有机肥等氮替代化肥对旱作区青贮玉米/饲用大豆间作系统饲草产量和水分利用效率的影响

doi:10.11686/cyxb2025131

草业学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (3): 83-95.DOI: 10.11686/cyxb2025131

有机肥等氮替代化肥对旱作区青贮玉米/饲用大豆间作系统饲草产量和水分利用效率的影响

臧家艺¹^,²^,³(), 徐明杰¹^,²^,³, 谢济骋¹^,²^,³, 沈禹颖¹^,²^,³, 来兴发¹^,²^,³()

^1.兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州 730020
^2.兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室，甘肃兰州 730020
^3.甘肃庆阳草地农业生态系统国家野外科学观测研究站，甘肃庆阳 745004

收稿日期:2025-04-17 修回日期:2025-06-11 出版日期:2026-03-20 发布日期:2026-01-19
通讯作者: 来兴发
作者简介:Corresponding author. E-mail： laixingfa@lzu.edu.cn
臧家艺（2000-），女，河北保定人，在读硕士。E-mail： zangjy2023@lzu.edu.cn
基金资助:
中央引导地方科技发展资金项目(24ZYQA049);国家重点研发计划(2022YFD1300803);环县科技重大项目计划(HX-STK-2024A-012);中央高校基本科研业务费(lzujbky-2023-50)

Effects of replacing chemical fertilizers with organic fertilizer at equivalent nitrogen levels on forage yield and water use efficiency in a silage maize/forage soybean intercropping system in dryland areas

Jia-yi ZANG¹^,²^,³(), Ming-jie XU¹^,²^,³, Ji-cheng XIE¹^,²^,³, Yu-ying SHEN¹^,²^,³, Xing-fa LAI¹^,²^,³()

^1.College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou 730020，China
^2.State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agro-ecosystems，Lanzhou University，Lanzhou 730020，China
^3.National Field Scientific Observation and Research Station of Grassland Agro-ecosystems in Gansu Qingyang，Qingyang 745004，China

Received:2025-04-17 Revised:2025-06-11 Online:2026-03-20 Published:2026-01-19
Contact: Xing-fa LAI

摘要/Abstract

摘要：

为探究有机肥等氮替代化肥和间作比例对黄土高原地区青贮玉米/饲用大豆间作系统饲草产量和水分利用效率的影响，于2024年在陇东黄土高原的台塬区西峰和丘陵沟壑区环县开展试验，设置100%无机氮肥模式下2行玉米/2行大豆间作（M2S2F）和4行玉米/2行大豆间作（M4S2F），有机肥等氮替代化肥模式下2行玉米/2行大豆间作（M2S2O）和4行玉米/2行大豆间作（M4S2O），青贮玉米单作（M）和饲用大豆单作（S），共6个处理，探究种植模式和有机肥等氮替代化肥对作物系统干物质产量、粗蛋白产量、土地当量比、种间竞争系数、水分利用效率及经济效益的影响。结果表明：有机肥等氮替代化肥在两地均表现出稳产效应，能有效减少化肥施用量。两地间作系统的干物质产量介于青贮玉米和饲用大豆单作之间，种植模式和有机肥等氮替代化肥对两地系统粗蛋白产量无显著影响。在西峰点，100%无机氮肥模式下的间作模式都具有间作优势且饲用大豆竞争力强于青贮玉米，各间作系统的水分利用效率都高于单作的加权平均值，其中M4S2F处理综合表现最优，其干物质产量、粗蛋白产量和干物质水分利用效率分别达到25.9 t·hm?2、2.86 t·hm?2和90.49 kg·hm?2·mm?1；干物质水分利用效率较单作提高了22.0%，净收入最高，为24690 CNY·hm^-2。在环县点，2行玉米/2行大豆间作模式具有土地利用优势，青贮玉米在各间作处理下均处于竞争优势。M2S2O模式综合表现最优，其干物质产量、粗蛋白产量和干物质水分利用效率分别达到17.2 t·hm?2、1.98 t·hm?2和57.63 kg·hm?2·mm?1；干物质水分利用效率较单作提高了8.5%，净收入最高，为16052 CNY·hm^-2。因此，建议在黄土高原的台塬区推广100%无机氮肥+4行玉米/2行大豆间作模式，在丘陵沟壑区推广有机肥等氮替代化肥+2行玉米/2行大豆间作模式。

关键词: 有机肥等氮替代化肥, 青贮玉米/饲用大豆间作, 饲草产量, 水分利用效率

Abstract:

The aim of this research was to examine the impact of replacing chemical fertilizer with organic fertilizer at equivalent nitrogen levels， and the effects of varying intercropping ratios， on the forage yield and water use efficiency （WUE） within a silage maize/forage soybean intercropping system in the Loess Plateau region. The experiments were conducted in the tableland region （Xifeng） and the hilly gully region （Huanxian） of the Longdong Loess Plateau in 2024. Six treatments were established， as follows： 100% chemical nitrogen fertilizer with two rows of maize/two rows of soybean （M2S2F） and four rows of maize/two rows of soybean （M4S2F）； replacement of chemical fertilizer with organic fertilizer at an equivalent nitrogen level with two rows of maize/two rows of soybean （M2S2O） and four rows of maize/two rows of soybean （M4S2O）； and silage maize monoculture （M） and forage soybean monoculture （S）. We investigated the effects of these cropping patterns and organic fertilizer substitution on the system’s dry matter yield， crude protein yield， land equivalent ratio， interspecific competition coefficient， WUE， and economic benefits. The results show that substitution with organic fertilizer led to yield stabilization at both sites， while reducing the application rate of chemical fertilizers. At both sites， the dry matter yields of intercropping systems were in between those of the maize and soybean monocultures. Neither the planting pattern nor the substitution with organic fertilizer significantly affected the system’s crude protein yield. At Xifeng， intercropping systems with 100% chemical nitrogen fertilizers demonstrated several advantages， with forage soybean exhibiting stronger competitiveness than silage maize. All intercropping systems had higher WUE than the average values of monocultures. At Xifeng， M4S2F exhibited the optimal overall performance， with a dry matter yield of 25.9 t·ha^-1， crude protein yield of 2.86 t·ha^-1， and WUE based on dry matter yield of 90.49 kg·ha^-1·mm^-1， reflecting a 22.0% increase compared with monocultures. It also achieved a maximum net income of 24690 CNY·ha^-1. At Huanxian， the intercropping system consisting of two rows of maize/two rows of soybean exhibited higher land use benefits， with silage maize maintaining competitive dominance across all intercropping treatments. At Huanxian， M2S2O demonstrated the optimal overall performance， with a dry matter yield of 17.2 t·ha^-1， crude protein yield of 1.98 t·ha^-1， WUE based on dry matter yield of 57.63 kg·ha^-1·mm^-1， and net income of 16052 CNY·ha^-1. This reflected an 8.5% increase in WUE based on dry matter yield compared with monocultures. In conclusion， it is recommended to adopt 100% chemical fertilizer with a four rows of maize/two rows of soybean intercropping system in the tableland region of the Loess Plateau， and to replace chemical fertilizers with organic fertilizer at an equivalent nitrogen level and use a two rows of maize/two rows of soybean intercropping system in the hill-gully region of the Loess Plateau.

Key words: organic fertilizer substitution with equivalent nitrogen for chemical fertilizers, silage maize/forage soybean intercropping system, forage yield, water use efficiency

臧家艺, 徐明杰, 谢济骋, 沈禹颖, 来兴发. 有机肥等氮替代化肥对旱作区青贮玉米/饲用大豆间作系统饲草产量和水分利用效率的影响[J]. 草业学报, 2026, 35(3): 83-95.

Jia-yi ZANG, Ming-jie XU, Ji-cheng XIE, Yu-ying SHEN, Xing-fa LAI. Effects of replacing chemical fertilizers with organic fertilizer at equivalent nitrogen levels on forage yield and water use efficiency in a silage maize/forage soybean intercropping system in dryland areas[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2026, 35(3): 83-95.

图/表 8

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种植模式 Planting patterns	施氮模式 Nitrogen fertilizer patterns	处理编号 Codes of treatment
青贮玉米单作Silage maize monoculture	100%无机氮肥100% inorganic nitrogen fertilizer	M
饲用大豆单作Forage soybean monoculture	100%无机氮肥100% inorganic nitrogen fertilizer	S
2行玉米/2行大豆2 rows of maize/2 rows of soybean	100%无机氮肥100% inorganic nitrogen fertilizer	M2S2F
2行玉米/2行大豆2 rows of maize/2 rows of soybean	有机肥等氮替代化肥Organic fertilizer substitution with equivalent nitrogen for chemical fertilizers	M2S2O
4行玉米/2行大豆4 rows of maize/2 rows of soybean	100%无机氮肥100% chemical nitrogen fertilizers	M4S2F
4行玉米/2行大豆4 rows of maize/2 rows of soybean	有机肥等氮替代化肥Organic fertilizer substitution with equivalent nitrogen for chemical fertilizers	M4S2O

种植模式 Planting patterns	施氮模式 Nitrogen fertilizer patterns	处理编号 Codes of treatment
青贮玉米单作Silage maize monoculture	100%无机氮肥100% inorganic nitrogen fertilizer	M
饲用大豆单作Forage soybean monoculture	100%无机氮肥100% inorganic nitrogen fertilizer	S
2行玉米/2行大豆2 rows of maize/2 rows of soybean	100%无机氮肥100% inorganic nitrogen fertilizer	M2S2F
2行玉米/2行大豆2 rows of maize/2 rows of soybean	有机肥等氮替代化肥Organic fertilizer substitution with equivalent nitrogen for chemical fertilizers	M2S2O
4行玉米/2行大豆4 rows of maize/2 rows of soybean	100%无机氮肥100% chemical nitrogen fertilizers	M4S2F
4行玉米/2行大豆4 rows of maize/2 rows of soybean	有机肥等氮替代化肥Organic fertilizer substitution with equivalent nitrogen for chemical fertilizers	M4S2O

处理 Treatment	LER_DM
	西峰点Xifeng			环县点Huanxian
	LER_DM	LER_{DM_M}	LER_{DM_S}	LER_DM	LER_{DM_M}	LER_{DM_S}
M4S2F	1.05±0.06a	0.65±0.07ab	0.40±0.09ab	0.96±0.05a	0.77±0.07a	0.19±0.02c
M4S2O	0.96±0.05a	0.70±0.08a	0.26±0.06b	0.95±0.05a	0.71±0.05a	0.23±0.04bc
M2S2F	1.04±0.01a	0.52±0.07ab	0.52±0.07a	1.01±0.09a	0.63±0.10a	0.38±0.06ab
M2S2O	0.93±0.05a	0.47±0.04b	0.46±0.08ab	1.06±0.09a	0.64±0.03a	0.42±0.06a
处理 Treatment	LER_CP
	西峰点Xifeng			环县点Huanxian
	LER_CP	LER_{CP_M}	LER_{CP_S}	LER_CP	LER_{CP_M}	LER_{CP_S}
M4S2F	1.11±0.06a	0.62±0.07a	0.48±0.11a	0.94±0.02a	0.74±0.04a	0.20±0.03b
M4S2O	0.99±0.12a	0.69±0.14a	0.30±0.06b	0.91±0.08a	0.68±0.05a	0.23±0.05b
M2S2F	1.06±0.03a	0.48±0.08a	0.58±0.10a	0.92±0.06a	0.61±0.10a	0.31±0.04ab
M2S2O	1.03±0.04a	0.49±0.08a	0.53±0.08a	1.13±0.19a	0.62±0.05a	0.51±0.14a

处理 Treatment	LER_DM
	西峰点Xifeng			环县点Huanxian
	LER_DM	LER_{DM_M}	LER_{DM_S}	LER_DM	LER_{DM_M}	LER_{DM_S}
M4S2F	1.05±0.06a	0.65±0.07ab	0.40±0.09ab	0.96±0.05a	0.77±0.07a	0.19±0.02c
M4S2O	0.96±0.05a	0.70±0.08a	0.26±0.06b	0.95±0.05a	0.71±0.05a	0.23±0.04bc
M2S2F	1.04±0.01a	0.52±0.07ab	0.52±0.07a	1.01±0.09a	0.63±0.10a	0.38±0.06ab
M2S2O	0.93±0.05a	0.47±0.04b	0.46±0.08ab	1.06±0.09a	0.64±0.03a	0.42±0.06a
处理 Treatment	LER_CP
	西峰点Xifeng			环县点Huanxian
	LER_CP	LER_{CP_M}	LER_{CP_S}	LER_CP	LER_{CP_M}	LER_{CP_S}
M4S2F	1.11±0.06a	0.62±0.07a	0.48±0.11a	0.94±0.02a	0.74±0.04a	0.20±0.03b
M4S2O	0.99±0.12a	0.69±0.14a	0.30±0.06b	0.91±0.08a	0.68±0.05a	0.23±0.05b
M2S2F	1.06±0.03a	0.48±0.08a	0.58±0.10a	0.92±0.06a	0.61±0.10a	0.31±0.04ab
M2S2O	1.03±0.04a	0.49±0.08a	0.53±0.08a	1.13±0.19a	0.62±0.05a	0.51±0.14a

处理 Treatment	西峰点Xifeng		环县 Huanxian
处理 Treatment	A_MS	CR_MS	A_MS	CR_MS
M4S2F	-0.002±0.000b	0.928±0.236a	0.580±0.098a	2.147±0.522a
M4S2O	0.437±0.121a	1.473±0.367a	0.484±0.076ab	1.713±0.459a
M2S2F	-0.003±0.000b	0.981±0.215a	0.250±0.147b	1.797±0.517a
M2S2O	0.016±0.001ab	1.115±0.240a	0.219±0.036b	1.575±0.177a

有机肥等氮替代化肥对旱作区青贮玉米/饲用大豆间作系统饲草产量和水分利用效率的影响

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处理 Treatment	西峰点Xifeng
处理 Treatment	WU （mm）	?WU	WUE_DM （kg·hm^-2·mm^-1）	?WUE_DM	WUE_CP （kg·hm^-2·mm^-1）	?WUE_CP
M	344.5±3.5a	—	82.23±0.85a	—	6.09±0.06c	—
M4S2F	286.8±10.8a	-0.15±0.03a	90.49±3.52a	0.22±0.05a	9.99±0.39a*	0.36±0.05a*
M4S2O	305.0±13.1a	-0.10±0.02a	81.70±3.42a	0.10±0.01a	7.90±0.33b*	0.08±0.01b*
M2S2F	303.6±22.1a	-0.09±0.02a	81.48±6.38a	0.16±0.04a	9.55±0.75ab	0.20±0.03ab
M2S2O	291.1±28.3a	-0.13±0.03a	77.23±8.04a	0.10±0.02a	9.62±1.00ab	0.21±0.03ab
S	325.7±7.0a	—	57.97±1.25b	—	9.85±0.21a	—
处理 Treatment	环县点Huanxian
处理 Treatment	WU （mm）	?WU	WUE_DM （kg·hm^-2·mm^-1）	?WUE_DM	WUE_CP （kg·hm^-2·mm^-1）	?WUE_CP
M	287.6±6.0a	—	68.25±1.41a	—	6.31±0.13ab	—
M4S2F	335.2±12.9a	0.16±0.03a	51.62±2.03b	-0.11±0.02b	4.99±0.20c	-0.19±0.03b
M4S2O	303.0±23.8a	0.05±0.01a	55.31±4.03b	-0.05±0.01ab	5.41±0.39bc	-0.12±0.03b
M2S2F	309.5±22.2a	0.07±0.01a	54.11±3.83b	0.02±0.00ab	5.34±0.38bc*	-0.12±0.02b
M2S2O	297.7±6.6a	0.02±0.00a	57.63±1.30b	0.09±0.02a	6.67±0.15a*	0.10±0.01a
S	293.4±19.2a	—	37.93±2.66c	—	5.86±0.41abc	—

处理 Treatment	西峰点Xifeng			环县点Huanxian
处理 Treatment	总投入Total input	总产值Gross output	净收入Net income	总投入Total input	总产值Gross output	净收入Net income
M	10410	28633±960b	18223±960b	11025	23306±1087a	12281±1087ab
M4S2F	10290	34980±1811a	24690±1811a	10605	26115±1567a	15510±1567a
M4S2O	11415	35056±1812a	23641±1812a	11610	25204±1349a	13594±1349a
M2S2F	10290	34336±696a	24046±696a	10455	26178±2421a	15723±2421a
M2S2O	11130	32198±1477ab	21068±1477ab	11220	27272±2258a	16052±2258a
S	9420	19489±2046c	10069±2046c	9375	16581±789b	7206±789b

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