氯甲基吡啶對滴灌棉田土壤微生物群落功能多樣性的影響*

劉 濤,梁永超,褚貴新**

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室/石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院 石河子 832003;2.污染環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康教育部重點實驗室/浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 杭州 310058)

氯甲基吡啶對滴灌棉田土壤微生物群落功能多樣性的影響*

劉 濤1,梁永超2,褚貴新1**

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室/石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院 石河子 832003;2.污染環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康教育部重點實驗室/浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 杭州 310058)

已知硝化抑制劑氯甲基吡啶能有效抑制土壤硝化,減少氮的淋洗和硝化-反硝化損失,促進作物對氮素的吸收,但是其對干旱區(qū)滴灌條件下土壤微生物群落功能多樣性的影響尚不明確。本試驗研究了尿素添加氯甲基吡啶(Nitrapyrin)分次隨水滴施對干旱區(qū)滴灌棉田土壤微生物碳代謝和群落功能多樣性的影響。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,設(shè)置不施氮肥[CK,0 kg(N)·hm-2]、單施尿素[Urea,225 kg(N)·hm-2]和尿素添加氯甲基吡啶[Urea+nitrapyrin,225 kg(N)·hm-2+2.25 kg(nitrapyrin)·hm-2]3個處理,重復(fù)4次,采用Biolog-ECO法進行土壤微生物碳代謝和功能多樣性研究。結(jié)果表明:與不施氮肥(CK)相比,施用尿素和尿素添加氯甲基吡啶均能顯著提高土壤微生物對31種碳源的代謝能力(AWCD)和代謝強度(S)(P<0.05),增加土壤微生物多樣性和豐富度(Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Richness指數(shù))以及對各類碳源的利用能力。尿素添加氯甲基吡啶隨水滴施后,土壤微生物AWCD值、碳代謝強度、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)以及Richness指數(shù)均大于單施尿素處理,且較單施尿素處理分別提高13.83%、9.33%、1.29%、1.34%、11.26%、11.79%(P>0.05),均勻度指數(shù)則低于單施尿素處理(P>0.05)。PCA和聚類分析結(jié)果表明,施用尿素和尿素添加氯甲基吡啶對土壤微生物群落功能多樣性均產(chǎn)生了顯著影響,但尿素添加氯甲基吡啶與單施尿素處理差異不顯著;氯甲基吡啶的添加提高了土壤微生物對聚合物、酚酸、羧酸、氨基酸以及胺類的利用,降低了對碳水化合物的利用(P>0.05)。上述研究結(jié)果得出,在干旱區(qū)滴灌棉田,尿素添加氯甲基吡啶分次隨水滴施可調(diào)控土壤的微生態(tài)環(huán)境,在一定程度上提高土壤微生物的代謝能力,增加微生物群落功能多樣性,緩解因長期施用無機氮肥導(dǎo)致的土壤微生物活性的降低。

氯甲基吡啶;土壤微生物;碳代謝;群落功能多樣性;滴灌施肥;棉田

土壤微生物是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在動植物殘體分解、養(yǎng)分循環(huán)、氮的固定、土壤結(jié)構(gòu)與肥力保持以及病蟲害防治等方面均起著重要作用[1]。微生物多樣性在一定程度上反映了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的基本狀況,因而,保持微生物的生態(tài)過程和多樣性是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)賴以生存的基礎(chǔ)。施肥是影響土壤質(zhì)量及其可持續(xù)利用的重要農(nóng)業(yè)措施之一,它通過改變土壤微生物的活性、數(shù)量(微生物生物量碳、氮)和群落結(jié)構(gòu)來改變土壤碳、氮養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率和途徑,影響土壤的供氮能力和碳貯備能力,最終影響土壤質(zhì)量。作為土壤微生物的基本營養(yǎng)元素,土壤有效氮含量的變化影響著微生物對氮的利用,進而影響微生物代謝[2-3]。

硝化作用是氮肥在土壤中的重要轉(zhuǎn)化與運移途徑。我國北方干旱、半干旱地區(qū)土壤的硝化作用強烈影響著氮肥的利用和土壤氮的損失。在石灰性土壤中,作物可吸收的氮以為主,即使施用尿素或銨態(tài)氮肥,也會在較短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為。利用硝化抑制劑可對硝化-反硝化過程中關(guān)鍵微生物的種群結(jié)構(gòu)及功能多樣性產(chǎn)生作用從而抑制土壤硝化,減少氮損失,達到促進作物氮素吸收的目的[4-6]。已有研究表明,硝化抑制劑氯甲基吡啶應(yīng)用于不同質(zhì)地土壤能顯著抑制硝化[7-8],并且在滴灌條件下能促進作物對氮素的吸收,顯著提高氮肥利用率[9]。然而,此類硝化抑制劑的應(yīng)用對石灰性土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能多樣性的相關(guān)研究卻并不多見,尤其是在干旱區(qū)滴灌農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,氯甲基吡啶的使用對土壤微生物多樣性會產(chǎn)生何種影響仍不明確。由于土壤微生物的物種數(shù)量和大小與其利用碳源能力的強弱(AWCD值)呈正相關(guān)關(guān)系[10],因此,土壤微生物群落的活動可以由其利用碳源能力的強弱來表征。鑒于此,本試驗利用Biolog-ECO微平板法研究氯甲基吡啶與尿素隨水滴施后對土壤微生物群落功能多樣性的影響,為應(yīng)用此類硝化抑制劑調(diào)控土壤微生物區(qū)系,減緩硝化進程,降低氮損失,促進干旱區(qū)滴灌農(nóng)田氮肥高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與供試材料

試驗在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗站進行,試驗地前茬作物為小麥(Triticum aestivum),土壤質(zhì)地為中壤土,0～20 cm耕層土壤含有機質(zhì)16.15 g·kg-1,全氮0.92 g·kg-1,有效氮61.34 mg·kg-1,速效磷10.95 mg·kg-1,速效鉀257.5 mg·kg-1,pH 7.76。

供試作物為陸地棉(Gossypium hirsutum)‘新陸早45號’,供試氮肥為尿素(Urea,純度為98.5%,N含量為46.0%),供試磷肥為磷酸二氫鉀(KH2PO4,純度為98.0%,P2O5含量為51.5%)。供試硝化抑制劑為氯甲基吡啶乳油[Nitrapyrin,2-氯-6-(三氯甲基)吡啶有效含量為24.0%],由浙江奧復(fù)托公司生產(chǎn)。

1.2 試驗設(shè)計與方法

采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計,設(shè)置不施氮肥CK[0 kg(N)·hm-2]、單施尿素[Urea,225 kg(N)·hm-2]和尿素添加氯甲基吡啶[Urea+nitrapyrin,225 kg(N)·hm-2+2.25 kg(nitrapyrin)·hm-2]3個處理,各處理重復(fù)4次,小區(qū)凈面積36 m2。于4月20日播種,覆膜種植(膜寬145 cm),1膜種植4行棉株,鋪設(shè)2條滴灌帶,膜上行距(30+55+30) cm,膜間行距55 cm,株距12 cm,收獲株數(shù)為21.08萬株·hm-2。生育期內(nèi)氮肥總用量為225 kg(N)·hm-2,氯甲基吡啶用量為純氮用量的1%,磷肥總用量為90 kg(P2O5)·hm-2,全部氮、磷肥均作為追肥于6月開始隨水滴施。全生育期共滴水10次,總量為480 mm,隨水滴肥8次。其他管理措施同一般大田。

1.3 土壤樣品的采集與測定

在棉花盛鈴期(8月),每小區(qū)隨機選取棉株行內(nèi)滴灌帶滴頭正下方6個樣點采集5～15 cm土層土樣,去除土樣中的雜物、細根后混合均勻,過2 mm篩放入冰箱內(nèi)4℃保存,用于土壤微生物多樣性的測定。

土壤微生物代謝功能多樣性:采用Biolog-ECO法,該方法是根據(jù)微生物在利用碳源過程中產(chǎn)生的自由電子與四唑鹽染料發(fā)生還原顯色反應(yīng),顏色的深淺可反映微生物對碳源利用程度的差異。具體為:將上述過2 mm篩的鮮土置于冰箱內(nèi)4℃保存4～6 d,取出后稱取5.00 g土樣置于50 mL的滅菌離心管中,加入50 mL滅菌的磷酸緩沖液(PBS),放入往復(fù)式振蕩器內(nèi)在室溫下劇烈震蕩2 h后,準確量取0.5 mL土壤懸浮液,用PBS緩沖溶液定容到50 mL,在往復(fù)式振蕩器上振蕩30 min后靜置,吸取上清液接種到生態(tài)板(ECO)上,ECO板每孔接種量為150 μL,每個土樣重復(fù)3次,用無菌的ECO板蓋將接種好的ECO板蓋好并放入培養(yǎng)箱中進行恒溫培養(yǎng)(28℃)。分別于培養(yǎng)的0 h、12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、84 h、96 h、108 h、120 h及144 h用Biolog微生物自動分析系統(tǒng)測定ECO板每孔在590 nm波長處的光密度值,用于計算單孔平均顏色變化率(AWCD)來反映微生物代謝功能多樣性。

平均顏色變化率(average well color development,AWCD)計算依據(jù)公式[11]:

式中:Ci為第i個非對照孔的吸光值,R為對照孔的吸光值,n為培養(yǎng)基碳源種類數(shù)(ECO板,n=31)。

土壤微生物群落功能多樣性分析:本試驗采用培養(yǎng)72 h的AWCD值進行土壤微生物群落功能多樣性分析,計算碳代謝強度(S)、Shannon-wiener指數(shù)(H′)、Simpson指數(shù)(D)、McIntosh指數(shù)(U)、豐富度指數(shù)(R)以及Pielou均勻度指數(shù)(J),具體計算公式如下:

碳代謝強度(S)依據(jù)曲線擬合的方法估算[12]:

式中:ti為第i小時,Vi為每i時刻的AWCD值。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(豐富度)計算公式[13]:

Simpson多樣性指數(shù)(優(yōu)勢度)依據(jù)以下公式計算[14]:

式中:Pi表示第i個非對照孔中的吸光值與所有非對照孔吸光值總和的比值,即:

McIntosh多樣性指數(shù)(基于群落物種多維空間上的Euclidian距離的多樣性指數(shù))計算公式為[15]:

式中:ni是第i孔的相對吸光值(Ci-R)。

豐富度指數(shù)是指被利用的碳源總數(shù)目[16],本研究中為每孔中(Ci-R)值大于0.2的孔數(shù)。

Pielou均勻度指數(shù)為計算公式為[17]:

式中:S為被利用的碳源總數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所獲數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007處理并進行圖表制作;用SPSS 19.0進行方差分析,處理間平均數(shù)用LSD法進行差異顯著性檢驗;用Canoco 5.0軟件結(jié)合SPSS 19.0進行主成分(PCA)分析、聚類分析和多樣性指數(shù)計算及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 尿素添加氯甲基吡啶對土壤微生物碳源利用和碳代謝強度的影響

AWCD可表征不同微生物對相同碳源利用的差異性,反映微生物群落對碳源的利用能力[18],進而從功能代謝角度顯示微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣性。由圖1a可知,在144 h的培養(yǎng)時間內(nèi),各處理土壤微生物對31種碳源的利用率(AWCD值)均表現(xiàn)為隨培養(yǎng)進程逐漸增加,且處理間差異從培養(yǎng)的36 h開始逐漸增大。從36 h至培養(yǎng)結(jié)束,單施尿素(Urea)和尿素添加氯甲基吡啶(Urea+nitrapyrin)處理土壤微生物AWCD值一直高于不施氮肥(CK)處理且差異顯著(P<0.05),Urea+nitrapyrin處理土壤微生物AWCD值雖高于Urea處理(13.83%),但差異不顯著(P>0.05)。各處理土壤微生物碳代謝強度的變化趨勢與AWCD值相同,從培養(yǎng)的36 h開始,Urea和Urea+nitrapyrin處理土壤微生物碳代謝強度均大于CK(P<0.05),Urea+nitrapyrin處理土壤微生物碳代謝強度雖大于Urea處理但差異不顯著,培養(yǎng)結(jié)束時,碳代謝強度較Urea處理提高了9.33%(P>0.05)(圖1b)。

圖1 施用尿素和尿素添加氯甲基吡啶后土壤微生物AWCD值(a)和碳代謝強度(b)變化Fig.1 Changes of AWCD (a) and carbon metabolic intensity (b) under incubation condition after application of urea and urea plus nitrapyrin

2.2 尿素添加氯甲基吡啶后土壤微生物對各類碳源利用能力的變化

為明確氯甲基吡啶對土壤微生物利用不同碳源能力的影響,在土壤培養(yǎng)72 h,將微生物利用的31種碳源分為碳水化合物(12種)、酚酸(2種)、羧酸(5種)、胺類(2種)、氨基酸(6種)以及聚合物(4種)六大類進行分析,得出不同處理土壤微生物對6類碳源的利用能力(圖2)。分析結(jié)果表明,Urea和Urea+nitrapyrin處理土壤微生物對6類碳源的利用能力均大于CK處理,與Urea處理相比,Urea+nitrapyrin處理土壤微生物對聚合物、酚酸、羧酸、氨基酸和胺類的利用增加,其中,對羧酸和氨基酸的利用增加顯著(P<0.05),對碳水化合物的利用有所降低(P>0.05)。

圖2 施用尿素和尿素添加氯甲基吡啶后土壤微生物對不同類型碳源利用能力的變化Fig.2 Change of utilization of different carbon source of soil microbial after application of urea and urea plus nitrapyrin

2.3 氯甲基吡啶的添加對土壤微生物群落功能多樣性的影響

在碳代謝呈指數(shù)變化時(72 h)對各處理的AWCD值進行主成分分析,在31種碳源中提取4個主成分因子,其中,第1、2主成分得分貢獻率分別為48.2%、22.1%,累計貢獻率達70.3%,其余各主成分的貢獻率很小,因此將前兩個主成分得分作圖,以表征不同處理土壤微生物群落的碳源代謝特征[19](圖3a)。主成分分析圖中樣品間得分距離越小表示其對碳源利用能力的相似度越高。在PC1方向上,CK處理的4個重復(fù)間得分距離最近,表明在不施肥條件下土壤微生物對不同碳源利用的穩(wěn)定性;Urea和Urea+nitrapyrin處理重復(fù)間得分距離相對CK處理較大,說明尿素以及氯甲基吡啶的添加改變了土壤微生物群落的碳源利用特征且產(chǎn)生了較大的變異。聚類分析結(jié)果(圖3b)表明,CK處理聚為一組,Urea和Urea+nitrapyrin處理聚為一組,可知,氯甲基吡啶的添加對土壤微生物群落代謝功能多樣性雖然產(chǎn)生了影響,但與單施尿素相比,沒有顯著差異(圖3)。

圖3 施用尿素和尿素添加氯甲基吡啶后土壤微生物群落主成分分析(a)和聚類分析(b)Fig.3 Principal components analysis (a) and cluster analysis (b) of soil microbial communities after application of urea and urea plus nitrapyrin

2.4 氯甲基吡啶的添加對土壤微生物多樣性指數(shù)的影響

本試驗用72 h的光密度值來計算不同處理的Shannon、Simpson和McIntosh多樣性指數(shù)、豐富度以及均勻度指數(shù)(表1),Urea和Urea+nitrapyrin處理土壤微生物的McIntosh指數(shù)顯著高于CK處理(P<0.05),Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和豐富度指數(shù)均高于CK但差異不顯著(P>0.05),均勻度指數(shù)較CK有所降低(P>0.05)。Urea+nitrapyrin處理Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)以及豐富度指數(shù)均大于Urea處理,且較Urea處理分別提高1.29%、1.34%、11.26%和11.79%,但差異均不顯著(P>0.05),均勻度指數(shù)則小于Urea處理(P>0.05)。以上結(jié)果可知,225 kg(N)·hm-2的氮肥添加氯甲基吡啶分次隨水滴施在一定程度上增加了土壤微生物群落的多樣性和豐富度,降低了均勻度。

表1 施用尿素和尿素添加氯甲基吡啶后土壤微生物多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)以及均勻度指數(shù)Table 1 Diversity index,richness index and evenness index of soil microbial communities after application of urea and urea plus nitrapyrin (means±SD,n=3)

3 討論

土壤微生物是土壤中較活躍的成分,也是土壤物質(zhì)循環(huán)的主動力,土壤微生物功能多樣性則表征了土壤酶和部分微生物參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)的化學(xué)反應(yīng)活性,是土壤發(fā)揮功能的重要體現(xiàn)。施肥對微生物的影響因肥料的本質(zhì)與數(shù)量、土壤基礎(chǔ)肥力以及施肥時間長短表現(xiàn)為有益、有害或無影響[20]。早年研究發(fā)現(xiàn),隨著氮肥用量的增加,作物根際微生物數(shù)量和多樣性增加,當?shù)视昧窟_最大臨界值時反而抑制土壤微生物的數(shù)量和多樣性[21]。夏雪等[22]研究表明,氮肥的施用可以提高土壤微生物群落對碳源的利用率,增加微生物群落的豐富度和功能多樣性,其中以中量氮肥(120 kg·hm-2)施用條件下的平均顏色變化率(AWCD)、土壤微生物群落豐富度指數(shù)(S)和Shannon指數(shù)(H′)為最高。另有報道則指出單施氮肥可降低棕壤土壤微生物對碳源的利用[23],且長期施入氮肥可降低土壤微生物的活性[24]。而Sarathchandra等[25]通過研究則得出無機氮肥和磷肥對土壤微生物群落無明顯影響的結(jié)果。本研究是在225 kg·hm-2的施氮條件下(僅為當?shù)氐喂嗝尢锍Ｒ?guī)施氮量的75%),采用尿素少量多次隨水分施的方式,得出土壤微生物群落代謝功能多樣性以及對碳源的利用均高于不施氮肥土壤,這與前人適量施氮增加土壤微生物多樣性的研究結(jié)果基本一致。

有報道指出,硝化抑制劑是通過釋放毒性化合物,直接影響硝化菌群落及硝化活性來抑制土壤硝化作用[26]。后有研究得出,硝化抑制劑主要通過與氨氧化過程的關(guān)鍵酶——氨單加氧酶AMO競爭底物、螯合AMO的活性位點或被AMO氧化后的產(chǎn)物抑制其他蛋白質(zhì)等作用方式抑制硝化[27]。有研究結(jié)果顯示,當施氮量從0 mg·kg-1增加到400 mg·kg-1時,土壤微生物的AWCD值和Shannon指數(shù)分別下降了78.4%和22.3%,添加DMPP后則分別提高了23.9%和7.8%[28]。已知氯甲基吡啶的抑制方式為其氧化產(chǎn)物無選擇性地與膜蛋白結(jié)合,影響AMO活性,進而抑制氨氧化微生物,但對土壤中其他微生物的影響仍不明確。本試驗則得出,225 mg·kg-1的施氮量添加氯甲基吡啶分次隨水滴施,土壤微生物的碳代謝能力和多樣性指數(shù)較單施氮肥均有提高,其中,AWCD值和Shannon指數(shù)分別增加了13.8%和1.29%,低于前人研究結(jié)果,可能與硝化抑制劑的種類、土壤類型、施肥方式等因素有關(guān)。盡管氯甲基吡啶主要對氨氧化微生物產(chǎn)生抑制,但本研究土壤中可培養(yǎng)的總體微生物的碳代謝能力和功能多樣性卻有所提高,可能是由于在相同施氮量條件下氯甲基吡啶的添加使土壤保持了較低的NO3--N含量,緩解了由于單純使用無機氮肥和石灰性土壤硝化作用導(dǎo)致的NO3--N在短時間內(nèi)大量累積對土壤微生物產(chǎn)生的不利影響。此外,多樣性指數(shù)、PCA以及聚類分析結(jié)果均表明了氯甲基吡啶的添加雖然提高了土壤微生物代謝功能多樣性,但是與單施尿素相比差異不顯著,亦可證實氯甲基吡啶調(diào)控土壤微生物的“專一性”[27],即僅對氨氧化微生物產(chǎn)生影響,對其他微生物種群活性沒有明顯的抑制。

在農(nóng)田環(huán)境條件下,影響土壤微生物群落的因素較為復(fù)雜,Biolog微平板法只能反映土壤中可培養(yǎng)的微生物的代謝能力以及功能多樣性,無法對硝化-反硝化過程中關(guān)鍵微生物的變化進行界定,因此,在今后的研究中將結(jié)合熒光定量PCR技術(shù)、同位素探針技術(shù)以及關(guān)鍵基因克隆測序等分子生物學(xué)手段,深入地揭示此類硝化抑制劑對滴灌農(nóng)田土壤微生物區(qū)系的調(diào)控機理。

4 結(jié)論

在干旱區(qū)滴灌棉田,225 kg(N)·hm-2的尿素添加用量為1%施氮量的氯甲基吡啶經(jīng)滴灌系統(tǒng)少量多次隨水滴施后,在一定程度上增加了土壤微生物的AWCD值、碳代謝強度、多樣性指數(shù)以及豐富度指數(shù),提高了土壤微生物對聚合物類、酚酸類、羧酸類、氨基酸及胺類的利用,改善了土壤的微生態(tài)環(huán)境。

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Effect of nitrapyrin on functional diversity of soil microbial community in drip-fertigated cotton field*

LIU Tao1,LIANG Yongchao2,CHU Guixin1**
(1.Key Laboratory of Oasis Eco-agriculture,Xinjiang Production and Construction Group,College of Agriculture,Shihezi University,Shihezi 832003,China;2.Key Laboratory of Environment Remediation and Ecological Health of Ministry of Education,College of Environmental &Resource Sciences,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)

Nitrapyrin;Soil microbial;Carbon metabolism;Community functional diversity;Drip-fertigation;Cotton field

Dec.20,2016;accepted Feb.21,2017

S154.3

:A

:1671-3990(2017)07-0968-07

10.13930/j.cnki.cjea.161159

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*國家自然科學(xué)基金項目(41461064)資助

** 通訊作者:褚貴新,主要從事作物營養(yǎng)與分子生態(tài)研究。E-mail:chuguixinshzu@163.com

劉濤,主要從事土壤養(yǎng)分循環(huán)與土壤微生物分子生態(tài)研究。E-mail:liutao20029@163.com

2016-12-20 接受日期:2017-02-21

*This study was founded by the National Natural Science Foundation of China (41461064).

** Corresponding author,E-mail:chuguixinshzu@163.com

Abstract:As one of the nitrification inhibitors (NIs),nitrapyrin (2-chloro-6-(trichloromethyl)-pyridine) exhibits some effective influences on controlling nitrification,reducing nitrogen leaching and nitrification-denitrification losses,increasing crop nitrogen uptake.However,information is still scant regarding the effect of nitrapyrin on the functional diversity of soil microbial community under drip irrigation condition in arid area.In view of this,a field trial (of randomized block design) was conducted to evaluate the impact of repeated supply of nitrapyrin with urea via fertigation on the functional diversity of soil microbial community in a drip-fertigated cotton field.Three treatments were established:CK [0 kg(N)·hm-2],Urea [225 kg(N)·hm-2]and Urea+nitrapyrin [225 kg(N)·hm-2+2.25 kg(nitrapyrin)·hm-2],each treatment was replicated three times.Biolog-ECO technology was used to explore carbon metabolism and community functional diversity of soil microbial.The results showed that the application of urea and urea plus nitrapyrin significantly increased metabolic capacity of 31 carbon sources (AWCD) and intensity of carbon metabolism (S) of soil microbial community compared with CK (P<0.05),it also increased the diversity and richness of soil microbial community [Shannon index (H′),Simpson index (D),McIntosh index (U)and Richness index (R)]and improved the utilization of six types of carbon sources used by soil microbial community to some extent.Urea+nitrapyrin treatment increased AWCD,S,H′,D,UandRof soil microbial community respectively by 13.83%,9.33%,1.29%,1.34%,11.26% and 11.79% (P>0.05),it decreased Pielou evenness index (J) (P>0.05) compared with Urea treatment.Principal component analysis and cluster analysis indicated that the application of urea and urea plus nitrapyrin significantly influenced the functional diversity of soil microbial community.However,there was no significant difference between Urea and Urea+nitrapyrin treatments.Furthermore,the addition of nitrapyrin increased the utilization of polymers,phenolic acids,carboxylic acids,amino acids and amines by soil microbial community,but decreased the utilization of carbohydrates compare with Urea treatment (P>0.05).The results demonstrated that the repeated supply of nitrapyrin with urea via fertigation regulated soil micro-ecological environment,increased soil microbial metabolism and functional diversity of community.It inhibited the reduction of soil microbial activity due to long-term application of inorganic nitrogen fertilizers in drip-fertigated cotton fields in arid areas.