依托“国家黑土土壤肥力与肥料效益长期定位监测基地”开展，试验共包含四个处理：(1)CK(不施肥处理)；(2)NPK(长期单独施用化肥处理)；(3)NPKS(玉米秸秆等氮量部分替代化肥处理)；(4)NPKM(牛粪等氮量条件下部分替代化肥处理)。具体施肥量如表1所示。种植作物为玉米。

表1 长期定位试验处理及施肥量(kg/h㎡)　　

　　根据统计分析结果(图1)，1989年黑土土壤有机碳(SOC)含量为13.2 g/kg，不同处理下，土壤SOC随时间变化显著，截至2022年NPKM和NPKS处理中SOC含量分别为25.8和18.7 g/kg，分别显著提高了95%和42%(P <0.05)。而NPK处理中SOC含量为11.9 g/kg，显著降低了9.8%(P <0.05)。另外，长期单独施用化肥处理下(NPK)，土壤酸化现象显著，与1989的7.6相比，NPK处理中pH降低至5.97.

图1 长期不同施肥处理下土壤有机碳及pH的演变规律

　　根据长期定位试验土壤养分含量的分析结果(图2)，NPKM和NPKS处理中，2022年土壤全氮含量分别为2.4 g/kg和1.6 g/kg，与1989年初始土壤的1.4 g/kg相比，分别提高了71.4%和14.3%。而NPK与CK处理中土壤全氮含量随时间进程无显著变化。在土壤全磷(TP)和速效磷(AP)含量方面，CK处理中，土壤TP及AP的含量随时间呈逐渐下降的趋势，而NPK、NPKS及NPKM处理中土壤TP和AP含量呈逐渐上升趋势，截至2022年，CK处理中土壤TP和AP含量分别为0.6 g/kg和2.3 mg/kg，与1989年相比分别降低了8.4%和80.8%。而NPK、NPKS、NPKM处理中，2022年土壤TP的含量分别为0.9、0.8和1.2 g/kg，分别提高了37.0%、27.9%和95.1%，而土壤AP含量则由1989年的11.8 mg/kg提高至51.5、169.8和34.8 mg/kg。所有处理中土壤TK含量随试验进程均呈现出上升的趋势。

图2 长期不同施肥处理下黑土农田养分的变化规律