【摘 要】
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黄土旱塬是我国典型旱作农业区,土壤贫瘠且化肥相对过量投入导致该地区土壤生产力不足。作物秸秆是一种取材方便,价格低廉的有机肥源,具有极大的化肥替代潜力,还田后能有效改善土壤质量,实现农业高质高效生产。因此,本研究于2018—2021年在晋南黄土旱塬冬小麦种植区,设置秸秆不还田（S0）、秸秆半量还田（S1/2）、秸秆全量还田（S1）、秸秆2倍量还田（S2）4个处理,系统分析了不同秸秆还田量替代部分化肥
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2018YFD0200401）；
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黄土旱塬是我国典型旱作农业区,土壤贫瘠且化肥相对过量投入导致该地区土壤生产力不足。作物秸秆是一种取材方便,价格低廉的有机肥源,具有极大的化肥替代潜力,还田后能有效改善土壤质量,实现农业高质高效生产。因此,本研究于2018—2021年在晋南黄土旱塬冬小麦种植区,设置秸秆不还田（S0）、秸秆半量还田（S1/2）、秸秆全量还田（S1）、秸秆2倍量还田（S2）4个处理,系统分析了不同秸秆还田量替代部分化肥对冬小麦产量及产量构成、水肥效应、土壤有机碳、碳效率及经济效益的影响,旨在为黄土旱塬麦区面源污染防控、土壤固碳减排和冬小麦提质增效绿色生产提供理论依据。主要结论如下:（1）在黄土旱塬麦区,秸秆还田平均替代19.0%N和36.9%P2O5的基础上,冬小麦产量平均增加14.7%,降水丰沛年份,增加秸秆还田量可进一步发挥其增产作用。连续3年秸秆还田替代化肥提高冬小麦公顷穗数,但不同处理间穗粒数和千粒重差异不显著。播前2 m土壤贮水量总体随着还田量的增加而增加,S2处理平均贮水量较S0提高8.3%（P＜0.05）。冬小麦生育期耗水量也表现为随着还田量的增加而增加,S2处理平均耗水量较S0处理增加了10.0%（P＜0.05）。不同处理间水分生产效率差异不显著,平均为14.9 kg/hm~2/mm。冬小麦肥料利用效率随着秸秆还田替代化肥量的增加而增加。连续3年秸秆不还田使0—2 m土壤硝态氮残留量较2018年播前提高100.6%,随水向下淋溶并在深层土壤中累积,而秸秆还田替代化肥处理降低2 m土层硝态氮累积量,S2处理降低最多,较2018年播前降低20.4%（P＜0.05）。从土壤氮平衡角度看,秸秆还田替代化肥处理可增加氮输入,并增加作物氮携出,土壤氮盈余量呈增加趋势,这是因为秸秆还田促使更多土壤无机氮转化为有机氮。（2）连续3年秸秆还田替代化肥增加耕层土壤有机碳及其活性组分含量,各处理表现为S2＞S1＞S1/2＞S0。各活性有机碳组分占SOC的百分比总体表现为POC＞ROC＞DOC＞MBC,其中POC占SOC的46.38%～50.59%。通过对土壤活性有机碳组分的对秸秆还田替代化肥的敏感性分析可知,MBC的敏感性最高（15.87%～84.23%）,说明MBC是反映该地区土壤有机碳早期变化的指标。土壤碳库管理指数（CPMI）表现为S2＞S1＞S1/2＞S0,S2处理较S0处理高21.55%（P＜0.05）。除DOC外,活性碳组分与SOC间存在正相关关系,其中POC与SOC关系更为紧密,结合活性碳组分分配比例表明土壤颗粒有机碳是土壤有机碳固存的主要形式。（3）在其他农田管理措施一致的情况下,秸秆还田替代化肥降低源自化肥的碳投入,使农田总碳投入总体降低1.9%～7.6%。当地小麦生产中,源自机械的碳投入占比较大,占到67.8%～78.8%。秸秆还田替代化肥总体提高作物碳产出总量6.5%～17.5%,干旱年份因水分胁迫不能持续提高作物碳产出总量,降水丰沛年型作物碳产出总量随秸秆还田替代化肥量的增加而增加。麦田碳效率（生产效率和生态效率）变化规律与作物碳产出总量一致,以S2处理碳生产效率和生态效率最高,分别较S0处理提高27.1%和29.3%。秸秆还田替代化肥降低化肥投入而降低生产物资投入总成本,同时增加籽粒产值,经济效益随之提升。总体来看,S2处理投入成本最少,且能获得最高的籽粒产值（8733.6元/hm~2）与净效益（2700.7元/hm~2）。综上,在黄土旱塬冬小麦种植区实行秸秆还田可以替代部分化肥,提高作物产量,提高水肥利用效率,减少氮素损失,实现农田固碳减排能力与经济效益的协同提高,是一种可行的化肥减量有机替代手段。其中以2倍秸秆还田量（平均为7 477 kg/hm~2）替代化肥效果最优,可在当地生产实践中推广应用。
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