《Land Degradation & Development》：Enhancing Soil Quality and Ecosystem Multifunctionality to Increase Maize Yield in Saline-Alkali Soil: A Multisource Nitrogen Fertilization Strategy
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多源氮肥策略对提升盐碱土壤肥力和作物产量的积极效应已得到评估。然而，土壤质量与生态系统功能对多源氮肥策略的响应，及其在调控盐碱土壤玉米产量中的作用仍知之甚少。因此，于2021年至2023年间开展了一项等氮输入量（260 kg N ha-1
多源氮肥策略对提升盐碱土壤肥力和作物产量的积极效应已得到评估。然而，土壤质量与生态系统功能对多源氮肥策略的响应，及其在调控盐碱土壤玉米产量中的作用仍知之甚少。因此，于2021年至2023年间开展了一项等氮输入量（260 kg N ha-1）的田间试验，以研究不同氮肥处理（CK：矿物肥料；FS：矿物肥料与秸秆氮1:1配施；FM：矿物肥料与粪肥氮1:1配施；FSM：矿物肥料、粪肥与秸秆氮1:1:1配施）对盐碱土壤土壤质量指数（SQI）、生态系统多功能性（EMF）及玉米产量的影响。多源氮肥策略提高了SQI和EMF。由于土壤养分和盐碱条件的改善，FSM处理在0–10 cm表土层对土壤质量和生态系统功能产生了最大益处。土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、有效磷（AP）、pH、盐分、蔗糖酶、碱性磷酸酶和微生物多样性对SQI和EMF的变异具有显著解释度，并且是玉米产量的重要调控因子。偏最小二乘路径模型进一步表明，多源氮肥策略通过提高SQI间接增加了玉米产量，这与SOC、TN和AP含量的增加有关。同时，盐碱胁迫的双重缓解促进了0–10 cm表土层EMF的改善，从而有助于玉米增产。此外，FSM处理还通过增加蔗糖酶和细菌多样性改善了10–20 cm土层的EMF，间接促进了玉米增产。总体而言，FSM处理玉米产量最高，相较于CK处理，2022年和2023年分别增产24.6%和28.7%。因此，FSM处理是一种短期内同步提升盐碱土壤质量、功能和生产力的有前景的施肥策略。
盐碱土壤（saline-alkali soil）广泛分布，约占全球农业用地的8%，其导致的土壤结构退化、肥力下降及微生物功能受损，直接胁迫作物生长并造成每年超过270亿美元的经济损失。传统氮肥施用虽能补充养分，但过量施用引发氮淋溶、氧化亚氮排放等环境问题，且破坏土壤养分化学计量平衡。多源氮肥策略（multisource nitrogen fertilization strategy）通过减少化学氮肥、增加有机氮源（如秸秆和粪肥）输入，已被证明可改善土壤结构、促进盐分淋洗并提升养分有效性，但现有研究多聚焦于单一指标，缺乏对土壤质量指数（SQI）和生态系统多功能性（EMF）的综合评估及其对作物产量调控途径的系统解析。为此，研究人员于2021–2023年在内蒙古通辽市科尔沁区莫力庙镇（121.96°E, 43.60°N）开展田间试验，以等氮输入（260 kg N ha
-1）为基础，设置四种处理：纯化肥（CK）、化肥与秸秆氮1:1（FS）、化肥与粪肥氮1:1（FM）、化肥、秸秆与粪肥氮1:1:1（FSM），旨在评估多源氮肥策略对盐碱土壤SQI、EMF和玉米产量的影响，并揭示其调控玉米产量的级联路径。研究发现，FSM处理效果最优，在0–10 cm表土层显著提升SQI和EMF，使2022年和2023年玉米产量分别较CK增加24.6%和28.7%。该研究发表在《Land Degradation》期刊，表明FSM处理是一种短期内同步提升盐碱土壤质量、功能和生产力的有前景的施肥策略。
关键技术方法概述：研究人员采用随机区组设计，在内蒙古通辽市田间试验点（121.96°E, 43.60°N）进行为期3年（2021–2023）的玉米连作试验。土壤类型为灰漠土，基础理化性质见表S1。通过测定土壤理化性质（SOC、TN、TP、TK、AP、AK、EC、pH、盐分、BD）计算SQI（采用面积法，将指标归一化至0–1）；通过测定土壤酶活性（脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶）及微生物多样性（细菌16S rRNA V3–V4区和真菌ITS基因的Illumina测序）计算EMF（采用Z-score法）。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）、冗余分析（RDA）和偏最小二乘路径模型（PLS-PM），以解析施肥策略、土壤属性、SQI、EMF与玉米产量间的直接和间接关系。
研究结果：
3.1 SQI（土壤质量指数）：多源氮肥策略（FS、FM、FSM）在2022–2023年显著提升了关键参数得分（SOC、TN、TP、AP、AK、pH、盐分、BD）。在0–10 cm土层，FSM处理表现最优，将SOC、TN、TK、AP、AK、pH、盐分和BD得分较CK提升4.1%–92.2%，且SOC和BD得分显著高于FS和FM处理（p < 0.05）。在10–20 cm土层，FSM处理SOC和TP得分较FS和FM处理提升6.0%–23.3%和3.4%–17.0%（p < 0.05）。总体而言，FS、FM和FSM处理在0–10 cm土层的SQI均高于CK，其中FSM处理增幅最大，2022年和2023年分别较CK提升64.1%和46.2%（p < 0.05）。在10–20 cm土层，FM和FSM处理的SQI显著高于FS处理（p < 0.05）。
3.2 EMF（生态系统多功能性）：与CK相比，FS和FM处理均使0–10 cm和10–20 cm土层脲酶活性提升5.6%–42.2%（p < 0.05）。FSM处理显著增加了0–10 cm土层蔗糖酶和碱性磷酸酶活性，以及10–20 cm土层脲酶和蔗糖酶活性（p < 0.05）。此外，FS、FM和FSM处理在0–10 cm和10–20 cm土层使细菌Chao1和Shannon指数提升38.6%–119.2%（p < 0.05），FSM处理使真菌Chao1和Shannon指数提升7.0%–31.4%（p < 0.05）。基于土壤酶活性和微生物多样性计算的EMF在各多源氮肥策略下均显著提升，其中FSM处理增幅最大（p < 0.05）。
3.3 玉米产量：多源氮肥策略提升了玉米产量。与CK相比，FS处理在2023年显著增产，而FM和FSM处理在2022年和2023年均显著增产（p < 0.05）。FSM处理玉米产量最高，2022年较CK增产24.6%，2023年增产28.7%。
3.4 SQI与EMF对玉米产量的关系：玉米产量与SQI和EMF呈正相关（p < 0.01）。RDA分析表明，在0–10 cm土层，SOC、TN、AP、pH、盐分、蔗糖酶、碱性磷酸酶和微生物Chao1对SQI和EMF变异具有显著解释度；在10–20 cm土层，SOC、TN、pH、蔗糖酶、细菌Chao1和Shannon是关键解释因子。PLS-PM进一步显示，多源氮肥策略通过提升SQI（由SOC、TN、AP含量增加驱动）间接增加玉米产量，同时通过缓解盐碱胁迫（pH和盐分负调控SQI）促进EMF改善，进一步增产。在0–10 cm土层，SOC、TN和AP直接正向影响SQI，pH和盐分负向影响SQI（p < 0.05）。在10–20 cm土层，SOC和AP正向调控SQI和EMF，间接增产；FSM处理通过正向影响细菌Chao1、Shannon及蔗糖酶活性，提升EMF，间接增产（p < 0.05）。此外，FSM处理在0–10 cm和10–20 cm土层均对玉米产量有显著直接效应（p < 0.05）。
讨论与结论：讨论部分指出，多源氮肥策略通过增加有机碳输入、改善土壤结构、促进盐分淋洗和降低pH，协同提升了土壤养分有效性和微生物活性，从而提高了SQI和EMF。FSM处理因秸秆和粪肥的互补效应，提供了更丰富的碳源和能量，加速了有机物腐殖化，并优化了微生物生态位，因此在表层土壤中表现最优。在10–20 cm土层，FSM处理通过增加蔗糖酶和细菌多样性，间接提升了EMF和玉米产量。PLS-PM路径分析证实，多源氮肥策略通过改善土壤质量（增加SOC、TN、AP）和缓解盐碱胁迫（降低pH、盐分）间接增产，同时FSM处理还通过增强EMF（尤其是细菌多样性和酶活性）产生额外增产效应。研究结论（翻译）：该研究表明，多源氮肥策略普遍改善了盐碱土壤的盐碱条件和养分状况，并提高了土壤酶活性和细菌多样性。这些积极影响促进了土壤质量指数（SQI）和生态系统多功能性（EMF）的提升，从而增加了玉米产量。具体而言，多源氮肥策略通过增加土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）和有效磷（AP）含量改善了土壤质量，间接增加了玉米产量。同时，0–10 cm表土层盐碱化的缓解对土壤生态系统功能产生了积极效应，进一步提高了玉米产量。此外，FSM处理还通过增加受蔗糖酶和细菌多样性影响的10–20 cm土层EMF，间接增加了玉米产量。总体而言，FSM处理因对土壤质量和功能性的巨大益处而获得了最高玉米产量。这些发现为通过多源氮源施肥提升盐碱土壤生产力提供了一种创新解决方案。
