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Effects of Organic Fertilizer Application on Rice Yield and Soil Physicochemical Properties
GUYu, CHENGe, LIUQiongfeng, ZHOUJunyu, XIEJian, YANGZengping, RAOZhongxiu, LIANGWandong, ZHANGLi’na, SHENGHao, WUHaiyong
Chin Agric Sci Bull ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (2) : 120-127.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Effects of Organic Fertilizer Application on Rice Yield and Soil Physicochemical Properties
To explore the regulatory effects of applying commercial organic fertilizer from fermented chicken manure on rice yield and soil physicochemical properties in a double-cropping rice system, a paired field experiment was conducted in sandy loam paddy fields derived from river alluvium in eastern Hunan Province. The treatments consisted of conventional chemical fertilizer and commercial organic fertilizer from fermented chicken manure (4.5 t/hm2 per season). The effects of continuous organic fertilizer application on rice yield, soil physicochemical properties, and enzyme activities were systematically analyzed. The results showed that, compared with the control plots, although the organic fertilizer treatment did not significantly increase double-cropping rice yield (the increase range between 11%-15%), it significantly improved the soil physical structure: the soil bulk density decreased by 15%-16% in early rice season, and the stability of soil aggregates was significantly increased by 21%-61% (P<0.05). The contents of various soil carbon components showed an increasing trend. In Lutang Village, the total soil organic carbon content was significantly increased by 12% and 19% in early and late rice seasons, respectively; the contents of active organic carbon components (dissolved organic carbon and particulate organic carbon) increased by 29%-67%, and the mineral-bound organic carbon content increased by 14%-65%. The increase in available nutrient content showed spatiotemporal heterogeneity. In Lutang Village, the total nitrogen and alkali-hydrolyzable nitrogen contents were significantly increased by 26% and 21%, respectively, in the early rice season; in Fengyu Village, the alkali-hydrolyzable nitrogen and available potassium contents were increased by 21% and 11%, respectively, in the late rice season (P<0.05). The response of soil enzyme activity to organic fertilizer application varied with the experimental site and rice season. In Fengyu Village, the activities of urease, acid phosphatase, and β-1,4-glucosidase were significantly increased by 93%-149% in the late rice season, while in Lutang Village, β-1,4-glucosidase activity was decreased by 23%-35% in both early and late rice seasons. Correlation analysis showed that rice yield was significantly positively correlated with soil organic carbon, available potassium, and mineral-bound carbon (Pearson correlation coefficient was 0.420-0.634), but was significantly negatively correlated with β-1,4-glucosidase activity (Pearson correlation coefficient was -0.506). In conclusion, commercial organic fertilizer from fermented chicken manure positively enhances soil fertility in double-cropping rice systems by improving soil physical structure, increasing soil organic carbon content, and modulating enzyme activities, though its effects are influenced by native soil properties and rice season.
soil aggregate stability / enzyme activity / carbon composition / soil nutrients / soil properties
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土壤氮循环酶活性可作为表征土壤肥力水平和氮素转化的重要指标。为明确长期施肥对南方双季稻区稻田根际土壤氮循环酶活性的影响,依托长期(37 a)定位施肥试验田,系统分析了4种施肥处理(不施肥(CK)、单施化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)和30%有机肥+70%化肥(OM))根际土壤氮循环相关酶活性以及其与土壤化学性质的相关性。结果表明:OM和RF处理较MF和CK处理显著增加了根际土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮和微生物量氮含量,提高了水稻产量。OM和RF处理根际土壤脲酶和亚硝酸还原酶活性均显著高于MF和CK处理;RF处理根际土壤羟胺还原酶活性最大,分别比CK、MF和OM处理增加了21.7%,13.0%,8.7%;OM处理根际土壤蛋白酶、固氮酶、硝酸还原酶和氧化亚氮还原酶活性最大,较MF处理分别显著增加了20.0%,26.1%,426.1%,26.7%;CK处理稻田根际土壤一氧化氮还原酶活性显著高于MF、RF和OM处理。相关性分析结果表明,根际土壤硝酸还原酶、固氮酶、氧化亚氮还原酶、脲酶、蛋白酶活性与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量以及水稻产量之间均呈极显著正相关,而根际土壤一氧化氮还原酶与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量和水稻产量之间均呈显著或极显著负相关,表明土壤化学特性、产量与根际土壤氮循环酶活性密切相关。冗余分析(RDA)表明,第一排序轴能解释根际土壤酶活性的93.34%,土壤硝态氮、全氮和有机碳含量是驱动根际土壤氮循环酶活性变化的关键因素。因此,长期采用有机物料(有机肥和秸秆)替代部分化肥通过改善土壤化学和生物学特性,促进土壤氮循环酶活性,达到培肥稻田土壤的效果。
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【目的】为明确双季稻酸紫泥田土壤健康对连续单施有机肥、石灰的响应规律，验证不同土壤健康评价方法在水稻土健康评价中的适应性、敏感性及筛选敏感指示指标。【方法】选取长江中下游植稻区双季稻酸紫泥田作为研究对象，基于配对试验设计的原则，设置对照和处理田块，研究连续6年单施有机肥、石灰后，土壤物理、化学、生物学共24项指标的变化规律，应用康奈尔土壤健康评价（CASH）、Haney土壤健康测试（HSHT）及主成分分析结合最小数据集（MDS），构建综合土壤健康指数，评估土壤健康的响应差异。【结果】与对照相比，单施有机肥的土壤容重、紧实度、微团聚体（<0.25 mm）含量分别显著下降14%、25%和32%，0.5—1 mm团聚体、铵态氮、活性有机碳、水溶性有机碳和氮、土壤呼吸与柠檬酸盐可浸提蛋白含量分别显著上升100%、37%、54%、21%、44%、59%和8%，最小数据集（MDS）、康奈尔土壤健康（CASH）、2015、2018及Ward实验室（SHS）版本的Haney土壤健康测试（HSHT）指数，分别显著提高75%、20%、42%、95%和55%（P<0.05）；与对照相比，连续石灰处理土壤的紧实度、微团聚体、水溶性有机氮和pH分别显著上升44%、22%、61%和0.57个单位，但0.5—1 mm团聚体、有效态锌含量和土壤呼吸分别显著下降39%、14%和52%，MDS、CASH和SHS HSHT指数分别显著下降59%、15%和47%（P<0.05）。【结论】连续6年单施有机肥和石灰后，总体上对双季稻酸紫泥田的土壤健康分别产生了正面和负面作用。土壤健康指数无法反映本试验土壤的总镉累积量及其有效性的变化，镉超标水稻土健康评价方法仍有待开发。
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有机肥替代部分化肥是实现化肥减量增效的重要途径,对提高作物产量、改善土壤肥力等具有显著效果,但其对温室气体排放以及增加土壤环境中污染物负荷的贡献亦不容小觑。本文重点综述了施用有机肥对作物品质、土壤改良、温室气体排放、农业面源污染等的影响,分析了有机肥施用研究现状,并对有机肥施用的研究趋势提出建议,首先不断优化发酵工艺提升有机肥品质是根本;其次强化品质性状评价在有机肥施用效果评价中的地位,充分依托长期定位观测和现代化监测手段,不断提升肥力监测水平,加强生态环境效应综合评价是保障,以期为科学、合理、高效使用有机肥,保障土壤资源的可持续利用提供指导。
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黄锦学, 熊德成, 刘小飞, 等. 增温对土壤有机碳矿化的影响研究综述[J]. 生态学报, 2017, 37(1):12-24.
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张维理,
对土壤有机碳作用的综述研究显示：直至20世纪末,对于土壤有机碳的研究主要集中于阐明具不同化学结构有机物质在土壤中的功能,如胡敏酸、富里酸、黄腐酸的化学结构特征及在土壤肥力中的作用。中欧近年的研究则更关注按照有机碳在土壤中的转化特征进行分组,尝试建立这一分组与土壤有机碳功能的关联。按照转化特征,土壤有机碳可分为稳定性有机碳和营养性有机碳两大类型。前者主要指封存于土壤黏粒中的有机碳,很难被土壤微生物分解和矿化。后者主要指通过作物收获后地表及根系残留物、还田秸秆、有机肥施肥进入土壤的有机碳,是土壤有机碳中易于转化的、活跃的组分,也是形成土壤腐殖质和团聚体的主要前体物质。对土壤肥力具有重要意义。多点长期定位试验研究结果显示：土壤有机碳含量实际上表达了土壤中有机碳输入与分解两个过程的动态平衡。当输入量小于矿化量,将导致土壤有机碳含量和土壤肥力下降。当每年输入的有机碳量大于矿化量,土壤有机碳含量会持续上升;直至每年输入量与矿化量相等,土壤有机碳含量不再增加,此时,土壤有机碳含量达到平衡点。在一般农业生产条件下,达到平衡点的时间周期为20—30年。在营养性有机碳投入量过高情况下,这一动态平衡系统也会导致入多出多,达到新的平衡点后,每年会有高量土壤有机物质的矿化,从而引起农田土壤中矿质养分,特别是矿质氮的流失,进入水体及大气环境中。为实现土壤培肥和环境保护双重目标,农田土壤营养性有机碳的投入量应以有机碳的矿化流失不致产生环境风险为宜。新的研究还证实：营养性有机碳进入农田后,在土壤生物作用下分解为一系列短链化合物,再通过生物构建作用与土壤矿物颗粒形成土壤团聚体,并以此对多项土壤肥力性状发挥积极作用。受土壤中腐殖化、有机碳分解等不同过程影响,土壤团聚体持续发生着聚合和崩解,只有持续而丰富的营养性有机碳输入,才能维持土壤中总有机-无机团聚体的稳定度。多点长期定位试验结果揭示：土壤有机碳含量主要取决于气候条件、土壤质地与土地利用类型。在人为因素中,土地利用方式的变化对土壤有机碳含量的影响最大,而施肥、秸秆还田、耕作等农作措施对土壤有机碳含量的影响比较小。耕地土壤上,作物类型不同,其典型的耕作和收获方式不同,收获后存留地表和土壤中的根系残留物数量和质量不同,有机质生成能力不同。在种植有机质消耗性作物时,需要注意在轮作制度中引入有机质增加型作物或施用有机肥料,以保持土壤肥力。
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