施用有機肥對我國作物氮肥利用率影響的整合分析

任科宇，段英華，徐明崗，張旭博

施用有機肥對我國作物氮肥利用率影響的整合分析

任科宇1，段英華1，徐明崗1，張旭博2

（1中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國家工程實驗室，北京 100081；2中國科學院地理科學與資源研究所/生態(tài)網(wǎng)絡觀測與模擬重點實驗室，北京 100101）

【】化肥配施有機肥是提高作物氮肥利用率（NUE）的重要措施之一。但由于作物的氮肥利用率受到施氮量、土壤性質(zhì)和氣候條件等因素的影響，且多數(shù)研究只在某一特定區(qū)域或條件下進行，對于全國不同區(qū)域施用有機肥對氮肥利用率影響的研究缺乏系統(tǒng)分析和比較。因此，探明化肥配施有機肥對氮肥利用率的影響，量化不同土壤和氣候條件下氮肥利用率對有機肥施用的響應，可指導區(qū)域性的有機肥施用，為化肥減施增效提供重要的理論依據(jù)。本研究收集了公開發(fā)表的文獻110篇，建立了412組包含化肥配施有機肥（NPKM）和單施化肥（NPK）處理的氮肥利用率的數(shù)據(jù)庫。采用整合分析（Meta-analysis）和隨機森林（Random Forest）方法分析了全國不同區(qū)域的氮肥利用率在NPK和NPKM處理下的差異，定量化了施氮量、土壤性質(zhì)和氣候條件等因素對有機肥正效應的貢獻率。全國來說，相比NPK，NPKM處理下氮肥利用率提高了3.6個百分點。除東北地區(qū)外，在其他地區(qū)NPKM均顯著提高了氮肥利用率，提高幅度依次為西北＞華北＞南方＞華東。土壤性狀中影響有機肥“增效”作用的主要因素是有機質(zhì)、pH、速效鉀和全氮含量，其中土壤有機質(zhì)含量越低，配施有機肥后氮肥利用率的提高幅度越大；在堿性土壤上配施有機肥對氮肥利用率的提高幅度分別是中性土壤和酸性土壤的1.3和1.8倍。另外，不同氣候類型下配施有機肥對氮肥利用率的提高幅度存在差異，表現(xiàn)為溫帶大陸性氣候區(qū)＞溫帶季風性氣候區(qū)＞亞熱帶季風性氣候區(qū)。施用有機肥可顯著提高作物的氮肥利用率，且在有機質(zhì)含量較低、降雨量較少的西北地區(qū)配施有機肥后氮肥利用率的提高幅度最大。

氮肥利用率；有機肥；施氮量；土壤性質(zhì)；氣候；區(qū)域差異；整合分析

0 引言

【研究意義】氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用，其對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的形成起著關(guān)鍵作用[1]。我國的氮肥施用量至2011年已達到4 347萬噸，占全球的40.5%[2]，但一般認為我國的氮肥利用率僅為30%左右，大量氮肥的損失造成了水體富營養(yǎng)化、土壤酸化、大氣污染、溫室效應等一系列環(huán)境問題[3-5]。有研究表明，化肥配施有機肥可減少氮肥的損失，提高氮肥利用率[6-9]；但是，劉占軍[10]等研究表明，用有機肥替代化肥后氮肥利用率有所下降，其認為大多數(shù)研究是在推薦施肥基礎(chǔ)上配合施用有機肥，從而過高地估計了有機肥的作用和有機無機交互作用。有機肥對氮肥利用率的“增效”作用受施氮量、作物類型、土壤屬性和氣候條件等因素的影響[11-12]。因此，明確有機肥對氮肥利用率影響的區(qū)域差異對于我國農(nóng)田有機肥的合理施用、氮肥的高效利用具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】近年來，大量研究證實化肥配施有機肥可將氮肥利用率提高2—5個百分點，如在西南黃壤性水稻土上采用有機肥替代50%的化肥，水稻[7]的氮肥利用率提高了4.2個百分點，玉米[8]提高了2.5個百分點。對寧夏引黃灌區(qū)稻田的研究也發(fā)現(xiàn)在常規(guī)施氮和優(yōu)化施氮水平下配施有機肥，水稻的氮肥利用率可以分別提高5.2個百分點和1.9個百分點[9]。然而，也有研究表明施用有機肥并未顯著提高作物的氮肥利用率，如Dawe等[13]通過對亞洲25個稻田長期定位試驗產(chǎn)量總結(jié)發(fā)現(xiàn)，水稻產(chǎn)量在有機無機肥配施條件下與推薦量化肥施用條件下無顯著差異，有機肥的施用并未顯著提高水稻的氮肥利用率。對浙江地區(qū)早稻、晚稻及單季稻的研究發(fā)現(xiàn)，有機肥替代20%和40%的化肥后，其吸氮量沒有顯著變化，但有機肥替代70%的化肥會降低水稻吸氮量[14]。對于東北玉米，氮肥利用率在化肥、化肥配施有機肥處理下分別為32.7%和21.4%[10]?；谖覈?、鄭州、楊凌、祁陽的4個長期定位試驗，DUAN等[15]發(fā)現(xiàn)，有機肥配施在祁陽紅壤氮肥利用率提高了14%，但在其他試驗點則與單施化肥相近。可見，施用有機肥對氮肥利用率的影響在不同土壤條件和氣候條件下差異較大[16-18]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，我國關(guān)于施用有機肥對氮肥利用率影響的研究多是基于某一個或幾個特定試驗點展開的，其結(jié)果會受該區(qū)域特定的土壤和氣候條件的影響。為了全面認識不同條件下施用有機肥對氮肥利用率的影響，需收集全國范圍內(nèi)獨立試驗數(shù)據(jù)進行綜合分析，系統(tǒng)量化施用有機肥對我國主要糧食作物氮肥利用率的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過國內(nèi)外已發(fā)表的有關(guān)施肥對我國氮肥利用影響的文章進行數(shù)據(jù)搜集，采用整合分析（Meta-analysis）的方法，系統(tǒng)分析施用有機肥對我國主要糧食作物氮肥利用率的影響及其區(qū)域差異，并利用隨機森林（Random Forest）方法定量不同地區(qū)施氮量、土壤性質(zhì)和氣候等因素對造成兩施肥處理（NPKM、NPK）氮肥利用率差異的貢獻率，進而為有機肥的合理施用、氮肥的高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究是基于已發(fā)表的文獻數(shù)據(jù)進行的，從Web of science、中國知網(wǎng)、萬方和百度學術(shù)等文獻數(shù)據(jù)庫，通過設(shè)置“有機肥”“施氮量”“氮肥利用率”和“產(chǎn)量”4個關(guān)鍵詞進行檢索，并根據(jù)以下條件進行文獻篩選：（1）施肥試驗是在中國農(nóng)田進行的（不包括盆栽和室內(nèi)試驗），且研究對象為三大糧食作物（小麥、玉米和水稻）；（2）同一試驗必須同時包含不施氮處理、施用化學氮磷鉀肥（NPK）和有機肥配施化肥（NPKM）處理，且有相應的氮肥利用率[19]（NUE）或產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

式中，Nt為施氮處理下作物的吸氮量，N0為不施氮處理下作物的吸氮量，F(xiàn)t為氮肥的總施用量。

（3）每個處理至少3次重復；（4）有試驗前0—20 cm土層的基本理化指標。對于每個獨立試驗還要能夠獲得以下相關(guān)信息：試驗點的地理位置（經(jīng)度和緯度）、試驗點所處的氣候條件（氣候類型、年降雨量、年均溫、年日照時長）等。經(jīng)篩選后，符合條件的文獻110篇，有效數(shù)據(jù)412組。根據(jù)我國七大地理區(qū)劃及種植制度等，本文中全國分為五大區(qū)域：東北、華北、華東、西北和南方地區(qū)。表1為具體的文獻數(shù)量及試驗點位分布。圖1為配施有機肥與單施化肥響應比的頻數(shù)分布，符合高斯分布（正態(tài)分布），滿足Meta分析的必需要求。

對于氮肥利用率的影響因素，我們根據(jù)文獻及數(shù)據(jù)情況進行了分組。其中，施氮量的劃分主要是參考于飛[20]對施氮量的分析，并結(jié)合本文的研究內(nèi)容和收集的數(shù)據(jù)情況進行分組；土壤養(yǎng)分指標的分組主要是依據(jù)我國第二次土壤普查時土壤養(yǎng)分分級標準[21]劃分，例如土壤有機質(zhì)含量，一級、二級為一個級別（＞30 g·kg-2），三級為一個級別（20—30 g·kg-2），四級、五級和六級為一個級別（≤20 g·kg-2）；氣候類型分為溫帶季風氣候、溫帶大陸氣候和亞熱帶季風氣候，年均降雨量、年均溫、年日照時數(shù)和無霜期各氣候因子的分組分別參考尚宗波[22]、方曉[23]、李慧群[24]、寧曉菊[25]等對各氣候因子分布規(guī)律的研究進行劃分（例如年均降雨量，統(tǒng)分為三組：≤600 mm、600— 1 200 mm和＞1 200 mm）。

M和SE分別為平均值和標準誤；曲線為數(shù)據(jù)的高斯分布，P 為顯著性檢驗

表1 研究獲取的文獻數(shù)、試驗點位分布

1.2 研究方法

在進行文獻數(shù)據(jù)搜集時，如果文獻中的數(shù)據(jù)是以圖的形式表示，則用GetData Graph Digitizer 2.24[26]軟件來提取。若文獻中提供的數(shù)據(jù)為標準誤（SE），則標準差（SD）可通過公式（1）進行轉(zhuǎn)換：

式中，n 是重復次數(shù)。統(tǒng)計學指標采用響應比（response ratios，RR）表示，并計算其95%的置信區(qū)間（95% CI）。其計算公式為：

RR=(NUEt/NUEc) （2）

式中，NUEt和NUEc分別是處理組（NPKM）和對照組（NPK）變量NUE的平均值。在分析過程中，需要將RR對數(shù)化，采用自然對數(shù)響應比（lnRR）來反映施用有機肥對NUE的影響程度并由以下計算可得[27]：

lnRR=ln(NUEt)-ln(NUEc) （3）

整合分析通過對每個獨立研究的響應比進行加權(quán)，得出加權(quán)平均響應（RR++）。另外平均值變異系數(shù)（V）、權(quán)重系數(shù)wij、R++、RR++的標準差（S）和95%的置信區(qū)間（CI）可通過以下計算獲得[28]：

95%CI=R++±1.96S(RR++) （8）

1.3 數(shù)據(jù)分析

Meta分析合并計數(shù)資料的響應比得出加權(quán)平均響應前，需明確試驗處理之間及各試驗結(jié)果是否存在異質(zhì)性（處理間或不同研究結(jié)果間的變異是否由隨機誤差引起）。因此，采用卡方檢驗（Chi-square test）進行異質(zhì)性檢驗，如檢驗結(jié)果＞0.05，說明不同處理間或不同研究結(jié)果間具有同質(zhì)性，可選用固定相應模型計算合并統(tǒng)計量，否則采用隨機效應模型[31]。

采用MetaWin 2.1軟件進行Meta分析[32]。在Meta分析中，針對不同土壤因素和氣候條件，比較NPKM相比NPK處理對NUE的影響程度。對于每篇文獻中的觀測值，可以使用響應值來評估NPKM較NPK處理NUE的增加量（響應值大小可以反映處理組相比對照組的影響效果[33]）。在數(shù)據(jù)分析過程中，還分別考慮了我國不同地區(qū)NPKM與NPK處理間NUE的差異，運用SPSS 軟件11.0（SPSS Inc.，Chicago，IL，USA）進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和顯著性檢驗，如＜0.05，則認為NPKM與NPK處理的NUE存在顯著差異。

隨機森林方法則是運用R語言中的軟件包“randomForest”來計算各因素對有機肥“增效”作用的貢獻率[34]。

2 結(jié)果

2.1 化肥配施有機肥對NUE的影響

如圖2所示，總體來說， NPK和NPKM處理下我國的平均氮肥利用率分別為31.2%和34.8%， NPKM較NPK處理下高3.6個百分點。從各區(qū)域來看，東北地區(qū)的氮肥利用率較高，NPK和NPKM處理的氮肥利用率分別為45.0%和47.3%，但兩者間無顯著差異。在華北、華東、南方和西北地區(qū)，氮肥利用率在NPKM處理均較NPK處理下顯著增加，其中NPK處理下分別為31.1%、32.3%、30.0%和24.9%，NPKM處理下分別為35.6%、35.0%、32.8%和33.6%，提高了2.7—8.9個百分點。

圖中不同的小寫字母表示差異顯著（P＜0.05）；中間實線代表中位數(shù)，虛線代表平均數(shù)，箱圖的上下兩邊分別代表75%和25%的百分位數(shù)，誤差線分別代表樣本的最大值和最小值；n代表樣本數(shù)

2.2 “增效”作用隨施氮量的變化差異

總體來看，氮肥利用率隨施氮量的增加呈下降趨勢（圖3-a）。在合理施氮量范圍（120—360 kg·hm-2）內(nèi)，隨著施氮量的增加，NPK和NPKM處理的氮肥利用率差異逐漸減小。通過整合分析（圖3-b）發(fā)現(xiàn)，與NPK相比，在低施氮量（≤120 kg·hm-2）時，NPKM處理的氮肥利用率顯著提高了17.2%；在中等施氮量（120— 240 kg·hm-2和240—360 kg·hm-2）時，NPKM處理氮肥利用率分別顯著提高了12.6%和12.9%；在高量施氮（＞360 kg·hm-2）時，NPKM的氮肥利用率顯著提高了19.0%，但有機肥的“增效”作用在各施氮量間未達到顯著差異。在東北地區(qū)（圖3-c），NPKM的“增效”作用在施氮量非常低（≤100 kg·hm-2）的情況下不明顯，在施氮量稍高（≥200 kg·hm-2）的情況下較強；在華東和南方地區(qū)，NPKM的“增效”作用在不同施氮量下均不明顯；而在華北和西北地區(qū)，NPKM處理顯著提高了作物的氮肥利用率，但隨著施氮量的增加“增效”作用會逐漸減弱。

2.3 土壤性狀對有機肥“增效”作用的影響

整合分析結(jié)果表明（圖4），與NPK相比，在不同土壤養(yǎng)分條件下NPKM均能顯著提高作物的氮肥利用率，但不同養(yǎng)分水平上對氮肥利用率的提高幅度存在差異。有機肥配施的“增效”作用隨有機質(zhì)含量的增加而降低，但差異不顯著。土壤有效磷水平對有機肥“增效”作用沒有顯著影響。土壤全氮含量是影響有機肥“增效”作用的關(guān)鍵因素，在土壤全氮含量≤1 g·kg-1時，配施有機肥后NUE的增幅可達26.3%，分別是土壤全氮含量1—1.5 g·kg-1和＞1.5 g·kg-1時增幅的2.7倍和2.3倍?；逝涫┯袡C肥后，在土壤有效氮含量≤60 mg·kg-1的土壤上NUE增幅18.7%，而在有效氮含量＞60 mg·kg-1的土壤上NUE增幅12.6%左右。在速效鉀含量＞150 mg·kg-1時，有機肥的“增效”幅度為28.6%，顯著高于50—150 mg·kg-1時的“增效”幅度（8.0%）。土壤的酸堿性也是限制有機肥“增效”作用的一個重要因素，隨著土壤pH的升高有機肥的“增效”幅度增大，在堿性（pH＞7.5）土壤上有機肥的“增效”幅度是酸性（pH≤6.5）土壤上的1.8倍。

2.4 氣候因素對有機肥“增效”作用的影響

在不同氣候類型下，化肥配施有機肥均能顯著提高作物的氮肥利用率，其中在溫帶大陸性氣候增幅最大（39.3%），分別是溫帶季風性氣候區(qū)和亞熱帶季風性氣候區(qū)的2.2倍和4.1倍（圖5）。有機肥的“增效”作用隨著年均降雨量（AAR）、年均溫（MAT）和無霜期（FFD）的增加而降低，在AAR≤600 mm、MAT≤12℃和FFD≤175 d的地區(qū)均可達到20%以上，而在AAR＞1 200 mm、MAT＞16℃和FFD＞250 d的地區(qū)均只有9%左右。有機肥的“增效”幅度在年日照時數(shù)（ASD）＞2 200 h的地區(qū)稍高，達到17%以上，而在≤2 200 h的地區(qū)為11.3%。

圖a和c中黑色圓點和實線代表化肥對照組（NPK），空心三角和虛線代表有機肥處理組（NPKM）。圖b中點和誤差線分別代表響應比及其95%的置信區(qū)間，如果誤差線沒有跨越零線表示處理和對照存在顯著差異；括號內(nèi)的數(shù)值和百分數(shù)分別代表樣本數(shù)和施肥響應百分數(shù)

2.5 各因素對有機肥“增效”作用的貢獻率

如圖6所示，從全國尺度來看，土壤因素對有機肥“增效”作用的總貢獻率達到55%，比氣候因素的總貢獻率（32.2%）高22.8個百分點，其中土壤因素中AK和SOM的貢獻率相對較高，分別達到12.7%和10.4%，氣候因素中AAR的貢獻率較高，達到8.7%，而施氮量（N rate）和作物類型（Crop）的貢獻率分別為8.3%和4.6%。從我國不同地區(qū)來看，東北地區(qū)土壤因素中SOM的貢獻率最高，達到19.0%，比其他因素高4.8—13.8個百分點；華北地區(qū)土壤因素中TN和SOM的貢獻率相對較高，分別達到14.3%和13.0%，氣候因素中除FFP的貢獻率達到12.8%外，AAR、MAT、ASD的貢獻率均相對較低；華東地區(qū)ASD、土壤pH和施氮量三者的貢獻率相對較高，均在10%以上，土壤因素中TN的貢獻率最低，僅為3.5%；南方地區(qū)氣候因素中AAR的貢獻率最高，達到14.4%，是土壤因素中AK貢獻率（9.6%）的1.5倍，是作物類型貢獻率（3.8%）的3.8倍；西北地區(qū)作物類型和氣候因素是影響有機肥“增效”作用的主要因素，Crop、AAR和FFP的貢獻率分別為27.2%、18.6%和15.5%，土壤因素中除AP的貢獻率達到了13.5%外，其他土壤因素的貢獻率均近似于0。

點和誤差線分別代表響應比及其95%的置信區(qū)間，如果誤差線沒有跨越零線表示處理和對照存在顯著差異；括號內(nèi)的數(shù)值、百分數(shù)及字符分別代表樣本數(shù)、施肥響應百分數(shù)和單位。SOM：土壤有機質(zhì)含量，pH：土壤酸堿度，AP：土壤速效磷含量，TN：土壤全氮含量，AN：土壤有效氮含量，AK：土壤速效鉀含量

3 討論

3.1 施用有機肥對我國不同地區(qū)氮肥利用率的影響

總的來看，與NPK相比，NPKM顯著提高了我國糧食作物上的氮肥利用效率（圖2），其原因一方面可能是有機肥的施用直接增加了磷鉀及微量元素的投入。據(jù)朱兆良[35]等估算我國有機肥資源每年可提供氮、磷、鉀養(yǎng)分約7 400萬噸?；袅值萚36]的研究也發(fā)現(xiàn)施入有機肥后土壤磷鉀含量明顯提高，且隨著有機肥用量的提高而提高。另外，有機肥還可以作為提供作物鋅、錳等微量元素的良好肥源，提高土壤鋅、錳等元素的有效性[37]。有機肥中的有機碳可提高作物根系生物量及根系分泌物含量，進而提高土壤微生物生物量碳氮及土壤養(yǎng)分含量[38-40]；另一方面，有機肥的施用能夠改善土壤的理化性狀，例如降低土壤的容重和緊實度，提高土壤總孔隙度，使土壤變的疏松多孔，有利于養(yǎng)分的運輸和吸收[36]。劉汝亮等[9]的研究也表明有機肥的施用能夠提高土壤的保水保肥性，減少養(yǎng)分的損失，進而提高氮素的利用效率。圖4和圖5也表明，配施有機肥在不同土壤養(yǎng)分或氣候條件下均有顯著的“增效”作用。

點和誤差線分別代表響應比及其95%的置信區(qū)間，如果誤差線沒有跨越零線表示處理和對照存在顯著差異；括號內(nèi)的數(shù)值、百分數(shù)及字符分別代表樣本數(shù)、施肥響應百分數(shù)和單位

長柱后的數(shù)字代表土壤和氣候因素對有機肥“增效”作用的貢獻率。AK：土壤速效鉀含量，SOM：土壤有機質(zhì)含量，pH：土壤酸堿度，AAR：年均降雨量，TN：土壤全氮含量，F(xiàn)FP：無霜期，N Rate：施氮量，AP：土壤速效磷含量，MAT：年均溫，ASD：年日照時長，AN：土壤有效氮含量，Crop：作物類型

但從區(qū)域上來看，東北地區(qū)施用有機肥未顯著提高作物的氮肥利用率，其原因可能是東北地區(qū)土壤肥沃，有機質(zhì)含量高，外源有機物料的補充在當季沒有顯著的增產(chǎn)增效作用[41-43]。在針對全國的土壤和氣候條件進行整合分析時，東北地區(qū)的數(shù)據(jù)量相對較少，且東北三省間的土壤屬性和氣候條件也存在一定的差異，因此整合分析的過程中有可能沒有將東北地區(qū)的特殊性表現(xiàn)出來。在華東、華北、南方及西北地區(qū)，施用有機肥后氮肥利用率顯著提高了2.7—8.9個百分點。各區(qū)域間“增效”作用差異的原因是土壤狀況和氣候條件等環(huán)境因素影響了有機肥的施用效果，例如在肥力較高的土壤上，其本身的碳氮庫已經(jīng)達到平衡，有機肥的過多施用反而會引起土壤中“爭氮效應”的發(fā)生[44-45]；氣候條件能夠影響土壤氮的釋放、轉(zhuǎn)化和有效性，從而影響到作物對氮肥的吸收利用[18]。

3.2 不同土壤條件及氣候因素下配施有機肥對氮肥利用率的影響

土壤和氣候條件是影響氮肥利用率的重要因素[7-8,46]。由于我國土壤類型豐富，養(yǎng)分含量差異較大，因此盡管有機肥的“增效”作用均有隨著土壤有機質(zhì)、全氮和有效氮含量的增加而降低的趨勢，但是統(tǒng)計差異不顯著（圖4）。有機肥的輸入可以提高土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，提升土壤的肥力[47-48]，而土壤肥力越高，作物的氮肥利用率通常也較高[49-50]，因此，對于低肥力土壤，尤其應考慮通過有機肥的施用來提高其綜合生產(chǎn)能力，進而提高其作物氮肥利用率。但有機肥的“增效”作用在有效鉀含量較高時反而更佳，其原因可能是作物吸收養(yǎng)分時K+和NH4+存在競爭作用，有機肥的施用能夠緩解其競爭作用[51]，提高作物對氮素的吸收。另外，本文收集到的AK≤50 mg·kg-1數(shù)據(jù)較少，且分布于我國的華北、華東和南方3個地區(qū)，由于這3個地區(qū)的土壤類型和氣候條件存在差異，因而有機肥在AK≤50 mg·kg-1時的“增效”作用誤差較大，還有待進一步研究。

本研究還表明，有機肥的“增效”在pH較高的土壤上優(yōu)于低pH土壤，這可能是堿性條件下，氨揮發(fā)作用強[52-53]，而有機肥的施用可以促進氨的轉(zhuǎn)化[54]，減少損失，促進其長效利用。但有機肥的“增效”在中性和酸性土壤上無顯著差異，其原因可能是本文所收集到的酸性土壤多為弱酸性土壤（5.5≤pH＜6.5），有機肥在酸性土上的“增效”作用未能充分顯現(xiàn)。有研究表明緩控釋肥在堿性土壤上增加產(chǎn)量和氮素吸收量的效果優(yōu)于酸性和中性土壤[46,55]。但是，也有研究表明，化肥配施有機肥可改良土壤酸化，提高土壤氮有效性[56]，促進氮素吸收利用。因此，有關(guān)不同pH土壤上有機肥的施用效果及機制尚有待進一步研究。

化肥配施有機肥對氮肥利用率的提升效果在我國溫帶大陸性氣候區(qū)顯著優(yōu)于溫帶季風區(qū)和亞熱帶季風區(qū)（圖5），而我國氣候區(qū)間的主要差異在于降雨量和溫度，有研究表明，在干旱年份有機肥的減氮增產(chǎn)作用更加明顯，且對氮肥利用率的提升效果顯著[57]；高溫、多雨的氣候條件下不僅會加速有機肥分解同時也會增加養(yǎng)分的損失，因此低溫、少雨的地區(qū)有機肥可以更好的發(fā)揮其保溫保水性，更利于激發(fā)土壤中微生物的活性，促進作物對養(yǎng)分的吸收[58-59]。本文對各氣候要素下有機肥施用效果的分析發(fā)現(xiàn)，降雨量、年均溫、無霜期水平越低，日照時長越長，其“增效”作用越強。前人關(guān)于水稻的研究也表明，在我國北方地區(qū)施用緩控釋肥可取得較南方更好的效果[46]。

3.3 影響有機肥“增效”作用的主控因素

總體來看，土壤因素是影響有機肥“增效”作用的主要因素（圖6），因為土壤是作物生長的直接載體，土壤性狀的變化會直接影響作物對養(yǎng)分的吸收利用[43,60]。但是，在不同區(qū)域影響有機肥施用效果的因素不同。影響有機肥“增效”作用的因素在東北區(qū)，首先是土壤有機質(zhì)含量，其次是年均降雨量和無霜期，在華北區(qū)是全氮、有機質(zhì)和無霜期，在西北區(qū)是作物類型、年均降雨量和無霜期?？梢姡谖覈狈降貐^(qū)，年均降雨量和無霜期是影響有機肥施用效果的主要氣候因素，但這些都是難以通過人為活動來調(diào)控的，而對于可調(diào)控的土壤性質(zhì)來說，影響有機肥施用效果的是有機質(zhì)含量，我們就可以通過對土壤有機質(zhì)的調(diào)節(jié)來提高作物的氮肥利用率；在華東區(qū)，氮肥施用量和土壤pH是影響有機肥“增效”作用的主要因素，應關(guān)注該地區(qū)是否存在氮肥施用過量以及土壤酸堿度問題。在西北地區(qū)，作物類型是影響有機肥“增效”作用的主要因素，其原因可能是西北地區(qū)糧食作物以小麥-玉米輪作體系為主，施有機肥在玉米生長季節(jié)處于水熱同步，能夠大量礦化提供充足養(yǎng)分，充分發(fā)揮有機肥的“增效”作用，而在小麥季，有機肥雖能起到一定的保溫作用，但養(yǎng)分的釋放較慢，有機肥的“增效”作用會受到一定的影響[61]。在南方地區(qū)，土壤速效鉀含量是影響有機肥“增效”作用的主要因素，這可能是由于我國南方土壤鉀含量普遍較低，而有機肥中的速效鉀并不足以滿足作物生長需要[62-63]，因此在施用有機肥時應同時施用鉀肥來提高作物對氮的吸收。

4 結(jié)論

總體來說，在我國農(nóng)田化肥配施有機肥可提高氮肥利用率，提高幅度約為3.6個百分點。但區(qū)域間提高幅度存在差異，在溫帶大陸性氣候區(qū)的提高幅度分別是溫帶季風性氣候區(qū)和亞熱帶季風性氣候區(qū)的2.2倍和4.1倍，具體表現(xiàn)為西北＞華北＞南方＞華東和東北。在土壤全氮含量≤1 g·kg-1的地區(qū)、低溫干旱的地區(qū)，尤其應考慮通過有機肥的施用來提高其綜合生產(chǎn)能力。總體來說土壤因素是影響有機肥“增效”作用的主控因素，但地區(qū)間的主控因素存在差異，在北方地區(qū)應注意土壤有機質(zhì)的培育，在南方應注意土壤pH變化及鉀肥的適量施用，以更有效地發(fā)揮有機肥的效應，實現(xiàn)增產(chǎn)增效的目的。

[1] 巨曉棠, 谷保靜. 我國農(nóng)田氮肥施用現(xiàn)狀、問題及趨勢. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2014, 20(4): 783-795.

JU X T, GU B J. Status-quo, problem and trend of nitrogen fertilization in China., 2014, 20(4): 783-795. (in Chinese)

[2] 黃高強, 武良, 李宇軒, 張衛(wèi)峰, 張福鎖. 我國氮肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢及建議. 現(xiàn)代化工, 2013, 33(10): 5-9.

HUANG G Q, WU L, LI Y X, ZHANG W F, ZHANG F S. Development situation and suggestions on nitrogen fertilizer industry in China., 2013, 33(10): 5-9. (in Chinese)

[3] 孫傳范, 曹衛(wèi)星, 戴廷波. 土壤—作物系統(tǒng)中氮肥利用率的研究進展. 土壤, 2001(2): 64-69, 97.

SUN C F, CAO W X, DAI T B. Progress in the study on nitrogen use efficiency in soil -crop system., 2001(2): 64-69, 97. (in Chinese)

[4] 楊新泉, 馮鋒, 宋長青, 冷疏影. 主要農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素行為與氮肥高效利用研究. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2003(3): 373-376.

YANG X Q, FENG F, SONG C Q, LENG S Y. Fate and efficient use of nitrogen fertilizer in main agroecosystems., 2003(3): 373-376. (in Chinese)

[5] ZHU Z L, JU X T, CUI Z L, XING G X, CHEN X P, ZHANG S L, ZHANG L J, LIU X J, YIN B, CHRISTIE P, ZHANG F S. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems., 2009, 106(9): 3041-3046.

[6] 何曉雁, 郝明德, 李慧成, 蔡志風. 黃土高原旱地小麥施肥對產(chǎn)量及水肥利用效率的影響.植物營養(yǎng)與肥料學報, 2010, 16(6): 1333-1340.

HE X Y, HAO M D, LI H C, CAI Z F. Effects of different fertilization on yield of wheat and water and fertilizer use efficiency in the loess plateau., 2010, 16(6): 1333-1340. (in Chinese)

[7] 劉彥伶, 李渝, 張雅蓉, 張文安, 蔣太明. 西南黃壤性水稻土長期不同施肥模式下作物產(chǎn)量及氮肥利用率演變特征. 中國土壤與肥料, 2017(3): 20-27.

LIU Y L, LI Y, ZHANG Y R, ZHANG W A, JIANG T M. The dynamic of crop yield and nitrogen use efficiency under different long-term fertilization patterns in paddy soil from yellow earth in Southwest China., 2017(3): 20-27. (in Chinese)

[8] 謝軍, 趙亞南, 陳軒敬, 李丹萍, 徐春麗, 王珂, 張躍強, 石孝均. 有機肥氮替代化肥氮提高玉米產(chǎn)量和氮素吸收利用效率. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2016, 49(20): 3934-3943.

XIE J, ZHAO Y N, CHEN X J, LI D P, Xu C L, WANG K, ZHANG Y Q, SHI X J. Nitrogen of organic manure replacing chemical nitrogenous fertilizer improve maize yield and nitrogen uptake and utilization efficiency., 2016, 49(20): 3934-3943. (in Chinese)

[9] 劉汝亮, 張愛平, 李友宏, 王芳, 趙天成, 陳晨, 洪瑜. 長期配施有機肥對寧夏引黃灌區(qū)水稻產(chǎn)量和稻田氮素淋失及平衡特征的影響.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2015, 34(5): 947-954.

LIU R L, ZHANG A P, LI Y H, WANG F, ZHAO T C, CHEN C. HONG Y. Rice Yield, Nitrogen use efficiency (NUE) and nitrogen leaching losses as affected by long-term combined applications of manure and chemical fertilizers in yellow river irrigated region of Ningxia, China., 2015, 34(5): 947-954. (in Chinese)

[10] 劉占軍, 謝佳貴, 張寬, 王秀芳, 侯云鵬, 尹彩俠, 李書田. 不同氮肥管理對吉林春玉米生長發(fā)育和養(yǎng)分吸收的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2011, 17(1): 38-47.

LIU Z J, XIE J G, ZHANG K, WANG X F, HOU Y P, YIN C X, LI S T. Maize growth and nutrient uptake as influenced by nitrogen management in Jilin province., 2011, 17(1): 38-47. (in Chinese)

[11] 李虹儒, 許景鋼, 徐明崗, 李淑芹, 張文菊, 高靜. 我國典型農(nóng)田長期施肥小麥氮肥回收率的變化特征. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2009, 15(2): 336-343.

LI H R, Xu J G, Xu M G, LI S Q, ZHANG W J, GAO J. Change characteristic of nitrogen recovery efficiency of wheat in typical farmland of China under long-term fertilization., 2009, 15(2): 336-343. (in Chinese)

[12] 閆鴻媛, 段英華, 徐明崗, 吳禮樹. 長期施肥下中國典型農(nóng)田小麥氮肥利用率的時空演變. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2011, 44(7): 1399-1407.

YAN H Y, Duan Y H, Xu M G, WU L S. Nitrogen use efficiency of wheat as affected by long-term fertilization in the typical soil of China., 2011, 44(7): 1399-1407. (in Chinese)

[13] DAWE D, DOBERMANN A, LADHA J K, YADAVC R L, LIN B, GUPTA R K, LAL P, PANAULLAH G, SARIAM O, SINGH Y, SWARUP A, ZHEN Q X. Do organic amendments improve yield trends and profitability in intensive rice systems?, 2003, 83(2): 191-213.

[14] 周江明. 有機-無機肥配施對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素吸收的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2012, 18(1): 234-240.

ZHOU J M. Effect of combined application of organic and mineral fertilizers on yield, quality and nitrogen uptake of rice., 2012, 18(1): 234-240. (in Chinese)

[15] DUAN Y H, XU M G, GAO S D, YANG X Y, HUANG S M, LIU H B, WANG B R. Nitrogen use efficiency in a wheat-corn cropping system from 15 years of manure and fertilizer applications., 2014, 157: 47-56.

[16] 郭李萍, 王興仁, 張福鎖, 陳新平, 毛達如. 不同年份施肥對作物增產(chǎn)效應及肥料利用率的影響. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 1999(4): 21-24.

GUO L P, WANG X R, ZHANG F S, CHEN X P, MAO D R. Effect of fertilizer application in different years of crop yields and fertilizer recovery., 1999(4): 21-24. (in Chinese)

[17] 劉立軍, 徐偉, 唐成, 王志琴, 楊建昌. 土壤背景氮供應對水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響. 中國水稻科學, 2005(4): 343-349.

LIU L J, XU W, TANG C, WANG Z Q, YANG J C. Effect of indigenous nitrogen supply of soil on the grain yield and fertilizer-N use efficiency in rice., 2005(4): 343-349. (in Chinese)

[18] 程誼, 張金波, 蔡祖聰. 氣候-土壤-作物之間氮形態(tài)契合在氮肥管理中的關(guān)鍵作用. 土壤學報, 2019(3): 1-10.

CHENG Y, ZHANG J B, CAI Z C. Key role of matching of crop-specific N preference, soil N transformation and climate conditions in soil N nutrient management., 2019(3): 1-10. (in Chinese)

[19] 巨曉棠, 張福鎖. 關(guān)于氮肥利用率的思考. 生態(tài)環(huán)境, 2003(2): 192-197.

JU X T, ZHANG F S. Thinking about nitrogen recovery rate., 2003(2): 192-197. (in Chinese)

[20] 于飛, 施衛(wèi)明. 近10年中國大陸主要糧食作物氮肥利用率分析. 土壤學報, 2015, 52(6): 1311-1324.

YU F, SHI W M. Nitrogen use efficiencies of major grain crops in China in recent 10 years., 2015, 52(6): 1311-1324.(in Chinese)

[21] 全國土壤普查辦公室. 中國土壤. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1998: 356.

National Soil Census Office.. Beijing: China Agriculture Press, 1998: 356. (in Chinese)

[22] 尚宗波, 高瓊, 楊奠安. 利用中國氣候信息系統(tǒng)研究年降水量空間分布規(guī)律. 生態(tài)學報, 2001, 21(5): 689-693.

SHANG Z B, GAO Q, YANG D A. Spatial pattern analysis of annual precipitation with Climate Information System of China., 2001, 21(5): 689-693. (in Chinese)

[23] 方曉, 蔡冰, 鄭石. 我國年平均氣溫和冬季氣溫研究進展. 安徽農(nóng)業(yè)科學, 2016, 12(5): 153-154.

FANG X, CAI B, ZHENG S. Research progress and prospect of annual mean temperature and winter mean temperature in china., 2016(12): 153-154. (in Chinese)

[24] 李慧群, 付遵濤, 聞新宇,黃建斌. 中國地區(qū)日照時數(shù)近50年來的變化特征. 氣候與環(huán)境研究, 2013, 18(2): 203-209.

LI H Q, FU Z T, WEN X Y, HUANG J B. Characteristic analysis of sunshine duration change in China during the last 50 years., 2013, 18(2): 203-209. (in Chinese)

[25] 寧曉菊, 張麗君, 楊群濤, 秦耀辰. 1951年以來中國無霜期的變化趨勢. 地理學報, 2015, 70(11): 1811-1822.

NING X J, ZHANG L J, YANG Q T, QIN Y C. Trends in the frost-free period in China from 1951 to 2012., 2015, 70(11): 1811-1822. (in Chinese)

[26] TAOVA S. GetData Digitizing Program Code: Description, Testing, Training. International Atomic Energy Agency International Nuclear Data Committee Vienna, 2013.

[27] HEDGES L V, CURTIS G P S. The meta-analysis of response ratios in experimental ecology., 1999, 80(4): 1150-1156.

[28] CURTIS P S, WANG X. A meta-analysis of elevated CO2effects on woody plant mass, form, and physiology., 1998, 113(3): 299-313.

[29] PALLMANN P. Applied meta-analysis with R., 2015, 42(4): 914-915.

[30] LIU C, LU M, CUI J, LI B, FANG C. Effects of straw carbon input on carbon dynamics in agricultural soils: A meta-analysis., 2014, 20(5): 1366-1381.

[31] 何寒青, 陳坤. Meta分析中的異質(zhì)性檢驗方法. 中國衛(wèi)生統(tǒng)計, 2006, 23(6): 486-487.

HE H Q, CHEN K. Methods for measuring heterogeneity in a Meta –analysis., 2006, 23(6): 486-487. (in Chinese)

[32] ROSENBERG M S, ADAMS D C, GUREVITCH J. Metawin: Statistical software for meta-analysis with resampling tests. America: Sinauer Associates Inc, 1997.

[33] PATEL M S. An introduction to meta-analysis., 1989, 11(1): 79-85.

[34] BREIMAN L. Random forests., 2001, 45: 5-32.

[35] 朱兆良, 金繼運. 保障我國糧食安全的肥料問題. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2013, 19(2): 259-273.

ZHU Z L, JIN J Y. Fertilizer use and food security in China., 2013, 19(2): 259-273. (in Chinese)

[36] 霍琳, 王成寶, 逄煥成, 楊思存, 李玉義, 姜萬里. 有機無機肥配施對新墾鹽堿荒地土壤理化性狀和作物產(chǎn)量的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2015(4): 105-111.

HUO L, WANG C B, PANG H C, YANG S C, LI Y Y, JIANG W L. Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on physical and chemical properties and crop yields in alkali-saline soil., 2015(4): 105-111. (in Chinese)

[37] 楊玉愛, 何念祖, 葉正錢. 有機肥對土壤鋅、錳有效性的影響. 土壤學報, 1990, 27(2):196-201.

YANG Y A, HE N Z, YE Z Q. Effects of organic manure on the availability of Zn and Mn in soil.,1990, 27(2): 196-201. (in Chinese)

[38] 劉守龍, 蘇以榮, 黃道友, 肖和艾, 吳金水. 微生物商對亞熱帶地區(qū)土地利用及施肥制度的響應. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2006, 39(7): 1411-1418.

LIU S L, SU Y R, HUANG D Y, XIAO H A, WU J S. Response of Cmic-to-Corg to land use and fertilizer application in subtropical region of China., 2006, 39(7): 1411-1418. (in Chinese)

[39] 臧逸飛, 郝明德, 張麗瓊, 張昊青. 26年長期施肥對土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影響. 生態(tài)學報, 2015, 35(5): 1445-1451.

ZANG Y F, HAO M D, ZHANG L Q, ZHANG H Q. Effects of wheat cultivation and fertilization on soil microbial biomass carbon, soil microbial biomass nitrogen and soil basal respiration in 26 years., 2015, 35(5): 1445-1451. (in Chinese)

[40] 任鳳玲, 張旭博, 孫楠, 徐明崗, 柳開樓. 施用有機肥對中國農(nóng)田土壤微生物量影響的整合分析. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2018, 51(1): 119-128.

REN F L, ZHANG X B, SUN N, XU M G, LIU K L. A meta-analysis of manure application impact on soil microbial biomass across China’s croplands., 2018, 51(1): 119-128. (in Chinese)

[41] 陳恩鳳, 周禮愷, 邱鳳瓊, 嚴昶升, 高子勤. 土壤肥力實質(zhì)的研究—Ⅰ.黑土. 土壤學報, 1984(3): 229-237.

CHEN E F, ZHOU L K, QIU F Q, YAN X S, GAO Z Q. Study on the essence of soil fertility—Ⅰ. Black soils., 1984(3): 229-237. (in Chinese)

[42] 黃健, 張惠琳, 傅文玉, 馬兵, 李萱, 王愛文. 東北黑土區(qū)土壤肥力變化特征的分析.土壤通報, 2005(5): 21-25.

HUANG J, ZHANG H L, FU W Y, MA B, LI X, WANG A W. Analysis of the changing characteristics of the soil fertilities in the black soil area of northeast china., 2005(5): 21-25. (in Chinese)

[43] 徐明崗, 梁國慶. 中國土壤肥力演變.北京: 中國農(nóng)業(yè)科學技術(shù)出版社, 2006.

XU M G, LIANG G Q.Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2006. (in Chinese)

[44] 韓曉日, 鄭國砥, 劉曉燕, 孫振濤, 楊勁峰, 戰(zhàn)秀梅. 有機肥與化肥配合施用土壤微生物量氮動態(tài)、來源和供氮特征. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2007, 40(4): 765-772.

HAN X R, ZHENG G D, LIU X Y, SUN Z T, YANG J F, ZHAN X M. Dynamics, sources and supply characteristic of microbial biomass nitrogen in soil applied with manure and fertilizer., 2007, 40(4): 765-772. (in Chinese)

[45] 潘曉麗, 林治安, 袁亮, 溫延臣, 趙秉強. 不同土壤肥力水平下玉米氮素吸收和利用的研究. 中國土壤與肥料, 2013(1): 8-13.

PAN X L, LIN Z A, YUAN L, WEN Y C, ZHAO B Q. Nitrogen uptake and use of summer maize under different soil fertility levels., 2013(1): 8-13. (in Chinese)

[46] 苑俊麗, 梁新強, 李亮, 葉玉適, 傅朝棟, 宋清川. 中國水稻產(chǎn)量和氮素吸收量對高效氮肥響應的整合分析.中國農(nóng)業(yè)科學, 2014, 47(17): 3414-3423.

YUAN J L, LIANG X Q, LI L, YE Y S, FU C D, SONG Q C. Response of rice yield and nitrogen uptake to enhanced efficiency nitrogen fertilizer in china: A Meta-analysis., 2014, 47(17): 3414-3423. (in Chinese)

[47] 張國榮, 李菊梅, 徐明崗, 高菊生, 谷思玉. 長期不同施肥對水稻產(chǎn)量及土壤肥力的影響.中國農(nóng)業(yè)科學, 2009, 42(2): 543-551.

ZHANG G R, LI J M, XU M G. GAO J S, GU S Y. Effects of chemical fertilizer and organic manure on rice yield and soil fertility., 2009, 42(2): 543-551. (in Chinese)

[48] 薛峰, 顏廷梅, 楊林章, 喬俊. 施用有機肥對土壤生物性狀影響的研究進展.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2010, 18(6): 1372-1377.

XUE F, YAN T M, YANG L Z, QIAO J. Influences of organic fertilizer application on soil biological properties., 2010, 18(6): 1372-1377. (in Chinese)

[49] 張銘, 蔣達, 繆瑞林, 許軻, 劉艷陽, 張軍, 張洪程. 不同土壤肥力條件下施氮量對稻茬小麥氮素吸收利用及產(chǎn)量的影響.麥類作物學報, 2010, 30(1): 135-140, 148.

ZHANG M, JIANG D, MIAO R L, XU K, LIU Y Y, ZHANG J, ZHANG H C. Effects of N application rate on nitrogen absorption, utilization and yield of wheat under different soil fertility after rice., 2010, 30(1): 135-140, 148. (in Chinese)

[50] 楊馨逸, 劉小虎, 韓曉日. 施氮量對不同肥力土壤氮素轉(zhuǎn)化及其利用率的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2016, 49(13): 2561-2571.

YANG X Y, LIU X H, HAN X R. Effect of nitrogen application rates in different fertility soils on soil N transformations and N use efficiency under different fertilization managements., 2016, 49(13): 2561-2571. (in Chinese)

[51] 陸景陵. 植物營養(yǎng)學. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學出版社, 2005.

LU J L.. Beijing: China Agricultural University Press, 2005. (in Chinese)

[52] MIKKELSEN D, DE DATTA S, OBCEMEA W. Ammonia volatilization losses from flooded rice soils., 1978, 42(5): 725-730.

[53] FILLERY I, SIMPSON J, DE DATTA S. Influence of field environment and fertilizer management on ammonia loss from flooded rice., 1984, 48(4): 914-920.

[54] QIU S J, JU X T, INGWERSEN J, GUO Z D, STANGE C F, BISHARAT R, STRECK T, CHRISTIE P, ZHANG F S. Role of carbon substrates added in the transformation of surplus nitrate to organic nitrogen in a calcareous soil., 2013, 23(2): 205-212.

[55] LINQUIST B A, LIU L J, KESSEL C V, GROENIGEN K J V. Enhanced efficiency nitrogen fertilizers for rice systems: Meta- analysis of yield and nitrogen uptake., 2013, 154: 246-254.

[56] 徐仁扣, 李九玉, 周世偉, 徐明崗, 沈仁芳. 我國農(nóng)田土壤酸化調(diào)控的科學問題與技術(shù)措施. 中國科學院院刊, 2018, 33(2): 160-167.

XU R K, LI J Y, ZHOU S W, XU M G, SHEN R F. Scientific issues and controlling strategies of soil acidification of croplands in China., 2018, 33(2): 160-167. (in Chinese)

[57] 馬臣. 黃土高原旱地麥田有機無機肥配施的減氮增產(chǎn)及土壤環(huán)境效應研究[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學, 2018.

MA C. Effects of combined application of inorganic fertilizer and organic manure on nitrogen fertilization rate wheat grain yield and soil environment on the loess plateau dryland[D]. Yangling: Northwest Agricultural and Forestry University, 2018. (in Chinese)

[58] KALLENBACH C, GRANDY A S. Controls over soil microbial biomass responses to carbon amendments in agricultural systems: A meta-analysis., 2011, 144(1): 241-252.

[59] 張雷. 有機物料、溫度和土壤水分對黑土有機碳分解的影響[D]. 哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學, 2004.

ZHANG L. Effects of organic materials, temperature and soil moisture on organic carbon decomposition in black soil[D]. Harbin: Northeast Agricultural University, 2004. (in Chinese)

[60] 王慶仁, 李繼云. 論合理施肥與土壤環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展. 環(huán)境科學進展, 1999, 7(2): 116-124.

WANG Q R, LI J Y. Fertilizer proper use and sustainable development of soil environment in China., 1999, 7(2): 116-124. (in Chinese)

[61] 肖國舉. 中國西北地區(qū)糧食與食品安全對氣候變化的響應研究. 北京: 氣象出版社, 2012.

XIAO G Q.Beijing: China Meteorological Press, 2012. (in Chinese)

[62] 吳振強. 南方主要土壤鉀素現(xiàn)狀及對策. 福建熱作科技, 2013, 38(4): 62-64.

WU Z Q. Current status and countermeasures of potassium in main soils of South China., 2013, 38(4): 62-64. (in Chinese)

[63] 韓天富. 酸化紅壤施石灰后根際土壤鉀素轉(zhuǎn)化特征與機制[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學院, 2017.

HAN T F. Characteristics and mechanisms of potassium transformation in rhizosphere soil of red earth with acidfication after lime application[D].Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2017. (in Chinese)

Effect of Manure Application on Nitrogen Use Efficiency of Crops in China: A Meta-Analysis

REN KeYu1, DUAN YingHua1, XU MingGang1, ZHANG XuBo2

(1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081;2Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences/Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Beijing 100101)

【】Combined chemical fertilizers with manure is one of the important approaches to improve the nitrogen use efficiency (NUE) of crops. Nowadays, rare studies focused on systematic comparison and analysis of combine chemical fertilizers with manure on nitrogen use efficiency in different regions of China. In addition, NUE is affected by many factors, such as nitrogen application amount, soil properties and the climatic conditions and even most of them are in the specific regions. Therefore, this study was carried out to explore the effects of chemical fertilizers combined with manure on NUE, and quantify the response of NUE to manure application in different soils and climatic regions, so as to give the guidance on sustaining regional agricultural development and provide an important theoretical basis for reducing fertilizer application. 【】This study was conducted based on a database of NUE including 412 sets on NPKMNPK, which were collected from 110 published articles with wheat, maize and rice. We analyzed the differences of NUE between the treatment of NPK and NPKM in five regions in China by Meta-analysis, and quantified the contribution of main controlling factors on positive manure affects by random Forest analysis. 【】Compared with NPK, NPKM treatment increased the NUE by 3.6%. NPKM treatment significantly increased the NUE of crops in all regions except the Northeast China. The highest enhancement was found at Northwestern China, followed by Northern China, Southern Region and Eastern China. Soil organic matter, pH, available potassium and total nitrogen were the main factors affecting the “positive effect” of manure on NUE. The increment of NUE by manure application was higher in the soils with lower organic matter content than that in the soils with high organic matter content. The increase of NUE in alkaline soils with manure applied was 1.3 and 1.8 times higher than those on neutral and acidic soils, respectively. The improvement of NUE by manure application varied among climate regions: temperate continental climate zone＞temperate monsoon climate zone＞subtropical monsoon climate zone. 【】The application of manure could significantly increase the NUE of crops, especially in northwestern areas with low organic matter content and less rainfall.

nitrogen use efficiency; manure; nitrogen application rate; soil properties; climate; regional differences; Meta- analysis

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.007

2019-03-18；

2019-05-07

國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0200301）、國家自然科學基金項目（41471247）、北京市自然科學基金（6142018）、土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室開放基金（Y412201405）

任科宇，E-mail：1173557108@qq.com。通信作者段英華，E-mail：daunyinghua@caas.cn。通信作者張旭博，E-mail：zhangxb@igsnrr.ac.cn

（責任編輯 李云霞）