施肥是提升土壤肥力促进作物增产的有效措施，长期不同施肥对土壤培肥的效果差别很大，依托中国农科院红壤实验站双季稻田连续38年不同施肥定位试验，研究了7种不同施肥处理CK（不施肥）；NPK（化学氮、磷、钾肥料）；M（腐熟牛粪）；NPKM（化学氮、磷、钾和牛粪）；NPM（化学氮、磷和牛粪）；NKM（化学氮、钾和牛粪）；PKM（化学磷、钾和牛粪）对水稻产量、稻田土壤肥力与养分表观平衡的影响。结果表明，各处理水稻年均产量由高到低为NPKM、NPM、NKM、PKM、M、NPK、CK，范围在6214-11562 kg hm²。长期有机无机配施处理（NPKM、NPM、NKM、PKM）较NPK的增产率分别为：22.58%、15.35%、10.53%、4.41%。长期有机无机配施处理（NPKM、NPM、NKM、PKM）的土壤有机碳、全氮、有效氮、速效钾含量均显著高于CK和NPK，其中有机肥配施氮磷肥处理的NPKM、NPM、PKM土壤全磷和有效磷含量显著高于CK、NPK；NPKM处理的水稻年均产量（11562 kg hm²）、有机碳（20.88 g kg^-1）、土壤全氮（2.30 g kg^-1）、全磷（0.95 g kg^-1）、全钾（22.5 g kg^-1）、有效磷含量（38.94 mg kg^-1）均为各处理中最高，NKM处理土壤碱解氮含量（152.4mg kg^-1）和速效钾含量（151.00 mg kg^-1）为各处理最高。氮、磷施用量的增加导致土壤中氮、磷养分出现盈余，但NPKM处理相比其他处理能够有效降低盈余量；各处理土壤中钾素均表现为亏缺。相关性分析表明土壤SOC、TN、AN、TP、AP含量均与水稻产量显著相关（P<0.05），相关系数分别为0.428、0.496、0.518、0.501和0.438。本研究表明，相比单施化肥，长期有机肥配施化肥通过提升土壤肥力，促进土壤养分平衡，显著增加水稻产量，其中有机肥配施氮磷钾肥(NPKM)对于土壤肥力和水稻产量的提升效果最好。

绿肥-作物轮作作为一项可持续农艺措施，具有增强作物抗病、提升作物产量的效果。 然而，绿肥施用对作物相关微生物群落构建的调控机制尚不清楚。 本研究通过烟草与紫云英、黑麦草、肥田萝卜和冬闲（不施绿肥）四种轮作方式的田间试验，研究烟草不同区室（非根际土、根际土、根表及根内）细菌群落水平构建过程。 结果表明：与冬闲处理相比，绿肥各处理相邻区室构建的共现网络具有更多的边，表明其土壤-根界面存在显著的微生物相互作用。绿肥施用提高了土壤各区室间的扩散-生态位连续指数，促进了微生物的水平扩散。 对于不同的绿肥处理，中性群落模型对细菌出现频率的解释为24.6-27.6%，且每种处理至少有一个区室的归一化随机率高于50%边界，表明确定性和随机过程共同塑造了烟草微生物群落。综上所述，绿肥施用促进了不同区室间细菌群落的扩散，增强了相邻区室潜在的相互作用。本研究为了解绿肥-作物轮作条件下微生物群落的构建过程提供了经验依据。

减少环境影响和提高氮利用率对确保中国的粮食安全至关重要。根区施肥已被认为是提高氮肥利用率（NUE）的有效策略，但在根区施肥条件下，控释尿素（CRU）与普通尿素掺混对夏玉米田的影响仍不清楚。因此，本研究进行了为期3年的田间试验，以不施氮为对照，采用两种施肥模式（FF：人工开沟条施，即农民施肥习惯；HF：人工点播的根区穴施），每公顷施氮量为210 kg hm^-2（控释尿素与普通尿素的混合比例为5：5），同时进行了一年的原位微区试验。研究了不同施肥模式下的玉米产量、氮肥利用率和潜在氮损失。结果表明，与FF相比，HF处理在三年内使平均产量和氮素回收效率分别提高了8.5和22.3%。相比之下，HF具有更大的应用潜力，且显著提高了干物质积累、总氮吸收、SPAD值和LAI。此外，相比于FF，HF使来自肥料的¹⁵N积累提高了17.2%，且¹⁵N的潜在损失减少了43.8%。收获时，HF处理较FF增加了土壤耕层中矿质氮的积累，以便在下一季使用。因此，HF可以满足夏玉米对氮的需求，维持产量，提高NUE，同时减少环境中的氮损失。总的来说，根区穴施条件下控释尿素掺混普通尿素是一种有效且有前景的施肥模式，有助于实现华北平原的环境完整性和粮食安全，值得进一步应用和研究。

分根区交替滴灌施肥(ADF)是将交替灌溉与滴灌施肥相结合的灌溉施肥技术，具有节水和提高氮肥利用率的潜力。通过研究ADF下不同施肥频率对土壤水分养分分布及番茄产量的影响，以期为设施番茄的生产提高理论依据。试验于2019-2020年5-10月进行，试验设置了3个ADF灌溉施肥频率F3（3d）、F6（6d）、F12（12d），并设常规滴灌施肥处理作为对照（CK，施肥频率为6天）；所有处理的总施氮量均为180 kg ha^-1。对于ADF处理，在植株两侧10 cm处分别放置2根滴灌带，通过滴灌带上配置的手动阀门实现交替滴灌施肥；对于CK处理，在番茄根部附近放置1根滴灌带。CK处理两年的总灌水量分别为450.6和446.1 mm；而ADF处理的灌水量为CK处理的60%。结果表明：随着滴灌施肥频率的增加，高频率的F3处理引起水分和无机N主要分布在0–40 cm土层，而40–60 cm土层较少。与CK处理相比，F6处理在0–20和20–40 cm土层无机N两年的平均含量分别增加21.0%和29.0%，而在40–60 cm土层降低23.0 %。F3、F6、F12和CK处理2年的平均番茄产量分别为107.5、102.6、87.2和98.7 t ha^-1。F3处理的番茄产量较F12处理显著高23.3 %，而F3和F6处理之间无显著差异。F6处理的番茄产量与CK处理无显著性差异，说明ADF在减少40%灌溉水的前提下能够保持番茄产量。综合考虑土壤水分养分分布以及番茄的产量，ADF条件下6天的施肥频率可以作为温室番茄生产中一种水肥调控管理策略。

为理解长期有机物料与化学氮肥配施对土壤有机碳和全氮的影响，在黄淮海平原开展了长达30年的小麦-玉米轮作田间试验（1990–2019年）。试验包含5个施肥处理：不施肥（control）、单施化肥（NPK）、化肥与秸秆配施（NPKS）、化肥与有机肥配施（NPKM）和1.5倍化肥与有机肥配施（1.5NPKM），NPK、NPKS和NPKM处理氮投入总量相同。测定试验期间作物产量，采集土壤表层(0–10 and 10–20 cm)和下层(20–40 cm)样品，进行土壤团聚体分级并测定团聚体碳氮含量。有机无机配合处理（NPKS, NPKM和1.5NPKM）与NPK处理相比，30年平均作物产量无显著差异，土壤表层和下层有机碳和全氮均显著提高，表层土壤有机碳和全氮分别提高24.1–44.4%和22.8–47.7%，下层土壤有机碳和全氮分别提高22.0–47.9%和19.8–41.8%%。与NPK处理相比，NPKS处理0-10cm土层和NPKM处理20-40cm土层具有显著较高的大团聚体组分质量比例，提高幅度分别为19.8和27.0%；然而，1.5NPKM处理在0-10cm和20-40cm土层的土壤大团聚体组分质量比例较对照显著降低，下降幅度分别为-19.2和-29.1%。分析表明有机无机配合处理较NPK处理有显著较高土壤有机碳和全氮主要与自由态微团聚体和大团聚体中的微团聚体等土壤稳定性组分的碳氮增加有关，稳定性组分对土壤碳氮含量增加的贡献率分别达81.1–91.7%和 83.3–94.0%。不同施肥处理0-40cm土层的土壤稳定性碳库和氮库与处理年平均碳投入量均呈显著正相关，回归系数分别为0.74和0.72（P<0.01），表明土壤氮对碳贮存的重要性。我们研究为长期有机物料与化学氮肥配施措施在保持合理总氮投入下有利于上层和下层土壤碳氮的保蓄提供了证据。

中国南方稻田绿肥种植和利用已有数千年历史，维持了区域土壤肥力和水稻生产。但目前绿肥对稻区土壤碳固持和碳足迹的定量化研究少有报道。本研究将长期定位试验与Meta分析结合，定量研究了绿肥提高中国南方稻田土壤碳固持和减少碳足迹的潜力。研究表明，与冬闲相比，冬种绿肥处理可在减少40%的氮肥下维持水稻产量，同时土壤表层碳固持速率为1.62 Mg CO₂-eq ha^-1 yr^-1。不同试验站的总碳足迹范围为7.51~13.66 Mg CO₂-eq ha^-1 yr^-1， 其中甲烷是最主要组分，占总量的60.7%-81.3%。绿肥-稻田模式降低了稻田生产系统31.4%的非直接碳足迹排放（主要为氮肥），提高了19.6%的直接碳足迹排放（主要为甲烷）。绿肥的甲烷排放因子（EF_gc）在低和高甲烷排放情景下分别为5.58%和21.31%。在低排放情景下，土壤碳库的增加可抵消增加的稻田甲烷排放；而在高排放情景下，土壤碳库的增加不足以抵消增加的稻田甲烷排放。当EF_gc小于9.20%时，绿肥可同时增加土壤碳库和减少系统碳足迹。EF_gc值的大小主要受绿肥翻压量和稻田水分管理影响，说明优化翻压量和田间水分管理是提高中国南方稻田绿肥田土壤碳固持和减少碳足迹的关键。

合成氮肥对提高土壤肥力和作物产量方面发挥着重要作用，但过量施用氮肥会造成土壤酸化、地下水污染和生物多样性减少等农业生态系统风险。同时，通过有机肥替代化肥因其生态环境友好性和产量效益而日益受到重视。然而，粪肥替代、作物产量和潜在的微生物机制之间的联系仍不清晰。为了填补这一空白，本研究在砂姜黑土区开展了为期三年的田间试验，包括以下五种施肥方案：1）对照，不施肥； 2）CF，化肥（无粪肥替代）；3）CF_1/2M_1/2，50%粪肥替代化肥；4）CF_1/4M_3/4，75%粪肥替代化肥；5）M，100%粪肥替代化肥。所有施肥处理均按等氮施肥设计。结果表明，进行粪肥替代的处理通过提高土壤有机碳、全氮和有效磷含量，提高了土壤肥力指数和生产力，并改变了土壤细菌群落的多样性和组成。土壤有机碳、速效磷含量以及土壤碳氮比是导致微生物群落变化的主要原因。微生物共现网络表明，土壤有机碳和有效磷与Rhodospirillales和Burkholderiales相对丰度呈显著正相关，全氮和碳氮比分别与Micromonosporaceae相对丰度呈显著正相关和负相关。这些特定的细菌分类群均参与了土壤大量元素的周转。随机森林模型分析预测，特定的生物因子（如：细菌组成和Micromonosporaceae相对丰度）和非生物因子（如：有效磷、土壤有机碳、全氮含量以及土壤肥力指数）对玉米产量均有显著影响。本研究加深了粪肥替代合成氮肥对作物产量影响的理解，为砂姜黑土优化施肥策略提供了理论支持。

Combined application of chemical fertilizers with organic amendments was recommended as a strategy for improving yield, soil carbon storage, and nutrient use efficiency.  However, how the long-term substitution of chemical fertilizer with organic manure affects rice yield, carbon sequestration rate (CSR), and nitrogen use efficiency (NUE) while ensuring environmental safety remains unclear.  This study assessed the long-term effect of substituting chemical fertilizer with organic manure on rice yield, CSR, and NUE.  It also determined the optimum substitution ratio in the acidic soil of southern China.  The treatments were: (i) NPK₀, unfertilized control; (ii) NPK₁, 100% chemical nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizer; (iii) NPKM₁, 70% chemical NPK fertilizer and 30% organic manure; (iv) NPKM₂, 50% chemical NPK fertilizer and 50% organic manure; and (v) NPKM₃, 30% chemical NPK fertilizer and 70% organic manure.  Milk vetch and pig manure were sources of manure for early and late rice seasons, respectively.  The result showed that SOC content was higher in NPKM₁, NPKM₂, and NPKM₃ treatments than in NPK₀ and NPK₁ treatments.  The carbon sequestration rate increased by 140, 160, and 280% under NPKM₁, NPKM₂, and NPKM₃ treatments, respectively, compared to NPK₁ treatment.  Grain yield was 86.1, 93.1, 93.6, and 96.5% higher under NPK₁, NPKM₁, NPKM₂, and NPKM₃ treatments, respectively, compared to NPK₀ treatment.  The NUE in NPKM₁, NPKM₂, and NPKM₃ treatments was higher as compared to NPK₁ treatment for both rice seasons.  Redundancy analysis revealed close positive relationships of CSR with C input, total N, soil C:N ratio, catalase, and humic acids, whereas NUE was closely related to grain yield, grain N content, and phenol oxidase.  Furthermore, CSR and NUE negatively correlated with humin acid and soil C:P and N:P ratios.  The technique for order of preference by similarity to ideal solution (TOPSIS) showed that NPKM₃ treatment was the optimum strategy for improving CSR and NUE.  Therefore, substituting 70% of chemical fertilizer with organic manure could be the best management option for increasing CSR and NUE in the paddy fields of southern China

优化作物施肥管理对提高作物产量和减少化肥施用量具有重要意义。土壤养分临界值可用于评估作物的养分供应状况，它反映了作物达到最大潜在产量时所需的最低养分供应量。基于我国旱地麦区504户农户调研和60个田间试验数据，本文提出了一种确定冬小麦氮磷钾肥施用量的推荐施肥方法，并在我国北方66个不同地点进行了田间试验验证。结果表明：冬小麦籽粒产量变化范围为1.1-9.2 t hm^-2，平均产量为4.6 t hm^-2，且与收获期表层土壤（0-20 cm）硝态氮和速效磷含量呈二次函数关系，但与氮磷钾肥施用量无相关关系。根据60个田间试验中冬小麦相对产量与收获时表层土壤硝态氮、速效磷和速效钾含量的关系（指数函数），确定了冬小麦相对产量位于95-105%时表层土壤硝态氮、速效磷和速效钾的养分临界值分别为34.6, 15.6和150 mg kg^-1。基于相对产量分组（>125%、115-125%、105-115%、95-105%、<95%）和指数函数模型，确定了每组表层土壤养分临界值和施肥系数（Fc）。基于此，本文提出了一种计算推荐施肥量的方法：Fr=Gy×Nr×Fc，其中Fr是推荐施肥量（氮磷钾肥料施用量），Gy是冬小麦百公斤籽粒氮磷钾养分需求量（N_rN , N_rP, N_rK），Fc是氮磷钾肥料施用系数（N_c, P_c, K_c）。在我国北方，为期两年的田间验证试验表明，新的推荐施肥方法在保证产量的同时减少了17.5%的氮肥投入（38.5 kg N hm^-2）和43.5%的磷肥投入（57.5 kg P₂O₅ hm^-2），且可显著增加农户收益（7.58%，即139美元 hm^-2）。因此，新的推荐施肥方法可指导我国旱地小麦氮磷钾肥料施用，促进化肥科学减肥。

本研究基于长期定位试验，分析了有机肥施用量（低、中、高）对大豆根际和非根际土壤酶化学计量特征以及微生物群落结构的影响，强调根际在减轻微生物资源限制方面的关键作用。试验共设置不施肥（CK）、仅施用化肥（NPK）、低有机肥施用量(7.5 Mg ha⁻¹ yr⁻¹)加化肥（NPKO1）、中有机肥施用量（15 Mg ha⁻¹ yr⁻¹）加化肥（NPKO2）和高有机肥施用量（22.5 Mg ha⁻¹ yr⁻¹）加化肥（NPKO3）5个处理。研究结果表明，与非根际土壤相比，根际土壤的微生物量碳（MBC）、氮（MBN）和磷（MBP）分别显著增加了54.19%-72.86%，47.30%-48.17%和17.37%-208.47%。与未施用有机肥处理相比，施用有机肥处理的根际（增加了22.80%-90.82%）和非根际土壤（增加了10.57%-60.54%）的总微生物量均有所增加，其中根际土壤微生物量高于非根际土壤微生物量。与非根际土壤相比，根际土壤在高有机肥施用量下的C、N和P酶活性分别增加了22.49%、14.88%和29.45%。通过对酶计量散点图的分析，发现无论是根际还是非根际土壤均受到碳、磷共同限制。偏最小二乘路径模型分析表明，根际土壤受到有机肥施用量的影响更为显著。上述研究结果表明长期施用有机肥对根际土壤的影响大于非根际土壤。相比于非根际土壤，根际土壤具有更好的养分获取能力。与低量和高有机肥施用量相比，中有机肥施用量可以最大限度地缓解根际土壤微生物资源的限制，且不会导致有机肥的过度施用而产生的负面影响。

人口的增长和畜禽产品需求的增加导致大量粪肥产生，这些粪肥可用于维持土壤的可持续发展和作物的生产力。但是，过量粪肥施用如何影响作物产量、氮循环过程及其介导微生物尚不清楚。本研究探析和不施肥以及常规施用粪肥（9 Mg ha^-1 yr^-1）相比，20年过量粪肥施用（18 和 27 Mg ha^-1 yr^-1）对夏季和冬季酸性红壤花生产量、土壤养分含量、氮循环过程和氮循环功能微生物丰度的影响。研究发现，长期过量粪肥施用，尤其是高量粪肥（27 Mg ha^-1 yr^-1），显著提高土壤养分含量、氮循环功能基因丰度、硝化和反硝化潜势，但对花生产量和生物量的提升相对较弱。与施用粪肥相比，季节变化对氮循环功能基因丰度的影响大大减弱。随机森林模型分析表明，速效磷（AP）含量是影响氮循环功能基因丰度最关键的环境因子，并与所有氮循环微生物功能基因丰度呈正相关。综上，我们的研究结果清晰地表明，过量粪肥施用会增加土壤氮循环功能基因丰度和氮损失潜力，但却没有显著提高作物产量。该结果对酸性红壤农田管理和农业可持续发展具有重要意义。