水稻（Oryza sativa L.）是全球超过一半人口的主食，在100多个国家种植，全球总产量的90%来自亚洲（Sharif等人，2014年）。全球集约化水稻生产系统严重依赖化学肥料，尤其是氮（N），以维持高产量（Wang等人，2016b；Nie和Peng，2017年）。然而，过量的氮施用常常导致土壤酸化、水污染和更广泛的环境退化（Zhang等人，2022年）。近年来，中国政府实施了旨在减少合成氮投入的政策。因此，寻找在不降低作物产量的情况下减少化学氮投入的有效策略具有重要意义。在先前的研究中广泛讨论了用有机肥料部分替代化学氮的方法，并显示出这种方法在提高氮利用效率方面具有前景（Cai等人，2019年；Li等人，2022a）。研究有机肥料替代化学氮的潜力及其对作物产量和土壤肥力的影响对于发展可持续农业至关重要。
绿肥（GM），特别是豆科绿肥，是一种重要的有机资源，可以通过根瘤菌固定大气中的氮。将绿肥纳入农田已被广泛认为是减少化学肥料供应和降低非点源污染风险的有效策略（Li等人，2022b）。在中国南部，中国乳豆（Astragalus sinicus L.，MV）是主要的冬季豆科绿肥。其广泛采用的原因在于其强大的生物固氮能力、与水稻种植系统的良好兼容性以及在冬季休耕期间对光和热资源的有效利用（Voisin等人，2014年；Hong等人，2019年）。长期使用豆科绿肥可以在不降低谷物产量的情况下部分替代矿物氮。MV的生物量通常含有2.5%–4.0%的氮，为后续的水稻作物提供生物固定的氮。先前的研究表明，将绿肥残渣纳入土壤可以增加土壤总氮和无机氮的可用性，从而减少氮的淋失风险（Xie等人，2018年；Gao等人，2020年）。长期使用豆科绿肥可以提供丰富的活性碳，刺激微生物活动，增加微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN；Gao等人，2015年）。这些活性成分的增加可以加速土壤有机碳的周转，最终可能有利于稻田土壤中碳的积累（Huang等人，2023年）。因此，MV在水稻系统中的价值不仅在于其对氮供应的贡献，还在于其调节土壤生物活动和养分循环的能力，这对土壤质量和产量稳定性具有潜在影响。
然而，关于有机肥料替代矿物氮的比例在不同研究中有所不同。Hou等人（2011年）报告称有机氮替代比例与水稻产量呈正相关。相比之下，其他研究则报告称单独使用或过量使用绿肥会导致作物产量下降（Wang等人，2014年）。在我们之前的研究中，我们在固定的绿肥施用量（22.5吨/公顷）下考察了绿肥和化学肥料的联合施用，导致不同处理之间的总氮投入不均衡（Zhang等人，2023年）。同样，大多数先前的研究比较了有机改良剂而没有匹配养分投入，这可能会混淆改良剂的效果，因为不同的材料提供不同的养分量（Cai等人，2019年；Celestina等人，2019年；Xia等人，2021年）。此外，在等氮条件下，MV替代矿物氮的最佳比例尚不清楚，且在早稻季节氮投入相等的情况下，MV替代对水稻产量、养分利用效率和土壤质量的长期影响尚未得到充分评估。
控释尿素（CRU）是一种缓慢释放氮的肥料，能够更好地满足水稻的需求，从而提高氮利用效率（NUE）（Li等人，2018a）。然而，CRU仍然依赖于矿物氮的投入，除非与有机改良剂结合使用，否则其对土壤生物过程的影响主要是间接的（Du等人，2025年）。相比之下，绿肥（GM）提供了生物固定的氮和有机基质，可以刺激微生物活动，加速养分循环，并改善土壤质量。因此，将CRU与GM结合使用可能通过整合可控的矿物氮供应和来自有机来源的逐渐释放的养分产生互补效果。尽管先前的研究表明CRU和GM的联合施用可以提高养分利用效率（Lu等人，2017年），但大多数研究都是单独评估CRU或GM（Tian等人，2021年；Wang等人，2022年）。此外，GM和CRU的联合施用是否能够提供持续的农艺和生态效益，在长期田间试验中尚未得到充分验证。因此，我们假设用GM部分替代化学氮，特别是与CRU结合使用时，可以（i）通过改善养分吸收和土壤质量来维持水稻产量；（ii）通过增加活性碳和氮库以及微生物活动来增强农业生态系统的稳定性。为了验证这一假设，本研究的目标是（i）评估使用MV替代尿素或CRU在氮投入量相等条件下的潜力；（ii）评估MV和CRU联合施用对土壤质量指数和水稻产量稳定性的影响；（iii）确定不同施肥策略下土壤中活性碳和氮库的变化。
