优化施肥对高原酸性红壤区土壤质量、生态系统多功能性与玉米产量的协同促进机制

《Field Crops Research》：Evaluating the effects of biodegradable film and plastic film mulching on soil water and nitrogen cycles and maize yield in different regions of rainfall and soil texture: An experimental and modeling study

本研究通过七年田间试验，系统揭示了秸秆还田配施化肥（CSF）等优化施肥模式可通过降低土壤容重、提升氮循环酶活性，协同改善土壤质量指数（SQI）和生态系统多功能性（EMF），从而显著提高玉米产量，为高原红壤区农业绿色可持续发展提供了理论依据与实践路径。

　　

Highlight

作物产量

连续施肥第六年（2022年），各处理作物产量趋于稳定（图 S1）。与未施肥对照（CK）相比，常规化肥（CF）及优化施肥处理（CSF、COF和OF）均显著提高了作物产量（p < 0.05）（图2）。具体而言，CF、CSF、COF和OF分别使作物产量提高了3.52–3.60倍、2.96–3.89倍、4.10–4.32倍和1.88–3.08倍（p < 0.05）。此外，COF处理的作物产量最高（10.50 t hm^?2），相较于其他施肥处理增产17.81–34.49%。

优化施肥对土壤质量的改善效应

在全球气候变化加剧的背景下，优化施肥策略已成为实现农业可持续集约化的关键途径（Xiao et al., 2024）。作为农业生产力的基础，土壤物理、化学和生物学性质的综合改善对于提升土壤质量指数（SQI）至关重要（Bünemann et al., 2018, Hu et al., 2024, Yan et al., 2019）。与基础土壤相比，除OF外，所有优化施肥处理均显著改善了土壤物理结构，表现为土壤容重降低和孔隙度增加。这主要归因于有机物质的输入促进了土壤团聚体的形成。在化学性质方面，CSF和COF处理显著提高了土壤有效氮、磷、钾含量，而OF处理由于养分释放缓慢，其有效养分含量相对较低。在生物学性质上，CSF处理显著提升了微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）、磷（MBP）以及碳、氮、磷循环相关酶的活性，为土壤生态系统注入了旺盛的“生命活力”。

结论

这项为期七年的定点观测研究发现，施肥后的第六至第七年作物产量达到稳定。与CK相比，CF和优化施肥处理均显著提升了SQI、EMF和作物产量。值得注意的是，CSF和COF在显著减少氮肥投入的同时，实现了与CF相当的产量水平。相比之下，OF的增产效果显著低于CF，这与较低的微生物活性和养分有效性受限有关。总之，秸秆还田配施化肥（CSF）在提升养分有效性、增强氮循环酶活性以及协同提高SQI和EMF方面展现出显著优势，是高原酸性红壤区实现土壤生境质量与农业生产力协同提升的战略性优选施肥方案。

Conclusions

这项为期七年的定点观测研究发现，施肥后的第六至第七年作物产量达到稳定。与CK相比，CF和优化施肥处理均显著提升了SQI、EMF和作物产量。值得注意的是，CSF和COF在显著减少氮肥投入的同时，实现了与CF相当的产量水平。相比之下，OF的增产效果显著低于CF，这与较低的微生物活性和养分有效性受限有关。总之，秸秆还田配施化肥（CSF）在提升养分有效性、增强氮循环酶活性以及协同提高SQI和EMF方面展现出显著优势，是高原酸性红壤区实现土壤生境质量与农业生产力协同提升的战略性优选施肥方案。