现行的农业制度过度依赖化肥(CF),这对土壤结构、环境和作物生产造成负面影响。目前最具挑战性的问题是在可持续的基础上提高谷物的产量和质量,以最低的环境成本养活不断增长的人口。而有机肥可作为化肥需求的另一种选择,它是一种对环境友好型肥料。尽管有机肥的好处已得到普遍认可,但最优的有机肥施用比例尚不明确。本研究旨在探讨牛粪(CM)和鸡粪(PM)与化肥的不同配施比对土壤理化性质、水稻形态生理特性、氮代谢、淀粉代谢及稻米品质和产量的影响。本研究于广西南宁市广西大学试验站开展,连续进行了盆栽(2018)和田间(2019)两期双季稻试验,早稻种植时间为上半年3月-7月,晚稻为下半年7月-11月。本研究中氮素施用总量为150 Kg ha-1,并设置了 6个施肥比例处理,即T1:不施肥;T2:100%的化肥;T3:60%的牛粪+40%的化肥;T4:30%的牛粪+70%的化肥;T5:60%的鸡粪+40%的化肥;T6:30%的鸡粪+70%的化肥。本研究旨在阐明不同的有机肥和化肥的配施比对于土壤特性的影响,即物理性质(土壤容重,土壤孔隙度和土壤含水量)、化学性质(土壤有机碳、土壤总氮、土壤速效氮、土壤有效磷、土壤速效钾和土壤pH)、土壤生物性质(土壤微生物碳和氮生物量),以及水稻的生长指标,比如根系形态特征(总根长、总根表面积、根均直径和总根体积)、功能叶片特性(叶片气体交换、叶绿素含量、氮代谢相关酶和淀粉代谢相关酶活性及其基因表达量)。结果表明,在盆栽和大田试验中,有机肥+化肥配合施用对土壤特性、叶片生理特征、干物质和氮素积累、淀粉代谢相关酶活性及其异质基因表达、产量和产量构成以及水稻品质性状均有显著影响。在2018年盆栽中,相较T2处理,T6处理在早晚稻中的水稻净光合速率、穗数、干物质积累、水稻产量和直链淀粉含量均得到了提高,分别提高了 11%和16%、12%和16%、11%和15%以及9%和11%。同样,在2019年大田试验中,T6处理与T2处理相比,在早晚稻中提高了叶绿素含量、氮素吸收、生物量、直链淀粉含量和水稻产量,分别为11%和13%、13%和16%、9%和11%、14%和17%以及10%和14%。但是,T4处理与T6处理在统计学上可具有对比性(P<0.05)。与T1处理相比,T3和T5处理显著提高叶片光合效率、干物质积累、氮素积累和水稻产量,这些性状的改善是由于土壤性质的改善,即有机肥和化肥配合施用下土壤有机碳、总氮含量、微生物碳和氮含量以及土壤容重的提高,导致了叶片生理活性和植株氮素吸收量的增加。在本研究的早晚稻中,T6处理与T2处理相比,提高了氮代谢相关的酶活性,即硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酰胺转氨酶的酶活分别增加了 10%和13%、11%和14%以及8%和12%。同样,与T2处理比较,早晚稻中的T3处理显著提高了淀粉代谢相关的酶活性,即蔗糖合成酶、ADPG焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、颗粒结合淀粉合成酶、淀粉分支酶和淀粉去分支酶的酶活分别提高了 19%和16%、9%和13%、7%和10%、7%和9%、16%和23%以及7%和10%。研究表明T4、T5和T6处理与T3无显著性差异。淀粉代谢相关的酶活增加的主要原因在于它们高表达的异源基因。另外,蔗糖合成酶、ADPG焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、颗粒结合淀粉合成酶、淀粉分支酶和淀粉去分支酶的酶活与直链淀粉积累呈极显著正相关。作物产量在很大程度上取决于产量的构成因素。在本研究中,线性回归分析表明,穗数(R2=0.77**)和每穗颖花数(R2=0.93**)与产量呈极显著正相关;花后干物质(R2=0.85**)和氮素积累量(R2=0.80**)对产量也呈极显著正相关,这说明花后干物质和氮素积累量对水稻高产起了很重要的作用。产量、花后干物质和氮素积累量的提高与植物氮素吸收的提高以及叶片生理活性的增加密切相关,最终导致了花后干物质量的提高。另外,根系生态特征与水稻氮素吸收、生物量和产量呈显著正相关,并且RDA指标分析说明土壤性质与水稻产量呈显著相关,主要是由于土壤微生物总碳量和总氮量与产量呈极显著相关。因此,地下和地上均对水稻产量具有显著贡献,比例为30%的牛粪或鸡粪+70%的化肥可作为提高土壤质量和水稻产量的最佳施肥配比方式。本研究为提高产量和氮素利用率提供了绿色可持续肥料管理方法。