【摘 要】
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随着人口增长和经济发展,人们对粮食产量的需求日益增加,因此对农业土壤的资源压力不断加剧。中国年平均施肥量几乎是世界水平的三倍,但氮肥利用效率却远远低于其他国家。肥料的不合理施用导致一系列环境问题,如土壤酸化、温室气体排放增加和富营养化等,威胁着农业的可持续性发展。由于特定的地理环境、施肥方式、作物类型和土壤质地的不同,化肥对土壤性状的影响是不确定的。因此,本研究利用Meta分析方法,基于1999-
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随着人口增长和经济发展,人们对粮食产量的需求日益增加,因此对农业土壤的资源压力不断加剧。中国年平均施肥量几乎是世界水平的三倍,但氮肥利用效率却远远低于其他国家。肥料的不合理施用导致一系列环境问题,如土壤酸化、温室气体排放增加和富营养化等,威胁着农业的可持续性发展。由于特定的地理环境、施肥方式、作物类型和土壤质地的不同,化肥对土壤性状的影响是不确定的。因此,本研究利用Meta分析方法,基于1999-2022年发表的2058个数据集,探究自然因素（气候条件,土壤质地）和人为活动（施肥方式,施肥时间,作物类型）影响下,施肥对土壤化学性状的影响规律。深入讨论在气候与作物条件下,土壤化学性状之间的潜在关系以及肥料对土壤的固碳作用。于2018-2022年在新疆阿克苏绿洲农田国家野外试验站开展大田试验,研究不同水肥管理对土壤化学性状,作物产量,以及氮素与灌溉水分利用效率的影响。本研究可以为可持续农业土壤田间施肥管理提供科学指导与理论依据。得出主要的研究结论如下:（1）与对照（未施肥）相比,中国农业土壤施用氮磷钾加粪肥（NPKM）使土壤化学性状（有机碳（67%）,全氮（63%）,碱解氮（70%）,全磷（149%）,速效钾（281%））增幅最大,并且缓解土壤的酸化趋势（ΔpH:-0.1）。而单施氮肥（N）增幅最低,其中pH降低0.6个单位。随着施肥时间的增长,有机碳和全氮含量在有机肥（粪便或秸秆）的影响下增加得更快。所有施肥管理对土壤有机碳、全氮、碱解氮、速效钾的增加在湿润区最低。在干旱地区,施用NPKM后土壤有机碳（+115%）和全氮（+84%）的增加最高。此外,土壤化学性状的增加在旱作作物中较高。与不施肥对照相比,在砂壤土中肥料对有机碳的变化影响更快,其最大值出现在施肥第19年。在粘壤土中,随着耕作时间的推移,肥料对pH,有机碳,碳氮比,全磷和全钾的变化显示有最高和最低的影响,影响范围最大。（2）施用NPKM后,中国以外地区的土壤pH,有机碳与全氮的增加最高,单施氮肥最小,这与中国地区趋势一致。但单施氮肥使中国农田土壤酸化更严重（pH的下降率比中国农田土壤低0.37个单位）。施用有机肥（NPKM/NPKS）后土壤pH值比中国农田土壤高0.46和0.18个单位。在世界其他地区的干旱区进行施肥有利于增加土壤全氮,尤其是有机肥使土壤全氮含量比中国地区增加更多。同样在降水和气温较低的砂壤土中施肥能够快速增加有机碳和全氮含量,在第二年出现最大值。（3）通过增强回归树分析比较,人为因素尤其是施肥对观察到的土壤化学性状的变化更重要。与氮磷钾肥（NPK）相比,NPKM使土壤碳氮比在干旱地区提高了1.74倍,在小麦作物条件下提高了1.86倍。在小麦种植区添加最少的氮以及在水稻种植区添加较少的磷和钾含量,可以有效增加土壤碳储备。土壤中全氮含量对作物产量的增加有最大阈值范围(玉米:0.5-1.5 g kg-1,小麦:0.5-1.2 g kg-1,水稻:1.8-3.5 g kg-1),过度施肥不能保证产量持续增加。（4）经过5年的化肥+秸秆还田处理,土壤全碳与全氮含量显著提升。与对照处理相比,2022年高水肥（HNHW）+秸秆还田使土壤剖面0-5cm中全碳（+7.8%）与全氮（+170%）含量增加最高。不同水肥处理对土壤碳氮变化在玉米生长期间表现不一。土壤剖面0-5cm全碳含量在2022年玉米灌浆期施用HNHW+秸秆还田后最高(35.3 g kg-1),全氮含量在玉米拔节期施用HNHW+秸秆还田最高(1.33 g kg-1)。2019-2020年玉米抽雄期施用中水肥（MNMW）配施秸秆还田后的土壤全氮含量高于施用HNHW加秸秆还田。因此HNHW加秸秆还田不能确定有最大氮含量,而中水肥（MNMW）加秸秆还田在不同的时期也可以保证足够的土壤含氮量。（5）虽然HNHW+秸秆还田措施有效地提高了玉米的产量,但是MNMW+秸秆还田管理的氮素利用效率和灌溉水分利用效率最高。因此MNMW+秸秆还田是干旱区最适宜的田间施肥与灌溉水管理方式。化肥加秸秆还田处理可以有效增加土壤碳储备,提高土壤肥力与增加作物产量,是有益环境的双赢农业发展策略。
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