综述:部分有机肥替代化肥降低干旱区玉米土壤盐分、改善光合作用并提高水氮利用效率

【字体: 时间:2025年07月20日 来源:Agricultural Water Management 5.9

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  这篇综述通过两年田间试验证明,在干旱盐碱区用有机肥(OF)部分替代合成氮肥(SF)能显著降低0-100 cm土层盐分(SSC)1.12%-13.31%和硝态氮残留(NNR)14.06%-51.48%,同时通过优化光合参数(Pn/Tr/Gs)使玉米(Zea mays L.)水氮利用效率(WPC/NUE)提升2.98%-46.19%,多目标模型确定最佳替代比例为21.32%。

  

土壤盐碱化与有机肥替代的协同效应

引言
全球约7%耕地受盐碱化威胁,导致年损失达273亿美元。干旱区因灌溉不当引发的次生盐渍化尤为严重,通过破坏土壤团聚体、抑制微生物活性及离子拮抗作用影响作物生长。有机-无机肥配施被证实可改善土壤健康,但盐碱系统中最佳配比仍不明确。本研究在中国新疆盐碱地开展两年试验,探究不同有机肥替代率(OFSR 0%-100%)对土壤-作物系统的综合影响。

材料与方法
试验设置7个处理:不施氮(CK)、全量化肥(SF)及20%-100%有机肥替代(OF20%-OF100%),均施氮300 kg ha-1。测定土壤盐分(SSC)、硝态氮残留(NNR)、玉米光合参数(Pn/Tr/Ci/Gs)、叶面积指数(LAI)、株高(PH)、干物质积累(ADM)及产量构成,并采用TOPSIS-GRA-MFA组合模型进行多目标优化分析。

结果

土壤盐分与硝态氮动态
OFSR增加使0-100 cm土层SSC线性降低1.12%-13.31%,100-200 cm呈抛物线变化。OF100%处理NNR降低最显著(51.48%),但表层(0-100 cm)年际差异随OFSR增大而加剧,深层(100-200 cm)则减小。

光合与生长响应
光合参数呈"先升后降"趋势,OF20%处理Pn峰值较SF提高5.37%-12.37%。相应地,LAI、PH和ADM在OF20%时达最大值,较CK增加27.98%-49.32%。

产量与资源效率
OF20%实现最佳平衡:产量(8386 kg ha-1)、WPC(19.42 kg ha-1 mm-1)和NUE(42.09%)较SF提升8.03%/7.83%/46.19%。第二年各项指标较首年增长18.79%-83.26%,显示有机肥持续改良效应。

讨论与机制
有机肥通过三重机制发挥作用:

  1. 物理改良:增加土壤大孔隙促进盐分淋洗
  2. 化学调控:缓释氮素减少硝态氮淋失
  3. 生物激活:提升微生物活性促进养分循环

值得注意的是,过高OFSR(>40%)会因矿化速率不足限制玉米氮需求,印证了盐碱系统"适度替代"原则。

结论
基于ODCA模型评估,21.32%有机肥替代率为盐碱地玉米种植最优解,可实现"降盐-增产-提效"协同。该成果为干旱区农业可持续集约化提供了量化依据。

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