农学论文哪里有？笔者认为合理的有机肥替代化学氮肥比例既能增加土壤有机碳储量、提升土壤供肥水平、提高作物产量及氮肥利用率，还可减少肥料损失及因过量施肥带来的环境问题，是东北春小麦种植区域减肥增效施肥制度的发展方向。
1 前言
1.2 国内外研究动态
1.2.1 有机肥替代化学氮肥可行性研究进展
有机肥施入田间后，其氮素养分固定、有效化和损失的过程是有机态氮通过一系列的生物、化学、物理作用来完成的[17]。土地利用方式、土壤理化性质、土壤中的营养状况及外源有机物质添加等为影响这些有机氮矿化过程的主要因素，这些因素进而也影响着有机肥肥力效应的产生[18-20]。土壤中施入化肥后会改变土壤的 C/N、pH 值、微生物活性及酶活性等，而这些因素都能够影响有机肥的矿化速率和矿化量[21]。研究表明，有机无机配施可有效提高有机肥在土壤中的有机氮净矿化量，可能是因为化肥氮素的施入为硝化微生物提供了充足的氮源，增加其活性，使有机肥中的氮素矿化分解速率加快[22]。
在中国大部分的农田土壤中有机碳(Soil organic carbon, SOC）含量偏低，再加上连续性耕作、有机肥和作物残茬投入量少，致使土壤肥力下降，只能依靠氮肥投入来维持作物的较高产量。而欧洲和北美西部将施用化肥氮素作为满足作物氮需求的一种辅助方法，主要以农作物残茬和家畜粪肥施入农田或适当的轮作等措施作为主要的农业种植方式，在培肥土壤的同时加强了作物对土层内氮素的循环利用[23]。例如 Bayu[24]等在非洲研究发现动物粪便与矿物肥料混合施用可以增加土壤有机质含量，提高土壤阳离子交换能力，还能增加土壤团聚体的稳定性、渗透性、宏观结构、持水性及抗侵蚀性。大量研究表明，不同区域减少化肥施用量在不同果蔬及主要农作物增产稳产方面是完全可行的。李银坤[25]等在河北省辛集市进行试验，研究发现在减少当地农民习惯用水量 30 %、减少 25 %~50 %氮素施用量后，依然能够保证黄瓜产量并且能维持黄瓜较好的生长特性，改善果实的品质。许忠兵[26]等为探讨夏玉米化肥替代有机肥的可行性与合理的替代比例在我国主要农产品的重要产区—皖北地区进行试验，研究结果表明有机肥替代 20 %化肥用量玉米产量较化肥处理增产 9.7 %，且产量与 100%化肥之间无显著差异，原因可能是适当比例的化肥有机替代改善了玉米生育后期养分供应，最大限度地保持绿叶面积，从而增加光合强度，延长灌浆时间，促进光合产物的运输、转移，提高粒重，增加玉米产量。魏晓兰[27]等研究发现有机肥料与无机肥料混合施用能够在保证土壤供肥能力及小白菜的生物量，并在一定程度上提高肥料的利用率的同时减少常规化肥用量的15 %~25 %，这即减少了农业面源污染，又能够减轻过量施肥对环境造成的污染压力。
3 结果与分析
3.1 有机肥替代化学氮肥对耕层土壤有机碳组分的影响
3.1.1 土壤有机碳、氮组分含量
土壤有机碳是衡量农田土壤肥力高低的重要指标，氮素能够直接影响作物的生长和产量，二者之间存在一定的耦合关系。如表 3-1 所示，施肥对提高土壤有机碳含量具有促进作用，但不同施肥比例的效应大小却有所不同。土壤 SOC 含量以 M 处理最高，为 24.30 g·kg-1，以CK 处理最低，为 22.68 g·kg-1，M 处理土壤 SOC 含量显著高于 M2N2 及 CK 处理(P<0.05)，但与 N 处理间无显著差异(P > 0.05)。与 CK 处理相比，各施肥处理土壤全氮（Total nitrogen, TN）含量均有所增加。N 处理 TN 含量最高，为 2.70 g·kg-1，较其他处理显著增加了 24.4 %~29.2 %。一方面是因为有机肥中含有大量含碳有机化合物，氮化肥中含有大量氮素，施用后能够直接增加土壤有机碳及土壤全氮含量，另一方面是因为添加有机肥能够增加外源有机物料，提高土壤对氮素的吸附能力，土壤氮的有效性高又可促进 SOC 固存。本试验中土壤 C/N 维持在9.89~12.28，施用有机肥可以增加土壤 C/N，但处理间无显著差异；N 处理 C/N 显著低于其他处理，单施化学氮肥导致土壤中残留氮素较多，土壤碳含量低，最终导致 C/N 比降低。
4 讨论
4.1 有机无机配施对土壤总有机碳、全氮含量的影响
土壤有机碳能够调节土壤物理性状和化学性状，是衡量农田土壤肥力高低的重要指标；氮素能够直接影响作物的生长和产量，关于添加氮肥对土壤肥力提高的影响研究早已有很多。土壤碳氮之间存在的耦合关系是农业可持续发展的基础[113]。结果表明，CK 处理 SOC 含量较试验前有所降低，各施肥处理 SOC 含量均高于 CK 处理，这与孙娟等[114]的研究结果一致。这可能是由于不施肥导致土壤有机质失去外来碳源，仅仅将作物残留物作为碳源不能维持其平衡[115]。大量研究表明，氮化肥和有机肥可有效提高土壤 SOC 和 TN 含量及其有效性，与本研究一致。主要因为：1）有机肥中含有大量含碳有机化合物，氮化肥中含有大量氮素，施用后能直接增加 SOC 及 TN 含量；2）有机肥施入土壤后有利于增加作物根系生物量和枯枝落叶的残留，从而促进微生物的繁殖，同时促进了土壤碳氮的转化，但是根系生物量、枯枝落叶残留和有机肥、氮肥直接输入的碳氮源相比毕竟有限，所以 SOC 和 TN 增加不多；3）土壤中施入氮肥后，氮素经硝化作用迅速转化为有效态氮，而土壤有效氮素会通过氨挥发及淋失等多条途径引起损失，添加有机肥能够增加外源有机物料，提高土壤对氮素的吸附能力，同时氮的有效性高，可促进土壤有机质转化为腐殖质[116-118]。在本研究中，单施化肥及单施有机肥均能显著增加 SOC 含量，M 处理 SOC 含量最高，而有机无机肥配施则显著降低 SOC含量，这可能是由于：1）化肥施用能促进 SOC 固存，Ladha 等[119]通过大数据分析发现施用化肥氮素可降低农田 SOC 的降解速率；2）作物生长需要不断吸收土壤中的有效养分，有机无机配施可以改善土壤理化性状，增加土壤有效养分含量，促进了作物对土壤养分的吸收[120]。土壤 C/N 是土壤矿化能力的标志，直接影响土壤养分的有效性和作物生长，提高土壤 C/N 能促进土壤微生物对土壤有机氮的分解和矿化作用[121]。在本研究中，施用有机肥会导致土壤C/N 增加，而单施氮化肥 C/N 显著降低，其原因可能是单施化学氮肥导致土壤中残留氮素较多，土壤碳含量低，最终导致 C/N 比降低[122]。
4.2 有机无机配施对土壤有机碳组分含量的影响
大量研究表明，施用有机肥可以为微生物提供足够的底物从而加速土壤有机碳的矿化及有机物料的腐解，释放更多有机碳组分[125]。本研究结果表明，各施肥处理对土壤 POC、ROC及 MBC 含量的提升效果由高到低依次为有机无机肥配施处理、单施化肥处理、单施有机肥处理，而土壤中 L-LFOC、O-LFOC 和 HFOC 含量及游离态轻组、闭蓄态轻组和重组中有机碳含量的提升效果以单施化肥或单施有机肥最高，有机无机配施处理较低。李忠徽等[126]通过研究施用有机肥对土壤有机碳组分的影响，发现施有机肥处理土壤 ROC 含量较不施有机肥处理增加了 7.80 %；何伟等[120]对潮土的研究发现施有机肥处理土壤 ROC 含量较不施有机肥处理增加 27.1 %。本研究结果表明，M2N2 处理土壤 ROC 含量较 CK 处理增加 28.8 %，较 N处理增加 10.3 %，这也证实了前人的研究结论。贺美[127]等对东北黑土的研究发现，长期有机肥无机肥配施能显著提高土壤 POC 含量。本研究表明，施肥能显著提高土壤 POC 含量，有机无机配施处理较 100 %化肥及 100 %有机肥效果显著。主要是因为有机肥进入土壤后与部分土粒结合，直接提供了与 POC 组成相近的有机碳组分；与化肥配合施用在一定程度上也促进了外源有机物料的分解以及原有机物质的周转，最终促进了 POC 的形成和转化[128]。MBC被认为是活性有机质的主要成分，能直接参与土壤有机残体的矿质化和腐殖化过程，调节土壤有机质的转化，其自身结构物质及其代谢产物也是土壤碳库的重要组分[129]。陈洁等[108]通过湖北武汉地区长期稻麦轮作试验施发现有机肥处理下 MBC 含量显著高于施化肥处理，与本研究结果一致。主要是因为在微生物的生长过程中，有机肥能够为其提供充足的碳源，改善微生物的生存环境，加速其代谢过程[130]。土壤 DOC 易分解、活性高、流动性强[131]。本研究中 M 处理下 DOC 含量最高，主要因为有机肥的施用既能直接增加土壤 DOC 含量，又能提高微生物活性，促进土壤有机质分解，间接导致 DOC 含量升高。土壤中 O-LFOC 和 HFOC含量及 O-LF 和 HF 中有机碳含量均以单施有机肥最高，可能是由于新鲜碳源加入土壤后经过微生物的分解产生胶结物质，促进土壤矿物颗粒粘结形成有机无机复合体和络合物[132]。周方亮[133]等研究表明土壤中轻组有机碳组分含量较低，与本研究结果一致。本试验结果表明土壤中 HFOC20.52 ~22.10 g·kg-1，远高于轻组有机碳含量（L-LFOC 为 0.87~1.20 g·kg-1，O-LFOC为 0.08~0.11 g·kg-1）。
5 结论
1.土壤 SOC 以 M 处理最高，为 24.30 g·kg-1，N 处理土壤 TN 含量显著高于其他处理，为2.70 g·kg-1，M2N2 处理土壤 C/N 值最高，为 12.28，表明施肥能够提高土壤养分含量，而有机肥与化肥合理配施能够提高 C/N，提升土壤有机质和氮素的供应能力，土壤 POC、ROC 和MBC 含量均以有机肥替代化学氮肥处理（M1N1 处理和 M2N2 处理）显著高于其他处理；各密度组分中的有机碳含量均随施用有机碳量的增加而增加；M2N2 处理下土壤 POC（5.91 %）、ROC（20.45 %）、DOC（1.34 %）、MBC（1.39 %）和 HFOC（91.14 %）在 SOC 中的占比最高，表明他们在 M2N2 处理下活性最高，进一步表明合理比例的有机肥替代化学氮肥能更好地发挥肥料培肥土壤的作用。在不同测定指标中以 MBC 的 SI 值最高，表明土壤中活性碳组分 MBC 反应更为灵敏，在该地区可将 MBC 作为早期有机物变化的指示物。
2. M2N2处理土壤 DOC 荧光结构较富里酸类物质与类腐殖酸物质荧光峰激发/发射波长均有蓝移现象且荧光区域积分百分比增加、荧光Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ区域积分百分比均显著降低，类酪氨酸蛋白质物质、类色氨酸蛋白质物质积累量最低，表明合理的有机无机配施能增加土壤中腐殖质含量，提高土壤微生物的碳源，同时也降低了土壤 DOC 中芳香族化合物含量，使其结构简单化。各处理土壤 DOC 的 FI370 分布在 1.54~1.59 范围内，BIX 范围在 0.67-0.69，均表明土壤具有较强的陆生源特性；各处理土壤 DOC 的 HIX 均小于 0.85，即土壤腐质化程度均较低，而 M2N2 处理土壤 DOC 的 HIX 为 0.84，高于其他处理且达到显著水平，表明在所有处理中，M2N2 处理下土壤腐质化程度最高，同时也说明适量的有机肥配施化学氮肥能够增加土壤碳储量。施肥处理 3 个组分荧光强度均高于 CK 处理，表明施肥能够提高土壤腐质化程度。土壤 DOC 中 3 个有机组分的相对比重以 C1 最高，接近 50 %，表明该地区土壤中小分子物质占有较大比例，腐殖化程度低。总体表明，合理的有机肥配施化学氮肥更能增加 DOC 的有效性，提升土壤供肥能力。
3.拔节期小麦叶绿素含量和 LAI 由高到低均为 N 处理>有机无机配施处理>M 处理，说明前期化学氮肥的作用能够促进作物叶面积和叶绿素的增加。N 处理小麦籽粒产量最高，为 4414.06 kg·hm-2，M2N2 处理次之，为 4 410.17 kg·hm-2；小麦各产量构成指标均以 M2N2 处理最高，小麦产量与各产量构成指标呈极显著正相关（P<0.01）；小麦籽粒养分总含量以 M2N2 处理最高；小麦吸收氮养分量和氮肥表观利用率均以 M2N2 处理最高，分别为 103.93 kg·hm-2和 36.84 %；氮肥的农学效率以 N 处理最高，为 31.11 %，M2N2 处理次之，为 30.97 %；小麦品质指标（籽粒品质、面粉品质、面团品质）均以 N 处理最高，达到强中筋小麦标准。表明高产不仅取决于作物前期土壤对作物的供给力，后期有机肥与化学氮肥相互作用促进了小麦地上部分各器官对土壤养分的吸收分配、各生育指标的增高、氮肥表观利用率和氮肥农学效率的提高和小麦品质的改变。
总之，合理的有机肥替代化学氮肥比例既能增加土壤有机碳储量、提升土壤供肥水平、提高作物产量及氮肥利用率，还可减少肥料损失及因过量施肥带来的环境问题，是东北春小麦种植区域减肥增效施肥制度的发展方向。
参考文献（略）
