秸秆与氮肥配施对辽西旱区土壤酶活性与土壤养分的影响

通过田间试验研究了玉米（Zea mays L.）秸秆与氮肥配施对耕层土壤酶活性及土壤养分的影响。试验设4个秸秆还田量水平,2个施氮量水平。结果表明：在秸秆配施氮肥条件下,耕层土壤中性磷酸酶、脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性以及有机质和全氮质量分数均表现为随着玉米秸秆还田量的增加而提高,而硝态氮（3NO-N）和铵态氮（＋4NH-N）质量分数则表现为随着玉米秸秆还田量的增加而减少,4种土壤酶活性与土壤有机质和全氮质量分数均呈显著正相关,与土壤硝态氮和铵态氮质量分数则呈显著负相关。玉米秸秆还田量9 000 kg.hm-2配施氮肥量420 kg.hm-2是辽西风沙半干旱区效果较好的技术措施。     

砂姜黑土秸秆还田配施氮肥的固碳效应分析

以安徽蒙城砂姜黑土4年秸秆还田定位试验为研究对象,研究了秸秆还田配施不同氮肥水平条件下砂姜黑土耕层土壤容重、有机质组分的变化特征,分析了土壤有机质含量与土壤容重的相关性以及秸秆还田和氮肥施用对土壤碳库管理指数、固碳效应的影响。结果表明,秸秆还田（S）显著降低了土壤容重,不同施氮水平间,秸秆移除的土壤容重在1.24~1.31 g·cm-3之间,而秸秆还田在1.14~1.20 g·cm-3范围内,后者较前者下降2.50%~9.20%（p〈0.05）,其中以秸秆还田配施N5（S＋N 720kg·hm-2）处理的降幅最高。S较秸秆移除（R）显著提高了耕层土壤有机质含量（TOM）和活性有机质（LOM）含量,增加幅度分别为2.38%~10.61%（p〈0.05）和9.10%~44.74%（p〈0.05）,其中分别以配施N2（N 450 kg·hm-2）、N3（N 540 kg·hm-2）水平的幅度最高。相同施氮条件下,碳库管理指数（CPMI）S较R高出2.42%~87.68%（p〈0.05）;秸秆还田配施氮肥较秸秆还田不施氮肥显著提高了CPMI,提高幅度分别为41.71%、38.17%、74.62%、48.84%和48.86%（p〈0.05）,并以配施N3处理的为最高,较N1（N 360 kg·hm-2）、N2、N4（N 630 kg·hm-2）和N5高出23.22%、26.38%、17.33%和17.31%（p〈0.05）;秸秆还田配施氮肥处理的CPMI较R＋N0依次高出2.42%、45.14%、41.51%、78.85%、52.44%和52.46%（p〈0.01）;秸秆移除各氮肥水平间的CPMI无显著差异。根据等质量土壤计算方法,等质量土壤为2615 Mg·hm-2（0~20 cm）,秸秆还田配施氮肥增加了耕层等质量土壤有机碳储量,增加范围为6.58%~14.83%;秸秆还田配施氮肥较不施氮肥显著高出10.29%~16.35%（p〈0.05）,较R＋N0高出25.99%~32.91%（p〈0.01）,均以配施N4水平的增幅最高;S＋N0较R＋N0提高14.23%（p〈0.05）。相关分析表明,SOM和LOM含量均随土壤容重的减小而增加,相关系数为0.5540和0.7575,分别呈显著线性负相关（p〈0.05）和极显著线性负相关（p〈0.01）。由     

秸秆还田配施氮肥对砂姜黑土有机质组分与碳库管理指数的影响

在安徽蒙城砂姜黑土上进行4 a的秸秆还田定位试验,研究砂姜黑土耕层土壤有机质组分和碳库管理指数的变化特征,分析不同有机质组分、作物产量以及碳库管理指数之间的相关性。结果表明,秸秆还田显著提高了砂姜黑土耕层土壤总有机质、活性有机质含量和碳库管理指数(P0.05),秸秆还田配施360~720 kg·hm-2氮肥较秸秆还田但不施肥土壤总有机质、活性有机质含量和碳库管理指数分别提高10.1%~15.8%、20.4%~32.5%和41.7%~74.6%。秸秆还田且配施540 kg·hm-2氮肥处理土壤活性有机质含量增幅最高,且主要提高了惰活性有机质组分含量。玉米产量与土壤总有机质、活性有机质含量和碳库管理指数均表现为显著相关(P0.01)。秸秆还田配施氮肥促进了土壤有机质质量水平,尤其是与540 kg·hm-2氮肥配施对土壤有机质含量的提高效果显著。     

华北平原冬小麦季化肥氮去向及土壤氮库盈亏定量化探索

为提高华北平原冬小麦种植体系的氮肥利用率、减少氮肥对环境的污染,本研究对前人的试验数据进行整理核算,分析肥料氮、作物氮和土壤氮三者之间的关系,探索冬小麦季化肥氮的去向及土壤氮库的盈亏情况.结果表明:华北平原冬小麦当季化肥氮的吸收量随施氮量的增加而升高,对土壤氮素的吸收随施氮量的增加而降低;在秸秆50%还田和100%还田两种情况下,土壤氮库盈亏量与施氮量之间均呈线性极显著正相关,且土壤氮库达到平衡时的施氮量分别是 N 192和166 kg·hm-2;冬小麦对氮肥的吸收利用率推荐施氮远高于传统施氮,过量施氮不仅不会提高作物产量,还会降低氮肥利用率,增加土壤残留和损失;3种秸秆处理方式下的冬小麦氮肥各去向绝对量与施氮量(N 75~375 kg·hm-2)之间均呈显著线性相关关系,秸秆不还田条件下的地上部吸收率、秸秆吸收率和秸秆50%还田下的地上部吸收率及秸秆100%还田下的0~100 cm土壤残留率均与施氮量(N 75~375 kg·hm-2)之间呈显著相关关系.     

小麦秸秆全量还田对土壤速效氮及水稻产量的影响

通过田间对比试验,研究了小麦秸秆全量还田后不同氮肥运筹模式下水稻产量及土壤氮素供应特征变化的差异.结果表明,总施氮量一致时,与秸秆不还田处理相比,小麦秸秆全量还田降低了后茬水稻生育前期(孕穗期之前)土壤速效氮(硝态氮和铵态氮)含量,而提高了生育后期(孕穗期之后)土壤速效氮含量,且同一生育期,秸秆还田氮肥优化运筹方案B[m(基蘖肥):m(穗肥)=6.5:3.5,m(基肥):m(分蘖肥)=8:2]较氮肥传统运筹方案A[m(基蘖肥):m(穗肥)=5:5,m(基肥):m(分蘖肥)=6:4]土壤速效氮含量高.秸秆全量还田促进水稻生育后期氮素吸收与生物量增加,而抑制前期增长,且同一生育期秸秆还田配套氮肥运筹方案B水稻氮素与生物量累积高于方案A.等量施氮条件下,小麦秸秆全量还田显著提高水稻产量,且氮肥运筹方案B增产幅度更大.施氮量为270 kg·hm-2时,秸秆还田配套氮肥运筹方案B和方案A分别较秸秆不还田处理水稻产量高9.3%和5.3%.秸秆全量还田主要通过增加水稻有效穗数实现增产,有效穗数分别较秸秆不还田处理高6.1%～14.5%.因此,小麦秸秆全量还田配套氮肥运筹方案B是实现水稻高产的有效措施.     

秸秆还田少免耕对冲积土微生物多样性及微生物碳氮的影响

土壤微生物是耕地质量的重要指标,为阐明秸秆还田少免耕对土壤质量的影响及其机理,在成都平原(温江)冲积水稻土区,开展了水稻–小麦/油菜轮作秸秆还田培肥定位试验(2003～2008年),在小麦生长季节,系统研究了土壤耕层微生物数量和微生物生物量的变化特征.结果表明,秸秆还田翻耕与秸秆还田免耕的土壤耕层微生物总量分别增加了51.7%、12.8%,土壤微生物数量增加主要来自土壤细菌数量的增加;从小麦全生育期看,在小麦分蘖期的增加幅度高于小麦播种期和小麦收获后,有利于促进小麦养分吸收与生长发育.秸秆还田少免耕显著增加了微生物生物量,秸秆还田翻耕和秸秆还田免耕处理土壤微生物碳总量分别比对照提高74.1%、25.8%,土壤微生物氮分别提高60.2%和12.1%.秸秆还田循环利用显著增加了土壤微生物数量和生物量,有利于土壤养分循环与转化,有利于提高土壤有机质含量并改善有机质质量,是耕地质量建设的重要途径.     

长期施肥对大麦生育期双季稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物商的影响

长期有机无机肥配施定位试验条件下,关于不同施肥处理对稻田土壤微生物特性方面的研究目前还较少。为探明大麦(Hordaum vulgare L.)各个生育时期不同施肥处理对大麦-双季稻三熟制种植模式中稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物商的影响,以湖南宁乡长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K2SO4提取法和化学分析法系统分析了长达28年5种施肥处理之间(化肥、秸秆还田+化肥、30%有机肥+70%化肥、60%有机肥+40%化肥和无肥)稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物商及大麦产量的差异。结果表明,大麦各主要生育时期,长期施肥均能提高土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物商,各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物商均随生育期推进呈增加的变化趋势,均于齐穗期达到最大值;其中,化肥、秸秆还田、30%有机肥和60%有机肥处理土壤微生物生物量碳含量分别比无肥增加20.04%、26.47%、45.94%和51.42%,土壤微生物生物量氮含量分别比无肥增加12.87%、18.42%、32.16%和36.55%。60%有机肥和30%有机肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物商均为最高,均显著高于其他处理,其大小顺序表现为60%有机肥30%有机肥秸秆还田化肥无肥。各施肥处理大麦产量分别比无肥增产357.6、683.0、721.2和782.1 kg·hm-2。长期有机无机肥配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮和微生物商,有机肥与化肥配施对提高土壤肥力和增产效果最好。微生物生物量碳、氮及微生物商可以反映土壤质量的变化,作为评价土壤肥力的生物学指标。     

秸秆覆盖和施肥对关中灌区夏玉米生长后期土壤呼吸速率的影响

土壤呼吸是农田层面影响全球尺度碳循环的关键因素之一,对全球大气二氧化碳浓度的影响不可忽视.前人研究显示土壤呼吸与农田耕作模式及施肥有密切的关系,但目前对于免耕条件下秸秆覆盖和施肥对土壤呼吸的影响研究较少.通过大田定位试验,采用GXH-3010E1型便携式红外线分析器测量土壤CO2排放速率,进而分析探讨关中灌区免耕条件下秸秆覆盖和施肥对土壤呼吸的影响以及土壤呼吸对水热因子的敏感性.结果表明,夏玉米(Zea mays L.)秸秆不覆盖不施肥、施氮肥、秸秆覆盖、秸秆覆盖+施氮肥和夏闲5种处理条件下土壤呼吸速率存在明显规律,从8月9日到9月25日土壤呼吸速率整体呈下降趋势,土壤呼吸平均速率表现为施氮肥(7.78μmol·m-2·s-1)>秸秆覆盖+施氮肥(6.06μmol·m-2·s-1)>秸秆不覆盖不施肥(4.81μmol·m-2·s-1)>秸秆覆盖(4.68μmol·m-2·s-1)>夏闲(2.46μmol·m-2·s-1).施氮肥可以明显提高土壤呼吸速率,施氮肥处理较不施肥不覆盖处理提高61.75%,秸秆覆盖+施氮肥处理较秸秆覆盖处理提高29.49%.秸秆覆盖可以降低土壤呼吸速率,秸秆覆盖+施氮肥处理较施氮肥处理降低22.11%,秸秆覆盖处理较不覆盖不施肥处理降低2.70%.5种处理下秸秆不覆盖不施肥处理、秸秆覆盖+施氮肥和夏闲处理土壤呼吸速率与5 cm耕层土壤温度的相关性最大,秸秆覆盖处理和施氮肥处理分别与10和15 cm耕层土壤温度的相关性最大;秸秆覆盖处理各土层土壤含水率对土壤呼吸速率有显著影响(P<0.05).研究表明,秸秆覆盖和施氮肥对土壤呼吸有重要影响,施氮肥可以增加温室效应,秸秆覆盖对温室效应有缓解作用.     

长期定位施肥土壤有效磷与速效钾的剖面分布及对作物产量的影响

通过25年的长期定位试验研究不同的施肥方式对土壤有效磷与速效钾质量分数及水稻产量的影响。研究结果表明：有机肥配合施用氮、磷、钾肥能够大大提高土壤耕层有效磷的质量分数,施肥主要影响土壤耕层有效磷的质量分数,对其它土层影响不明显。有机肥配合施用氮、磷、钾肥能够提高土壤耕层速效钾的质量分数,对20~40 cm土层土壤速效钾质量分数也有提高作用。化肥配合有机肥施用稻谷的产量高于单施化肥或单施有机肥,单施化肥或单施有机肥稻谷的产量高于不施肥的对照。因此,为了提高土壤肥力与作物产量,最好的培肥方式是有机肥配施氮磷钾肥。     

华北高产农田施用生物质炭对耕层土壤总氮和碱解氮含量的影响

基于华北高产农田3年的定位试验,探讨冬小麦-夏玉米轮作制度下,生物质炭与化肥配施对土壤耕层全氮与碱解氮质量分数的影响。试验设CK（单施化肥）,C1（施用化肥＋秸秆炭2 250 kg.hm-2）,C2（施用化肥＋秸秆炭4 500 kg.hm-2）;CN（施用炭基缓释肥750 kg.hm-2）4个处理,随机区组排列,3次重复。结果表明：施用生物质炭明显增加了土壤耕层全氮的质量分数,其中在0～7.5 cm土层,C2处理土壤全氮的质量分数最大,为1.7 g.kg-1,与CK处理相比差异显著（P〈0.05）;在7.5～15 cm土层,生物质炭的各处理虽能增加土壤全氮的质量分数,但差异不显著（P〈0.05）。在这2个土层中,施用生物质炭对土壤碱解氮的质量分数没有显著影响。结果初步表明,在华北高产粮区施用生物质炭对增加耕层土壤全氮量有积极意义。     

秸秆还田对农田周年地表径流氮、磷、钾流失的影响

2009—2010年在大田试验条件下,小麦季和水稻季分别以扬麦16和运2645为供试材料,两季均设置常规处理（A）、秸秆还田（B）、秸秆还田减肥（C）、肥料运筹（D）和少免耕（E）5个处理组合。研究不同处理对稻麦两熟制农田周年地表径流氮、磷、钾流失的影响。结果表明：（1）稻麦两季农田共发生地表径流20次,总地表径流水量为6.4×106kg·hm-2;（2）秸秆还田能够显著降低稻麦两熟制农田周年地表径流氮、磷、钾流失量,不同处理周年地表径流总氮和钾的流失量由高到低均依次为少免耕、常规处理、肥料运筹、秸秆还田和秸秆还田减肥,不同处理周年地表径流总磷流失量由高到低依次为少免耕、肥料运筹、常规处理、秸秆还田和秸秆还田减肥,秸秆还田使稻麦两熟制农田地表径流氮、磷、钾流失量分别比常规处理下降7.7%、8.0%、6.8%;（3）水稻季农田地表径流总氮、总磷、钾流失量分别占稻麦两熟制周年总氮、总磷、钾流失量的61.5%、44.0%、73.3%;（4）秸秆还田使稻麦两熟制农田周年地表径流氮、磷、钾流失率显著降低;（5）秸秆还田使水稻成熟期土壤速效养分质量分数显著提高;（6）秸秆还田使稻麦两熟制农田周年作物产量比常规处理略有增加。     

长期施肥对水稻土酶活性及理化特性的影响

为了明确不同施肥种类对水稻土土壤肥力与酶活性的影响,以30年（1981年至今）长期定位试验地为基础,研究不同施肥处理（CK,N,P,K,NPK,2倍NPK,NPK＋猪粪）水稻田耕层（0-20cm）土壤酶活性与养分的变化趋势及其相关性。结果表明：1）施P（配施或单施）增加土壤全P、速效P含量,平衡施肥配施有机肥（NPK＋猪粪处理）土壤的有机质、全P、速效P、全N、速效N均显著增加,所有施肥处理间pH值差异均不显著;2）除了NPK处理土壤脲酶活性最高外,平衡施肥配施有机肥土壤转化酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性均较其他处理显著增加;3）酸性磷酸酶活性与土壤全P量呈负相关,过氧化氢酶、脲酶、转化酶与全N、有机质、速效N、速效P呈显著或极显著正相关;因此,水田土壤长期平衡施肥配施有机肥,能显著提高土壤肥力,增加土壤酶活性,有益于土壤生产力的持续提高。     

Effect of water and temperature on ammonia volatilization of maize straw returning

ABSTRACT

Ammonia volatilization is an important nitrogen (N) loss pathway in agricultural production and consequent significant atmospheric pollutant. The primary objective of this study was to (1) examine effects of environmental factors such as temperature and soil water capacity, as well as crop residue (CR) addition as fertilizer, on ammonia (NH₃) volatilization, and (2) search for a comprehensive management strategy to reduce accumulative ammonia volatilization (AAV). A bench-scale cultivated experiment was conducted at two environment temperatures (15 or 25 °C), three forms of soil water capacity (30%, 50%, or 70% soil field moisture capacity), and two treatments of fertilizers (conventional fertilizer urea and straw returning – 10% of total N application arising from maize straw and remainder from conventional urea). Results showed that AAV was markedly decreased by adjusting soil water capacity, temperature, and CR addition. Significant quantified exponential correlation between AAV and soil moisture was observed. More than 70% AAV was reduced in intermediate 50% and high 70% soil moisture compared to low 30%. AAV was less sensitive to temperature than soil moisture using black soils. Only in low soil moisture, AAV rose with increasing of temperature. Straw restoration addition decreased significantly the AAV loss.     

长期施肥对旱地红壤肥力和酶活性的影响

为了明确不同施肥种类对旱地红壤肥力与酶活性的影响,以30年（1981年至今）长期定位试验地为基础,研究不同施肥处理（CK,N,NP,NPK,2倍NPK,猪粪,NPK＋猪粪）旱地红壤玉米田耕层（0～20 cm）土壤酶活性与养分的变化趋势及其相关性。结果表明：1）全N含量各处理间差异不显著,单施N肥显著增加土壤速效N,施有机肥处理（NPK＋猪粪,猪粪）土壤的pH值、有机质、全P、速效P均显著增加;2）除了2倍NPK处理土壤脲酶活性最高外,施有机肥土壤的转化酶、脱氢酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性也较其他处理显著增加;3）酸性磷酸酶、过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶与全N、有机质、速效N呈显著或极显著正相关;因此,红壤旱地通过长期施用有机肥或与无机肥配施,不仅能显著提高土壤肥力,而且能增加土壤酶活性,从而显著提高土壤持续生产力。     

改良剂对铜矿尾矿砂与菜园土混合土壤性质及黑麦草生长的影响

用蒙脱石、稻草、鸡粪作为改良剂 ,研究不同改良剂对铜矿尾矿砂与菜园土混合土壤pH、有效态重金属含量、脲酶和磷酸酶活性以及混合土壤上种植的黑麦草生长的影响。结果表明 :添加蒙脱石对不同生长期黑麦草的生长量没有显著影响 ;使用稻草和鸡粪处理尽管在开始阶段不利于黑麦草 (第 1茬和第 2茬 )的生长 ,但随时间延长 ,黑麦草的生物量 (第 3茬和第 4茬 )明显增加 ,表现出很好的后效。黑麦草的根重与鸡粪的添加量关系显著 ,施用稻草的纯尾矿砂处理组 (处理 2 2 )根重最大 ,而且蚯蚓只能在使用适量稻草的处理条件下才能在混合土壤中生长。土壤酶的分析发现 ,磷酸酶的活性除了在蚯蚓能够生长的处理组表现出较高外 ,其它处理之间无明显差异 ,但脲酶的活性则随着稻草和鸡粪施用量的增加而显著提高。各处理之间土壤的 pH值变化不大。添加稻草减少了土壤中有效态重金属的含量 ,而使用鸡粪处理明显增加了土壤中包括铜、铅和锌等有效态重金属的含量 ,说明在施用含有重金属的畜禽粪便时务必小心谨慎 ,以防二次污染。     

配施猪粪对麦季CH4和N2O排放及温室效应的影响

采用遮光密闭箱和气相色谱法研究配施猪粪条件下麦季CH4和N2O的排放特征,并运用全球增温潜势(PGW)对麦田CH4和N2O排放的温室效应进行估算。结果表明,常规施肥、秸秆还田、50%猪粪和100%猪粪替代化肥处理CH4平均排放通量分别为6.10、10.26、5.32和2.35μg.m-2.h-1,N2O平均排放通量分别为24.25、38.24、12.21和16.06μg.m-2.h-1。CH4排放通量在拔节后随温度升高而增加,N2O排放主要发生在苗期灌溉或降水后。与常规施肥相比,100%猪粪和50%猪粪替代化肥处理麦季CH4和N2O排放产生的总PGW分别降低34.3%和48.9%,单位产量的PGW分别降低26.0%和48.9%,秸秆还田措施的PGW及单位产量的PGW分别提高57.9%和52.0%。然而,与常规施肥与秸秆还田处理相比,100%猪粪处理的小麦产量显著降低(P<0.05)。试验结果表明,在作物高产、稳产要求下,50%猪粪替代化肥措施的减排效果较好。     

秸秆还田条件下农田系统碳循环研究进展

秸秆还田是农田生态系统的固碳减排的一种措施,现已成为国内外学者研究的热点。本文在分析农田系统碳循环流通的基础上,将系统划分为土壤、植物和大气3个子系统,对秸秆还田条件下各个子系统中碳的流动变化情况进行讨论。在土壤子系统中,秸秆还田对土壤有机碳（SOC）、土壤矿化碳、土壤微生物碳（MBC）的变化都有作用。秸秆还田的初期可能会降低微生物利用碳源的能力,影响群落物种分布的均匀度,致使作物对碳、氮利用率下降;然而,长期的效应仍会增加土壤微生物的多样性和活性。研究亦认为秸秆还田特别是与有机肥配合使用,能够提高土壤有机碳的含量;对土壤有机碳矿化具有明显促进作用,但是对土壤原有的有机碳矿化影响尚不清楚。秸秆还田在植物子系统中的影响主要集中在植物光合碳变化。已有的研究表明秸秆还田对作物光合作用的影响表现为正效应;然而根际碳流通的变化尚不清楚。在大气子系统中,秸秆还田能够增强旱地耕作土壤的呼吸作用,促进CO2的排放;而淹水条件下,秸秆还田使土壤有机碳矿化受到了明显抑制,对CO2没有明显影响。与此类似,淹水条件促进CH4排放,排水良好可以减少CH4的释放。事实上对CH4的排放而言,水份的影响可能比秸秆还田所产生的影响更大。笔者认为秸秆还田后土壤有机碳流通变化机理,及根际碳的流通变化影响仍有待进一步解析。其次,农业机械使用所产生的 CO2气体在研究秸秆还田模式时也应被考虑在内。除此之外,秸秆还田这种减排措施（CO2）的减排潜力、适宜应用的区域、可能的协同作用和一些限制及不利因素还没有得到确切的评估,实施过程中应考虑社会和经济层面上的因素。     

Response of winter wheat yield and soil microbial biomass to fertilization with ridge mulching-furrow planting in the dry highlands of the Loess Plateau北大核心CSCD

As the typical planting pattern of winter wheat in the dry highlands of the Loess Plateau, ridge mulching-furrow planting (RMFP) has played an important role in fertilizer efficiency of different fertilizers, and the differences in fertilizer efficiency further influence the diversity of the structure of soil microbial communities. The effects of different fertilization practices on winter wheat yield formation, soil microbial biomass carbon (SMBC), soil microbial biomass nitrogen (SMBN), and soil microbial biomass phosphorus (SMBP) were investigated by field experiments during 2014-2016 in the winter wheat growing region of the dry highlands in southern Shanxi. The treatments included four groups, farmer fertilization (FF), monitoring fertilization (MF), monitoring fertilization combined application of manure (MFM), and monitoring fertilization combined application of bio-organic fertilizer (MFB). Results showed a significant increase in winter wheat yield by optimized and balanced fertilization, and the grain yield of MFB was highest among all treatments, with a value of 4 107-5 400 kg/hm2, which was 14.5%-23.2% (P < 0.05) higher than that of FF. The effects of different fertilization treatments on the winter wheat yield formulation mainly depended on spike number; however, no effect was found on kernel number per spike and 1 000-grain weight. Soil microbial biomass was affected by both growth period and fertilization patterns, i.e., the content of SMBC from jointing to flowering stage was highest during the winter wheat growth period, whereas the maximum values of SMBN and SMCP were found during the jointing stage. Changes in the rates of SMBC, SMBN, and SMBP during the entire growth period were less than 50%; however, the average contribution rate of optimized fertilization on SMBC, SMBN, and SMBP reached 90%. Compared to single chemical fertilizer applications, the combined application chemical fertilizer and manure or bio-organic fertilizer significantly improved the contents of SMBC, SMBN, and SMBP; however, the contents of SMBC and SMBN between MFM and MFB had no significant difference, whereas the SMBP of MFB was 19.8%-47.1% (P < 0.05) higher than that of MFM owing to the effect of mixed phosphorus bacteria. The soil microbial biomass C/N and C/P of the different treatments were 6.9-9.8 and 14.4-41.0, respectively, and maximum values occurred during the flowering stage. Given the above, the combined application of reasonable chemical fertilizer and bio-organic fertilizer can effectively improve the winter wheat yield and soil microbial biomass under RMFP cultivation in the dry highlands of the Loess Plateau. © 2018 Science Press. All rights reserved.