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1989—2018年长江中下游地区粮食作物生产水足迹演变特征及影响因素

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应用生态学报 2025年

作者：孟庆好张瑛汝艳石峻侥何峰张男刘立军张耗扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心

长江中下游地区是中国重要的粮食生产基地，其对维护国家粮食安全发挥着举足轻重的作用。本研究基于1989—2018年农业生产及气象数据，针对长江中下游地区6省3种主要粮食作物（水稻、小麦和玉米）的生产水足迹进行全面分析。结果表明：... 详细信息

长江中下游地区是中国重要的粮食生产基地，其对维护国家粮食安全发挥着举足轻重的作用。本研究基于1989—2018年农业生产及气象数据，针对长江中下游地区6省3种主要粮食作物（水稻、小麦和玉米）的生产水足迹进行全面分析。结果表明：研究期间，6省水稻在单产、播种面积和总产方面始终居于首位，其生产水足迹也最高，平均为588.6×108m3，而小麦和玉米的生产水足迹相对较低。在单位产量水足迹方面，6省的小麦均最高，平均为8.8 m3·kg-1，其次是玉米，水稻最低。在单位面积水足迹方面，3种作物表现相近，总体均呈下降趋势。研究区3种粮食作物总生产水足迹明显下降，从1989年的1000.79×108m3下降到2018年的281.34×108m3，其中，浙江、湖北、安徽作物生产水足迹较低。从水足迹构成来看，蓝水足迹占比最高，绿水次之，灰水最低，分别为50.1%、39.6%、10.3%。模型分析表明，经济效应、技术效应、粮食种植面积和日平均日照时数对作物生产水足迹影响较大，其中，技术效应为负向影响，其他因素为正向。本研究提出了降低生产水足迹的策略，包括推广节水灌溉技术、建设水利工程、提升肥料和农药利用效率、种植高水分利用效率品种以及制定相关政策。本研究揭示了长江中下游地区粮食作物生产水足迹变化趋势，识别了影响水足迹的关键因素，可为制定节水农业技术和水资源管理策略提供科学依据。

关键词：主粮作物水足迹农业用水长江中下游地区

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缩节胺运筹对小麦后直播棉株型的调控效应

中国农业大学学报 2025年第2期 28-39页

作者：李涵佳芮秋治陈媛陈源张祥陈德华扬州大学农学院/江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心

为探究小麦后直播皮棉产量1 500 kg/hm2以上的合理群体株型及缩节胺运筹方式，2020—2021年于扬州大学实验农场以‘中棉425’为材料，设计缩节胺施用量0（A1）、180（A2）、360（A3） g/hm2共3个水平，施用时期盛蕾期+初花期（施用比例1... 详细信息

为探究小麦后直播皮棉产量1 500 kg/hm2以上的合理群体株型及缩节胺运筹方式，2020—2021年于扬州大学实验农场以‘中棉425’为材料，设计缩节胺施用量0（A1）、180（A2）、360（A3） g/hm2共3个水平，施用时期盛蕾期+初花期（施用比例1∶2,B1）、盛蕾期+初花期+盛花期（施用比例1∶2∶3,B2）共2个运筹方式，同时设初花期施用缩节胺120 g/hm2（常规施用方式）为对照（CK），测定株高、主茎节间长度、果节间长度、果枝向值、叶倾角和节枝比等株型指标，分析其与皮棉产量的相关性。结果表明：缩节胺运筹对小麦后直播棉的株型、成铃、产量均有显著影响（P小麦后直播棉实现集中成铃，便于机械采收，并能获得高产。

关键词：小麦后直播棉产量集中成铃株型

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烟草根际促生菌的筛选鉴定及促生性能研究

生物技术通报 2025年

作者：马耀武张麒宇杨淼蒋诚张振宇张伊琳李梦莎许嘉阳张斌崔光周姜瑛河南农业大学资源与环境学院宁波大学科学技术学院/宁波市农业种质资源挖掘与环境调控重点实验室河南省烟草公司信阳市公司

【目的】在烟草植株根际筛选出具有多种功能的促生菌，研究其对促进植株生长发育的作用效果，为促进植物生长和农田土壤环境改善提供重要的微生物肥料种质资源。【方法】从烟草根际土壤中分离出菌株，用Salkowski比色法测定产其吲哚乙酸... 详细信息

【目的】在烟草植株根际筛选出具有多种功能的促生菌，研究其对促进植株生长发育的作用效果，为促进植物生长和农田土壤环境改善提供重要的微生物肥料种质资源。【方法】从烟草根际土壤中分离出菌株，用Salkowski比色法测定产其吲哚乙酸（IAA）能力，用钼锑抗比色法和火焰光度法测定菌株的溶磷和解钾能力。结合形态、生理生化及16S rDNA分子鉴定筛选出的优势促生菌株。采用正交试验研究最适促生条件，并通过盆栽试验研究其促生效果。【结果】筛选得到一株高效多功能促生菌株沃尔夫节杆菌（Arthrobacter woluwensis） DY8，其产IAA能力达到36.7 mg/L、解钾和溶无机磷能力分别达到72.3 mg/L和148.6 mg/L，并可拮抗病原菌。其中，产IAA能力在装液量为30 mL/250 mL、pH为8、蛋白胨为氮源、葡萄糖为碳源时最高。烟草盆栽试验中接种菌株DY8与对照相比，土壤中IAA、速效磷、速效钾含量均显著增加。烟草的生物量及光合作用也都有所增加。结合主成分分析，表明DY8可以通过提高土壤中IAA含量来促进烟草生物量的提高；在小白菜和小麦盆栽接种DY8可以改善根系结构、促进了根系发育、提高地上部生物量。【结论】DY8是一株兼具产IAA、溶磷、解钾的多功能促生菌，对经济作物、蔬菜、粮食作物有良好的促生效果。

关键词：烟草根际促生菌沃尔夫节杆菌小白菜小麦

基于核磁共振的玉米不同籽粒类型单粒质量和含油率分析

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农业工程学报 2018年第20期34卷 183-188页

作者：李浩川曲彦志杨继伟崔丽洋毛熙岚刘宗华河南农业大学农学院/河南省粮食作物协同创新中心/小麦玉米作物学国家重点实验室郑州450002

针对现有玉米单倍体核磁共振分选系统基于一个含油率阈值,无法对胚败育籽粒和单倍体籽粒正确分选的问题,分别对玉米生物诱导产生的二倍体、单倍体和胚败育3种不同籽粒类型的单粒质量和含油率进行分析,提出了利用籽粒含油率双阈值提高单... 详细信息

针对现有玉米单倍体核磁共振分选系统基于一个含油率阈值,无法对胚败育籽粒和单倍体籽粒正确分选的问题,分别对玉米生物诱导产生的二倍体、单倍体和胚败育3种不同籽粒类型的单粒质量和含油率进行分析,提出了利用籽粒含油率双阈值提高单倍体正确识别率的分选方法。该研究以2个普通玉米杂交种和3个自交系为母本,以高油型诱导系为父本,进行生物诱导产生的3种不同类型籽粒为研究对象,利用核磁共振分选系统分别对不同类型籽粒的单粒质量和含油率进行测定,结果表明:单粒质量整体表现为单倍体>二倍体>胚败育,除二倍体籽粒与胚败育籽粒间存在极显著差异外,其他籽粒类型间差异不显著;不同类型籽粒的单粒质量平均变异系数为16.62%,并且每个材料的3种籽粒类型间出现较大的重叠区域。而不同类型籽粒含油率整体表现为二倍体>单倍体>胚败育,变异性以二倍体最小,平均变异系数仅为12.52%,其次是单倍体,而胚败育籽粒最高(34.14%),但其含油率最低且均≤2%;每个材料各自的3种类型籽粒间含油率呈现梯度分布,存在较明显的界限。由此可见,利用籽粒含油率能够区分玉米生物诱导的3种不同籽粒类型,而单粒质量则不能;通过设置二倍体籽粒的最小含油率为上限,胚败育籽粒的最大含油率为下限,利用含油率的双阈值可提高单倍体的正确识别率,为玉米生物诱导单倍体高效自动化分选提供依据。

关键词：核磁共振作物玉米单倍体单粒质量油分含量

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有机肥替代化肥与丛枝菌根真菌互作对砂姜黑土和潮土N2O排放的影响

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中国农业科学 2025年第1期 101-116页

作者：杜嘉琪张紫薇王若飞黎星郭红艳杨硕冯成何堂庆 Giri Bhoopander 张学林河南农业大学农学院/省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室/教育部作物生长发育调控重点实验室商丘市经济作物技术推广中心印度德里大学Swami Shraddhanand学院植物系

【背景】有机肥替代化肥（organic fertilizer substitution:OF）是一种有效的农田化肥减量策略，可以改变土壤有机碳与无机氮的比例，调节土壤氧化亚氮（N2O）排放。丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）通过与大多数陆... 详细信息

【背景】有机肥替代化肥（organic fertilizer substitution:OF）是一种有效的农田化肥减量策略，可以改变土壤有机碳与无机氮的比例，调节土壤氧化亚氮（N2O）排放。丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）通过与大多数陆生植物共生增加植物对土壤养分的吸收，调控N2O排放。【目的】探索不同土壤类型有机肥替代化肥比例及其与丛枝菌根真菌互作对土壤N2O排放的影响，分析其作用机制，为农田化肥减施提供技术支撑。【方法】选用砂姜黑土和潮土两种土壤类型，在玉米生育期设置有机肥替代化肥(仅施化学氮肥180 kg N·hm-2,0%OF；等氮有机肥替代25%化学氮肥，25%OF；等氮有机肥替代50%化学氮肥，50%OF)和AMF（不接种丛枝菌根真菌：M-；接种丛枝菌根真菌：M+）双因素试验，并设不施肥对照（CK），于玉米生育期测定植株生物量、氮素累积量、籽粒产量、土壤无机氮和N2O排放通量，同时测定砂姜黑土反硝化相关功能基因nir K和nir S的丰度。【结果】砂姜黑土上有机肥替代化肥不同比例之间玉米产量无显著差异，而潮土的玉米产量随替代比例增加呈降低趋势。与0%OF处理相比，砂姜黑土25%OF和50%OF处理N2O累积排放量分别减少17.6%和18%；而潮土分别减少13.5%和3.9%。与M-相比，M+处理能够增加玉米籽粒硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和籽粒产量，同时减少N2O排放量，砂姜黑土N2O累积排放量减少26.5%—28.2%，潮土减少2.7%—13.5%，其中砂姜黑土和潮土的25%OFM+处理N2O累积排放量分别减少34.6%和22.5%，而根系总长度、根系表面积、根体积、根直径均显著增加。相关分析表明，砂姜黑土和潮土N2O排放均与土壤NH4+-N、NO3--N呈正相关，与AMF侵染率呈负相关；砂姜黑土N2O排放与nir K和nir S基因拷贝数呈正相关。【结论】不同土壤类型有机肥替代化肥并接种AMF均能降低N2O排放，这种影响主要通过AMF侵染扩大玉米根系氮素吸收范围和调控土壤反硝化关键功能微生物表达而实现。其中有机肥替代25%化肥（25%OF）并接种AMF是实现玉米稳产、减肥、减排较为合理的施肥方式。

关键词： N2O排放有机肥替代丛枝菌根真菌反硝化微生物砂姜黑土潮土

氮肥用量对小麦开花后根际土壤特性和产量的影响

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中国农业科学 2017年第17期50卷 3352-3364页

作者：安婷婷侯小畔周亚男刘卫玲王群李潮海张学林河南农业大学农学院/河南粮食作物协同创新中心/小麦玉米作物学国家重点实验室

【目的】明确小麦开花后根际土壤特性动态特征及其与产量和籽粒氮素积累量之间的关系,能够为生产上合理施肥、提高氮肥利用效率和减轻环境污染提供理论依据。【方法】2014—2015和2015—2016年在小麦季设置4个氮肥水平(0,CK;150 kg N·h... 详细信息

【目的】明确小麦开花后根际土壤特性动态特征及其与产量和籽粒氮素积累量之间的关系,能够为生产上合理施肥、提高氮肥利用效率和减轻环境污染提供理论依据。【方法】2014—2015和2015—2016年在小麦季设置4个氮肥水平(0,CK;150 kg N·hm,N150;240 kg N·hm,N240和300 kg N·hm,N300)并于小麦开花期、灌浆中期和成熟期分层(0—20 cm和20—40 cm)测定小麦根际和非根际土壤铵态氮、硝态氮、蔗糖酶、脲酶,同时测定根、茎、叶和穗生物量及其氮素含量;重点分析根际土壤特性与小麦籽粒产量和氮素积累量之间的关系。【结果】(1)与CK相比,N150、N240和N300处理2年小麦籽粒产量的平均值分别增加99%、130%和107%,且处理之间差异显著。随施氮量的增加小麦根、茎、叶、穗生物量和地上部氮素积累量均呈增加趋势;氮肥回收率呈下降趋势,且处理之间差异显著。(2)从开花到成熟期,0—20 cm和20—40 cm土层小麦根际和非根际土壤铵态氮、硝态氮含量、土壤蔗糖酶和脲酶(0—20 cm除外)活性均呈下降趋势。处理CK、N150、N240和N300根际土壤铵态氮和硝态氮含量显著低于非根际土壤。4个处理2年0—20 cm根际土壤铵态氮含量平均值比非根际土壤降低29%,硝态氮含量降低22%;20—40 cm根际土壤铵态氮含量比非根际土降低34%,硝态氮含量降低14%。而根际土壤蔗糖酶和脲酶活性显著高于非根际土。4个处理2年0—20 cm根际土壤蔗糖酶活性比非根际土壤提高29%,脲酶活性提高15%;20—40 cm根际土壤蔗糖酶活性比非根际土壤提高33%,脲酶活性提高13%。(3)相关分析结果表明,小麦籽粒产量和籽粒氮素积累量均与0—20 cm和20—40 cm根际和非根际土壤无机氮(铵态氮+硝态氮)、脲酶和蔗糖酶(2016年籽粒氮素积累量除外)呈显著正相关。【结论】小麦根际土壤可利用性氮素含量小于非根际土壤,而酶活性高于非根际土;根际和非根际土壤与籽粒产量和籽粒氮素积累量呈显著正相关。根际和非根际土壤特性显著影响小麦籽粒产量。

关键词：小麦产量氮肥根际土壤铵态氮、硝态氮酶

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深耕改善砂姜黑土理化性状提高小麦产量

农业工程学报 2015年第10期31卷 167-173页

作者：谢迎新靳海洋孟庆阳王永华王晨阳贺德先郭天财小麦玉米作物学国家重点实验室/国家小麦工程技术研究中心/河南粮食作物协同创新中心/河南农业大学农学院郑州450002

为探明砂姜黑土农田适宜的耕作方式,进一步挖掘砂姜黑土生产潜力,发挥地域资源优势,以周麦27为试验材料,在大田条件下设置免耕、旋耕（15 cm）、深耕（30 cm）3种耕作方式,研究了耕作方式对砂姜黑土农田土壤容重、有机碳含量、无机氮含... 详细信息

为探明砂姜黑土农田适宜的耕作方式,进一步挖掘砂姜黑土生产潜力,发挥地域资源优势,以周麦27为试验材料,在大田条件下设置免耕、旋耕（15 cm）、深耕（30 cm）3种耕作方式,研究了耕作方式对砂姜黑土农田土壤容重、有机碳含量、无机氮含量以及小麦籽粒产量的影响。结果表明,在小麦苗期和成熟期,3种耕作方式处理间0-10 cm土层土壤容重差异不显著（P〉0.05）,但深耕处理显著降低〉10-30 cm土层土壤容重（P〈0.05）。在小麦苗期、越冬期、拔节期、开花期和成熟期,3种耕作方式对0-20 cm土层土壤有机碳含量的影响规律不明显,但深耕处理明显增加〉20-40 cm土层土壤有机碳含量;〉20-40 cm土层土壤铵态氮含量均为深耕〉旋耕〉免耕。与免耕处理相比,深耕处理通过增加小麦穗粒数和千粒质量,最终促使籽粒产量增加16.33%。综上所述,在该试验条件下,在秸秆还田的基础上,小麦季30 cm深耕处理可以降低土壤容重,增加土壤有机碳含量,进而提高小麦籽粒产量,可作为砂姜黑土农田适宜的耕作方式。

关键词：土壤有机碳氮耕作方式砂姜黑土冬小麦产量

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深松(耕)方式对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响

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中国农业科学 2018年第13期51卷 2489-2503页

作者：赵亚丽刘卫玲程思贤周亚男周金龙王秀玲张谋彪王群李潮海河南农业大学农学院/省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室/河南粮食作物协同创新中心

【目的】研究深松(耕)方式对砂姜黑土耕层特性、作物产量、水分利用效率和经济效益的影响,筛选砂姜黑土区适宜的土壤耕作制度,为构建砂姜黑土合理耕层提供依据。【方法】试验设置5个冬小麦-夏玉米周年耕作处理,分别为秋季旋耕+夏季免耕(... 详细信息

【目的】研究深松(耕)方式对砂姜黑土耕层特性、作物产量、水分利用效率和经济效益的影响,筛选砂姜黑土区适宜的土壤耕作制度,为构建砂姜黑土合理耕层提供依据。【方法】试验设置5个冬小麦-夏玉米周年耕作处理,分别为秋季旋耕+夏季免耕(ART+SNT,对照)、秋季深松+夏季免耕(ASS+SNT)、秋季深耕+夏季免耕(ADMP+SNT)、秋季深耕+夏季下位深松(ADMP+SSSS)和秋季深耕+夏季侧位深松(ADMP+SSSL)。研究深松(耕)方式对冬小麦-夏玉米土壤物理特性、根系形态、作物产量和水分利用效率的影响。【结果】深松(耕)显著降低了土壤紧实度和土壤三相比R值,促进了冬小麦和夏玉米根系生长,提高了作物产量和水分利用效率,且深耕的效应大于深松,在冬小麦季深松(耕)的影响大于夏玉米季。与秋季旋耕+夏季免耕相比,秋季深松(耕)土壤紧实度降低20.9%,土壤三相比R值降低12.9%,作物根系干重密度增加29.8%,冬小麦、夏玉米及周年总产分别增加22.0%、8.8%和15.2%,冬小麦季、夏玉米季及周年水分利用效率分别增加18.2%、7.9%和14.0%,经济效益增加19.8%。秋季深耕+夏季深松对土壤耕层特性的改良效果优于单一秋季深松(耕),其作物根系生长、产量和水分利用效率均高于单一秋季深松(耕)。与单一秋季深松(耕)相比,秋季深耕+夏季深松(ADMP+SSS)土壤紧实度和土壤三相比R值降低5.6%和15.0%,作物增产4.4%,水分利用效率和经济效益增加4.0%和3.3%。5个处理中,以秋季深耕+夏季侧位深松对土壤耕层特性的改良效果最好,作物根系生长量、产量和水分利用效率最高。秋季深耕+夏季侧位深松土壤紧实度和土壤三相比R值比秋季旋耕+夏季免耕分别降低28.4%和26.6%,夏玉米根长、根系表面积、根系体积和根系干重密度分别增加67.0%、45.3%、23.1%和49.5%。秋季深耕+夏季侧位深松冬小麦、夏玉米和周年作物产量比秋季深耕+夏季免耕分别增加5.5%、3.4%和4.4%,比秋季旋耕+夏季免耕分别增加27.8%、11.6%和19.4%;冬小麦季、夏玉米季及周年水分利用效率比秋季深耕+夏季免耕分别增加3.7%、3.5%和4.1%,比秋季旋耕+夏季免耕分别增加20.9%、10.7%和18.1%;经济效益比秋季旋耕+夏季免耕增加24.4%。【结论】秋季深耕+夏季深松的作物产量和水分利用效率均高于单一秋季深松(耕)。在5个不同的深松(耕)方式处理中,秋季深耕+夏季侧位深松的产量和水分利用效率最高,是砂姜黑土区适宜的深松(耕)方式。

关键词：耕作方式土壤三相比R值产量水分利用效率经济效益

氮肥对室内和大田条件下作物秸秆分解和养分释放的影响

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中国农业科学 2019年第10期52卷 1746-1760页

作者：张学林周亚男李晓立侯小畔安婷婷王群河南农业大学农学院/省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室/2011河南粮食作物协同创新中心

【目的】明确室内和大田条件下小麦和玉米秸秆分解和养分释放的影响因素,能够为作物秸秆合理还田及其养分管理提供理论依据。【方法】采用尼龙网袋法于室内培养和大田试验相结合研究氮肥用量(0,CK;180 kg N·hm,N180和360 kg N·hm,N360... 详细信息

【目的】明确室内和大田条件下小麦和玉米秸秆分解和养分释放的影响因素,能够为作物秸秆合理还田及其养分管理提供理论依据。【方法】采用尼龙网袋法于室内培养和大田试验相结合研究氮肥用量(0,CK;180 kg N·hm,N180和360 kg N·hm,N360)作用下作物秸秆分解特征,其中室内主要研究氮肥用量和土壤类型(砂姜黑土和潮土)对小麦和玉米秸秆分解的影响;2015年6月至2016年6月冬小麦-夏玉米大田研究氮肥用量和秸秆还田深度(地表和20 cm)对小麦和玉米秸秆分解的影响。【结果】室内研究发现,秸秆类型和土壤类型显著影响秸秆分解常数、有机碳释放量、氮释放量和磷释放量。随氮肥用量增加,小麦秸秆分解常数在两种土壤类型上均呈增加趋势,玉米秸秆呈降低趋势;小麦和玉米秸秆氮释放量呈降低趋势(小麦秸秆在潮土上呈增加趋势)。小麦秸秆在潮土上的分解常数及其碳、氮、磷释放量均显著高于砂姜黑土,而土壤类型对玉米秸秆分解影响较小。室内相同培养条件下(180 d),小麦秸秆碳释放量均值为370 g·kg、氮为4 g·kg、磷为3.6 g·kg;玉米秸秆碳释放量为560 g·kg、氮11 g·kg、磷3.3 g·kg。大田条件下,秸秆还田深度显著影响小麦和玉米秸秆分解常数及其碳、氮、磷释放量;其中秸秆还田20 cm处理的分解常数及其养分释放量均显著高于地表处理。随氮肥用量增加,地表处理小麦秸秆分解常数和全碳释放量逐渐降低,玉米秸秆呈增加趋势;20 cm处理小麦分解常数及其碳、氮和磷释放量均随氮肥用量呈增加趋势,而玉米秸秆呈降低趋势。地表处理小麦秸秆经过一个玉米生长季能分解40%,释放碳150 g·kg、氮2 g·kg、磷3.5 g·kg左右;翻埋到地下20 cm可以分解80%,释放碳360 g·kg、氮4 g·kg、磷3.8 g·kg。玉米秸秆还田到地表,经过一个小麦生长季只能分解40%,释放碳210 g·kg、氮5 g·kg、磷2 g·kg;而还田于土层20 cm处理可以分解60%,释放碳360 g·kg、氮6 g·kg、磷2.5 g·kg。主成分分析结果表明,室内条件下小麦秸秆分解常数与土壤无机氮、脲酶、秸秆氮含量呈显著正相关,与蔗糖酶和秸秆碳氮比呈显著负相关,而玉米秸秆分解常数与土壤无机氮呈显著负相关。大田条件下小麦秸秆分解常数与土壤脲酶、蔗糖酶、秸秆碳氮比、秸秆碳、氮含量均显著负相关;玉米秸秆分解常数与土壤硝态氮、无机氮含量、脲酶、蔗糖酶以及秸秆碳氮比均呈显著负相关,而与秸秆氮、磷含量呈显著正相关。【结论】室内培养试验和大田试验均表明,小麦和玉米秸秆分解常数和养分释放特征存在差异,增施氮肥促进小麦秸秆分解但对玉米秸秆分解的影响较小;潮土和砂姜黑土显著影响小麦秸秆分解而对玉米秸秆分解的影响较小,秸秆还田深埋入土能够显著促进小麦和玉米秸秆的分解及其养分释放。生产上作物秸秆应该还田入土,并根据土壤类型和作物类型采取合适的肥料用量促进秸秆分解。

关键词：作物秸秆秸秆分解常数氮肥管理砂姜黑土潮土