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农田退化是困扰我国农业发展的重要问题。有机肥替代化肥不仅能够解决秸秆利用问题，提高土壤肥力，改善生态环境，还可以提高作物品质，保持作物产量。土壤微生物是表征土壤性质的重要指标，提高土壤微生物的含量及群落结构的多样性，改善土壤微生物的组成结构，是改善土壤肥力、稳定土壤生态环境的有效手段。有机肥由于具有一定的微生物源和丰富的有机质，可以改善土壤微生物的群落结构，从而对土质改善，肥力提高产生积极作用。磷脂脂肪酸(PLFA)是微生物活体细胞膜的重要组分，具有极高的特异性，很多PLFA可以作为特定类群微生物的标记物。可以用PLFA法鉴定土壤微生物的含量、种类与多样性。
我们于2009年9月-2010年10月，在山东省临沂市平邑县弘毅生态农场进行了有机肥-化肥的不同配比梯度的施肥实验。共有三个处理，全化肥处理(NPK)，50％化肥+50％有机肥处理(MNPK)、全有机肥处理(M)，每种处理的实验区均为1.33亩（0.089公顷），在其上进行冬小麦(TriticumaestivumLinn.)-夏玉米(ZeamaysL.)的轮作种植。针对土壤微生物群落结构、土壤与作物的理化性质、作物的产量与品质进行了深入的研究。研究结果表明:
1)有机肥处理(M)下的土壤，其中的微生物群落多样性有了显著提高，PLFA种类（24种）为化肥处理(NPK，11种)的2倍以上，50％有机肥/50％化肥(MNPK)处理下的PLFA种类（17种）为NPK的约1.5倍。有机肥施用主要增加PLFA为短链脂肪酸和不饱和脂肪酸的微生物。土壤微生物中真菌与革兰氏阴性菌的比例随有机肥施用量的增加而增加，对改善土壤结构，促进土壤有机质积累等有积极作用。而化肥对土壤微生物群落无积极影响。土壤微生物的生命活动可以改善土壤结构，帮助土壤中难溶元素的释放，提高植物利用土壤元素的能力。
2)有机肥施用对土壤理化性质的改善有积极作用，主要表现在提高土壤碳氮比:M(1.05)＞MNPK(1.03)＞NPK(0.99);稳定土壤饱和含水量:饱和含水量升高幅度MNPK(8.28％)＜M(17.37％)＜NPK(21.63％)等方面。此外，有机肥处理下的土壤，具有更强的抵御土壤N的淋失的作用。有机肥施用量高的处理，土壤的涵养水分的能力也比其他处理为高。MNPK处理在土壤相对含水量方面保持最低，对植物中淀粉与蛋白质的分布产生重要的影响。
3)不同的施肥处理对小麦及玉米的产量与品质有显著影响。MNPK处理明显优于M和NPK处理。经过小麦季对土壤条件的调整，在玉米季，籽粒产量为MNPK(8.043t/hm2)＞NPK(7.184t/hm2)＞M(6.838t/hm2);玉米秸秆产量分别为MNPK(7.570t/hm2)＞NPK(6.889t/hm2)＞M(6.490t/hm2)。
4)MNPK处理在小麦和玉米的生物量与品质上都体现了最佳的作用。MNPK处理下的总生物量与籽粒生物量、小麦及玉米的籽粒有机质含量、全氮含量，灌浆速率等方面均为最高。
5)由于兼具化肥中无机态元素高，和土壤微生物活跃而致使土壤有机质高和植物利用土壤元素效率高的特点，MNPK处理还可以影响植物光和产物在植株内部的分布，使有机碳更倾向于向籽粒中集中，提高了作物的生产效率。
6)以有机肥部分替代化肥可以提高产量，稳定土壤生态系统，改善土壤理化性质，缓解传统化肥施用造成的土壤退化和环境污染。又可以提高作物品质。有机肥替代化肥是一种行之有效的可持续农业发展策略。