沼液追肥提升玉米综合效益的新机制：基于籽粒灌浆过程、产量及内生微生物组的系统研究

针对化学肥料副作用凸显及农业废弃物循环利用需求，中国农业科学院团队通过三年田间试验，首次系统揭示沼液替代化肥追肥(BSTR)对玉米籽粒灌浆特性、产量构成、品质及内生微生物组的调控机制。研究发现100%BS处理可显著提高产量(26.50%)和净收益(3867.72元/公顷)，并重塑籽粒内生细菌群落(提升Proteobacteria等菌门丰度)，为农业绿色高质量发展提供创新方案。

　　

随着全球人口增长和粮食安全压力加剧，传统依赖化学肥料的农业生产模式正面临严峻挑战。长期过量施用化肥导致土壤酸化、温室气体排放增加和生物多样性下降等问题日益突出。与此同时，农业废弃物的循环利用和资源节约型农业发展需求迫切。在这一背景下，如何通过创新施肥策略实现粮食增产与环境保护的双赢，成为现代农业科学的重要命题。

中国农业科学院的研究团队在山西寿阳旱作农业关键野外科学观测站开展了为期三年的系统研究，首次从籽粒灌浆动态、干物质积累、内生微生物组等多维度揭示了沼液替代化肥追肥(Biogas Slurry Topdressing as Replacement of chemical fertilizer, BSTR)对玉米综合效益的提升机制。这项发表在《Journal of Agriculture and Food Research》的研究不仅为农业废弃物资源化利用提供了科学依据，也为实现"化肥零增长"目标提供了创新解决方案。

研究团队采用了多学科交叉的研究方法：通过田间定位试验设置6种施肥处理(100%BS至纯化肥CF)；采用Logistic模型量化籽粒灌浆特征参数(a、W_max
等)；建立脱水动力学模型解析t₁
、G_max
等关键参数；运用16S rRNA和ITS基因测序分析籽粒内生菌群；结合结构方程模型(SEM)揭示各因素的互作网络。所有数据均通过SPSS 26.0进行方差分析和Duncan多重检验。

研究结果呈现出四个重要发现：

3.1 干物质积累与再分配
BSTR处理显著改变了玉米吐丝后(VT阶段)的物质分配策略。与纯化肥(CF)相比，100%BS处理使吐丝后干物质积累量(DMA)平均增加58.14%，而对吐丝前干物质再分配量(DMR)降低19.79%。这种"开源节流"的物质分配模式为高产奠定了物质基础。

3.2 籽粒灌浆与脱水特性
通过Logistic模型拟合发现，不同粒位灌浆特征参数表现为下部>中部>上部。100%BS处理使理论最大百粒重(a)和活跃灌浆期(P)分别提高15.90%和16.94%。脱水动力学分析显示，BSTR处理使籽粒进入快速脱水阶段(t₁
)的时间提前46.54°C·d，有利于机械化收获。

3.3 产量构成与经济收益
三年数据显示，BSTR处理呈明显的"剂量效应"：随着沼液替代比例增加，穗长、穗围等产量构成要素显著改善。100%BS处理在2022年使产量较CF提高26.50%，净收益平均增加3867.72元/公顷。结构方程模型揭示，产量和收益主要受处理方式、年份及DMA的直接调控。

3.4 籽粒内生微生物组
微生物组分析获得86.8万条细菌和127.9万条真菌高质量序列。BSTR处理使籽粒内生细菌ACE指数提高27.10%，显著改变Proteobacteria(43.95%)等优势菌门丰度。随机森林模型鉴定出Chryseobacterium等关键差异菌属。值得注意的是，内生细菌对施肥处理的响应远敏感于真菌，且与灌浆参数、品质指标显著相关。

在讨论部分，研究者提出了三点创新性认识：首先，BSTR通过延缓叶片衰老、优化群体冠层结构，实现了"增源扩库"的协同效应；其次，沼液中的有机物质和微量元素不仅作为营养源，还可能通过调控内生菌群间接影响作物生理；最后，100%BS处理在产量、品质和收益方面的卓越表现，证实了其作为"化肥替代"方案的可行性。

这项研究的科学价值在于：首次系统阐明了BSTR影响玉米综合效益的多维度机制，建立了"施肥-微生物组-农艺性状"的互作框架。实践意义上，研究为农业废弃物资源化利用提供了可推广的技术模式，据测算每公顷可增收近4000元。未来研究可进一步聚焦微生物跨器官迁移机制，以及在不同生态区的适应性验证。这些发现为推动农业绿色转型提供了重要的理论和实践依据。