东北地区是我国重要的粮食生产基地。本研究采用整合分析方法(Meta 分析)，探究农业管理措施与气候因子对寒地水稻产量的协同作用机制，为区域水稻高产稳产提供理论依据。

基于Web of Science、PubMed、中国知网(CNKI)、万方和维普数据库，以“寒地水稻”“水稻产量”“秸秆还田”“施氮量”“氮循环”为关键词，检索了2003—2024年发表的涉及东北寒地水稻种植的中英文文献，纳入标准包括：1) 试验点位于东北三省；2) 研究包含秸秆还田或氮肥施用的田间试验并设有不还田或不施氮的对照；3) 数据完整，提供平均值、标准差 (或标准误)及重复次数(n≥3)；4) 报道水稻产量及至少1项土壤理化指标或氮循环基因丰度。最终纳入东北三省61个观测点的175篇相关文献。其中154篇文献的570组数据用于量化秸秆还田年限、施氮量、耕作及灌溉方式对水稻产量及土壤理化性质的影响 (随机效应模型)；21篇文献的73组数据用于分析氮循环功能基因与土壤因子的相关性，以阐明微生物介导机制。

随机森林模型显示，土壤有机碳(SOC)和施氮量是影响水稻产量的主导因子，贡献率分别为27.05%和24.14%。亚组分析结果显示，深耕结合覆膜控制灌溉(PFM-CI)土壤SOC含量和水稻产量分别提升了20.46%和36.24%。在施氮量为90～180 kg/hm²、秸秆还田量为6000～9000 kg/hm²、还田年限5 ～10年条件下，中熟品种的增产效果优于早熟和晚熟品种。硝化与反硝化速率共同调控土壤氮素形态及其有效性，进而影响寒地水稻产量。相关分析表明，SOC与反硝化基因nosZ丰度呈正相关(r=0.84)，nosZ丰度与稻田土壤全氮(TN)呈极显著正相关(r=0.85，P<0.001)；SOC与氨氧化古菌基因AOA-amoA丰度也呈正相关(r=0.22)。

寒地水稻产量受土壤碳氮含量及微生物转化过程的协同调控。推广深耕结合覆膜控制灌溉模式、优化氮肥与秸秆还田配比，并选用中熟品种，是提升东北寒地水稻产量和氮素利用效率的关键策略。

吉林省是全国第四大粮食主产区，秸秆资源丰富，估算吉林省主要作物秸秆养分资源量及其全量还田替代化肥潜力，为全省秸秆资源高效利用、化肥减施增效、耕地质量提升以及绿色低碳农业提供科学参考。

基于统计年鉴数据和文献资料，利用草谷比法量化吉林省各市玉米、水稻、大豆和花生4种作物秸秆资源量，估算秸秆氮磷钾养分资源量，并对其替代化肥潜力和经济效益进行评估。

2019—2023年，全省玉米、水稻、大豆和花生秸秆年平均资源量分别为3225.68万t、585.08万t、70.36万t和103.89万t，长春市、松原市、四平市、吉林市和白城市秸秆资源量较高，分别占全省作物秸秆总量的32.15%、19.30%、14.98%、10.69%和10.07%。全省主要作物秸秆氮(N)、磷(P₂O₅)和钾(K₂O)理论资源量分别为35.79万t、12.21万t和57.41万t，玉米、水稻、大豆和花生作物养分资源量(N+P₂O₅+K₂O)分别占全省的77.12%、17.54%、2.20%和3.14%。全省主要作物秸秆全量还田的N、P₂O₅和K₂O当季有效资源量为18.76万t、8.78万t和48.66万t，玉米、水稻、大豆和花生4种作物秸秆全量还田的当季有效养分资源量(N+P₂O₅+K₂O)分别占全省的77.37%、17.82%、1.97%和2.84%。按单位播种面积计，水稻秸秆还田的N、P₂O₅、K₂O养分替代潜力分别为 27.32、12.56 和 122.06 kg/hm²，玉米分别为 33.47、16.12、80.55 kg/hm²，大豆分别为 20.58、5.15、25.97 kg/hm²；花生分别为 22.01、8.69、36.56 kg/hm²。基于最佳施肥量计算，水稻秸秆全量还田对N、P₂O₅和K₂O的平均替代比例分别为15.16%、18.50%和11.06%，玉米分别为15.66%、19.42%和78.13%，大豆分别为27.26%、6.96%和43.35%，花生分别为17.66%、9.17%和30.85%。主要作物秸秆全量还田可节约氮肥投入7.91亿元、磷肥投入6.22亿元和钾肥投入33.09亿元，全省合计可节约化肥投入47.22亿元。

吉林省秸秆资源量丰富，主要作物秸秆资源量为3985.01万t，其中玉米和水稻的秸秆资源量分别占80.95%和14.68%。主要作物秸秆全量还田可释放的氮(N)、磷(P₂O₅)和钾(K₂O)有效资源量分别为18.76万t、8.78万t和48.66万t，可替代约65%的化学钾肥投入及13%～15%的化学氮肥和磷肥投入，节约化肥投入47.22亿元。在统筹秸秆还田利用时，应考虑区域和作物种类差异，以实现秸秆资源的高效利用和化肥减施增效，从而获得显著的经济效益。

探究局部施用缓释尿素对玉米根系三维空间分布特征及氮素吸收利用的影响，明确其相较于传统均匀施肥和局部施用速效肥在实现养分持续供应与根系生长动态匹配方面的优势，为缓释氮肥的高效利用提供理论依据。

以玉米为供试材料，设置不施氮(CK)、均匀施尿素(UU)、局部施尿素(LU)和局部施缓释尿素(SU) 4个处理，采用土柱试验，利用X射线计算机断层扫描(X-ray CT)技术对根系进行原位扫描并三维重建，结合植株生物量、氮吸收量及土壤氮含量的测定，分析不同施肥方式下玉米根系形态特征、空间分布及其与养分吸收的关系。

与UU和LU处理相比，SU显著促进了玉米的氮素吸收，其地上部氮吸收分别提高43.8%和36.9%。SU处理还显著提高了土壤硝态氮含量，在局部施肥区(2—6 cm 土层)，其硝态氮含量较CK、UU和LU处理分别显著提高200%、80%和103%。X-ray CT三维重建结果显示，SU处理显著促进了根系生长，尤其在局部施肥区(2—6 cm 土层)根长密度最高，达7.3 cm/cm³，比UU和LU处理分别显著提高182%和101%。施肥微区(肥料颗粒周围50 cm³区域)内，SU处理的根长是LU处理的3.3倍。相关性分析表明，根长、根表面积和根长密度与土壤硝态氮含量及地上部氮吸收量呈显著正相关，而平均距离与氮吸收量呈显著负相关。

局部施用缓释尿素可通过持续供应氮素，促进玉米根系在施肥区的持续增生，增强根系与养分的空间耦合，显著提高玉米氮营养水平。X-ray CT技术能够有效揭示根−肥互作的三维空间特征，为研究“根−肥”相互作用提供重要技术支撑。

研究陇中旱农区不同比例控释尿素一次性基施对旱作春玉米干物质和氮(N)素累积量及其运转效率的影响，为旱作春玉米高产高效施肥提供理论支撑。

以高产春玉米品种‘先玉335’为研究对象，于2023—2024年在甘肃省白银市连续开展两年田间试验。设置不施氮肥对照(CK)和施N 180、225和300 kg/hm² 4个处理。其中，3个普通尿素处理作为常规对照(N180-U1、N225-U1和N300-U1)；控释尿素和普通尿素一次性基施只采用180和225 kg/hm²两个施氮量，均设置3个控释尿素与普通尿素配施比例，分别为1∶2 (N180-C1和N225-C1)、1∶1 (N180-C2和N225-C2)、2∶1 (N180-C3和N225-C3)。在玉米6叶期(V6)、10叶期(V10)、吐丝期(R1)、乳熟期(R3)、成熟期(R6)采集植株样品，测定不同部位的氮含量和生物量，计算氮素利用效率。

随常规尿素施用量的增加产量呈先增后降的趋势，以N 225 kg/hm²时产量最高。控释尿素与普通尿素1∶1掺混一次性基施处理N180-C2和N225-C2显著增加了玉米穗粒数和百粒重，两年平均玉米产量分别达7.92和8.44 t/hm²，分别较等量常规氮处理N180-U1和N225-U1增产4.76%和8.34%；N225-C2处理较N180-C2处理增产6.57%，净收益和产投比分别提高了35.71%和7.09%。配施比例显著影响收获期茎、叶、籽粒、苞叶、穗轴氮含量以及茎、叶氮素转移量，以N 225 kg/hm²按1∶1比例掺混处理(N225-C2)的效果最优。掺混比例显著影响氮肥农学效率、偏生产力和表观回收率，在1∶1掺混比例(N180-C2，N225-C2)下，N180-C2处理的氮肥农学效率和偏生产力显著高于N225-C2处理，两年平均分别高于N225-C2处理11.36%和17.32%。与常规施肥处理N225-U1相比，当施氮量为225 kg/hm²时N225-C2施肥处理的氮肥农学效率、偏生产力、氮素表观回收率和氮素吸收效率分别增加了14.72%、7.36%、34.25%、29.49% (2023年)和16.37%、8.94%、39.89%、19.78% (2024年)。

陇中旱农区适宜施氮量(N 225 kg/hm²)下，普通尿素与控释尿素掺混一次性基施，不仅提高了春玉米的氮素吸收和利用，而且较常规尿素分次施用更有利于花前和花后干物质的积累，且普通尿素与控释尿素1∶1掺混较其他比例可有效地促进花前氮素和干物质的转移，实现春玉米较大产量和氮素累积量，显著提高氮素表观回收率，因此，可作为陇中旱农区春玉米高产高效的氮肥运筹模式。

油菜−玉米(oilseed rape-maize, OM)和小麦−玉米(wheat-maize, WM)轮作是长江流域典型的玉米轮作模式，研究化肥和有机物料投入对OM和WM轮作体系玉米产量和养分利用的影响及其差异，以期为玉米高产栽培养分管理提供依据。

2020—2021年在湖北省沙洋县开展田间试验，在OM和WM轮作模式下，分别设置不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥+秸秆(NPK+S)和化肥+秸秆+有机肥(NPK+S+M) 4个施肥处理，调查了玉米产量、地上部生物量、养分利用效率和养分表观平衡。

两年试验的平均结果表明，两个轮作模式下，4个处理间玉米产量相差显著，由高到低均为NPK+S+M>NPK+S>NPK>CK (P<0.05)；在CK和NPK处理下，OM和WM的玉米产量差异显著，而在NPK+S和NPK+S+M处理下，两个轮作体系玉米产量差异不显著。两个轮作模式下，4个处理间玉米地上部养分积累量差异显著，氮、磷、钾积累量由高到低均为NPK+S+M>NPK+S>NPK>CK (P<0.05)；4个处理下，OM玉米地上部养分积累量显著高于WM，氮、磷、钾积累量分别高出9.6%～52.7%、9.9%～28.7%和9.2%～36.2%。两个轮作模式下，有机物料的投入降低了玉米养分利用效率，与NPK处理相比，NPK+S和NPK+S+M处理的玉米氮磷钾生理利用率分别降低12.7%～25.4%和9.1%～28.3%；在CK和NPK处理下，OM的玉米养分收获指数和养分生理利用率高于WM，而在NPK+S和NPK+S+M处理下则低于WM。两个轮作模式下，4个处理间养分表观盈余相差显著，氮、磷表观盈余由高到低均为NPK+S+M>NPK>NPK+S>CK，钾表观盈余由高到低表现为NPK+S+M>NPK+S>NPK>CK；4个处理下，氮磷钾表观盈余均表现为WM>OM。

单施化肥油玉轮作的玉米产量和养分积累量显著高于麦玉轮作，而化肥配合秸秆还田和有机肥可显著提高玉米产量和养分积累量，麦玉轮作下玉米产量和养分积累量可增加到与油玉轮作相当的水平，并提高养分表观盈余量。在麦玉轮作体系中，提倡同时施用化肥和有机肥并结合秸秆还田，以充分满足玉米高产对养分的需求，而在油玉轮作模式下，可考虑油菜作为有机肥的效应，推荐化肥配合秸秆还田来保证玉米产量和养分利用效率，从而实现粮油兼丰。

明确宁夏青铜峡灌区玉米田氮素流动与平衡特征、氮肥利用效率、氮素环境排放阈值(环境可承载的最大排放量)，并制定相应防控体系。

以宁夏青铜峡灌区玉米农田系统为研究对象，基于2018年和2023年的统计数据，运用Nufer (nutrient flows in food chain, environment and resources use)模型，评估玉米田氮素流动与平衡，并利用情景模拟明确该地氮肥减施潜力。

2018—2023年期间，灌区玉米田氮素总输入量从4.78万t增加到6.50万t，增幅达35.83%，这主要源于种植面积扩大了1.71万hm²。环境排放总量从0.89万t (占输入量18.70%)升至1.21万t (占输入量18.55%)，增幅34.69%，其中，氨挥发为主要途径(占环境排放总量的56.98%)，其次为淋溶损失(占环境排放总量的26.54%)、径流与侵蚀损失(占环境排放总量的9.99%)。2023年灌区的氮肥利用率为42.92%，较2018年增加5.72个百分点。2018年金凤区氨挥发为阈值的208%，属于高风险区；2023年采用化肥减施后降至低风险；淋溶损失控制效果突出，2023年仅西夏区为低风险，其余县区均处于无风险水平。平衡施肥+新型肥料(S2)为最优方案，与单纯减氮(S1)相比，氮肥减施潜力提升5.19~8.42个百分点，利用率提高4.80~5.14个百分点；环境排放总量降低44.13%，各途径损失均低于阈值；与2023年基准(S0)方案相比，排放量减少52.50%，利用率提升12.45个百分点。

通过平衡施肥配合施用新型肥料，并同时实施工程节水等措施，可将宁夏青铜峡灌区各种途径氮素环境排放降低至阈值以下，是实现区域农业绿色发展与氮素减排的重要技术路径。

针对云南洱海流域玉米生育期与雨季高度重叠，传统施肥方式导致氮素大量淋失、面源污染问题严重的现状。本研究依托现有滴灌设备，探索在降雨集中季节实施高频次、低剂量的每日水肥一体化管理模式，为该区域玉米智慧肥水管理体系的构建提供依据。

2023—2024年，在洱海流域连续开展了3季甜玉米水肥管理田间试验。第1、2季以传统施氮量400 kg/hm²为对照，开展不同幅度的氮肥减施研究，施肥频次分别为17、30次，以此探究最优施氮量范围。第3季在最优施氮量范围内，以光照强度>1万lux (视为晴天)为基准，建立了晴天条件下自动施肥模式，记录施肥频次，并调查了甜玉米产量、氮吸收动态、氮肥利用效率及0—60 cm土壤矿质态氮残留量。

第1季，施氮量为200～400 kg/hm²时，玉米产量无显著差异；甜玉米氮素吸收过程符合Logistic模型，氮吸收高峰出现在出苗后35～53天，日吸收量为3.38～4.03 kg/(hm²·d)，全生育期的氮携出量为142～152 kg/hm²。第2季，施氮量由传统的400 kg/hm²降至180 kg/hm²，并将施肥频次增加到30次，玉米产量与氮施用量400 kg/hm²时无显著差异，而氮素损失减少了60%，氮肥表观利用率提高了1.2倍。第3季，在施氮量180 kg/hm²条件下，将氮肥按日需肥量均分，除降雨天外，每日以4.5 m³/hm²的最小水量随水施入，总施肥频次约35次。该施肥方式显著提高了干物质积累量、产量及氮肥利用效率，同时降低了氮素损失。综合效应分析表明，在产量与环境权重比为1∶1的情景下，施氮量为120 kg/hm²时综合得分最高。

洱海流域雨季期间，甜玉米的适宜施氮量为120～180 kg/hm²，其氮吸收呈明显的Logistic累积特征，吸收高峰集中在出苗后35～53天，吸收速率达3.38～4.03 kg/(hm²·d)，占全生育期吸氮量的70%以上。将施氮量由传统的400 kg/hm²降低到120～180 kg/hm²，并借助光照辐射强度自动引发小剂量高频次的滴灌施肥，在保证产量的同时，可显著提高0—20 cm表层土壤的无机氮含量及氮肥利用效率，降低氮肥表观损失，是云南甜玉米兼顾产量与环境效益的最优氮肥管理方案。

探讨长期秸秆还田对土壤大团聚体分布、大团聚体中交换性钾分配及其与有机碳含量间的耦合机制。

本研究基于湖北省潜江市水稻−小麦轮作18年的长期定位试验，选取CK (不施化肥，秸秆不还田)，−S (秸秆不还田)，+0.5S (秸秆半量还田)，+S (秸秆全量还田) 4个处理，于2023年9月采集土壤样品，通过团聚体密度分级、交换性钾含量及有机碳含量分析，结合固态¹³C核磁共振技术，揭示秸秆还田对土壤大团聚体分布特征及交换性钾分配的影响。

1)与CK和−S处理相比，+0.5S和+S处理显著提高了>0.25 mm团聚体组分的比例。在大团聚体组分中，与−S相比，+S处理大团聚体中惰性碳结合组分M(c)POM的比例提高了21.9%，缓性碳结合组分M-MOM比例显著降低了55.4%；2)长期秸秆还田条件下，>0.25 mm团聚体组分交换性钾含量显著提高，主要源于M(c)POM、M-MOM组分中交换性钾含量的提升。>0.25 mm团聚体组分交换性钾库得到显著提高。相较于−S处理，+0.5S和+S处理下，>2 mm团聚体交换性钾库分别增加了111.1%和242.4%，且大团聚体钾库的增加主要源于M(c)POM组分钾库的提高；3)长期秸秆还田条件下，相比于−S，+0.5S和+S处理下>2 mm团聚体组分有机碳含量分别增加了17.6%和46.5%，有机碳库分别增加了55.4%和87.8%，且其提升主要源于对M(c)POM组分的提升。相较于−S处理，+0.5S和+S处理分别使大团聚体中M(c)POM组分烷基碳含量分别增加了38.1%和34.7%，芳香碳含量分别下降了22.7%和18.2%，烷基碳类活性有机碳的增加，可吸附更多的交换性钾，提高土壤钾素有效性；4) M(c)POM组分中有机碳与交换性钾含量呈极显著正相关，表明秸秆还田通过促进M(c)POM累积，协同提升了土壤碳固存与钾素供应能力。

长期秸秆还田显著提高土壤>0.25 mm大团聚体比例及其钾储量和碳储量，M(c)POM组分是影响土壤钾素有效性的关键组分，秸秆还田促进M(c)POM组分有机碳累积，通过“吸附—络合—团聚体固持”等过程调控钾素的固存与释放，有效提升了土壤钾素供应能力。随着秸秆还田量的提高，土壤钾素供应能力的提升更为显著，即有机碳的输入量直接影响秸秆还田调控钾的效应。因此，秸秆还田量可通过促进土壤大团聚体形成，协调土壤交换性钾的固存与释放。

研究绿肥与增效材料联合应用对四川丘陵区土壤质量及水稻生长的影响，为本区域绿肥与增效材料合理应用提供理论依据。

田间定位试验设冬闲(WF)和冬种紫云英(GM)两种种植制度，不施增效材料(CK)和施用田菁炭(Z1)、膨润土(Z2)、脲酶抑制剂(Z3) 3种增效材料处理，分析了冬闲及绿肥制度下配施不同增效材料对水稻产量、养分吸收，以及土壤物理(容重、孔隙度、团聚体)、化学(土壤pH及养分)、生物学(微生物生物量、酶活性)性状的影响，并通过土壤质量指数(SQI)对土壤质量进行了综合评价。

与GM-CK处理相比，2023年GM-Z2处理稻谷产量显著增加7.8%，GM-Z3处理2023、2024年稻谷产量分别显著增加9.7%、13.0%。与 WF-Z2 处理相比，GM-Z2 处理在2023、2024年间稻谷产量分别显著增加 18.3%、17.6%；与 WF-Z3 处理相比，GM-Z3 处理在2023、2024年间稻谷产量分别显著增加 14.6%、17.7%。所有处理中，GM-Z3处理的稻谷产量最高。与GM-CK和WF-Z3相比，GM-Z3地上部植株氮、磷、钾养分积累量均显著提高。相比GM-CK、WF-Z1处理，GM-Z1处理土壤容重显著降低，土壤有机碳、全氮、微生物量碳含量及孔隙度、蔗糖酶活性显著提升；相比GM-CK和WF-Z2处理，GM-Z2处理土壤有效磷含量显著提升。两种种植制度下，Z1处理的土壤容重显著降低，团聚体粒径分布明显改善，孔隙度及有效磷、速效钾含量显著提高；Z3处理的土壤团聚体粒径分布明显改善，土壤全氮、速效钾含量显著提高。运用最小数据集权重对土壤质量进行综合评价表明，与GM-CK、WF-Z1相比，GM-Z1的SQI分别显著提升14.5%、28.9%；与GM-CK和WF-Z3相比，GM-Z3的SQI分别显著提升5.9%、11.8%；所有处理中，GM-Z1处理的SQI最高，达0.581。

在四川丘陵区紫色土水稻种植系统中，冬种紫云英可显著提升土壤的综合肥力，与增效材料联合应用可进一步强化紫云英对产量和土壤的改良效果。冬种紫云英配施脲酶抑制剂主要通过减缓氨挥发与氮素流失来提高土壤全氮含量；冬种紫云英配施田菁碳提高微生物活性，促进有机碳转化与养分循环，同时增强土壤团聚体稳定性，提升土壤保水保肥能力，进而减少紫云英腐解过程中氮素的淋溶损失。

黄土高原旱作区土壤结构差、水肥保蓄能力弱，施用外源有机无机物是该区域改良土壤、提升作物产量的关键技术。本研究探讨了膨润土与秸秆配施提升该区域燕麦田土壤结构、水肥保蓄能力及作物产量的协同效应。

定位试验于2019年在内蒙古黄土高原旱作区进行，设置4个处理：不施膨润土和秸秆(CK)、单施膨润土(OB)、单施秸秆(OS)、膨润土配施秸秆(H)。于2023年燕麦收获后，采集土壤剖面土样，测定土壤团聚体组成、容重、孔隙度、速效养分含量、土壤贮水量及作物产量与构成因素，通过相关性及主成分分析明确产量影响因子。

与CK相比，其余3个处理均显著改善了土壤结构、保水保肥能力及燕麦产量，效果依次为H>OS>OB (P<0.05)。与CK相比，H处理使>2和0.25～2 mm大团聚体含量分别显著提高33.06%和37.54%，土壤容重降低6.43%，孔隙度增加7.86%，且改良效果延伸至20—40 cm土层；同时碱解氮、速效钾和有效磷含量分别显著提升6.89%、17.28%和30.82%。H处理的水分利用效率与降雨利用效率最高，较CK分别显著提高36.84%和35.25%，其单位面积有效穗数、穗粒数、千粒重、生物产量及籽粒产量均显著高于CK，生物产量增幅达34.42%。相关性与主成分分析表明，产量与>2及0.25～2 mm团聚体含量、团聚体稳定性及养分含量呈极显著正相关，其中碱解氮和0.25～2 mm团聚体为主要正向影响因子。

在黄土高原旱作燕麦田，一次性基施膨润土(18000 kg/hm²)并配合每年秸秆还田(6000 kg/hm²)，可协同提升0—40 cm土层土壤大团聚体含量，提高土壤结构的稳定性，降低深层土壤容重，提高孔隙度，进而显著增加土壤速效养分含量和土壤水分储量，最终提高燕麦产量和水分利用效率，实现土壤结构改良、水肥保蓄能力增强与燕麦产量增长的协同效应。该措施可作为提升区域农田生产力与资源利用效率的有效技术途径。