復(fù)播大豆土壤微生物區(qū)系對(duì)麥–豆輪作體系周年施氮量的響應(yīng)①

房彥飛，徐文修，唐江華，符小文，張永杰，杜孝敬，張 娜，安崇霄

復(fù)播大豆土壤微生物區(qū)系對(duì)麥–豆輪作體系周年施氮量的響應(yīng)①

房彥飛，徐文修*，唐江華，符小文，張永杰，杜孝敬，張 娜，安崇霄

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

為了揭示周年施氮對(duì)復(fù)播大豆土壤微生物區(qū)系的后效及疊加效應(yīng)，于2017—2019年采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在麥–豆周年輪作體系下，設(shè)置不同施氮組合(麥季施氮0、104、173、242 kg/hm2，分別標(biāo)記為N0、N1、N2、N3；復(fù)播大豆施氮0、69、138 kg/hm2，分別標(biāo)記為S0、S1、S2)，探究豆茬土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量，土壤菌群結(jié)構(gòu)和氮素生理群數(shù)量的變化規(guī)律。結(jié)果表明：前茬麥季施氮對(duì)復(fù)播大豆土壤微生物數(shù)量具有顯著的后效；復(fù)播大豆不施氮條件下，麥季N2 ～ N3施氮范圍有利于增加豆茬土壤細(xì)菌、真菌、放線菌和氮素生理群數(shù)量。在冬小麥不施氮條件下，當(dāng)季豆茬施氮較不施氮處理能顯著增加土壤3大類微生物和氮素生理群數(shù)量，但豆茬施氮量較高反而顯著降低氨化細(xì)菌和好氣性自生固氮菌數(shù)量。麥季各施氮處理與豆茬S1處理組合下土壤3大類微生物數(shù)量，細(xì)菌與真菌比值(B/F)及放線菌與真菌比值(A/F)，氨化細(xì)菌、固氮菌和硝化細(xì)菌數(shù)量基本均高于與S2處理組合，其中N1S1施氮組合下豆茬土壤放線菌數(shù)量、好氣性自生固氮菌數(shù)量、B/F和A/F值達(dá)到最高，N2S1施氮組合下土壤細(xì)菌、真菌和氨化細(xì)菌數(shù)量基本達(dá)到頂峰，當(dāng)季施氮或周年施氮量過(guò)高則增加了土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量，顯著降低B/F、A/F值，對(duì)土壤3大類群微生物及其他氮素生理群數(shù)量均產(chǎn)生不同程度的抑制作用。因此，前茬小麥和后茬大豆適量施氮是維持土壤優(yōu)勢(shì)菌群的重要措施，周年氮肥的優(yōu)化施用要充分考慮前、后茬氮肥的疊加效應(yīng)。在本研究條件下，麥季施氮104 ～ 173 kg/hm2(N1 ～ N2)，大豆季增施氮肥69 kg/hm2(S1)的周年施氮量組合有利于改善土壤微生物生存環(huán)境，良化土壤質(zhì)量，對(duì)提高土壤肥力及維持農(nóng)田生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。

復(fù)播大豆；周年施氮量；土壤微生物區(qū)系

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分源和匯的一個(gè)巨大原動(dòng)力，在植物凋落物降解、養(yǎng)分循環(huán)與改善土壤理化性質(zhì)中起著重要的作用，是最有潛力和最敏感的生態(tài)學(xué)指標(biāo)之一[1–2]。土壤微生物活性、數(shù)量及種群結(jié)構(gòu)易受耕作措施[3]、施肥制度[4]、種植模式[5]等外界因素的影響，尤其施肥一方面能促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，為土壤微生物提供良好的營(yíng)養(yǎng)條件和棲息環(huán)境，保證其生長(zhǎng)繁殖；另一方面土壤微生物在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中也會(huì)向土壤釋放養(yǎng)分，達(dá)到培肥地力的效果[6]。目前，大量的研究表明，增施氮肥會(huì)提供更為豐富的土壤養(yǎng)分，有利于增加土壤微生物數(shù)量和提高細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群多樣性[7]，且不同的氮肥用量會(huì)促使土壤微生物數(shù)量及菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[8]。此外，土壤微生物參與生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)且關(guān)系密切，特別是功能微生物，如與氮循環(huán)有關(guān)的固氮、氮礦化、硝化和反硝化等氮素生理群微生物[9]，對(duì)土壤氮循環(huán)及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化起重要作用。因此，研究施氮量對(duì)土壤微生物區(qū)系變化特征的影響，對(duì)于了解農(nóng)田土壤氮素循環(huán)，改善土壤質(zhì)量等具有重要的意義。

新疆北疆地區(qū)因增溫顯著而逐漸實(shí)現(xiàn)“一年兩熟”后，小麥–大豆逐漸成為伊犁河谷地區(qū)主要的輪作模式[10–11]。但由于缺乏相對(duì)應(yīng)的周年合理施肥制度，導(dǎo)致當(dāng)?shù)亍耙慌谵Z”或周年施氮過(guò)多等現(xiàn)象普遍存在。前人關(guān)于多熟種植中周年施肥的研究表明，前茬作物收獲后殘留在土壤中的氮有一部分不僅能夠被后茬作物所吸收利用，而且與施肥量密切相關(guān)[12–13]。據(jù)本課題組在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，前茬麥季施氮對(duì)后茬大豆具有顯著的后效作用[14]，但目前多數(shù)研究大都集中在作物產(chǎn)量形成[15–16]、土壤氮肥后效及其去向[17]、氮素吸收利用[18]等方面，而在麥–豆周年輪作模式下有關(guān)前、后茬氮肥疊加效應(yīng)對(duì)具有固氮特性的后茬大豆土壤微生物區(qū)系影響的研究至今鮮有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)以北疆伊犁河谷地區(qū)冬小麥–夏大豆為研究對(duì)象，探究周年不同施氮組合對(duì)復(fù)播大豆農(nóng)田土壤3大類群微生物、菌群結(jié)構(gòu)和氮素生理群數(shù)量的影響，以揭示周年不同施氮組合氮肥的疊加效應(yīng)對(duì)后茬大豆土壤微生物區(qū)系變化的影響，從土壤微生物環(huán)境的角度，探求有利于良化土壤環(huán)境的周年氮肥運(yùn)籌組合，為該體系制定科學(xué)的施肥技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年10月—2019年10月年連續(xù)2年在伊犁哈薩克自治州伊寧縣農(nóng)業(yè)科技示范園(44°N，81°E)內(nèi)進(jìn)行。該園區(qū)位于伊寧縣薩地克于孜鄉(xiāng)東部，海拔720 m，年日照時(shí)數(shù)可達(dá)2 800 ～ 3 000 h，年均氣溫9.3 ℃，全年無(wú)霜期164 d，年均降水量約340 mm，氣候較濕潤(rùn)。試驗(yàn)區(qū)土壤0 ～ 20 cm耕層基礎(chǔ)理化性質(zhì)如表1所示，2年試驗(yàn)中復(fù)播大豆生育期內(nèi)的降水量和日均溫度如表2和圖1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)冬小麥?zhǔn)┑繛橹饕蜃?，?fù)播大豆施氮量為副因子。冬小麥共設(shè)4個(gè)施氮水平，分別為0 (N0)、104 (N1)、173 (N2)、242 kg/hm2(N3)，各處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為76.5 m2(17 m × 4.5 m)，共12個(gè)小區(qū)。在冬小麥?zhǔn)斋@后，原位于冬小麥的各小區(qū)定點(diǎn)劃分出同等面積的3個(gè)小區(qū)作為復(fù)播大豆當(dāng)季施氮量的3個(gè)施氮水平小區(qū)，分別為0 (S0)、69 (S1)、138 kg/hm2(S2)，小區(qū)面積為22.5 m2(5 m × 4.5 m)，共36個(gè)小區(qū)。周年施氮量均以純氮計(jì)，供試氮肥為尿素(含N 460 g/kg)。

表1 0 ～ 20 cm耕層土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)

表2 試驗(yàn)?zāi)甓葟?fù)播大豆生育期間降水量(mm)

圖1 2018年和2019年復(fù)播大豆生育期日均溫度

冬小麥分別于2017年10月18日和2018年10月14日采用15 cm等行距播種。播種前將麥季各處理氮肥總量的40% 和磷肥204 kg/hm2(含P2O5440 g/kg)結(jié)合整地一次性施入，剩余的氮肥于拔節(jié)期、抽穗期按各處理總施氮量的30% 隨水追施，并于2018年6月30日和2019年7月2日收獲。復(fù)播大豆分別于2018年7月2日和2019年7月4日采用30 cm等行距播種，種植密度為52.5萬(wàn)株/hm2，氮肥于復(fù)播大豆始花期一次性隨水滴施，并于2018年10月11日和2019年10月12日收獲。供試冬小麥和大豆均為當(dāng)?shù)刂髟云贩N新冬41號(hào)和黑河45號(hào)。兩季作物灌溉方式均為滴灌，其他田間栽培措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)。

1.3 土壤樣品的采集

于復(fù)播大豆收獲后，采用“S”形取樣法用土鉆采集0 ～ 20 cm耕層的土樣充分混勻，過(guò)2 mm篩后將混勻的土樣裝入無(wú)菌紙袋，立即帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤微生物數(shù)量的測(cè)定，未及時(shí)測(cè)定的土樣放入4℃冰箱保存并在一個(gè)月內(nèi)測(cè)定完畢。

1.4 土壤微生物數(shù)量的測(cè)定

細(xì)菌、真菌、放線菌測(cè)定采用稀釋平板法。將盛有10 g新鮮土壤和90 mL無(wú)菌水的三角瓶放在振蕩機(jī)上振蕩20 min，使土樣均勻地分散在稀釋液中成為土壤懸液。土壤懸液接種采用混菌法，細(xì)菌選擇牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌選擇馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌選擇改良高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基。微生物數(shù)量結(jié)果計(jì)算以cfu/g干土表示[19]。

氮素生理群采用MPN稀釋法計(jì)數(shù)，又稱最大或然數(shù)法。選擇4個(gè)相連的稀釋度，將不同的土壤懸液分別接種至不同培養(yǎng)基的試管中。氨化細(xì)菌采用蛋白胨氨化培養(yǎng)基，好氣性自生固氮菌采用阿須貝氏培養(yǎng)基，硝化細(xì)菌采用改良的斯蒂芬森培養(yǎng)基，反硝化細(xì)菌采用反硝化細(xì)菌培養(yǎng)基。土壤中硝化細(xì)菌數(shù)量的測(cè)定一般情況下只測(cè)定亞硝酸細(xì)菌的數(shù)量即能說(shuō)明硝化細(xì)菌數(shù)量的多少。按照《最大或然數(shù)法測(cè)數(shù)統(tǒng)計(jì)表》得出數(shù)量指標(biāo)和菌的近似值進(jìn)行計(jì)算[19]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及作圖采用Excel 2010和GraphPad Prism 8.0軟件進(jìn)行，用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，不同處理之間多重比較采用Duncan新復(fù)極差法(<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 周年不同施氮組合對(duì)復(fù)播大豆土壤3大類微生物數(shù)量的影響

麥季施氮不僅影響當(dāng)季冬小麥土壤微生物數(shù)量的變化，其后效作用以及復(fù)播大豆施氮的疊加效應(yīng)同樣對(duì)豆茬土壤微生物數(shù)量產(chǎn)生明顯的影響。由圖2可知，豆茬不施氮條件下，豆茬土壤微生物數(shù)量的高低取決于前茬麥季施氮量的多少，麥季施氮越多，大豆收獲后土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量也越高，N3S0處理較N0S0處理土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量?jī)赡昶骄謩e顯著提高了103.35% 和84.29%；而土壤放線菌數(shù)量則在N2S0處理達(dá)到最高，較N0S0處理顯著提高了45.50%。在麥季不施氮條件下，豆季施氮處理土壤細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量的平均值較不施氮處理兩年依次提高了80.09%、17.36% 和48.79%，且大豆季各施氮處理基本均與不施氮處理達(dá)到顯著差異(<0.05)。

(圖中不同小寫字母表示同一麥季施氮量條件下大豆季不同施氮量處理間差異顯著(P<0.05)；N代表冬小麥季；S代表夏大豆季；下同)

進(jìn)一步分析麥季不同施氮水平下復(fù)播大豆施氮量對(duì)土壤3大類微生物數(shù)量的疊加效應(yīng)(圖2)。在麥季各施氮水平下，兩年的數(shù)據(jù)均表明，麥季施氮處理N1、N2、N3分別與大豆S1的施氮組合均有利于增加土壤細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量；由于年際間的差異，2019年土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量均高于2018年，而土壤真菌數(shù)量低于2018年，這可能是因?yàn)閮赡甑臍鉁?、降水量等氣候條件不同導(dǎo)致兩年的土壤微生物數(shù)量差異較大所致。其中，土壤細(xì)菌數(shù)量較各對(duì)應(yīng)的與S2施氮組合平均值依次高出45.34%、41.46% 和15.12%，土壤放線菌數(shù)量較各對(duì)應(yīng)的與S2施氮組合平均值依次高出10.23%、17.34% 和16.45%，且麥季施氮處理所對(duì)應(yīng)的S1施氮組合基本均與各對(duì)應(yīng)的S2施氮組合達(dá)到顯著差異；而土壤真菌數(shù)量較各對(duì)應(yīng)的與S2施氮組合平均值依次高出0.99%、3.57% 和4.75%，但未產(chǎn)生顯著差異(>0.05)。另外，N2S1處理的土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量在所有處理中兩年平均值達(dá)到最高，土壤放線菌數(shù)量則在N1S1處理達(dá)到頂峰，最有利于豆茬土壤微生物數(shù)量的增加，增強(qiáng)微生物代謝活性，并進(jìn)一步促進(jìn)土壤中腐殖質(zhì)的形成和有機(jī)質(zhì)的礦化；但麥季施氮處理在N2的基礎(chǔ)上豆茬繼續(xù)高量施氮(≥S2)則抑制土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量的增加，而且兩季施氮量越大抑制越強(qiáng)烈，但對(duì)土壤真菌數(shù)量無(wú)明顯影響。

2.2 周年不同施氮組合對(duì)復(fù)播大豆土壤菌群結(jié)構(gòu)的影響

通過(guò)計(jì)算復(fù)播大豆土壤細(xì)菌與真菌(B/F)、放線菌與真菌(A/F)的比值發(fā)現(xiàn)(表3)，周年不同施氮組合在影響土壤3大類微生物數(shù)量的同時(shí)對(duì)土壤菌群結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了不同程度的影響。在麥–豆周年不同施氮組合下，N1S1處理兩年的B/F和A/F值均達(dá)到最大值，2018年B/F和A/F值分別為1 191.40和218.85，2019年分別為3 310.16和784.36，土壤3大菌群數(shù)量年度差異大是造成B/F和A/F比值年度間差異大的原因。進(jìn)一步分析可知，在前茬麥季不施氮條件下，兩年的B/F值隨大豆季施氮量的增加呈不斷上升的趨勢(shì)，均在N0S2處理達(dá)到最大，而A/F值呈先降后增的變化趨勢(shì)，均在N0S0處理達(dá)到最大。在前茬麥季低氮(N1)和中氮(N2)條件下，B/F、A/F值基本表現(xiàn)出先增后降一致的變化規(guī)律，至各對(duì)應(yīng)的S1處理達(dá)到最大，且基本均與各對(duì)應(yīng)的S2處理達(dá)到顯著差異。在前茬麥季高氮(N3)條件下，B/F、A/F值隨大豆季施氮量的增加均表現(xiàn)出不斷下降的一致趨勢(shì)，在N3S0處理達(dá)到最高，基本與N3S2處理產(chǎn)生顯著差異。由此可知，前茬麥季施氮會(huì)影響后茬大豆菌群結(jié)構(gòu)，N1S1周年施氮量組合有利于改善夏大豆土壤菌群結(jié)構(gòu)，增加土壤中有益微生物數(shù)量，提高土壤肥力，但麥–豆兩季施氮量均高的周年組合會(huì)導(dǎo)致B/F和A/F值顯著下降，使得土壤肥力降低，地力衰竭。

表3 周年不同施氮組合對(duì)夏大豆土壤菌群結(jié)構(gòu)的影響

注：同列不同小寫字母表示同一麥季施氮量條件下大豆季不同施氮量處理間差異顯著(<0.05)。

2.3 周年不同施氮組合對(duì)復(fù)播大豆土壤氮素生理群數(shù)量的影響

土壤微生物中的各類生理類群參與土壤中物質(zhì)的分解、吸收和轉(zhuǎn)化過(guò)程，因此其數(shù)量和活性直接關(guān)系到土壤肥力的高低。如圖3所示，在大豆季不施氮條件下，除土壤好氣性自生固氮菌在麥季N2處理兩年均達(dá)到最高外，復(fù)播大豆土壤氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量均隨麥季施氮量的增加呈不斷上升的變化趨勢(shì)，至麥季N3處理達(dá)到最高，N3S0處理土壤氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量?jī)赡昶骄捣謩e較N0S0處理顯著增加了5.21倍、1.96倍和0.95倍。在麥季不施氮條件下，大豆季土壤氨化細(xì)菌和好氣性自生固氮菌數(shù)量隨當(dāng)季施氮量的增加均呈先增后降的一致變化趨勢(shì)，至大豆季S1處理達(dá)到最大，土壤氨化細(xì)菌數(shù)量?jī)赡昶骄捣謩e較N0S0處理和N0S2處理增加了230.29% 和34.97%，土壤好氣性自生固氮菌數(shù)量?jī)赡昶骄捣謩e較N0S0和N0S2處理增加了25.60% 和22.69%，且N0S1處理基本與其他處理達(dá)到顯著差異；而土壤硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量則隨豆季施氮量的增加呈不斷上升的趨勢(shì)，兩年均以N0S2處理最高，較N0S0處理兩年平均值分別顯著增加了127.10% 和66.47%。

進(jìn)一步分析麥季不同施氮水平下大豆施氮量對(duì)土壤氮素生理群數(shù)量的疊加效應(yīng)(圖3)，可見(jiàn)，麥季N1、N2、N3施氮處理與大豆S1施氮各組合有利于增加土壤氨化細(xì)菌和好氣性自生固氮菌數(shù)量，較各對(duì)應(yīng)的與大豆S2施氮各組合土壤氨化細(xì)菌數(shù)量平均值依次高出12.46%、16.38% 和34.30%，土壤好氣性自生固氮菌數(shù)量平均值依次高出40.27%、19.64% 和31.80%，其中土壤氨化細(xì)菌數(shù)量在N2S1處理、土壤好氣性自生固氮菌數(shù)量在N1S1處理的周年施氮組合兩年平均值達(dá)到最高峰，能保證較高的土壤氨化細(xì)菌和好氣性自生固氮菌數(shù)量，尤其土壤好氣性自生固氮菌在麥季和豆季均高量施氮條件下降幅較為明顯，表明其對(duì)氮素的疊加作用更為敏感。由周年氮素疊加效應(yīng)對(duì)土壤硝化、反硝化細(xì)菌數(shù)量的影響可知，在麥季N1、N2施氮條件下，土壤硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量基本均表現(xiàn)為一致的N1S2>N1S1，N2S2

圖3 周年不同施氮組合對(duì)夏大豆土壤氮素生理群數(shù)量的影響

3 討論

土壤微生物參與調(diào)控土壤中養(yǎng)分循環(huán)及物質(zhì)轉(zhuǎn)化，其數(shù)量與土壤肥力之間有著很強(qiáng)的聯(lián)系，是土壤肥力水平的活指標(biāo)[20–21]。大量研究表明，在一定范圍內(nèi)合理施用氮肥能增加土壤細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量，有利于保持土壤中旺盛的微生物活動(dòng)，使得土壤生物活性不斷增強(qiáng)，進(jìn)而有利于土壤保持健康的狀態(tài)[22–23]。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期的高氮處理可能直接或間接影響土壤微生物的群落組成，導(dǎo)致B/F值較低[24–25]，本研究結(jié)果與之一致。本試驗(yàn)條件下，周年合理施氮能促進(jìn)小麥–復(fù)播大豆周年土壤3大類群微生物數(shù)量、B/F和A/F值的增加，但周年施氮過(guò)高會(huì)抑制土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量，降低B/F和A/F值，對(duì)真菌數(shù)量無(wú)明顯影響，尤其麥季高氮處理基礎(chǔ)上大豆季再增施氮肥會(huì)強(qiáng)烈抑制土壤放線菌數(shù)量，這可能與前、后茬施氮過(guò)高導(dǎo)致碳源不足，土壤微生物數(shù)量下降有關(guān)[26]；而多數(shù)土壤真菌比細(xì)菌有更強(qiáng)的吸收氮素的能力[27]，因此相較于土壤細(xì)菌和放線菌，周年高量氮肥對(duì)土壤真菌數(shù)量的影響不大，進(jìn)而造成B/F和A/F值降低，土壤菌群結(jié)構(gòu)比例失衡，降低土壤質(zhì)量。但也有研究認(rèn)為，只有高量施氮才能明顯增加土壤微生物數(shù)量[28]，且施肥未改變土壤微生物真菌與細(xì)菌比值[29]。造成研究結(jié)果不同的原因可能是供試地域環(huán)境、土壤類型、施肥水平不同導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量產(chǎn)生差異，最終影響B(tài)/F和A/F值的大小。

土壤氮素營(yíng)養(yǎng)是影響土壤微生物氮素生理群生長(zhǎng)最主要的因子之一，添加氮素能夠促進(jìn)土壤微生物氮素生理群數(shù)量的增加[30]。研究發(fā)現(xiàn)，大量施用氮肥會(huì)強(qiáng)烈抑制自生固氮菌的生長(zhǎng)[31–32]，長(zhǎng)期單施氮肥能顯著增加土壤氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌等生理群數(shù)量[33–34]，但高濃度氮肥會(huì)降低土壤氨化細(xì)菌數(shù)量[35]，促進(jìn)硝化細(xì)菌數(shù)量的增加，進(jìn)而可能會(huì)加速硝化作用，增加氮素淋失的風(fēng)險(xiǎn)[36]。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果高度相似。本試驗(yàn)條件下，麥季施氮基本均能增加后茬大豆土壤氮素生理群數(shù)量，且在麥季施氮基礎(chǔ)上大豆當(dāng)季施氮仍能顯著增加土壤氮素生理群數(shù)量，但豆茬施氮量的多少對(duì)硝化和反硝化細(xì)菌數(shù)量無(wú)明顯影響，而前、后茬氮肥總量高的條件下加強(qiáng)了其疊加效應(yīng)，使土壤中的氮濃度過(guò)高，降低了土壤氨化細(xì)菌、自生固氮菌和硝化細(xì)菌數(shù)量，對(duì)土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量起到輕微的促進(jìn)作用。這主要是因?yàn)榍安琨溂練埩舻牡睾秃蟛绱蠖巩?dāng)季適量氮肥的施入即可為土壤微生物的生長(zhǎng)提供充足的營(yíng)養(yǎng)源，增加土壤氮素生理群數(shù)量，加速與其相關(guān)的氨化作用、固氮作用、硝化–反硝化作用的進(jìn)程，從而增加土壤中可供植物吸收利用的氮素。但周年均高量施氮，氮肥的疊加效應(yīng)可能加速土壤的酸化，土壤容重增大，孔隙度降低，造成土壤板結(jié)[37]，使土壤微生物的生活環(huán)境變得惡劣，從而抑制好氧微生物的活性，使得土壤氨化細(xì)菌、固氮菌和硝化細(xì)菌數(shù)量降低；但土壤硝化細(xì)菌數(shù)量并未顯著下降，對(duì)硝化作用的影響不大，可能仍會(huì)積累大量的硝酸鹽，且在一定的條件下，如土壤濕度大、通氣不良等環(huán)境可增加厭氧型微生物的數(shù)量，并有可溶性有機(jī)物存在時(shí)，可以被一些嫌氣性的反硝化細(xì)菌還原為亞硝酸、氨，甚至還原成氮?dú)?，成為氮肥損失的重要途徑之一[38]。但也有研究認(rèn)為，高氮處理顯著降低土壤硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量，增加了土壤固氮菌數(shù)量[39]，這可能與土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)不同和設(shè)置的施氮梯度較低有關(guān)。

4 結(jié)論

在冬小麥不施氮條件下，復(fù)播大豆施氮較不施氮處理能顯著增加土壤3大類微生物和氮素生理群數(shù)量。在復(fù)播大豆不施氮條件下，冬小麥N2處理有利于提高土壤放線菌和好氣性自生固氮菌數(shù)量，N3處理有利于提高土壤細(xì)菌、真菌、氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量。在周年均施氮的條件下，麥季各施氮處理與豆茬S1處理組合的土壤3大類微生物數(shù)量，B/F及A/F值，氨化細(xì)菌、固氮菌和硝化細(xì)菌數(shù)量基本均高于與S2處理組合，其中，N1S1處理土壤放線菌數(shù)量、好氣性自生固氮菌數(shù)量、B/F和A/F值達(dá)到最高，N2S1處理土壤細(xì)菌、真菌和氨化細(xì)菌數(shù)量基本達(dá)到頂峰；當(dāng)季施氮或周年施氮量過(guò)高則增加了土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量，顯著降低B/F、A/F值，對(duì)土壤細(xì)菌、放線菌、真菌3大類群微生物數(shù)量及其他氮素生理群數(shù)量均產(chǎn)生不同程度的抑制作用。綜上，伊犁河谷麥–豆兩熟地區(qū)麥季施氮104 ～ 173 kg/hm2(N1 ～ N2)，大豆季增施氮肥69 kg/hm2(S1)的周年施氮量組合有利于改善土壤微生物生存環(huán)境，良化土壤質(zhì)量。

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Response of Soil Microbial Flora of Reseeding Soybean to Annual Nitrogen Application Rate Under Rotation of Wheat and Soybean

FANG Yanfei, XU Wenxiu*, TANG Jianghua, FU Xiaowen, ZHANG Yongjie, DU Xiaojing, ZHANG Na, AN Chongxiao

(College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China)

In order to reveal the after-effects and superimposed effects of annual nitrogen application rate on soil microbial flora of reseeding soybeans, a split-plot experiment was conducted in 2017—2019 under wheat soybean rotation, in which the annual nitrogen application included 0 (N0), 104 (N1), 173 (N2) and 242 (N3) kg/hm2in wheat season, while 0 (S0), 69 (S1), 138 (S2) kg/hm2in reseeding soybean season, then the changes of the number of soil bacteria, fungi and actinomycetes, the structure of soil flora and the number of nitrogen physiological groups in soybean stubble were analyzed. The results show that nitrogen application in the wheat season has a significant after-effect on the number of soil microorganisms in reseeding soybean. Under the condition of no nitrogen application in reseeding soybean, the range of N2 to N3 nitrogen application in wheat season is beneficial to increase soil bacteria, fungi, actinomycetes and nitrogen physiological groups. Under the condition of no nitrogen application in wheat season, nitrogen application in soybean stubble significantly increases the number of three types of soil microorganisms and nitrogen physiological groups, but the higher nitrogen application in soybean stubble significantly reduces ammoniating bacteria and aerobic autogenous nitrogen-fixing bacteria. Nitrogen treatment in wheat season combined with S1 in soybean stubble increases the three types of soil microorganisms, B/F and A/F values, ammonifying bacteria, nitrogen-fixing bacteria and nitrifying bacteria compared with combined with S2, among of which, N1S1 is the highest in soil actinomycetes, aerobic autogenous nitrogen-fixing bacteria, B/F and A/F values, while N2S1 is near the highest in soil bacteria, fungi and ammonifying bacteria. Excessive annual nitrogen application increases soil denitrifying bacteria, significantly reduces B/F and A/F values, and inhibits three soil microorganisms and other nitrogen physiological groups to varying degrees. Therefore, proper amount of nitrogen application for wheat and subsequent soybeans is an important measure to maintain the dominant soil flora, the optimal application of annual nitrogen fertilizer should fully consider the superimposed effects of nitrogen fertilizer of the preceding and subsequent crops. Under the conditions of this study, the combination of 104—173 kg/hm2(N1 to N2) nitrogen in wheat season and 69 kg/hm2(S1) nitrogen fertilizer in soybean season is beneficial to soil microbial survival, soil fertility and quality, and ecological environment of farmland.

Reseeding soybeans; Annual nitrogen application rate; Soil microbial flora

S154.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.02.010

房彥飛, 徐文修, 唐江華, 等. 復(fù)播大豆土壤微生物區(qū)系對(duì)麥–豆輪作體系周年施氮量的響應(yīng). 土壤, 2023, 55(2): 305–312.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31760371)資助。

(xjxwx@sina.com)

房彥飛(1993—)，女，河南開(kāi)封人，博士研究生，研究方向?yàn)楦髦贫扰c農(nóng)田生態(tài)。E-mail: 13009634490@163.com