施肥处理下的作物产量

[注（Note）：n = 73. CK—对照Control；F—化肥Chemical fertilizer；ORs—有机资源Organic resources；F + ORs—有机无机肥配施Chemical fertilizer + organic resources；实线和虚线分别表示中位数和平均值Solid and dashed lines indicate medians and means，respectively；箱边界表示上四分位数与下四分位数Box boundaries indicate upper and lower quartiles；线边界表示90和10百分位数Whisker caps indicate 90th and 10th percentiles；不同字母表示处理间差异达5%显著水平Different letters are significantly different among treatments at the 5% level.]

Figure 3. Crop yield of different fertilization treatments

就不同作物类型而言，对照、化肥、有机肥以及有机无机肥配施4个处理对小麦、玉米、水稻产量的影响不同。整体而言，对照的小麦、玉米、水稻产量均最低，且显著低于其它处理。对照、化肥、有机肥、有机无机肥配施4个处理下的小麦产量分别为3378、5183、4478和5502 kg/hm2，有机无机肥配施显著高于有机肥处理，而与化肥处理相比无显著差异；且有机肥与化肥处理无显著差异。玉米产量分别为5613、8869、7381和9272 kg/hm2，水稻产量分别为5515、7469、6531和7993 kg/hm2，均与小麦产量的变化规律类似 (图4)。

图 4 不同施肥处理下小麦、玉米和水稻的产量

[注（Note）：CK—对照Control；F—化肥Chemical fertilizer；ORs—有机资源Organic resources；F + ORs—有机无机肥配施Chemical fertilizer + organic resources；实线和虚线分别表示中位数和平均值Solid and dashed lines indicate medians and means，respectively；箱边界表示上四分位数与下四分位数Box boundaries indicate upper and lower quartiles；线边界表示90和10百分位数Whisker caps indicate 90th and 10th percentiles；同组中不同字母表示同一作物不同处理间差异达5%显著水平Different letters in a group are significantly different among treatments at the 5% level for the same crop.]

Figure 4. Wheat, maize and rice yield of different fertilization treatments

2.3 施用不同有机物料有机肥的作物产量

不同有机物料 (秸秆、农家肥、堆肥、沼渣) 对作物产量的影响也存在差异，但在不同的试验中同一有机物料施用对产量的影响也存在较大变异 (图5)。单独施用秸秆、农家肥、堆肥、沼渣条件下的作物产量分别为5569、5111、7840、6259 kg/hm2。与对照相比，秸秆还田（增产9.1%）及施用农家肥（增产23.2%）增产不显著，而施用堆肥和沼渣分别增产53.0%和46.7%，表明不同有机物料提高作物产量的能力不同。与化肥处理相比，施用秸秆处理的作物产量显著下降 (23.8%)，而施用农家肥、堆肥和沼渣处理的作物产量未表现出显著降低；不同有机物料与化肥配施后的作物产量与化肥处理均无显著差异，但表现出一定的增产趋势 (图5)，这可能与有机物料自身的性质 (碳氮比、养分含量、中微量元素含量、养分释放速率等) 有关。

图 5 不同有机物料与化肥配施处理下的作物产量

[注（Note）：CK—对照Control；F—化肥Chemical fertilizer；S—秸秆 Straw；M—农家肥 Manure；C—堆肥Compost；BgR—沼渣 Biogas residue. 实线和虚线分别表示中位数和平均值Solid and dashed lines indicate medians and means，respectively；箱边界表示上四分位数与下四分位数Box boundaries indicate upper and lower quartiles；线边界表示90和10百分位数Whisker caps indicate 90th and 10th percentiles；同组中不同字母表示同一有机物料下不同处理间差异达5%显著水平Different letters in a group are significantly different among treatments at the 5% level for the same organic resource.]

Figure 5. Crop yield under different organic resources in combination with chemical fertilizer

2.4 不同施肥处理下的氮肥偏生产力

进一步对化肥及有机无机肥配施处理下的施氮量进行统计分析发现，总体而言，在小麦、玉米上，有机无机肥配施处理与化肥处理的施氮量无显著降低，而在水稻上达到显著水平，减幅为8.8%。有机无机肥配施处理在小麦、玉米、水稻的氮肥偏生产力均显著高于化肥，分别从化肥处理下的35.0、45.2、42.8 kg/kg增加到有机无机肥配施处理下的45.2、60.6、56.4 kg/kg ，有机无机肥配施时氮肥偏生产力较化肥处理平均显著提高了32.5% (表1)。

表 1 不同施肥处理下作物的产量、施氮量及氮肥偏生产力

Table 1. Yield, nitrogen application rate and nitrogen partial factor productivity (PFPN) of different crops under different fertilization treatments

处理
Treatment小麦Wheat玉米Maize水稻Rice产量
Yield
(t/hm2)化肥氮量
Chemical N rate (kg/hm2)
氮肥偏生产力 PFPN
(kg/kg)产量
Yield
(t/hm2)
化肥氮量
Chemical N rate (kg/hm2)
氮肥偏生产力 PFPN
(kg/kg)产量
Yield
(t/hm2)化肥氮量
Chemical N rate (kg/hm2)
氮肥偏生产力 PFPN
(kg/kg) F5.49 ± 1.42 b201.5 ± 121.035.0 ± 23.0 b7.62 ± 2.07 b215.5 ± 124.545.2 ± 30.2 b6.94 ± 1.50 b176.9 ± 59.642.8 ± 15.9 bF + ORs5.85 ± 1.52 a188.3 ± 113.245.2 ± 30.2 a8.26 ± 2.21 a206.1 ± 121.560.6 ± 70.3 a7.41 ± 1.49 a161.3 ± 63.356.4 ± 40.6 aF15.44 ± 1.48 b199.1 ± 93.1 33.0 ± 16.8 a7.44 ± 2.11 b208.8 ± 103.045.2 ± 31.1 a6.85 ± 1.42 b174.9 ± 55.341.8 ± 13.1 aF1 + ORs5.90 ± 1.59 a199.1 ± 93.1 35.2 ± 17.2 a8.21 ± 2.19 a208.8 ± 103.051.3 ± 53.4 a7.40 ± 1.39 a174.9 ± 55.345.3 ± 15.0 aF25.64 ± 1.13 a208.6 ± 181.541.1 ± 35.2 b8.16 ± 1.87 a237.9 ± 166.044.9 ± 27.8 b7.13 ± 1.64 a180.1 ± 66.144.4 ± 19.7 bF2 + ORs5.68 ± 1.23 a155.7 ± 155.679.0 ± 96.9 a8.39 ± 2.30 a203.0 ± 159.785.5 ± 99.1 a7.43 ± 1.70 a138.9 ± 69.074.7 ± 58.9 a 注（Note）：F1、F1 + ORs 分别表示非等氮量 (化肥氮投入量相同，F1 + ORs 处理额外加入有机物料氮) 投入条件下的化肥及有机无机肥配施处理；F2、F2 + ORs 分别表示等氮量 (氮投入总量相同，F2 + ORs 处理化肥氮配施部分有机物料氮) 投入条件下的化肥及有机无机肥配施处理；F、F + ORs 分别表示施用化肥处理及有机无机肥配施处理 F1 and F1 + ORs indicate the chemical nitrogen and organic resources plus chemical nitrogen treatment with different nitrogen input, respectively (the same fertilizer nitrogen input，F1 + ORs with additional organic nitrogen resource); F2 and F2 + ORs indicate the chemical nitrogen and organic resources plus chemical nitrogen treatment with same nitrogen input, respectively (the same total nitrogen input, ORs partly replaces fertilizer nitrogen); F and F + ORs indicate all of the chemical nitrogen and organic resources + chemical nitrogen treatment, respectively. 同列数据后不同小写字母表示两个处理间差并显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in the same column indicate significant difference between two treatments (P < 0.05).

在化学肥料氮投入量相同时，配施有机肥额外增加氮投入的条件下，有机无机肥配施较化肥处理显著提高了小麦、玉米、水稻的产量，氮肥偏生产力均无显著性变化。而在氮投入总量相同，有机物料带入的氮部分替代化学氮肥条件下，有机无机配施的增产效果减小，差异不显著（P > 0.05)，在化学氮肥施用量减少20.4%时，氮肥偏生产力显著提高 (80.6%)。已有试验小麦、玉米、水稻有机无机肥配施处理中的化肥氮量减少程度不同，水稻上一般化肥氮素降幅为22.9%，降幅高于小麦、玉米。因此，三大作物的氮肥偏生产力分别显著提高了92.2% (小麦)、90.4% (玉米)、68.2% (水稻) (表1) 。

不同有机物料与化肥配施中，其替代化肥的比例、作物增产效应以及提高氮肥偏生产力的潜力均不同 (表2)。与化肥处理相比，秸秆、农家肥、堆肥与化肥配施条件下的氮肥施用量均未发生显著变化，秸秆、农家肥与化肥配施的氮肥偏生产力较化肥处理显著提高，增幅分别为9.4%、71.7%，而堆肥与化肥配施无显著差异；沼渣与化肥配施较化肥处理的氮肥施用量显著降低 (34.7%)，氮肥偏生产力显著提高 (90.3%)。

表 2 化肥与不同有机物料配施下的施氮量和氮肥偏生产力

Table 2. Nitrogen application rate and nitrogen partial factor productivity (PFPN) caused by combination of chemical fertilizer with different organic resources

处理Treatment秸秆Straw农家肥Manure堆肥Compost沼渣Biogas residue产量
Yield
(t/hm2)化肥氮量
Chemical N rate (kg/hm2)
氮肥偏生产力PFPN
(kg/kg)产量
Yield
(t/hm2)化肥氮量
Chemical N rate (kg/hm2)
氮肥偏生产力PFPN
(kg/kg)产量
Yield
(t/hm2)化肥氮量
Chemical N rate (kg/hm2)
氮肥偏生产力PFPN
(kg/kg)产量
Yield
(t/hm2)施氮量
Chemical N rate (kg/hm2)
氮肥偏生产力PFPN
(kg/kg) F6.60 ± 1.75 b197.0 ± 77.9 a 38.1 ± 15.67.21 ± 2.22 b207.8 ± 112.944.9 ± 25.9 b6.56 ± 1.80 a231.0 ± 227.342.5 ± 23.5 a7.38 ± 2.16 a150.2 ± 40.058.9 ± 51.3 bF + ORs7.07 ± 1.82 a197.8 ± 84.1 a 41.7 ± 20.67.89 ± 2.22 a181.1 ± 118.477.1 ± 90.3 a6.75 ± 2.00 a184.4 ± 172.652.7 ± 26.0 a8.14 ± 2.57 a98.1 ± 44.6112.1 ± 104.2 aF16.65 ± 1.82 b197.3 ± 77.6 a 38.1 ± 15.16.64 ± 2.22 b218.3 ± 120.738.2 ± 17.3 a6.06 ± 1.73 a101.7 ± 49.7 63.2 ± 19.2 a7.96 ± 2.16 a109.4 ± 54.2115.9 ± 120.5 aF1 + ORs7.17 ± 1.87 a197.3 ± 77.6 a 41.0 ± 16.27.48 ± 2.26 a218.3 ± 120.742.6 ± 18.2 a6.54 ± 2.01 a101.7 ± 49.7 66.6 ± 18.3 a10.54 ± 2.90 a109.4 ± 54.2184.4 ± 238.8 aF26.32 ± 1.18 a195.3 ± 80.0 a 38.0 ± 18.68.22 ± 1.84 a191.5 ± 99.3 55.2 ± 32.9 b6.94 ± 1.79 a310.5 ± 256.829.8 ± 15.5 b7.28 ± 2.18 a155.8 ± 34.951.0 ± 28.6 bF2 + ORs6.39 ± 1.35 a200.5 ± 112.8 a45.6 ± 35.68.61 ± 1.99 a123.5 ± 89.3130.4 ± 125.6 a6.91 ± 2.02 a235.3 ± 200.744.2 ± 26.7 a7.74 ± 2.32 a96.5 ± 43.8102.1 ± 70.9 a 注（Note）：F1、F1 + ORs 分别表示非等氮量 (化肥氮投入量相同，F1 + ORs 处理额外加入有机物料氮) 投入条件下的化肥及有机无机肥配施处理；F2、F2 + ORs 分别表示等氮量 (氮投入总量相同，F2 + ORs 处理化肥氮配施部分有机物料氮) 投入条件下的化肥及有机无机肥配施处理；F、F + ORs 分别表示施用化肥处理及有机无机肥配施处理 F1 and F1 + ORs indicate the chemical nitrogen and organic resources plus chemical nitrogen treatment with different nitrogen input, respectively (the same fertilizer nitrogen input，F1 + ORs with additional organic nitrogen resource); F2 and F2 + ORs indicate the chemical nitrogen and organic resources plus chemical nitrogen treatment with same nitrogen input, respectively (the same total nitrogen input, ORs partly replaces fertilizer nitrogen); F and F + ORs indicate all of the chemical nitrogen and organic resources + chemical nitrogen treatment, respectively. 同列数据后不同小写字母表示两个处理间差并显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in the same column indicate significant difference between two treatments (P < 0.05).

同样地，对有机无机肥配施下的不同氮投入量进行分析，结果表明，与化肥处理相比，非等氮量投入条件下，除秸秆还田与化肥配施处理的氮肥偏生产力显著提高 (7.6%) 外，农家肥、堆肥、沼渣与化肥配施的氮肥偏生产力均无显著变化。而等氮量投入条件下，秸秆与化肥配施较化肥处理的化学氮肥施用量、氮肥偏生产力均无显著性变化；农家肥、沼渣与化肥配施较化肥处理显著降低了化学氮肥施用量，并提高了氮肥偏生产力；堆肥与化肥配施较化肥处理的氮肥施用量无显著性变化，而氮肥偏生产力显著提高 (表2)。

3. 讨论

不同施肥处理对作物产量的影响程度存在差异，同时还会受到作物类型、有机物料种类等因素的影响。研究表明，同时包含4个施肥处理的73个试验结果中 (等氮量投入n = 30)，作物产量整体表现为有机无机肥配施、化肥 > 有机肥> 对照处理 (图3)，而对所有568个文献数据的统计结果 (等氮量投入n = 148) 作物产量为有机无机肥配施 > 化肥、有机肥 > 对照处理 (图1)。与化肥处理相比，有机无机配施处理能够获得更高的作物产量，增幅为7.4% (图1)。很多研究也获得了类似的结论[17, 24]，对撒哈拉以南非洲地区试验数据的统计分析表明，有机无机肥配施较化肥处理的玉米产量平均增加17%[17]；对我国32个长期定位试验 (试验年限为13～31年) 的统计结果也表明，有机无机肥配施较化肥处理的3大粮食作物产量平均增加8%[24]。这可能是由于有机物料投入带来有机无机肥配施条件下的大量及中微量养分供应量的增加，进而促进作物增产，本研究等氮量投入与非等氮量投入条件下的施氮量和作物产量分析结果也证实了这一推论 (表1)。

有些研究表明，单施有机肥较单施化肥处理降低了作物产量[17-18, 24]，然而，本研究表明单施有机肥的作物产量与单施化肥 (等氮量下) 处理无显著差异 (图1)，而基于我国32个长期定位试验的研究结果表明，有机肥较化肥处理的3大粮食作物产量平均降低17%[24]，这是由于试验中有机肥处理的氮素投入量远低于化肥。有长期定位试验研究发现，在等氮量投入情况下，有机肥处理的作物产量随试验年限整体上呈逐年增加的趋势，并在一定时间后会达到或者超过化肥处理的产量[39]。有机肥与化肥处理的作物产量无显著性差异还可能与土壤有机碳 (SOC) 含量密切相关[24-25]，Li等[25]在东北平原的研究发现，当土壤有机碳(SOC)储量达到C 41.96 t/hm2时，等氮量的粪肥能够完全替代化肥来实现玉米稳产和SOC含量的提升。此外，不同有机物料提高作物产量的能力存在差异。与不施肥对照相比，秸秆还田、农家肥、堆肥、沼渣施用能够提高作物产量9.1%～53.0% (图5)，表明有机物料的增产效果与自身的碳氮比、养分含量、中微量元素含量、养分释放速率等性质有关[26, 40-41]。在本研究中还发现，有机物料的增产效果受到气候条件、土壤类型、种植制度和田间管理 (施肥、灌溉方式) 等因素的综合影响，同种有机物料在不同试验中的研究结果也存在较大变异 (图1～图5)。因此，加强特定条件 (作物种类、土壤类型、优化管理等) 下不同有机物料与化肥处理的对比研究对获得施用有机物料的效果的科学严谨性至关重要。

在以往全国32个长期定位试验的数据统计分析中，主要研究了不同施肥处理对作物产量和土壤有机质含量的影响，但是对氮肥利用效率的分析不够深入[24]。本研究通过对短期试验结果的统计分析发现，有机无机肥配施处理能够在实现作物增产的基础上，提高氮肥偏生产力。与化肥处理相比，有机无机肥配施处理的氮肥施用量无显著增加，而氮肥偏生产力提高32.5% (表1)，这与以往的大量试验结果类似[30, 42-43]。究其原因，当有机无机肥处理中化肥氮的投入与化肥处理无差异或显著降低 (等氮量投入条件下) 时，有机无机肥处理获得了更高的产量，而氮肥偏生产力的计算只考虑化肥氮素。此外，长期有机无机肥配施还可改善土壤物理、化学及生物学特性，进而提高了土壤氮素对作物产量的贡献率[11, 24-25, 44-46]，促进了产量的持续稳定提高，在不增加化肥氮素投入量的前提下，氮素的偏生产力也因作物产量的持续提高而增加。

纵观我国已有的有机无机肥配施试验 (短期和长期)，在大部分试验设计上往往是将有机物料作为补充物质施用而非替代化学肥料 (非等氮量投入)，并且通常仅考虑有机物料与化肥配合改善土壤有机碳和理化性状的作用，没有充分探究其大量补充多种养分的功能[47-48]，而将得到的结果归因于氮素的效果，这一结果可能夸大了其提高氮素偏生产力的作用。