摘" 要：過量施用化肥、農業(yè)生產者施肥方式粗放等都會造成肥料浪費，配方施肥技術是通過合理施用有機肥并調節(jié)氮、磷、鉀等關鍵養(yǎng)分的比例和施肥方法，以提高作物產量和品質。該文綜述配方施肥技術在提高土壤有機質、改善土壤理化性質、增加根周土壤和根際土壤微生物多樣性及促進植物營養(yǎng)元素吸收等方面的作用，并從配方施肥對植物轉錄組、代謝組的影響闡明配方施肥對植物生長代謝的影響機理。綜述為配方施肥技術在作物栽培上應用與推廣提供參考。

關鍵詞：配方施肥；土壤理化性質；土壤微生物；作物生長；影響機理

中圖分類號：F323" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）17-00４６-0５

Abstract： Excessive application of chemical fertilizer and extensive fertilization methods of agricultural producers will lead to fertilizer waste. Formula fertilization technology is to improve crop yield and quality by reasonably applying organic fertilizer and adjusting the proportion of key nutrients such as nitrogen， phosphorus， potassium and fertilization methods. In this paper， the effects of formula fertilization on increasing soil organic matter， improving soil physical and chemical properties， increasing microbial diversity of soil around roots and rhizosphere， and promoting the absorption of plant nutrients were reviewed. The effect mechanism of formula fertilization on plant growth and metabolism was clarified from the effects of formula fertilization on plant transcriptome and metabolic group. This review provides a reference for the application and popularization of formula fertilization in crop cultivation.

Keywords： formula fertilization; soil physical and chemical properties; soil microorganisms; crop growth; influence mechanism

施肥是作物生產中常用的增產方法之一，對土壤環(huán)境、土壤養(yǎng)分循環(huán)以及根周根際微生物群落結構和多樣性等都有顯著影響。合理的施肥能夠均衡土壤養(yǎng)分，改善土壤質量，從而達到讓作物增產提質的目的。

自化肥出現(xiàn)，國內外農業(yè)生產一直致力于發(fā)展化肥工業(yè)和農業(yè)施肥，導致化肥使用量逐年增加，很多農業(yè)生產中均存在化肥過量，養(yǎng)分利用率低的情況。由表1可知[1]，農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分利用率（Nutrient Use Efficiency，NUE%），氮（N）只有30%～50%、磷（P）10%～20%、鉀（K）gt;80%，硫（S）和鋅（Zn）8%～12%，鐵（Fe）、銅（Cu）、錳（Mn）等都只有1%～2%[1]，這也就意味著不同的土壤中，50%～70%的N、80%～90%的P和20%的K都會流失到環(huán)境中。這種程度的養(yǎng)分流失不僅導致減產和寶貴資源的損失，而且嚴重污染了生態(tài)環(huán)境，浪費的肥料隨著淋洗滲透到地下水，匯集到地表水，引發(fā)水體富營養(yǎng)化，部分氮素通過氨揮發(fā)、N2O排放等氣態(tài)損失途徑排放到大氣中，會加劇諸如溫室效應、酸雨等環(huán)境問題[2]。改進肥料管理方式，正確選擇肥料來源、數(shù)量、時間和方法，提高肥料利用率，成為了減少農業(yè)碳排放的關鍵途徑之一。

配方施肥是一種基于土壤、肥料田間試驗數(shù)據(jù)的化肥減施技術，它充分參考植物生長過程中對營養(yǎng)元素的需求、土壤供肥能力和不同肥料自身效應，搭配合理施用有機肥，根據(jù)作物在生長發(fā)育過程中所需的大量氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素以及其他元素（如鈣、鎂、鐵等），采用適宜比例、施肥量和施肥方法進行施肥[3]。本文將從配方施肥的研究現(xiàn)狀、配方施肥對土壤和作物的影響，以及影響機理等方面對配方施肥技術進行綜述。

1" 配方施肥現(xiàn)狀

目前對配方施肥的研究，多集中在對糧食、蔬菜等作物的配施。例如，Osaki等[4]在對甘薯的研究中發(fā)現(xiàn)，與氮磷鉀配施有機肥相比，缺氮處理的甘薯總干物質和塊根產量等都有顯著降低。楊陽等[5]設置5個施肥配比處理，研究了氮、磷、鉀和有機肥配施對溫室番茄生長發(fā)育的影響，結果表明：氮、磷、鉀和有機肥按一定比例配合施用對番茄株番茄果實Vc、可溶性糖和可溶性固形物均有顯著影響。還有研究通過開展土壤養(yǎng)分測定和肥料田間試驗，發(fā)現(xiàn)配方施肥在促進甘蔗生產化肥減施增效方面效果明顯[6]。不同的配比的施肥處理可以提高作物土壤中的酶活性、微生物含量，改良土壤結構，提高肥料利用率等。

2" 配方施肥對土壤的影響

2.1" 配方施肥對土壤理化性質的影響

化肥的不合理施用會加劇土壤養(yǎng)分失衡進而影響作物生長。王慶峰等[7]在研究施肥對黑土地的影響時發(fā)現(xiàn)，長期施用無機肥的土壤中，氮、磷的利用率會降低，土壤pH和速效磷含量都降低。武星魁等[8]發(fā)現(xiàn)長期高量投入化肥氮（80%氮和100%氮），會導致菜地土壤氮素的礦化和硝化速率顯著降低，使土壤供氮能力下降，主要原因可能是因為土壤pH的降低。化肥施用不當可能導致土壤養(yǎng)分循環(huán)的紊亂，進而影響作物的健康生長和發(fā)育。

配方施肥能有效改善土壤理化性質。例如，潘峰等[9]在研究配方施肥對甜櫻桃果園土壤的影響中發(fā)現(xiàn)，配方施肥可有效改善果園土壤理化性質，讓土壤pH維持在7.45～7.50，有機質明顯提升，土壤有效性大量元素及中微量元素含量均顯著高于對照。楊貴川等[10]研究得出結論，與常規(guī)施肥相比，配方施肥能調節(jié)及維持土壤速效氮磷鉀含量，提高土壤綜合肥力。因此可通過合理施肥配比來改善土壤結構和增加土壤有機質含量，提高土壤的保水保肥能力，減少對化肥的依賴。

配方施肥中的有機肥有改善土壤的作用。生物有機肥具有營養(yǎng)元素齊全、富含有益微生物、可抗作物連作障礙等特點。通過作物生產過程中生物有機肥的增施，可以提高土壤有機質含量、改良農田土壤的生物學特性與團聚體特性，從而提高土壤耕地質量。近些年，選擇生物有機肥來代替部分化肥的施用，已經在作物肥效試驗中嶄露頭角，國內外大量相關研究也證實了其可行性。Tong等[11]發(fā)現(xiàn)用有機肥替代部分化肥，長期施用之后能顯著提高耕作層土壤有機質和多種氮組分含量，包括微生物生物量氮、氨基糖氮和氨基酸氮等有機氮庫，以及銨態(tài)氮和硝態(tài)氮等無機氮庫。邱麗華[12]發(fā)現(xiàn)施用有機碳土壤調控劑鹽化潮土后，土壤的容重、pH和重金屬離子含量都分別與傳統(tǒng)化肥比較有所降低；土壤總孔隙度、毛管孔隙度、土壤總持水量、毛管持水量、非毛管孔隙度、非毛管持水量和團聚體，土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀都分別增加。適當施用有機肥可以改善土壤質量，降低土壤容重，增加土壤大團聚體含量和含水量，促進良好的土壤物理結構形成，從而有利于植物的生長。

肥料的種類對土壤的理化性質產生不同的影響。肥料對土壤有機質含量的影響可能與輸入的數(shù)量、質量和形式等因素相關。然而，這種關系存在一定的不確定性因素。施肥比例、施肥類型和施肥后的時間間隔等因素都會對施肥效果產生差異。因此，在選擇肥料時，應提前分析土壤的物理、化學和生物特性，并重視植物與土壤的生態(tài)化學計量學特征，綜合考慮土壤條件和作物需求，選擇合適的肥料種類和施肥配比，最大限度地發(fā)揮肥料的效果，提高肥料利用率，達到增產和改善土壤性質的目標。

2.2" 配方施肥對土壤微生物的影響

2.2.1" 配方施肥對根周土壤微生物的影響

化肥的大量施用會對土壤微生物多樣性造成負面影響。隨著化肥施用量的增加，土壤中微生物的多樣性指數(shù)呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。這一現(xiàn)象很可能是因為過量施用化肥導致土壤板結，從而減少了氧氣供應，對好氧微生物的生存環(huán)境造成了不利影響，進而導致微生物多樣性的降低。例如，林洪鑫等[13]研究發(fā)現(xiàn)，施氮會顯著降低一些放線菌屬和擬無枝酸菌屬的相對豐度。陳鳳等[14]在研究水稻油菜輪作土壤時發(fā)現(xiàn)，長期施用磷肥后，輪作土壤中變形菌門相對豐度降低，而具有兼性厭氧的特點，綠彎菌門和酸桿菌門相對豐度增加?？赡苁怯捎谑┓试斐傻耐寥腊褰Y降低了好氧菌的豐度，增加了兼性厭氧菌的豐度，而這些兼性厭氧菌正是貧瘠土壤的標志。

配方施肥能夠顯著提升土壤微生物的豐富度。申衛(wèi)收等[15]發(fā)現(xiàn)進行配方施肥的土壤，其種植黃瓜與番茄時，可培養(yǎng)放線菌數(shù)量分別比施化肥處理增加了30.0%和72.2%，配方施肥下土壤微生物多樣性均大于無肥處理及化肥處理，而且土壤微生物群落碳源利用能力與施化肥處理明顯不同。王桂躍等[16]研究了施肥對水田和旱地土壤微生物群落結構的影響，得出配方施肥能提高土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量的結論。陳建國等[17]研究了長期缺施鉀肥的南方紅壤性水稻土的修復，發(fā)現(xiàn)在氮磷鉀對照基礎上配施硅肥和有機肥能促進細菌和放線菌數(shù)量的增長，提高這些微生物的活度，并加速氮磷的微生物轉化。

2.2.2" 配方施肥對根際土壤微生物的影響

氮和磷是影響根際微生物主要的元素。土壤氮素的流失是因為土壤中的氮以銨態(tài)氮、硝態(tài)氮以及有機氮等形式存在，其中銨態(tài)氮通過土壤硝化作用轉變?yōu)橄鯌B(tài)氮，而硝態(tài)氮則會通過反硝化作用和淋溶而損失[18]。豆科植物可以通過根瘤來固定土壤中的銨鹽，并將其釋放到周圍土壤中，再被土壤中的某些細菌轉化為亞硝酸鹽等，這可以推動根際土壤中的氮循環(huán)[19]。磷是植物生長的關鍵營養(yǎng)元素之一，但在實際生產中，磷的吸收對植物來說卻相對困難。這是因為植物只能吸收土壤中可溶性的磷，而土壤中的磷卻常常以有機磷和礦物磷等其他不能被植物直接吸收的形態(tài)存在。根際微生物叢枝菌根真菌是輔助植物獲取磷元素的主要微生物。研究發(fā)現(xiàn)，絕大部分的高等植物都能與叢枝菌根真菌共生，這些真菌在植物的根系上定殖，通過外生菌根增加植物吸收磷的范圍、還能通過產生各種水解酶等來促進植物吸收土壤中的難溶的磷，而植物則為真菌提供相應碳源，交換獲取磷[20]。

化肥會降低根際微生物的多樣性。徐接亮等[21]研究了不同施肥處理對新疆沙區(qū)油莎豆根際土壤微生物群落組成和多樣性的影響，發(fā)現(xiàn)化肥降低了油莎豆根際土壤真菌和細菌的多樣性，并且其多樣性隨著施肥量的增加顯著降低，原因可能是化肥導致土壤 pH和電導率改變，引起了土壤細菌群落變化，而土壤真菌群落變化的主要原因是因為土壤有機質和含水率的改變。陳堯等[22]研究施肥對烤煙根際微生物的影響，得到化肥顯著降低了烤煙根際自生固氮菌和磷、鉀細菌的多樣性指數(shù)的結論?？赡苁怯捎谑┓屎笾参锔H環(huán)境發(fā)生了改變，相應根際微生物發(fā)生了趨同進化甚至無法生存，最終體現(xiàn)在根際微生物群落多樣性降低。

配施生物有機肥能讓根際微生物的數(shù)量和豐度都得到提升。例如，曹旭等[23]在研究蚯蚓糞便對番茄根際土壤的影響時發(fā)現(xiàn)，無論是單施蚯蚓糞，還是蚯蚓糞與化肥配施，均能顯著增加番茄根際土壤微生物的數(shù)量，并提高土壤微生物生物量以及土壤中各類酶的活性。劉金光等[24]研究了連續(xù)施用有機肥對花生的影響，發(fā)現(xiàn)連作花生根際有益微生物種群的數(shù)量和土壤酶活性都在有機肥配施的條件下有所改善，連作花生根際微生態(tài)環(huán)境以及連作土壤抗病能力都得到了顯著提升。

總之，化肥會降低根周和根際微生物的多樣性，導致微生物群落的改變和多樣性的降低。相反，配施生物有機肥能夠提升根周和根際微生物的數(shù)量和豐度，從而改善土壤微生態(tài)環(huán)境和提升土壤抗病能力。合適的施肥配比能促進土壤微生物的健康發(fā)展，從而促進植物生長和提高農作物產量。

3" 配方施肥對作物的影響

3.1" 配方施肥對作物生長的影響

配方施肥可提高作物產量。楊朝勇等[25]研究了復合肥、農家肥牛糞、草木灰和清糞水等不同施肥種類對丹參產量的影響，發(fā)現(xiàn)施用牛糞有機肥能夠提高丹參產量，甚至可以作為提升丹參產量的主要途徑。肖婉君等[26]在探究化肥對當歸性狀、產量影響時發(fā)現(xiàn)，化肥雖然對根有較強的增粗作用，但這樣的根中含水量高，各類根腐病患病率高，而施有機肥可以降低當歸的早薹率和患病率，提高藥材產量和質量。

配方施肥中不同氮、磷、鉀和微肥配比可以影響作物的品質。胡尚欽等[27]研究了氮、磷、鉀對趕黃草主要藥效成分槲皮素含量的影響，得出施鉀對提高植株槲皮素含量有一定影響的結論。余順慧等[28]研究了有機肥配施氮、磷肥對延胡索的影響，發(fā)現(xiàn)施用適宜濃度的配方肥與不施用配方肥相比，可顯著增加延胡索塊莖中藥用成分延胡索乙素含量，并降低重金屬含量。微量元素對于作物品質的影響研究也有很多，如李宗梅等[29]對藥用植物牛蒡子品質與各土壤因子之間的關系進行了分析，發(fā)現(xiàn)鈣、鋅等對牛蒡子品質的影響較大。張家春等[30]認為適量提高土壤有效鋅和有效鐵含量，更有利于白芨的生長及品質的形成。

不同肥料配比對作物的影響不同。不同的作物對氮、磷、鉀和微量元素的需求量也不同，合理配方施肥能促進作物營養(yǎng)元素的吸收，達到增加產量和品質的目的。

3.2" 配方施肥影響植物生長代謝的機理研究

生物信息學和大數(shù)據(jù)使得生物學研究者能夠處理龐大的數(shù)據(jù)集，從中發(fā)現(xiàn)隱藏在海量數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和信息。利用代謝組學和轉錄組學等組學分析技術，可以全面了解植物體內代謝產物的種類和含量，理解不同施肥條件下植物基因表達水平的差異，從而揭示基因與代謝物以及代謝途徑之間的復雜關系。這種系統(tǒng)性的研究方法不僅為深入理解植物生命活動的本質提供了新的手段，也為生物科學領域的發(fā)展帶來了前所未有的機遇。

3.2.1" 配方施肥對轉錄組的影響

轉錄組學是一門研究基因轉錄情況及其調控規(guī)律的學科。主要依賴于RNA測序技術，通過高通量數(shù)據(jù)將組織或細胞中基因的整體表達情況反映出來，測定轉錄水平上的SNP（單核苷酸多態(tài)性）、SSR（簡單重復序列）等遺傳多態(tài)性標記，檢測未知基因以及差異表達的基因等[31]。通過轉錄組學，可以從轉錄水平上研究配方施肥對作物基因之間的轉錄差異，深入了解基因表達的調控機制。

利用轉錄組技術研究施肥對植物的影響已隨著分子生物學的不斷發(fā)展日漸精進。Lu等[32]運用基因芯片技術研究了小麥施用有機肥和無機化肥后，差異基因表達的規(guī)律，在確定有機小麥和常規(guī)種植小麥之間的差異方面具有應用價值。齊明等[33]研究了不同施肥處理引起杉木基因表達變化的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)不同施肥處理上調了與杉木營養(yǎng)元素吸收、轉運和利用相關的基因表達，同時下調了與杉木生長發(fā)育和光合作用有關的基因表達，這說明不同施肥處理讓杉木的生長發(fā)育向著適應環(huán)境的方向發(fā)展。Sun等[34]在溫室中進行了盆栽實驗，以使用氮肥與未施用氮肥的甜葉菊進行轉錄組分析，在缺氮情況下許多基因顯著上調， 包括參與類黃酮生物合成和淀粉蔗糖代謝的基因，確認缺氮可以通過改變碳代謝通量或誘導某些轉錄因子來促進甜菊糖苷的合成。

3.2.2" 配方施肥對植株代謝組的影響

代謝組主要反映生物體在代謝水平上的變化。代謝組學主要研究生物體在受到不同環(huán)境因素影響后小分子代謝物的動態(tài)變化。通過對代謝產物的種類和含量進行全面分析，代謝組學能夠揭示生物體內部的生化途徑和相應的分子機制。Wei等[35]利用超高效液相色譜-電噴霧電離-串聯(lián)質譜（UPLC-ESI-MS/MS）聯(lián)用技術分析枸杞果實代謝物對磷水平的響應，結果表明，枸杞產量與磷水平呈極顯著負相關，氨基酸、黃酮、多糖和甜菜堿含量與磷水平呈顯著正相關，不同磷肥水平對各組的影響主要涉及黃酮類化合物的生物合成。Zhen等[36]用非靶向氣相色譜-質譜法（GCeMS）對小麥籽粒發(fā)育過程中對高氮肥的響應進行了代謝組學分析，發(fā)現(xiàn)增施氮肥能顯著提高籽粒蛋白質含量，鑒定出74種代謝物，包括氨基酸、碳水化合物、有機酸和脂/醇，它們主要參與碳和氮的代謝。在高氮處理下，籽粒發(fā)育過程中大量代謝產物積累，說明高氮處理誘導了協(xié)調的代謝變化，從而促進了籽粒發(fā)育，特別是高氮處理介導的TCA循環(huán)、淀粉和貯藏蛋白合成等代謝產物的顯著積累可能是提高籽粒產量和品質的重要原因。

因此，配方施肥對作物的影響是多方面的，它可以通過影響轉錄組和代謝組的變化，提高作物的產量和品質。合理的配方施肥方案能夠促進作物的營養(yǎng)元素吸收，達到增產增質的效果。

4" 結束語

合理進行配方施肥可有效改良土壤肥力、活化土壤養(yǎng)分等。對植物影響最大的是根際土壤，不同的肥料配比，會引起根際土壤結構、根際微生物的變化，繼而對植物的生長和代謝產生影響，但植物、土壤與微生物之間的相互作用機制復雜，還有很多問題沒有研究清楚，微生物高通量分離技術等新興技術的應用，將有助于從分子、植物生理和生態(tài)水平上研究植物代謝的具體機制。結合轉錄組和代謝組數(shù)據(jù)進行分析，可以獲得不同施肥處理下作物基因表達的全貌，揭示基因與代謝過程之間的關系，發(fā)現(xiàn)潛在的調控網(wǎng)絡和信號通路，進一步深入理解不同施肥配比對作物基因表達和代謝過程的影響，揭示基因與代謝之間的關系以及潛在的調控機制，有助于揭示作物生長發(fā)育過程中的關鍵影響因素，為科學栽培提供指導。

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