本書系統總結了國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)“肥料養分持續高效利用機理與途徑(2013—2017年)”的研究成果。相關研究得到了國家重點研發計劃項目(2016YFD0200100)、國家水稻產業技術體系和中國農業科學院科技創新工程的資金支持。主要內容包括氮肥損失阻控與高效利用機理，磷肥增效的化學/生物學調控機理，畜禽有機肥氮磷生物轉化與促效機制，秸稈還田碳氮互作提高化肥利用率機制，農田養分協同優化原理與方法，肥料養分持續高效利用途徑及模式等6方面。
目錄
第1章 總論 1
1.1 引言 1
1.2 無機肥料增效機理 2
1.2.1 氮肥損失阻控與高效利用機理 2
1.2.2 磷肥增效的化學/生物學調控機理 4
1.3 有機肥料促效機制 5
1.3.1 畜禽有機肥氮磷生物轉化與促效機制 5
1.3.2 秸稈還田碳氮互作提高化肥利用率機制 7
1.4 養分協同優化方法 8
1.4.1 農田養分協同優化原理與方法 8
1.4.2 肥料養分持續高效利用途徑及模式 11
1.5 重要結論與創新 14
1.6 未來研究 15
參考文獻 16
第2章 氮肥損失阻控與高效利用機理 19
2.1 根區施肥氮素高效利用機理 19
2.1.1 根區施肥的概念及原理 19
2.1.2 根區高濃度養分促進作物生長機理 21
2.1.3 局部土體養分供應促進作物生長機理 23
2.1.4 根區養分供應減少養分損失機理 26
2.2 緩控釋氮肥創制與高效利用機理 30
2.2.1 緩控釋氮肥的發展趨勢 30
2.2.2 基于功能性材料的緩控釋氮肥創制 33
2.2.3 生化抑制劑型緩釋氮肥創制 55
2.2.4 緩控釋肥促進作物養分高效利用機理 78
2.3 基于肥際-根際協調的根區施肥原理 85
2.3.1 根區施肥肥際養分擴散與損失特征 85
2.3.2 作物對不同施肥方式和施肥位點的響應 88
2.3.3 肥際-根際協調的根區施肥技術優化 90
2.4 氮肥持續高效利用的限制因素與調控途徑 91
2.4.1 氮肥持續高效利用的限制因素 91
2.4.2 氮肥持續高效利用的調控途徑 93
參考文獻 94
第3章 磷肥增效的化學/生物學調控機理 97
3.1 典型土壤磷素累積狀況與釋放潛力 98
3.1.1 我國土壤速效磷狀況 98
3.1.2 磷肥施入土壤后的累積 99
3.1.3 典型土壤磷的培肥閾值與淋溶閾值 108
3.2 土壤微生物提高磷肥利用率機理 110
3.2.1 田間條件下菌根真菌對磷的活化利用機理 110
3.2.2 解磷微生物對土壤磷的活化利用效果 122
3.3 作物高效利用土壤磷的生物學機理 127
3.3.1 水稻高效利用土壤磷的生物學機理 127
3.3.2 玉米高效利用土壤磷的生物學機理 130
3.3.3 小麥高效利用土壤磷的生物學機理 152
3.4 磷肥持續高效利用的限制因素與調控途徑 156
3.4.1 磷肥高效利用的限制因素 156
3.4.2 提高磷肥高效利用的調控途徑 157
參考文獻 168
第4章 畜禽有機肥氮磷生物轉化與促效機制 174
4.1 畜禽有機肥施用下化肥的減施潛力 174
4.1.1 東北春玉米單作體系化肥減施潛力 174
4.1.2 華北小麥-玉米輪作體系化肥減施潛力 176
4.1.3 長江中下游小麥-水稻輪作體系化肥減施潛力 177
4.1.4 長江中下游雙季稻連作體系化肥減施潛力 183
4.2 畜禽有機肥氮磷轉化的微生物學機理 192
4.2.1 畜禽有機肥施用下土壤酶活性變化 192
4.2.2 畜禽有機肥施用下土壤微生物群落結構 197
4.2.3 畜禽有機肥碳轉化微生物過程及分子機理 204
4.2.4 畜禽有機肥氮轉化微生物過程及分子機理 211
4.2.5 畜禽有機肥磷轉化微生物過程及分子機理 218
4.3 畜禽有機肥施用下土壤團聚體微生物學特征 227
4.3.1 土壤團聚體有機碳、氮分布 227
4.3.2 土壤團聚體酶活性變化 230
4.3.3 土壤團聚體微生物群落結構 234
4.3.4 土壤團聚體氨氧化微生物分異特征 244
4.3.5 土壤團聚體纖維素分解酶基因多樣性 257
參考文獻 263
第5章 秸稈還田碳氮互作提高化肥利用率機制 270
5.1 秸稈還田對農田土壤養分庫容的影響 270
5.1.1 秸稈還田對農田土壤有機碳庫容的影響 270
5.1.2 秸稈還田對農田土壤氮素庫容的影響 280
5.1.3 秸稈還田對農田土壤磷素庫容的影響 283
5.1.4 秸稈還田對農田土壤鉀素庫容的影響 286
5.2 秸稈降解過程中養分釋放微生物學機理 288
5.2.1 秸稈降解過程中有機組分的變化 288
5.2.2 秸稈降解過程中的養分釋放規律 292
5.2.3 秸稈降解中土壤酶活性變化 294
5.2.4 秸稈降解中土壤微生物群落結構變化 295
5.2.5 秸稈還田碳氮互作的微生物學機理 297
5.3 秸稈還田對碳氮微生物固持-釋放的影響 308
5.3.1 秸稈還田下土壤微生物碳氮固持/釋放特征 308
5.3.2 秸稈還田對作物氮素供應的影響 312
5.3.3 土壤肥力和氮素調控對微生物量碳氮固持與釋放的影響 314
5.4 秸稈還田碳氮互作提高氮素利用率的途徑 317
5.4.1 東北春玉米單作體系碳氮互作調控途徑 317
5.4.2 華北小麥-玉米輪作體系碳氮互作調控途徑 317
5.4.3 長江中下游小麥-水稻輪作體系碳氮互作調控途徑 319
5.4.4 長江中下游雙季稻連作體系碳氮互作調控途徑 321
參考文獻 323
第6章 農田養分協同優化原理與方法 325
6.1 水稻基于產量反應和農學效率的養分推薦方法 325
6.1.1 水稻養分推薦原理與研究方法 325
6.1.2 水稻養分吸收特征參數 328
6.1.3 水稻養分推薦模型 342
6.1.4 水稻養分專家系統評價 356
6.2 玉米基于產量反應和農學效率的養分推薦方法 361
6.2.1 玉米養分推薦原理與研究方法 361
6.2.2 玉米養分吸收特征參數 362
6.2.3 玉米養分推薦模型 373
6.2.4 玉米養分專家系統評價 385
6.3 小麥基于產量反應和農學效率的養分推薦方法 396
6.3.1 小麥養分推薦原理與研究方法 396
6.3.2 小麥養分吸收特征參數 396
6.3.3 小麥養分推薦模型 402
6.3.4 小麥養分專家系統評價 412
6.4 區域尺度養分系統優化原理與方法 417
6.4.1 區域尺度水稻養分推薦 418
6.4.2 區域尺度玉米養分推薦 419
6.4.3 區域尺度小麥養分推薦 421
參考文獻 423
第7章 肥料養分持續高效利用途徑及模式 432
7.1 典型農區土壤養分限制因素 432
7.1.1 全國土壤氮的時空變化 432
7.1.2 全國土壤有效磷的時空變化 455
7.1.3 全國土壤速效鉀的時空變化 461
7.2 肥料養分高效利用技術集成 470
7.2.1 東北春玉米單作體系肥料高效利用技術集成 470
7.2.2 華北小麥-玉米輪作體系肥料高效利用技術集成 477
7.2.3 長江中下游小麥-水稻輪作體系肥料高效利用技術集成 480
7.2.4 長江中下游雙季稻輪作體系肥料高效利用技術集成 495
7.3 肥料養分持續高效利用途徑及技術 500
7.3.1 提高化肥利用率的途徑 500
7.3.2 提高化肥利用率的關鍵技術 501
7.4 肥料養分持續高效利用模式 503
7.5 技術示范效果 511
7.5.1 根區施氮/緩控釋肥示范 511
7.5.2 磷高效調控示范 511
7.5.3 氮肥有機替代示范 511
7.5.4 秸稈還田調氮示范 512
7.5.5 養分專家系統推薦施肥示范 512
7.5.6 集成技術示范 513
參考文獻 513
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