东北黑土是珍贵的土壤资源，由于长期的重用轻养，农田黑土退化问题已是一个不争的事实。施肥是保持/提高黑土农田生产力、保障作物产量的一项重要的农艺措施。本文综述了长期施用有机肥、无机肥、有机无机肥配施，以及无机肥氮（N）、磷（P）、钾（K）及其不同的组合施肥对黑土农田土壤细菌、真菌、固氮菌、反硝化细菌等微生物的数量、群落alpha多样性和beta多样性等方面影响的最新研究进展。发现研究结果因试验地点、季节气候、试验处理、目标微生物种类、甚至研究者的采样年限而不同。多数研究发现，长期施用化肥，特别是氮肥显著地降低了细菌丰度和alpha多样性指数，但对真菌丰度和alpha多样性指数影响不显著。不同施肥明显改变了黑土微生物beta多样性，但这种改变是有限的，相同施肥处理没有驱动不同试验地点土壤微生物群落结构同质化演替，表明东北黑土微生物分布具有很强的地域性。对长期施用不同的无机肥研究发现，N素较P素和K素在驱动黑土农田土壤微生物群落变化上作用更为明显。在论述长期施用有机肥改变土壤微生物群落结构的同时，也阐述了有机肥施用带来潜在的抗生素抗性基因污染的生态风险及对抗性基因的阻控措施。文章最后总结了目前施肥影响黑土农田微生物研究中存在的不足之处，并提出5点未来应加强的研究建议。

免耕秸秆覆盖的耕作模式能够影响土壤微生物生物量和活性，增加土壤有机质含量，是提高土壤综合生态效益的保护性耕作核心措施之一。为探究免耕结合不同秸秆覆盖量下土壤酶活性变化及调控机制，本研究依托中国科学院沈阳应用生态研究所保护性耕作研发基地进行田间试验，以传统耕作（翻耕+无秸秆覆盖，CT）为对照，研究免耕结合无（免耕+无秸秆覆盖，NT0）、低量（免耕+1/3秸秆覆盖，NT1/3）、中量（免耕+2/3秸秆覆盖，NT2/3）、高量（免耕+全量秸秆覆盖，NT3/3）秸秆覆盖处理下不同土层（0～5、5～10、10～20 cm）的土壤酶活性、微生物生物量和有机碳含量变化。结果表明，免耕结合秸秆覆盖主要影响了表层0～5 cm土壤酶活性。与CT相比，免耕结合秸秆覆盖显著影响纤维二糖酶（CB）、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）和过氧化物酶（PER）活性。免耕结合低量（NT1/3）和高量（NT3/3）秸秆覆盖处理下的CB活性显著高于CT处理1.24倍和1.53倍。所有免耕处理下NAG活性显著高于CT处理78.1%～124.4%，且NAG活性有随不同秸秆覆盖量由低到高呈上升趋势（NT1/3NT2/3>NT3/3）。免耕结合秸秆覆盖对5～10 cm和10～20 cm土壤酶活性影响很小。研究还发现，土壤酶活性受土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、可溶性有机碳（DOC）、可溶性有机氮（DON）、铵态氮（NH_4~+-N）、硝态氮（NO_3~--N）、pH以及含水量等理化因素的影响，同时还受微生物生物量以及微生物群落组成的显著影响。与CT相比，NT3/3能够使0～5 cm土层中总体酶活性、SOC含量和微生物熵分别提高了60.5%、35.6%和21.6%。土壤总体酶活性与SOC和微生物熵均呈显著正相关关系，说明微生物酶活性的增加更有利于SOC积累。免耕结合高量秸秆覆盖（NT3/3）处理下微生物可利用性碳源更充足，更有利于土壤微生物活性增加，进而促进SOC固存。

土壤氮转化速率决定着土壤供氮能力，除受到温度的影响，还受到底物有效性的影响。然而，在农田生态系统中，关于土壤氮素有效性和N_2O通量对气候变暖和秸秆还田耦合的响应研究仍不足。本研究在东北黑土区进行增温和秸秆还田试验，采用离子交换树脂膜和静态暗箱法，原位监测0～20 cm土层土壤铵态氮、硝态氮有效性和氧化亚氮（N_2O）通量，探究增温和秸秆还田对农田黑土氮转化的影响。结果表明：增温、秸秆还田没有显著影响土壤氮有效性，但其在不同时期存在显著差异。秸秆还田显著增加了N_2O通量，且7月增温和秸秆还田处理对N_2O通量具有显著交互作用。在不增温条件下，秸秆还田使N_2O显著提升了109%；在增温条件下，秸秆还田使N_2O显著下降了2%。增温、秸秆还田和取样月份对N_2O通量也具有显著交互作用。研究结果有利于评估全球气候变暖背景下秸秆还田对农田生态系统氮周转的调控作用，对研究黑土氮循环过程具有重要参考价值。

选取黑钙土、黑土（薄层）、黑土（厚层）、风沙土4种不同类型的土壤剖面，探究土壤有机碳（SOC）、胡敏酸（HA）、富里酸（FA）和胡敏素（HM）在不同类型土壤剖面中的分布规律，对于科学评价不同土壤质量、土壤固碳能力的差异有重要意义。与表层（0～20 cm）相比，黑钙土、黑土（薄层）、黑土（厚层）、风沙土深层（80～100 cm）的SOC含量分别显著降低了21.7%、26.9%、41.4%、23.6%(P<0.05),pH分别由5.2、5.9、6.1、4.8升高至7.5、7.2、8.4、7.6,HA含量分别降低了34.9%、40.4%、46.6%、11.4%,FA含量分别降低了52.2%、36.2%、73.3%、59.0%,HM含量分别降低了32.2%、18.3%、37.2%、30.7%(P<0.05)。HA/FA随土层加深而逐渐升高，黑钙土、黑土（厚层）、风沙土从0～20 cm至80～100 cm分别显著提高了42.9%、161%、101%(P<0.05)。而80～100 cm黑钙土、黑土（薄层）、黑土（厚层）、风沙土中HA和FA色调系数（△lgK）比0～20 cm土层分别显著降低了20.6%、29.9%、34.9%、40.3%和21.8%、17.1%、21.8%、18.9%(P<0.05)。在剖面垂直尺度上，有机质和腐殖质含量均呈下降趋势，厚层黑土剖面平均SOC、pH、腐殖物质含量及色调系数均高于其他3种类型土壤，剖面土壤质量较高，但HA与FA结构较简单。

东北黑土区位于世界四大黑土区之一，因其高肥力和有机质含量而闻名。作为我国主要的粮食生产基地之一，在保障国家粮食安全方面具有重要地位。然而，随着东北黑土地的开垦，养分的失调导致了黑土物理特性的变化和功能的退化，从而使得黑土肥力下降，威胁着该地区的粮食安全和生态安全。黑土物理特性发生变化，主要体现在黑土层土壤容重增加，孔隙度降低，水稳性团聚体减少，田间持水量下降等。采用合理的耕作方式和施肥制度能在不同程度上改善土壤物理特性，从而遏制土壤肥力的不断下降。本文总结了自黑土开垦以来土壤容重、水稳性团聚体、田间持水量和饱和导水率的变化，分析了耕作和有机物料等对土壤物理特性的重要调节作用，讨论了不同保护途径如何通过改善土壤物理特性达到提升土壤肥力的目的，最后从制定合理的耕作体系和有机培肥机制，优化作物种植模式等展望了未来黑土重点研究的方向。

明确松嫩平原黑土区畜禽粪肥品质差异，可为其质量提升及合理施用提供理论依据。本研究于黑龙江省松嫩平原黑土区采集猪粪、牛粪、羊粪和鸡粪4种堆肥样品67个，通过测定不同种类畜禽粪肥技术指标、限量指标及有机组分含量，建立畜禽粪肥质量综合得分模型，从而对其质量进行评价。结果表明：（1）猪粪肥、牛粪肥、羊粪肥和鸡粪肥的平均种子发芽指数（GI）分别为44.1%、57.0%、51.9%和41.4%，均接近或大于50%的畜禽粪肥无害化要求，但小于有机肥NY/T525-2021标准70%的要求；（2）4种畜禽粪肥中，牛粪肥各项指标都更接近于NY/T525-2021标准要求，且牛粪肥中较活跃的有机组分可溶性有机质（DOM）、可提取腐殖酸（HE）、胡敏酸（HA）、富里酸（FA）含量均高于其他3种；（3）在畜禽粪肥质量评价综合得分模型中，牛粪肥获得最高得分0.834，其它粪肥得分依次为：羊粪肥0.761、猪粪肥0.732、鸡粪肥0.508。总体来看，4种畜禽粪肥的腐熟度仍需进一步提高，其综合质量排序为：牛粪肥>羊粪肥>猪粪肥>鸡粪肥。

风蚀监测可反映风沙运动规律，集沙仪是风蚀监测的必备仪器，而以往研究大多在沙漠或沙地开展，较少涉及黑土农田。本研究基于BSNE(Big Spring Number Eight)集沙仪，将采沙盒底部阻风结构中的18目孔径筛网改进为逆向百叶窗式的阻风挡板，采用模拟试验对比分析BSNE集沙仪和改进后rBSNE(Revised Spring Number Eight)集沙仪的保沙和集沙能力，并将其应用于野外黑土农田风蚀监测。研究结果表明：与BSNE集沙仪相比，rBSNE集沙仪降低了小粒级颗粒的损失率，当风速低于20 m·s~(-1)时，对<0.25 mm粒径的土壤颗粒的损失率显著降低74.3%～87.1%；当风速达到20 m·s~(-1)时，对所有试验粒径的土壤颗粒的损失率显著降低46.9%～74.3%。与BSNE集沙仪相比，rBSNE集沙仪有助于对小粒级颗粒的收集，当风速低于20 m·s~(-1)时，对粒径为<0.5 mm的集沙量显著增加了9.0%～44.0%；当风速达到20 m·s~(-1)时，对所有试验粒径的集沙量均显著增加7.3%～34.4%。野外监测结果显示风蚀输沙量随高度增加呈指数函数递减趋势，说明rBSNE集沙仪可应用于黑土农田风蚀的监测。

氮肥利用效率的科学评估对指导农业生产至关重要。传统氮肥评估方案仅能反映当季肥料的利用效率，而忽视了氮肥的残留效应。本文综述了肥料氮的转运、氮肥残留数量、分布、利用及其影响因素，基于当前研究进展提出未来研究方向及相关研究对农业管理实践的启示。农田输入的肥料氮，除了可以被当季作物吸收利用外，残留在土壤中的氮也可以继续被后续作物吸收利用，即评估肥效时，应该考虑氮肥的后效，而残留氮肥的回收利用受自身迁移和转化、作物种类、地力条件、气候环境、耕作管理等多个因素耦合影响。生产实践中，对决定残留氮肥回收效率的外部因素进行优化调控，诸如在长期浅根系/氮吸收低效作物种植后，轮作深根系/氮高效吸收型作物，合理密植，在干旱区适时灌溉保墒。针对作物氮肥喜好合理定制肥料类型，结合水肥一体化技术实施分次施肥，施氮同时配施微生物氮转化联合抑制剂均可有效提高氮肥总体利用率。利用15N同位素示踪技术，整合残留肥效和土壤氮素矿化等动态监测数据，配合作物类型、预期管理、目标产量等多要素数据，建立一套氮肥残留肥效的预测评估及氮肥减施的决策支持模型，对于指导未来的氮肥精准减施和提升农业生产效益具有重要科学意义。

为揭示水田不同搅浆方式对寒区水稻根系形态结构和生理活性的影响及其与产量形成之间的关系，本研究以龙粳31为试验材料，设置旱平免搅浆（HP）、水平地免搅浆（SP）、常规搅浆（CK）3种搅浆方式进行对比试验，对各生育期水稻根系形态结构指标、根系生理活性指标、干物质量及产量进行测定。结果表明：水稻根系形态指标在抽穗扬花期趋于稳定，与CK相比，HP处理下的总根长、根表面积、根体积和平均直径分别显著增加14.1%、8.79%、7.16%和4.06%,SP处理下仅总根长显著增加6.43%。水稻根系生理活性指标在抽穗扬花期达到最大值，与CK相比，HP和SP分别使根系氧化活力显著增加16.1%和5.51%，根系伤流强度显著增加10.2%和5.74%。同时，与CK相比，HP和SP的水稻产量分别显著提高7.65%和4.03%。综上所述，HP能够明显改善根系形态，促进根系生长，提高根系生理活性，进而促进水稻植株地上部生长和产量的增加。

黄土旱区土壤有机质含量偏低，有限水肥资源难以高效利用。生物炭具有调节土壤孔隙环境和水肥有效性的潜力。有关生物炭调节黄土旱区土壤水肥运移，提升特色作物谷子产量的关联机制值得深入分析。为明确生物炭添加对陕北黄土旱区土壤水肥环境和谷子产量形成的影响，探讨生物炭在该地区的增产增效潜力，本研究以“晋谷21号”为材料，设置CK(0 t·hm~(-2))、C1(2 t·hm~(-2))、C2(4 t·hm~(-2))、C3(8 t·hm~(-2))、C4(16 t·hm~(-2))5个梯度的施炭处理，连续等量施炭2年，开展大田定位试验。结果表明：（1）添加适量生物炭能有效提升土壤含水量，但高施炭量不利于土壤水分的储存利用。连续施炭2年，谷子拔节期和成熟期C3土壤含水量较CK分别显著提升21.4%、30.5%,C4较C3分别降低8.83%、7.25%，但无显著差异。（2）连续2年增施生物炭，C4处理土壤pH值、有机质、氨态氮、硝态氮和速效钾含量较CK提升4.28%～29.4%；土壤速效磷含量随增施生物炭的剂量先增后减，C4速效磷含量较CK显著下降7.27%。（3）添加生物炭能有效提升谷子生物量和产量，C3施炭条件下，谷子成熟期地上部生物量较CK显著提升17.8%，谷子产量相较于CK显著提升16.9%。综上，添加适量生物炭能有效改善陕北黄土旱区土壤水肥环境，调节谷子生物量积累，促进碳水化合物转化，提升谷子产量。

转录因子是植物生长发育的重要调节因子。侧生器官边界域（LBD,Lateral organ boundaries domain）基因家族是一类植物特有的转录因子，参与植物生长、营养代谢和逆境胁迫响应的调控。本研究采用生物信息学方法，从基因组和转录组水平对大豆LBD基因家族进行了系统鉴定和表达模式分析。系统进化结果显示，大豆LBD基因家族的89个成员可分为2大类、7个亚族。理化性质分析显示，大豆LBD基因家族编码的氨基酸数量范围在50 aa～325 aa，分子量为8 164.16 Da～60 499.65 Da，等电点介于4.69 pl～9.15 pl，不稳定系数为43.46～83.94。Motifs和基因结构分析发现，LBD基因家族成员保守性较高。启动子顺式作用元件分析显示，LBD基因家族成员含有与植物光响应相关的29种顺式作用元件，与植物激素相关的11种元件，以及与非生物和生物胁迫响应相关的6种元件。转录组分析发现，大豆LBD基因在DN50品种的生长节间伸长区（EZ）、成熟区（MZ）和茎尖（ST）的表达模式存在差异。LBD家族成员主要在MZ和ST高表达，其中GmLBD5、GmLBD23、GmLBD38、GmLBD46、GmLBD49、GmLBD71、GmLBD75和GmLBD78在EZ、MZ和ST均高表达，是调控大豆株高的关键候选基因。同时，还发现一些基因在茎组织特异表达，例如GmLBD83在EZ表达量较高，而GmLBD15、 GmLBD59、 GmLBD61和GmLBD84只在MZ高表达，GmLBD14、 GmLBD18、 GmLBD21、 GmLBD27、GmLBD55、GmLBD66和GmLBD70只在ST高表达。研究结果为深入分析LBD基因调节大豆节间生长发育的分子机理提供了靶标基因。

土壤冻融循环广泛存在于中、高纬度及高海拔地区，对土壤微生物、土壤酶活性、土壤养分转化及农业生产产生重要影响。本文基于国内外冻融模拟与野外原位试验研究结果，从冻融强度和频次角度阐述了冻融循环对土壤微生物群落结构、组成和土壤酶活性的影响，并分析了秸秆还田后土壤微生物及土壤酶活性对冻融循环的响应机制，提出了未来的研究应注重利用野外实测与室内模拟相互佐证的方法，加强对生长季和非生长季土壤碳库、微生物多样性及土壤酶活性的系统研究。

探究东北黑土带土壤微生物群落的地理分布格局及其驱动因子，对于有效和可持续地管理这一宝贵的土地资源具有重要的学术价值。本文以东北典型黑土带玉米农田的耕层土壤为研究对象，采集了来自黑龙江省、吉林省和辽宁省24个样点72个土壤样本。利用磷脂脂肪酸（Phospholipid fatty acid,PLFA）技术定量描述土壤微生物群落结构，运用随机森林和层次分割分析等机械学习算法深入解析环境因子对微生物地理分布的相对贡献。研究发现，典型黑土带玉米农田土壤总微生物和各微生物类群的生物量呈现随纬度自南向北增加的空间分布格局；土壤有机碳（SOC）和土壤全氮（TN）不仅是驱动微生物生物量纬度分布格局的主要因素，也是影响微生物群落组成最重要的因素。SOC和TN还与其他环境因子，特别是与土壤粘粒含量（CC）之间存在耦合关系，共同影响东北黑土带土壤微生物群落组成。

连作障碍是限制甜瓜产业绿色可持续发展的重要因素。为明确土壤熏蒸和微生物菌剂缓解甜瓜连作障碍的效果及其土壤生态效应，优选防治大棚甜瓜连作障碍的措施，本研究比较了3种土壤熏蒸剂（棉隆、漂白粉、威百亩）和3种菌剂/菌肥（济元链复合微生物菌剂、硒霉菌复混肥料、聚谷氨酸复合微生物菌剂）施用对连作甜瓜产量、品质以及土壤pH、土壤电导率、养分含量、酶活性和微生物群落组成的影响。结果表明：与常规施肥相比，威百亩熏蒸条件下甜瓜单株结果数和产量分别降低27.7%和30.9%；棉隆处理土壤电导率、有效磷、速效钾含量分别降低31.9%、67.2%和26.6%。土壤熏蒸对细菌群落多样性无显著影响，但显著增加了土壤真菌群落多样性以及未知真菌物种的相对丰度。在促进土壤中生防促生细菌（如：Rokubacteriales、Ktedonobacteria、Thermoleophilia和Microbispora）积累的同时，棉隆熏蒸也加剧了土壤病原真菌（如：Ciboria）的积累。相反，3种微生物菌剂/菌肥施用条件下，连作甜瓜的产量、中心糖和边糖含量分别增加35.7%、3.5%和8.8%，土壤全氮、全碳含量，碳、氮、磷循环相关酶活性及相关功能微生物（如：Dadabacteriales、Steroidobacter、Dongia和Arthrographis）相对丰度均显著增加。聚谷氨酸复合微生物菌剂对大棚甜瓜产量及品质的形成、土壤质量和微生物生态功能的提升效果最佳。

磷（P）作为第二重要的植物营养元素，能够调节作物对气候变化的适应性。东北不同地区黑土有机质含量存在着较大差异，对作物营养吸收产生较大影响。然而，长期大气CO_2浓度升高对不同有机质含量黑土大豆生长、土壤磷组分以及相关微生物机制的影响鲜有研究。本研究利用开顶式生长室（OTC）重点探究了气候变化对不同有机质黑土大豆根际土壤磷组分和相关磷转化微生物功能基因的影响。结果表明，不同有机质含量的黑土大豆磷吸收对长期大气CO_2浓度升高的响应一致，既先升高后降低。然而，大豆根际磷组分的响应存在差异性。大气CO_2浓度升高降低了高有机质黑土中大豆根际NaHCO3-Po含量，但增加了低有机质黑土中大豆根际有机磷库（NaHCO3-Po和NaOH-Po）的含量，而降低了无机磷库（NaOH-Pi）的含量。同时，大气CO_2浓度升高使高有机质黑土根际土壤基因拷贝数增加53.0%，低有机质黑土中大豆根际土壤基因拷贝数增加44.4%。因此，长期气候变化条件下，高有机质含量黑土通过有机磷矿化功能微生物来满足大豆对磷素的需求；而在低有机质含量黑土中，长期高CO_2浓度主要影响无机磷组分以及相关功能基因。

为探究云南水稻种植区土壤重金属含量与叶面肥种类对水稻中重金属迁移，以及对糙米质量安全的影响，本研究选取地质高背景区泸西县水稻种植区作为研究区，采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态风险指数法对研究区稻田土壤污染情况进行了评估，并以锰锌肥、硅硒肥两种不同成分叶面肥作为试验材料，通过转运系数等指标探究不同成分叶面肥在田间大规模应用中的效果。研究结果表明：研究区稻田土壤中As、Cd、Cr的平均值均超过云南省土壤重金属背景值且变异系数较大，主要以Cd污染最为严重。研究区土壤总体上处于轻度污染状态，As、Pb、Cr均处于轻微潜在生态危害，40%的Cd处于中等潜在生态危害，但综合潜在生态危害指数仍为轻微潜在生态危害。喷施叶面肥的处理较仅喷施清水的处理而言，茎叶-糙米间转运系数降低，糙米及茎叶中重金属含量显著降低，产量无显著差异。供试的锰锌肥的肥效较硅硒肥更为显著，适合在田间大规模种植使用。

为了研究有机物料还田对草甸土孔隙结构及玉米产量的影响，优化草甸土耕作层结构、提高作物产量，2019年以吉林省公主岭市的草甸土为试验地，在玉米播种前设置了秸秆浅混还田（CT,0～15 cm）、秸秆深混还田（STS,0～35 cm）、秸秆和有机肥深混还田（STSM,0～35 cm）、无秸秆还田常规耕作（CK）4个处理。对玉米收获后的土壤进行取样分析，测定0～35 cm土层土壤物理性质和孔隙结构，并采用结构方程模式、Mantel test和随机森林方法分析土壤孔隙结构调控玉米产量的途径。结果表明，经CT、STS和STSM处理后的0～15 cm土层土壤容重与CK处理相比显著下降了5.2%～7.8%(P<0.05)，而田间持水量和饱和导水率均呈现上升趋势，分别显著增加了7.8%～16.6%和77.5%～325%(P<0.05);STS和STSM处理进一步显著改变了>15～35 cm土层上述3个土壤物理性质。CT扫描结果显示，有机物料还田显著改善了相应土层土壤结构。与CK处理相比，CT、STS和STSM处理显著增加了0～15 cm土层>1 000μm孔隙数量和孔隙度；与CT处理相比，STS和STSM处理>15～35 cm土层>1 000μm孔隙数量和孔隙度分别显著增加了1.2倍～1.3倍和47.5%～58.9%(P<0.05)。有机物料还田增加了土壤孔隙的复杂性和连通性。与CK处理相比，CT、STS和STSM处理显著增加了0～15 cm土层的各向异性和分形维数，降低了欧拉数（P<0.05）;STS和STSM处理显著改善了15～35 cm土层土壤孔隙结构。不同处理间玉米产量表现为STSM>STS>CT>CK。结构方程模型结果显示，0～15 cm土层土壤孔隙结构可以直接影响玉米产量或者通过影响容重和饱和导水率间接影响玉米产量，而15～35 cm土层土壤孔隙结构只能通过影响田间持水量间接影响玉米产量。0～35 cm土层土壤物理性质和孔隙结构能够解释玉米产量的81.9%,15～35 cm土层对玉米产量的贡献大于0～15 cm土层。有机物料深混还田通过改变0～35 cm土层草甸土物理性质和孔隙分布，增加孔隙结构的复杂性和连通性，优化耕层结构，具备提高玉米产量的潜力，其中秸秆和有机物配合施用的效果优于单独秸秆还田。如果草甸土分布区有机肥源充足，建议利用秸秆和有机肥料进行深混还田可建立良好的土壤肥力，可以有效增加玉米产量。

为了探究谷壳源生物炭不同施用量对水稻田控酸和钝化土壤重金属镉活性的短期效应，本研究设置了谷壳源生物炭6个不同用量处理，分析测定土壤pH、水稻产量、土壤有效态镉含量、水稻植株茎和穗中的镉含量和土壤肥力的变化。结果表明，与CK相比，施用生物炭能有效提高土壤pH，提高了0.15～1.04个单位；当生物炭施用量为80 t·hm~(–2)时，对提高土壤pH效果更显著。施用生物炭能有效提高土壤的综合肥力，土壤全氮、全磷和全钾含量在生物炭施用量超过40 t·hm~(–2)后显著增加，增幅分别达8.62%～14.2%、19.6%～28.3%和11.9%～21.5%；有效磷、速效钾和有机质含量在生物炭施用量≥20 t·hm~(–2)时显著增加，增幅分别达34.6%～115%、70.9%～394%和29.3%～118%；当生物炭施用量超过20 t·hm~(–2)时，水解性氮含量显著降低，降幅为11.4%～22.1%。施用生物炭能有效降低土壤中的有效态镉及水稻植株茎、穗中的镉含量，当生物炭施用量≥20 t·hm~(–2)时，降幅分别为24.0%～37.1%、24.1%～82.9%和28.0%～78.3%；水稻叶中镉含量则在生物炭施用量超过40 t·hm~(–2)后显著降低了22.1%～35.7%。施用生物炭能提高水稻产量，当施用量为20～40 t·hm~(–2)时有显著的增产效果，增幅分别为12.4%和9.42%。从短期来看，谷壳生物炭具有调节土壤酸度、钝化重金属镉活性和提高水稻产量的潜力，且施用量以20 t·hm~(–2)为宜。

生物炭（biochar）是有机物质在无氧或缺氧条件下热解炭化而成的一种固态、稳定、高度芳香化的富炭材料，具有碳量高、化学性质稳定、比表面积大及孔隙结构丰富等特点，且生物炭中的含氧官能团、有机阴离子和无机碱等成分能够有效的调理酸化土壤，因而常用作土壤改良剂。本文简述了土壤酸化的原因及其相关影响，介绍了生物炭的种类、特征和组成部分，重点关注了近年来生物炭施用对提高土壤pH、缓解铝毒、增强土壤微生物活性及改变化肥使用量方面的影响，并探讨了其作用机制。最后对生物炭在酸化土壤调理应用中尚存在的问题进行了展望，以期为生物炭在调理酸化土壤的理论研究和实际应用方面提供参考。

胶体是磷素在环境中迁移转化的重要载体，土壤胶体磷对磷素生物地球化学循环具有重要作用，其活化迁移对土壤、水环境具有十分重要的影响。本文介绍了国内外土壤胶体磷的分类、分离和分析技术。重点阐述了土壤胶体磷活化、土壤基础理化性质（矿物组成、其他胶体元素、土壤孔隙结构、pH、氧化还原电位）、肥料及土壤改良剂应用对土壤胶体磷环境效应的影响。并针对目前土壤胶体磷流失存在的问题，提出相关对策及展望，以期为后续胶体磷研究和胶体磷污染的治理提供参考。

水稻是世界主要栽培作物之一，也是世界众多人口的主要食物，但根结线虫病危害给水稻种植带来严重挑战。其中，拟禾本科根结线虫（Meloidogyne graminicola, Mg）是引起水稻根结线虫病的重要线虫病原之一，广泛分布于亚洲、美洲和南非等主要稻田种植区，成为制约水稻安全生产的重要生物因素。此外，在全球气候变暖趋势下，Mg种群结构呈由南向北扩展的趋势。本文综述了Mg在世界范围内的发生、分布、致病机理、抗病种质资源及抗性基因鉴定和当前的防控措施。探讨了未来气候变暖可能影响Mg的发生与分布，今后加强我国稻田Mg发病实时监测对于该病害的绿色防控极为重要。充分利用全基因组测序等技术手段深入挖掘新Mg抗性水稻资源、鉴定新抗性QTL/基因以及培育持久抗性的新品种是未来开展Mg绿色防控的主流方向；同时，探索Mg综合防控策略，将抗性水稻种质资源、生物防控技术和稻田栽培措施等进行组合运用，有助于进一步提高水稻线虫病害的防控效果，以保障我国水稻产业的安全生产。

我国盐碱地面积约为1×10~8 hm~2，其中可利用的盐碱地约0.37×10~8 hm~2，盐碱地是重要的耕地后备资源，开发利用潜力巨大。开发种稻是盐碱地改良和利用的有效措施，水稻根系研究对挖掘盐碱水田增产潜力具有重要意义。本文概述了国内外盐碱胁迫水稻根系的研究现状，重点从盐碱胁迫对水稻根系表型、抗逆生理及产量形成的影响等方面的研究进展进行了综述，并对该研究领域未来发展进行了展望。以期多角度全面解析盐碱胁迫水稻根系逆境形态和生理机理，明确土壤-根系-产量的互作机制，基于优良种质资源结合育种技术构建理想根系构型，为挖掘盐碱地水稻增产潜力提供参考。

针对茶园土壤酸化问题，利用不同配方调理剂对其进行土壤改良。采用田间微区试验的方法，以种植英红九号年限分别为2年（幼龄）和8年（成龄）茶园为研究对象，设置4个不同处理：不施调理剂（CK）、调理剂Ⅰ（生物炭，T1）、调理剂Ⅱ（生物炭+石灰，T2）及调理剂Ⅲ（生物炭+碱渣钙镁肥，T3），施用量为20 t·hm~(-2)。通过2年定位试验，研究3种调理剂对茶园土壤的主要化学性质及茶叶品质的影响。土壤分析表明，与对照组相比，2年的试验周期中，2种茶园的土壤pH均呈现先升后降的趋势，试验4个月后施用调理剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的幼龄茶园土壤pH值分别升高了0.11、0.20和0.22个单位，成龄茶园pH值分别升高了0.15、0.16和0.38个单位，但经过16个月后pH值又会逐渐下降。幼龄茶园土壤有效磷和速效钾含量均有显著升高，而成龄茶园只有速效钾含量显著升高。茶叶品质分析表明，与CK相比，试验4个月后幼龄茶园调理剂处理组茶叶的水浸出物含量分别显著增加6.66%、6.30%和6.80%。施用调理剂可以改善茶园酸性土壤，增加土壤肥力和茶叶内含物质含量。

土壤物理性质是评价土壤结构及功能的重要指标，探究水土保持措施对小流域土壤物理性质的影响，有助于为生态环境建设和防蚀措施布设提供理论依据。本研究以黑龙江省拜泉县通双小流域为对象，通过田间采样，选取土壤容重、土壤田间持水量、土壤饱和含水量、土壤水稳定性大团聚体含量（WR_(0.25)）和平均重量直径（MWD）5种土壤物理性质，运用经典统计学、地统计学和信息熵等方法，分析土壤物理性质的空间分异特征，研究水土保持措施（梯田、等高垄作、乔木林、草地和灌木林）与土壤物理性质的相关性。研究结果表明：通双小流域表层土壤容重、田间持水量、饱和含水量和MWD属于中等变异，而土壤WR_(0.25)属弱变异。各土壤物理性质具有中等强度的空间自相关性，在空间上呈斑块状或带状分布。信息熵结果表明，各土壤物理性质与水土保持措施间存在空间相关性，排序依次为土壤容重、土壤田间持水量/土壤饱和含水量、MWD和WR_(0.25)。不同水土保持措施间土壤物理性质存在显著差异，乔木林的土壤容重显著高于梯田、等高垄作和灌木林，而土壤水分含量显著低于梯田、等高垄作和灌木林；草地的土壤WR_(0.25)含量和MWD显著高于梯田和等高垄作。

种养结合型循环农业能有效发挥种植业和畜禽养殖业优势，一定程度上减少资源浪费和环境污染。东北黑土区地处冷凉干旱区，农业生产活动受气候影响显著，该区域内农业资源利用率较低、资源再利用成本较高，严重制约了区域经济发展，开展种养结合型循环农业模式可最大限度加快农业系统内物质循环，实现区域经济效益最大化。本文首先充分总结了东北黑土区内不同种养结合循环农业模式的特点，对比分析了不同模式下的生态和经济效益，再以位于松嫩平原北部厚层黑土区的海伦市为代表，结合持续高效节粮型种养循环农业模式的实际需求，重点阐述了海伦市开展种养结合型循环农业的发展历程，对比分析了传统农业生产模式与循环农业模式的经济效益，提出了海伦市种养结合循环农业的未来发展建议，以期为持续提高黑土生态系统生产力，保障黑土资源永续发展和利用提供参考依据，为东北黑土区循环农业发展提供借鉴。

探究不同施氮水平下大豆根际固氮微生物群落和代谢差异，对于合理有效的调控根际生态系统、提高土壤养分利用效率等具有重要意义。采用土壤代谢组学和高通量测序技术，研究了不同施氮处理对大豆根际土壤代谢产物与固氮微生物群落结构的影响。结果表明，无氮和施氮处理下大豆根际土壤代谢产物以及土壤固氮菌群落结构差异显著；共检测到29种差异代谢物，包括有机酸、聚酮类化合物、脂肪酰基类化合物、有机含氮化合物等物质；施氮促进大多数代谢物含量上调，且以有机酸及其衍生物含量最高，而下调代谢物仅1种为脂肪酰基类化合物。差异代谢物通路分析表明，差异代谢产物主要富集在氨基酸合成与碳水化合物代谢等途径；此外，施氮处理显著改变固氮微生物群落结构组成，与无氮处理相比大豆根际土壤中慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）、固氮氢自养单胞菌属（Azohydromonas），弗兰克氏菌属（Frankia）以及中华根瘤菌属（Sinorhizobium）等相对丰度显著下降。相关性分析表明根际优势固氮菌慢生根瘤菌属、固氮氢自养单胞菌属以及弗兰克氏菌属同大多数上调代谢物呈显著负相关关系，同下调差异代谢物呈显著正相关关系；中华根瘤菌属同大多数上调代谢物呈显著负相关关系。施氮可能通过影响根系分泌物，从而直接或间接对根际土壤固氮微生物群落结构产生影响。研究结果为不同氮肥处理对大豆根际土壤微生物群落及代谢产物的影响提供了理论基础。

土壤固定态铵作为重要的氮素形态，在土壤保氮和供氮方面发挥着关键作用。为了探究化肥长期施用条件下，不同施氮量对土壤固定态铵含量和最大固铵能力的影响，依托中国科学院海伦市前进乡胜利村20年化肥不同施氮量试验，以不施肥作为对照处理（N0P0K0），设置了100 kg(N)·hm~(-2)(N1)、160 kg(N)·hm~(-2)(N2)、220 kg(N)·hm~(-2)(N3)和280 kg(N)·hm~(-2)(N4)4个施氮量处理，系统研究了化肥施用20年后，不同施氮量对秋季土壤固定态铵含量的影响；同时对田间土壤样品进行3天室内培养试验，定量分析了不同施肥处理土壤的最大固铵能力。结果表明，化肥施用20年后，不同施氮量对土壤固定态铵含量、最大固铵能力和固铵容量的影响均不显著，但不同土层间秋季土壤的固定态铵含量、最大固铵能力和固铵容量明显不同。0～20 cm土层秋季土壤固定态铵含量显著高于20～100 cm各土层固定态铵含量，不同处理土壤的最大固定态铵含量和固铵容量均随着土层深度的加深而显著增加；秋季土壤固定态铵占全氮的比例变化在11.8%～23.2%之间，土壤固铵容量占全氮的比例变化在24.5%～74.5%之间，说明东北黑土农田土壤具有较高的固定态铵含量和固铵容量，土壤固定态铵作为重要的“潜在有效氮素过渡库”，其在黑土农田土壤保氮和供氮中的作用不容忽视。

土壤团聚体是土壤生态系统中重要的组成部分，它的形成与稳定过程影响着土壤的物理、化学以及生物学性质，对于土壤结构形成、养分赋存状态也有着重要影响。长期有机培肥能够提高土壤有机质含量，通过为土壤团聚体的形成提供胶结物质，进而促进其形成与稳定过程，是土壤肥力提高和土壤结构改良的重要途径之一。为阐明有机培肥措施对于土壤团聚体形成与稳定机制的影响，本文总结了土壤团聚体结构稳定性、固碳、养分赋存以及微生物变化对该措施的响应，讨论了有机培肥措施与团聚体不同过程之间的联系。长期有机培肥措施能够加快团聚体形成周期，增强团聚体稳定性，增加团聚体养分赋存的总量，提高养分有效性。土壤团聚体形成与稳定过程、机制及养分赋集过程的微生物驱动机制仍缺乏研究，在未来的研究中建议加强多尺度、多要素耦合研究，揭示团聚体对土壤有机培肥响应的过程与机理。

油-稻-稻模式下土壤的集约化程度高，且较高的作物产量对土壤肥力要求较高。因此，研究合理的有机培肥措施对于指导三熟制下的作物产量提升意义重大。本研究通过田间定位试验，分别设计了油菜季不施有机物料（CK）、施猪粪（PM）和施生物质炭（BC）3个处理，比较了2018和2019年的作物产量、土壤微生物量碳（SMBC）、土壤微生物量氮（SMBN）和可溶性有机碳（SDOC）和可溶性有机氮（SDON）含量的变化，并探讨了土壤碳氮指标与作物产量的相关关系。结果表明：PM和BC均可以显著提升作物产量。与CK处理相比，PM和BC处理下2018和2019年三季总产量分别提高了8.9%～13.8%,10.3%～15.1%，且BC处理显著高于PM处理（P <0.05）。同时，PM和BC处理土壤微生物量碳和氮和可溶性碳和氮含量均显著高于CK处理，但BC和PM处理间则无显著差异。结合拟合方程的参数表明，土壤微生物量氮含量与三季作物总产量的相关系数较高。因此，在三熟制模式下，施用猪粪和生物质炭均可以提高作物产量和土壤碳氮含量，且土壤微生物量氮含量是提升作物产量的关键指标。

通过探究不同氮肥处理对土壤肥力和油菜产量的影响，以明确长江中下游稻油轮作区冬油菜最佳氮肥运筹。本研究分别设置了常规施肥（CK）、NPK化肥前氮后移（CR）、前氮后移基础上增施硼砂（CRB）和70%NPK化肥+30%有机肥（CM）共4个施肥处理，分别测定不同氮肥处理下土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾等养分含量和油菜的产量及其农艺性状。结果表明：(1)与常规施肥相比，氮肥运筹并未显著影响土壤pH值、有机质和有效磷含量；不同氮肥运筹均显著提升了土壤全氮含量（1.67%～7.99%,P <0.05）;CM处理显著提高土壤碱解氮含量，增幅12.5%(P <0.05);CR和CRB处理土壤速效钾含量分别显著增加了18.5%和11.6%(P <0.05)。(2)与常规施肥相比，氮肥运筹CR、CRB和CM油菜菜籽产量分别提高26.1%、34.8%和26.8%，但处理间差异不显著。此外，各优化施氮处理对油菜株高、一次有效分枝数、分枝部位和单株有效角果数无影响；但CRB处理的油菜每果粒数显著增加了22.7%(P <0.05)。相关性分析表明，油菜菜籽产量与土壤全氮含量呈极显著正相关关系（r=0.681,P <0.01）；同时，也与株高（r=0.638,P <0.01）和一次有效分枝数（r=0.658,P <0.01）呈极显著正相关关系。研究结果表明，优化施氮有利于改善土壤肥力和促进油菜生长，是提高产量的主要原因。综合土壤肥力和油菜产量因素，有机无机肥配施效果最好，可在长江中下游稻油轮作区冬油菜季推广应用。