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氮是农业生产中重要的养分限制因子。土壤氮损失严重、氮肥利用率低是制约我国发展高产、高效和优质农业的主要问题之一。研究表明，有机无机肥配施有利于改善土壤理化性状、调节土壤供肥性能、促进作物对养分的吸收、提高作物产量和肥料利用率。然而，目前有关有机无机肥配施方面的研究主要集中在其生物效应及对土壤理化性质的影响等方面。关于有机无机肥配施的长期效应和短期效应的比较及其提高氮肥利用率机制方面的研究较少。系统地研究和比较有机无机肥配施的长期效应和短期效应，进一步探讨有机无机肥配施协同提高氮肥利用率的微生物作用机制，对于农业生产中降低氮肥损失、减轻环境污染、促进农业可持续发展具有重要的意义。
本文采用短期盆栽试验与长期定位施肥试验相结合的方法，研究了有机无机肥配施的土壤效应、植物效应与微生物效应，比较了长期定位与短期盆栽条件下有机无机肥配施效应的差异，并深入探讨了有机无机肥配施协同提高作物氮肥利用率的微生物学机制。主要研究结果如下:
1、有机无机肥配施显著提高作物产量、生物量、植株氮素累积量和氮肥利用率，与单施化肥和不施肥对照相比，田间长期有机无机肥配施的水稻籽粒产量分别提高4.72％-12.5％和44.3％-61.2％,水稻生物量分别提高4.21％-12.1％和45.2％-65.7％，氮素累积量分别提高5.39％-12.9％和73.2％-107％;有机无机肥配施处理的氮肥利用率比单施化肥提高11.6％-27.8％。盆栽试验中以配施20％有机肥氮的处理作物产量和生物量最高，其次为配施30％有机肥氮的处理;与化肥、纯有机肥和对照处理相比，配施20％有机肥氮的处理作物产量分别提高10.1％-12.8％、22.1％-33.5％、37.8％-62.9％，生物量分别提高8.56％-12.8％、20.0％-30.7％和38.6％-59.3％;配施20％有机肥氮处理的作物氮素累积量分别比化肥、纯有机肥处理和对照增加11.6％-13.8％、26.7％-38.5％和52.0％-74.9％，氮肥利用率分别比化肥和纯有机肥处理提高37.2％-43.5％和160％-229％。
2、有机无机肥配施具有一定的后效，其增产效应优于单施化肥。各施肥处理的后效产量和生物量分别比对照增加11.7％-39.6％和9.62％-26.8％;与化肥处理相比，有机无机肥配施处理水稻产量和生物量的增加幅度分别为5.66％-13.9％和5.00％-9.84％，小麦产量和生物量的增加幅度为2.02％-8.31％和0.95％-6.27％;其中配施30％有机肥氮的处理水稻产量以及配施20％和30％有机肥氮处理的水稻和小麦生物量显著高于单施化肥处理。
3、有机无机肥配施显著提高土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)和微生物商(SMQ)，SMBC、SMBN和SMQ随有机肥配施比例的提高而增加。25年长期定位施肥试验结果表明，各施肥处理的SMBC、SMBN和SMQ均显著高于不施肥对照，有机无机肥配施处理的SMBC、SMBN、SMQ显著高于单施化肥处理;有机无机肥配施处理的SMBC、SMBN和SMQ分别比对照提高194％-232％、216％-269％和86.8％-98.4％，比单施化肥处理提高42.0％-60.0％、40.1％-63.7％和16.8％-24.0％。盆栽试验结果表明，经过连续四茬施肥后，所有施氮肥处理的SMBC、SMBN和SMQ均显著高于不施氮对照，增加幅度分别为25.5％-64.5％、21.6％-66.5％和19.4％-53.3％;配施有机肥处理的SMBC、SMBN和SMQ显著高于化肥处理，增加幅度分别为15.8％-31.1％、16.2％-36.9％和15.3％-28.5％。
4、有机无机肥配施显著提高土壤相关酶活性及酶活性综合指数(GMea)。长期定位试验结果表明，有机无机施肥处理的土壤酶活性和酶活性综合指数均显著高于单施化肥和对照;与单施化肥相比，长期有机无机肥配施处理土壤的蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性和GMea提高幅度分别为21.7％-36.7％、20.1％-31.1％、55.1％-67.4％、16.6％-28.2％、23.3％-42.1％和27.1％-40.2％;配施70％有机肥处理的GMea显著高于配施30％有机肥的处理。盆栽试验连续种植四茬后，有机无机配施处理的土壤蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶活性和GMea显著高于单施化肥处理，提高幅度分别为17.1％-38.1％、20.0％-30.0％、18.4％-36.0％、12.2％-22.1％和16.5％-30.8％;配施20％和30％有机肥氮处理的GMea显著高于配施10％有机肥氮的处理。
5、不同施肥方式改变了土壤微生物群落结构。PCR-DGGE分析结果表明，25年长期施肥降低了细菌的Shannon winnier指数、丰富度指数和均匀度指数，提高了真菌的Shannon winnier指数和丰富度指数。长期单施化肥对微生物群落多样性的影响大于有机无机肥配施处理，说明长期有机无机肥配施更有利于土壤微生物群落多样性的稳定。连续四茬盆栽试验结果表明，单施化肥提高了土壤放线茵的数量，而对土壤细菌、真菌数量的影响不明显;有机无机肥配施处理土壤的真菌、细菌和放线菌的数量均显著高于单施化肥处理及对照，且土壤微生物数量随着有机肥配施比例的提高而增加。
6、有机无机肥配施改善了土壤的团粒结构，增强了水稳性团聚体的稳定性，提高了团聚体中的养分含量和酶活性。25年长期有机无机肥配施增加了土壤中水稳性大团聚体的含量而降低了水稳性小团聚体的含量，提高了水稳性团聚体的平均重量直径，并且显著提高了水稳性团聚体中全碳、全氮含量。有机无机肥配施提高了土壤不同粒级水稳性团聚体中蔗糖酶、蛋白酶、脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性，且水稳性大团聚体中的酶活性显著高于小团聚体的酶活性;土壤酶活性在各粒级水稳性团聚体中的分布规律与碳氮的分布规律一致;配施有机肥处理土壤水稳性团聚体的酶活性综合指数显著高于单施化肥处理和对照。
7、相对于单施化肥处理，长期（定位实验）和短期（盆栽试验）有机无机肥配施均能显著提高土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和土壤酶活性，改善土壤微生物群落结构，即长期和短期有机无机肥配施对土壤微生物学特性的影响在统计学上具有相似性（与单施化肥处理均差异显著）。对作物生长和养分吸收的影响结果表明，在短期内（盆栽试验第一、二茬），有机无机肥配施处理的作物产量、生物量、氮素累积量和氮肥利用率与单施化肥相比差异不显著，随着种植茬数增多（盆栽试验第三、四茬），处理间差异增大并逐渐达到显著水平，而25年长期定位试验的结果表明，有机无机肥配施处理的作物产量、生物量、氮素累积量和氮肥利用率显著高于化肥处理，即有机无机肥配施对于作物生长和养分吸收特性的影响具有一定的累积效应，即随着时间延长，与化肥处理间差异增大。
8、有机无机肥配施有利于促进土壤氮素供应与作物氮素需求的同步，减少氮素损失，提高氮肥利用率。水稻分蘖期作物生长速度和养分吸收速度较慢，有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、氮和矿质态氮含量显著低于化肥处理，有利于减少因化肥氮快速矿化造成的氮素损失;水稻抽穗期至灌浆期和小麦拔节期至开花期作物生长速度和养分吸收速度最快，有机无机肥配施处理的微生物生物量碳、氮和矿质态氮含量最高且显著高于单施化肥处理，即土壤氮素养分的释放速度较快，有利于满足作物快速生长对养分的大量需求;水稻灌浆期以后和小麦开花期以后作物生长速度和养分吸收速度迅速降低直至最后趋于停止，有机无机肥配施处理的微生物生物量碳、氮和矿质态氮含量也迅速降低，到收获期均低于纯有机肥处理，即有机无机肥配施处理的土壤氮素释放与作物的氮素吸收同步迅速降低。从作物全生育期综合分析可知，相对于单施化肥及纯有机肥处理，有机无机肥配施处理的氮素养分释放动态与作物氮素养分吸收动态的协调同步性更好，促进了作物对养分更大程度的吸收，提高了作物产量、生物量和氮素累积量，提高了氮肥利用率。
综上所述，有机无机肥配施促进了土壤微生物繁殖，显著提高了土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物商、土壤酶活性及酶活综合指数，改善了土壤物理结构和微生物群落结构，从而改善了土壤氮素供应特征，促使土壤氮素供应动态与作物氮素吸收规律在更大程度上协调同步，既可减少氮素损失，又能较好地满足作物生长发育对养分的需求，从而促进了作物增产，并提高了氮素养分利用率。本研究从微生物学的角度进一步阐明了有机无机肥配施协同提高氮肥利用率的机制。