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。

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。

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。

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。

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。

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。

临界氮稀释曲线 (CNDCs)已被用于多种作物的氮素营养诊断。然而，获取其主要变量—生物量，需要进行破坏性取样，这大大降低了这些曲线的实际可行性。为此，本研究尝试构建以积温(AGDD)为驱动变量的烤烟地上部临界氮稀释曲线(简称积温曲线)，并对比分析了其与以干物质积累量为驱动变量的临界氮稀释曲线(简称干物质曲线)之间的差异。

田间试验于2023年在山东临朐县进行，供试烤烟品种为‘中川208’。试验采用移栽期与氮肥用量双因素完全区组设计，移栽时期设两个日期：4月30日和5月10日；氮肥用量包括5个水平：N1 (0 kg/hm²)、N2 (45 kg/hm²)、N3 (90 kg/hm²)、N4 (135 kg/hm²)、N5 (180 kg/hm²)。在烤烟团棵、旺长、现蕾、平顶、成熟等时期取样调查烤烟地上部干物质积累量。运用分层贝叶斯架构模型，采用马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法，分别构建以积温为驱动变量和以地上部干物质积累量为驱动变量的烤烟地上部临界氮稀释曲线。比较了两条曲线预测的不同处理对受氮限制和不受氮限制的区分度；并利用已有试验数据拟合计算临界氮浓度和氮营养指数，将其与实测值进行了比较。

栽期和氮肥量均显著影响烤烟地上部干物质积累量。以地上部干物质积累量和积温为驱动变量构建的烤烟地上部临界氮稀释曲线，分别为Nc=3.00PDM^−0.18和Nc=2.32AGDD^{−0. 33}。干物质曲线参数A1和A2的95%后验分布范围分别为2.71～3.40和0.10～0.29，平均值分别为3.00和0.18，曲线的不确定性水平为0.14%～1.76%，A1和A2的相对不确定性分别为0.23%、1.12%，氮盈余组和氮亏缺组的区分度为75%，氮营养指数的标准化均方根误差 n-RMSE为23%；积温曲线参数A1和A2的95%后验分布范围分别为2.23～2.41和0.23～0.44，平均值分别为2.32和0.33，曲线的不确定性水平为0.12%～1.12%；积温曲线参数A1和A2的相对不确定性分别为0.08%、0.62%，对氮盈余组和氮亏缺组的区分度为82%，积温曲线氮营养指数的标准化均方根误差 n-RMSE为13%。

相比于干物质曲线，积温曲线可以更好地区分氮亏缺与氮盈余，拟合的氮营养指数与实际氮营养指数线性吻合度更高，其标准化均方根误差n-RMSE为13%，相对较低，因而模拟结果显示了更高的准确性。综合考虑积温的易获得性，以积温为驱动变量构建的烤烟地上部临界氮稀释曲线可用于烤烟氮营养无损诊断。

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。

传统肥料存在养分释放速率难以调控、利用率偏低等问题。而能依据环境变化调控养分释放的环境响应型肥料，正逐渐成为推动可持续农业发展的关键技术载体。

利用尿素/氢氧化钠(urea/NaOH，UR/SH)在低温下水解处理木质素(L)，得到水解木质素(HL)，并通过HL与聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)发生交联反应制备水解木质素水凝胶(HLHG)。随后以HLHG作为磷酸二铵(DAP)肥料的载体，制备pH响应型水凝胶肥料。

UR/SH水解L的最佳条件为18 h和−10℃，该条件下木质素中羟基(—OH)及羧基(—COOH)含量最高，与未处理L相比分别增加了约68%、99%。以此获得的pH响应型木质素水凝胶[HLHG-(−10℃)-18 h]表现出优异的吸水与保水性能，其吸水平衡溶胀度为1216%，保水溶胀11 h时的保水溶胀度为163%，分别约为未水解木质素水凝胶(LHG)的3倍和12倍。pH响应性分析表明，该水凝胶具有显著的pH敏感性，在pH 6、pH 7和pH 8条件下的平衡溶胀度分别为364%、518%、634%。相邻pH值间即pH 6～7、pH 7～8的平衡溶胀度相较于LHG分别显著提高了41%和70%。SEM分析显示，木质素水凝胶的微观结构随pH环境变化而改变：在pH 5～8范围内，其pH响应性蜂窝状网络结构中孔道数量增加且孔壁变薄；当pH升至9时，网络结构发生收缩，导致孔道数量减少且孔壁增厚。官能团含量分析和pH响应性测试结果表明，该水凝胶的pH响应行为主要来源于木质素中大量—OH和—COOH基团在不同酸碱性环境下的电离与质子化过程。采用pH响应水凝胶作为DAP载体，可控制营养元素的释放。养分释放结果表明，在pH 6、pH 7和pH 8时，木质素水凝胶肥料中P₂O₅的60 h累积释放率分别为61%、76%和85%。

UR/SH水解木质素通过改变木质素活性官能团含量以及内部空间网络结构，可获得具有优越吸水和保水能力的pH响应型木质素水凝胶；以此类pH响应木质素基水凝胶作为肥料载体，可为木质素资源的有效利用和新一代生物基绿色智能肥的养分控制释放设计提供建设性参考。