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合理进行土壤培肥不仅是提高土壤肥力质量的关键，也是保证土壤资源可持续利用的核心手段，对于从区域或国家尺度上提升农田生产力和保障粮食安全意义重大。国内外研究表明，进行土壤有机培肥是众多培肥措施中最有效和最可靠的途径，其中，添加有机物料和种植覆盖作物的措施受到人们广泛关注。然而，如何因地制宜确定具体措施并筛选关键性指标来评价土壤培肥效果，从而确立合理高效培肥模式，仍需在不同地域结合当地农业生产实际开展深入研究。鉴于此，本研究特选取气候类型、土壤性质和耕作管理措施等差异较大的中国典型旱区土壤（陕西渭北旱塬）和美国东北部湿润区土壤（马里兰州）为研究对象，进行了土壤添加有机物料培肥模式的筛选、评价和种植覆盖作物培肥效应等关键科学问题的试验研究，旨在通过有机物料施用和耕作制度优化等措施，为旱区和湿润区农田土壤生产力提升、养分资源高效利用和生态环境保护提供科学依据。主要结果如下：具体的试验研究内容及获得的相应结果和结论如下：（1）与单施化肥相比，有机培肥的土壤容重呈缓慢下降趋势，其中厩肥下降6.56%，达显著性水平。化肥配施有机物料减少了>10mm和<0.25mm不良结构体含量，增加了5–3mm和1–0.5mm理想团聚体数量。同时也从不同程度增加了>5mm、5–2mm和2–0.25mm水稳性团聚体含量，其中秸秆堆肥使>5mm团聚体含量显著增加了6.5%，高量秸秆使5–2mm团聚体含量增加了78.0%。秸秆堆肥使土壤湿筛团聚体平均质量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）分别显著增加了33.3%和24.7%。（2）化肥配施有机物料显著增加了耕层土壤（0-20cm）高锰酸盐易氧化碳（POXC）含量（P<0.05），其中厩肥处理增加幅度最大，达108.6%。与单施化肥相比，有机培肥各级团聚体土壤有机碳含量普遍增加，其中厩肥使0.5–0.25mm团聚体有机碳含量明显增加12.8%。同时，各级团聚体POXC含量也大幅度提高，其中秸秆堆肥使1–0.5mm团聚体POXC含量明显增加98.5%。有机培肥耕层土壤POXC含量与粒径>0.25mm水稳性团聚体含量呈显著正相关（R2=0.625，P<0.05）。与单施化肥和对照相比，有机培肥耕层土壤碳库管理指数明显增加，其中厩肥处理指数高达231.8。（3）与单施化肥相比，化肥配施有机物料使部分土壤养分状况（全氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量）以及土壤微生物学特性［微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）、脲酶、碱性磷酸酶］均得到进一步改善。化肥配施秸秆堆肥处理效果最明显，其中MBC、MBN、脲酶和碱性磷酸酶活性分别增加了42.0%，54.6%，19.7%和7.4%。同时，土壤微生物量碳氮、脲酶与土壤速效磷、速效钾密切相关（P＜0.01），与土壤全氮、阳离子交换量、作物产量显著相关（P＜0.05）。（4）选取有机质等12个能够反映该区土壤肥力质量特性的关键性定量因子作为评价指标，采用因子分析法对土壤肥力质量进行综合评分，然后用欧氏距离最短距离法对其进行聚类，最后利用作物产量结果进行验证。结果表明：通过土壤有机培肥，土壤肥力水平和作物产量均有显著提高。与单施化肥相比，施加秸秆堆肥和厩肥处理的小麦产量分别提高13.31%和16.17%；对土壤肥力综合评价，秸秆堆肥配施化肥的土壤肥力质量最高，综合得分达58.94，厩肥配施化肥次之。（5）覆盖处理下秋季饲料萝卜地上和地下部平均生物量分别为2763和2326kg ha-1，含碳量分别为1011和883kg ha-1。土壤有机碳含量在不同季节均随着土层深度增加而不断减少，但并未受到覆盖处理显著影响。然而无论施氮与否，覆盖处理均使土壤表层和深层POXC含量显著增加。同时土壤POXC与TOC呈显著正相关（P<0.01）。施氮56、112和168kg ha-1（8月），覆盖处理使0-30cm土层POXC分别明显增加23%，20%和26%。（6）饲料萝卜秋冬季具有捕获土壤剖面大量氮素的能力，而春季残茬腐解后释放出储存的养分，可供后续作物循环利用。秋季饲料萝卜地上部捕获氮素的数量几乎是未覆盖处理的4倍。饲料萝卜生长后期（12月）表层土壤NO3-N含量明显下降，施氮100kg Nha-1和0kg N ha-1条件下，分别下降18.31%和9.56%；而萝卜残茬腐解后（5月），表层土壤NO3-N含量分别显著增加165.16%和119.56%，且深层土壤无明显NO3-N累积。覆盖处理对土壤全氮和NH4-N含量无显著性影响。（7）种植饲料萝卜促进了后续作物青贮玉米生长，提高了玉米秸秆和籽粒干物质量。施氮0、56、112和168kg ha-1条件下，覆盖处理明显提高了玉米氮素吸收总量，分别增加了23.88%，6.61%，18.20%和1.75%。由于不施氮时（无肥对照），覆盖处理全株玉米吸氮量显著高于未覆盖处理，因此，同一施氮水平下覆盖处理青贮玉米氮肥回收利用率和氮肥农学利用效率明显降低，且随着施氮量的增加而不断降低。通过上述研究，本文得出两条重要结论：第一，在秸秆资源丰富的中国旱区土壤，施用有机物料（秸秆）并配施化肥，可以调节土壤容重及土壤团聚体的分布和稳定性，并有效提高土壤团聚体结合态碳含量，从而显著改善旱地土壤结构和提高土壤肥力；另外，采用因子分子综合评价法能够准确反映土壤肥力水平和预测土壤生产力状况。第二，在实行土地休闲的美国东北部湿润区土壤，种植覆盖作物具有提升碳库容量和增加碳库活性的潜力，同时能有效提高氮素利用效率，从而减少施肥对环境的潜在污染威胁。因此，种植覆盖作物并减少后续作物氮肥施用量是湿润区提高土壤肥力和提高肥料利用率的有效途径。