復播大豆土壤微生物區系對麥–豆輪作體系周年施氮量的響應①

房彥飛，徐文修，唐江華，符小文，張永杰，杜孝敬，張 娜，安崇霄

復播大豆土壤微生物區系對麥–豆輪作體系周年施氮量的響應①

房彥飛，徐文修*，唐江華，符小文，張永杰，杜孝敬，張 娜，安崇霄

(新疆農業大學農學院，烏魯木齊 830052)

為了揭示周年施氮對復播大豆土壤微生物區系的后效及疊加效應，于2017—2019年采用裂區試驗設計，在麥–豆周年輪作體系下，設置不同施氮組合(麥季施氮0、104、173、242 kg/hm2，分別標記為N0、N1、N2、N3；復播大豆施氮0、69、138 kg/hm2，分別標記為S0、S1、S2)，探究豆茬土壤細菌、真菌和放線菌數量，土壤菌群結構和氮素生理群數量的變化規律。結果表明：前茬麥季施氮對復播大豆土壤微生物數量具有顯著的后效；復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菌、真菌、放線菌和氮素生理群數量。在冬小麥不施氮條件下，當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量，但豆茬施氮量較高反而顯著降低氨化細菌和好氣性自生固氮菌數量。麥季各施氮處理與豆茬S1處理組合下土壤3大類微生物數量，細菌與真菌比值(B/F)及放線菌與真菌比值(A/F)，氨化細菌、固氮菌和硝化細菌數量基本均高于與S2處理組合，其中N1S1施氮組合下豆茬土壤放線菌數量、好氣性自生固氮菌數量、B/F和A/F值達到最高，N2S1施氮組合下土壤細菌、真菌和氨化細菌數量基本達到頂峰，當季施氮或周年施氮量過高則增加了土壤反硝化細菌數量，顯著降低B/F、A/F值，對土壤3大類群微生物及其他氮素生理群數量均產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勢菌群的重要措施，周年氮肥的優化施用要充分考慮前、后茬氮肥的疊加效應。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境，良化土壤質量，對提高土壤肥力及維持農田生態環境具有重要的意義。

復播大豆；周年施氮量；土壤微生物區系

土壤微生物是土壤生態系統中養分源和匯的一個巨大原動力，在植物凋落物降解、養分循環與改善土壤理化性質中起著重要的作用，是最有潛力和最敏感的生態學指標之一[1–2]。土壤微生物活性、數量及種群結構易受耕作措施[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作物生長發育，為土壤微生物提供良好的營養條件和棲息環境，保證其生長繁殖；另一方面土壤微生物在生長繁殖過程中也會向土壤釋放養分，達到培肥地力的效果[6]。目前，大量的研究表明，增施氮肥會提供更為豐富的土壤養分，有利于增加土壤微生物數量和提高細菌優勢菌群多樣性[7]，且不同的氮肥用量會促使土壤微生物數量及菌群結構發生變化[8]。此外，土壤微生物參與生態系統碳氮循環且關系密切，特別是功能微生物，如與氮循環有關的固氮、氮礦化、硝化和反硝化等氮素生理群微生物[9]，對土壤氮循環及物質的轉化起重要作用。因此，研究施氮量對土壤微生物區系變化特征的影響，對于了解農田土壤氮素循環，改善土壤質量等具有重要的意義。

新疆北疆地區因增溫顯著而逐漸實現“一年兩熟”后，小麥–大豆逐漸成為伊犁河谷地區主要的輪作模式[10–11]。但由于缺乏相對應的周年合理施肥制度，導致當地“一炮轟”或周年施氮過多等現象普遍存在。前人關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[12–13]。據本課題組在前期的研究中發現，前茬麥季施氮對后茬大豆具有顯著的后效作用[14]，但目前多數研究大都集中在作物產量形成[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前、后茬氮肥疊加效應對具有固氮特性的后茬大豆土壤微生物區系影響的研究至今鮮有報道。因此，本試驗以北疆伊犁河谷地區冬小麥–夏大豆為研究對象，探究周年不同施氮組合對復播大豆農田土壤3大類群微生物、菌群結構和氮素生理群數量的影響，以揭示周年不同施氮組合氮肥的疊加效應對后茬大豆土壤微生物區系變化的影響，從土壤微生物環境的角度，探求有利于良化土壤環境的周年氮肥運籌組合，為該體系制定科學的施肥技術提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2017年10月—2019年10月年連續2年在伊犁哈薩克自治州伊寧縣農業科技示范園(44°N，81°E)內進行。該園區位于伊寧縣薩地克于孜鄉東部，海拔720 m，年日照時數可達2 800 ～ 3 000 h，年均氣溫9.3 ℃，全年無霜期164 d，年均降水量約340 mm，氣候較濕潤。試驗區土壤0 ～ 20 cm耕層基礎理化性質如表1所示，2年試驗中復播大豆生育期內的降水量和日均溫度如表2和圖1所示。

1.2 試驗設計

試驗為雙因素裂區試驗設計，設冬小麥施氮量為主因子，復播大豆施氮量為副因子。冬小麥共設4個施氮水平，分別為0 (N0)、104 (N1)、173 (N2)、242 kg/hm2(N3)，各處理重復3次，小區面積為76.5 m2(17 m × 4.5 m)，共12個小區。在冬小麥收獲后，原位于冬小麥的各小區定點劃分出同等面積的3個小區作為復播大豆當季施氮量的3個施氮水平小區，分別為0 (S0)、69 (S1)、138 kg/hm2(S2)，小區面積為22.5 m2(5 m × 4.5 m)，共36個小區。周年施氮量均以純氮計，供試氮肥為尿素(含N 460 g/kg)。

表1 0 ～ 20 cm耕層土壤基礎理化性質

表2 試驗年度復播大豆生育期間降水量(mm)

圖1 2018年和2019年復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)結合整地一次性施入，剩余的氮肥于拔節期、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52.5萬株/hm2，氮肥于復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地主栽品種新冬41號和黑河45號。兩季作物灌溉方式均為滴灌，其他田間栽培措施同當地常規。

1.3 土壤樣品的采集

于復播大豆收獲后，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2 mm篩后將混勻的土樣裝入無菌紙袋，立即帶回實驗室進行土壤微生物數量的測定，未及時測定的土樣放入4℃冰箱保存并在一個月內測定完畢。

1.4 土壤微生物數量的測定

細菌、真菌、放線菌測定采用稀釋平板法。將盛有10 g新鮮土壤和90 mL無菌水的三角瓶放在振蕩機上振蕩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，細菌選擇牛肉膏蛋白胨培養基，真菌選擇馬丁氏培養基，放線菌選擇改良高氏Ⅰ號培養基。微生物數量結果計算以cfu/g干土表示[19]。

氮素生理群采用MPN稀釋法計數，又稱最大或然數法。選擇4個相連的稀釋度，將不同的土壤懸液分別接種至不同培養基的試管中。氨化細菌采用蛋白胨氨化培養基，好氣性自生固氮菌采用阿須貝氏培養基，硝化細菌采用改良的斯蒂芬森培養基，反硝化細菌采用反硝化細菌培養基。土壤中硝化細菌數量的測定一般情況下只測定亞硝酸細菌的數量即能說明硝化細菌數量的多少。按照《最大或然數法測數統計表》得出數量指標和菌的近似值進行計算[19]。

1.5 數據處理

試驗數據的處理及作圖采用Excel 2010和GraphPad Prism 8.0軟件進行，用SPSS 19.0統計軟件進行方差分析，不同處理之間多重比較采用Duncan新復極差法(<0.05)。

2 結果與分析

2.1 周年不同施氮組合對復播大豆土壤3大類微生物數量的影響

麥季施氮不僅影響當季冬小麥土壤微生物數量的變化，其后效作用以及復播大豆施氮的疊加效應同樣對豆茬土壤微生物數量產生明顯的影響。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，大豆收獲后土壤細菌和真菌數量也越高，N3S0處理較N0S0處理土壤細菌和真菌數量兩年平均分別顯著提高了103.35% 和84.29%；而土壤放線菌數量則在N2S0處理達到最高，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菌、放線菌和真菌數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)

進一步分析麥季不同施氮水平下復播大豆施氮量對土壤3大類微生物數量的疊加效應(圖2)。在麥季各施氮水平下，兩年的數據均表明，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菌、放線菌和真菌數量；由于年際間的差異，2019年土壤細菌和放線菌數量均高于2018年，而土壤真菌數量低于2018年，這可能是因為兩年的氣溫、降水量等氣候條件不同導致兩年的土壤微生物數量差異較大所致。其中，土壤細菌數量較各對應的與S2施氮組合平均值依次高出45.34%、41.46% 和15.12%，土壤放線菌數量較各對應的與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應的S1施氮組合基本均與各對應的S2施氮組合達到顯著差異；而土壤真菌數量較各對應的與S2施氮組合平均值依次高出0.99%、3.57% 和4.75%，但未產生顯著差異(>0.05)。另外，N2S1處理的土壤細菌和真菌數量在所有處理中兩年平均值達到最高，土壤放線菌數量則在N1S1處理達到頂峰，最有利于豆茬土壤微生物數量的增加，增強微生物代謝活性，并進一步促進土壤中腐殖質的形成和有機質的礦化；但麥季施氮處理在N2的基礎上豆茬繼續高量施氮(≥S2)則抑制土壤細菌和放線菌數量的增加，而且兩季施氮量越大抑制越強烈，但對土壤真菌數量無明顯影響。

2.2 周年不同施氮組合對復播大豆土壤菌群結構的影響

通過計算復播大豆土壤細菌與真菌(B/F)、放線菌與真菌(A/F)的比值發現(表3)，周年不同施氮組合在影響土壤3大類微生物數量的同時對土壤菌群結構也產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，均在N0S2處理達到最大，而A/F值呈先降后增的變化趨勢，均在N0S0處理達到最大。在前茬麥季低氮(N1)和中氮(N2)條件下，B/F、A/F值基本表現出先增后降一致的變化規律，至各對應的S1處理達到最大，且基本均與各對應的S2處理達到顯著差異。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出不斷下降的一致趨勢，在N3S0處理達到最高，基本與N3S2處理產生顯著差異。由此可知，前茬麥季施氮會影響后茬大豆菌群結構，N1S1周年施氮量組合有利于改善夏大豆土壤菌群結構，增加土壤中有益微生物數量，提高土壤肥力，但麥–豆兩季施氮量均高的周年組合會導致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夏大豆土壤菌群結構的影響

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復播大豆土壤氮素生理群數量的影響

土壤微生物中的各類生理類群參與土壤中物質的分解、吸收和轉化過程，因此其數量和活性直接關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處理兩年均達到最高外，復播大豆土壤氨化細菌、硝化細菌和反硝化細菌數量均隨麥季施氮量的增加呈不斷上升的變化趨勢，至麥季N3處理達到最高，N3S0處理土壤氨化細菌、硝化細菌和反硝化細菌數量兩年平均值分別較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，大豆季土壤氨化細菌和好氣性自生固氮菌數量隨當季施氮量的增加均呈先增后降的一致變化趨勢，至大豆季S1處理達到最大，土壤氨化細菌數量兩年平均值分別較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量兩年平均值分別較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到顯著差異；而土壤硝化細菌和反硝化細菌數量則隨豆季施氮量的增加呈不斷上升的趨勢，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%。

進一步分析麥季不同施氮水平下大豆施氮量對土壤氮素生理群數量的疊加效應(圖3)，可見，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菌和好氣性自生固氮菌數量，較各對應的與大豆S2施氮各組合土壤氨化細菌數量平均值依次高出12.46%、16.38% 和34.30%，土壤好氣性自生固氮菌數量平均值依次高出40.27%、19.64% 和31.80%，其中土壤氨化細菌數量在N2S1處理、土壤好氣性自生固氮菌數量在N1S1處理的周年施氮組合兩年平均值達到最高峰，能保證較高的土壤氨化細菌和好氣性自生固氮菌數量，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，表明其對氮素的疊加作用更為敏感。由周年氮素疊加效應對土壤硝化、反硝化細菌數量的影響可知，在麥季N1、N2施氮條件下，土壤硝化細菌和反硝化細菌數量基本均表現為一致的N1S2>N1S1，N2S2

圖3 周年不同施氮組合對夏大豆土壤氮素生理群數量的影響

3 討論

土壤微生物參與調控土壤中養分循環及物質轉化，其數量與土壤肥力之間有著很強的聯系，是土壤肥力水平的活指標[20–21]。大量研究表明，在一定范圍內合理施用氮肥能增加土壤細菌、放線菌和真菌數量，有利于保持土壤中旺盛的微生物活動，使得土壤生物活性不斷增強，進而有利于土壤保持健康的狀態[22–23]。此外，也有研究發現，長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，導致B/F值較低[24–25]，本研究結果與之一致。本試驗條件下，周年合理施氮能促進小麥–復播大豆周年土壤3大類群微生物數量、B/F和A/F值的增加，但周年施氮過高會抑制土壤細菌和放線菌數量，降低B/F和A/F值，對真菌數量無明顯影響，尤其麥季高氮處理基礎上大豆季再增施氮肥會強烈抑制土壤放線菌數量，這可能與前、后茬施氮過高導致碳源不足，土壤微生物數量下降有關[26]；而多數土壤真菌比細菌有更強的吸收氮素的能力[27]，因此相較于土壤細菌和放線菌，周年高量氮肥對土壤真菌數量的影響不大，進而造成B/F和A/F值降低，土壤菌群結構比例失衡，降低土壤質量。但也有研究認為，只有高量施氮才能明顯增加土壤微生物數量[28]，且施肥未改變土壤微生物真菌與細菌比值[29]。造成研究結果不同的原因可能是供試地域環境、土壤類型、施肥水平不同導致土壤微生物數量產生差異，最終影響B/F和A/F值的大小。

土壤氮素營養是影響土壤微生物氮素生理群生長最主要的因子之一，添加氮素能夠促進土壤微生物氮素生理群數量的增加[30]。研究發現，大量施用氮肥會強烈抑制自生固氮菌的生長[31–32]，長期單施氮肥能顯著增加土壤氨化細菌、硝化細菌等生理群數量[33–34]，但高濃度氮肥會降低土壤氨化細菌數量[35]，促進硝化細菌數量的增加，進而可能會加速硝化作用，增加氮素淋失的風險[36]。本研究結果與上述研究結果高度相似。本試驗條件下，麥季施氮基本均能增加后茬大豆土壤氮素生理群數量，且在麥季施氮基礎上大豆當季施氮仍能顯著增加土壤氮素生理群數量，但豆茬施氮量的多少對硝化和反硝化細菌數量無明顯影響，而前、后茬氮肥總量高的條件下加強了其疊加效應，使土壤中的氮濃度過高，降低了土壤氨化細菌、自生固氮菌和硝化細菌數量，對土壤反硝化細菌數量起到輕微的促進作用。這主要是因為前茬麥季殘留的氮素和后茬大豆當季適量氮肥的施入即可為土壤微生物的生長提供充足的營養源，增加土壤氮素生理群數量，加速與其相關的氨化作用、固氮作用、硝化–反硝化作用的進程，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[37]，使土壤微生物的生活環境變得惡劣，從而抑制好氧微生物的活性，使得土壤氨化細菌、固氮菌和硝化細菌數量降低；但土壤硝化細菌數量并未顯著下降，對硝化作用的影響不大，可能仍會積累大量的硝酸鹽，且在一定的條件下，如土壤濕度大、通氣不良等環境可增加厭氧型微生物的數量，并有可溶性有機物存在時，可以被一些嫌氣性的反硝化細菌還原為亞硝酸、氨，甚至還原成氮氣，成為氮肥損失的重要途徑之一[38]。但也有研究認為，高氮處理顯著降低土壤硝化細菌和反硝化細菌數量，增加了土壤固氮菌數量[39]，這可能與土壤基礎理化性質不同和設置的施氮梯度較低有關。

4 結論

在冬小麥不施氮條件下，復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量。在復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量，N3處理有利于提高土壤細菌、真菌、氨化細菌、硝化細菌和反硝化細菌數量。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大類微生物數量，B/F及A/F值，氨化細菌、固氮菌和硝化細菌數量基本均高于與S2處理組合，其中，N1S1處理土壤放線菌數量、好氣性自生固氮菌數量、B/F和A/F值達到最高，N2S1處理土壤細菌、真菌和氨化細菌數量基本達到頂峰；當季施氮或周年施氮量過高則增加了土壤反硝化細菌數量，顯著降低B/F、A/F值，對土壤細菌、放線菌、真菌3大類群微生物數量及其他氮素生理群數量均產生不同程度的抑制作用。綜上，伊犁河谷麥–豆兩熟地區麥季施氮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境，良化土壤質量。

[1] 孫波, 趙其國, 張桃林, 等. 土壤質量與持續環境——Ⅲ.土壤質量評價的生物學指標[J]. 土壤, 1997, 29(5): 225–234.

[2] 孫瑞蓮, 朱魯生, 趙秉強, 等. 長期施肥對土壤微生物的影響及其在養分調控中的作用[J]. 應用生態學報, 2004, 15(10): 1907–1910.

[3] 黃召存, 陳嬌, 熊瑛, 等. 保護性耕作對蠶豆根際土壤微生物數量和酶活性的影響[J]. 干旱地區農業研究, 2018, 36(3): 79–85.

[4] 嚴君, 韓曉增, 陳旭, 等. 施肥對小麥、玉米和大豆連作土壤微生物群落功能多樣性的影響[J]. 干旱地區農業研究, 2019, 37(6): 171–177.

[5] 張笑宇, 段宏群, 王悶靈, 等. 輪作與連作對煙田土壤微生物區系及多樣性的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2018(6): 84–90.

[6] 馬琳. 土壤微生物數量變化特征研究進展[J]. 南方農業, 2018, 12(31): 106–108.

[7] 張珺穜, 王婧, 張莉, 等. 鹽堿地不同施氮量對土壤微生物區系與食葵產量的影響[J]. 干旱地區農業研究, 2017, 35(4): 22–27, 73.

[8] 聶江文, 王幼娟, 吳邦魁, 等. 施氮對冬種紫云英不還田條件下稻田土壤微生物數量與結構的影響[J]. 生態學雜志, 2018, 37(12): 3617–3624.

[9] 單文俊, 王慶貴, 閆國永, 等. 基于土壤微生物的碳氮互作效應綜述[J]. 中國農學通報, 2016, 32(23): 65–71.

[10] 王榮曉, 徐文修, 只娟. 阿勒泰地區近50a≥0℃積溫時空變化趨勢分析[J]. 新疆農業科學, 2014, 51(7): 1246–1252.

[11] 牛海生, 徐文修, 徐嬌媚, 等. 氣候突變后伊犁河谷兩熟制作物種植區的變化及風險分析[J]. 中國農業氣象, 2014, 35(5): 516–521.

[12] 李志宏, 王興仁, 曹一平. 冬小麥–夏玉米輪作條件下氮肥后效的定量研究[J]. 北京農業大學學報, 1995(S2): 29–32.

[13] 張震, 鐘雯雯, 王興亞, 等. 前茬冬小麥栽培措施對后茬夏玉米光合特性及產量的影響[J]. 華北農學報, 2017, 32(4): 155–161.

[14] 房彥飛, 符小文, 徐文修, 等. 冬小麥施氮水平對后茬大豆光合特性及產量的影響[J]. 新疆農業科學, 2019, 56(6): 1003–1011.

[15] 呂廣德, 王瑞霞, 牟秋煥, 等. 玉米小麥周年氮肥運籌對砂漿黑土區小麥干物質及氮素積累分配和產量的影響[J]. 麥類作物學報, 2020, 40(8): 972–980.

[16] 呂廣德, 孫憲印, 孫盈盈, 等. 玉米–小麥周年氮肥運籌對小麥‘泰山28’產量構成和旗葉光合特性的影響[J]. 中國農業大學學報, 2021, 26(4): 28–37.

[17] 董嫻嫻, 劉新宇, 任翠蓮, 等. 潮褐土冬小麥–夏玉米輪作體系氮肥后效及去向研究[J]. 中國農業科學, 2012, 45(11): 2209–2216.

[18] 李嵐濤, 任麗, 尹煥麗, 等. 施氮模式對玉–麥周年輪作系統產量和氮吸收利用的影響[J]. 中國生態農業學報(中英文), 2019, 27(11): 1682–1694.

[19] 李振高, 駱永明, 滕應. 土壤與環境微生物研究法[M]. 北京: 科學出版社, 2008.

[20] He Z L, Wu J, O’Donnell A G, et al. Seasonal responses in microbial biomass carbon, phosphorus and sulphur in soils under pasture[J]. Biology and Fertility of Soils, 1997, 24(4): 421–428.

[21] Watanabe I, Inubushl K. Dynamics of available nitrogen in paddy soils[J]. Soil Science and Plant Nutrition, 1986, 32(1): 37–50.

[22] 肖新, 李英峰, 韓貽濤, 等. 尿素施用量對道地藥材滁菊土壤微生物活性的影響[J]. 水土保持學報, 2011, 25(5): 99–102.

[23] 陳松鶴, 徐開未, 樊高瓊, 等. 長期施氮對飼草玉米產量、土壤養分和微生物數量的影響[J]. 四川農業大學學報, 2019, 37(3): 314–320.

[24] Strickland M S, Rousk J. Considering fungal: Bacterial dominance in soils–Methods, controls, and ecosystem implications[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2010, 42(9): 1385–1395.

[25] 周晶. 長期施氮對東北黑土微生物及主要氮循環菌群的影響[D]. 北京: 中國農業大學, 2017.

[26] 何文天, 任家兵, 湯利, 等. 不同施氮水平下小麥蠶豆間作對蠶豆根際微生物區系的影響[C]//面向未來的土壤科學(中冊)——中國土壤學會第十二次全國會員代表大會暨第九屆海峽兩岸土壤肥料學術交流研討會論文集. 成都, 2012: 233–239.

[27] Wu T H. Can ectomycorrhizal fungi circumvent the nitrogen mineralization for plant nutrition in temperate forest ecosystems?[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2011, 43(6): 1109–1117.

[28] 張彥東, 孫志虎, 沈有信. 施肥對金沙江干熱河谷退化草地土壤微生物的影響[J]. 水土保持學報, 2005, 19(2): 88–91.

[29] 肖瓊, 王齊齊, 鄔磊, 等. 施肥對中國農田土壤微生物群落結構與酶活性影響的整合分析[J]. 植物營養與肥料學報, 2018, 24(6): 1598–1609.

[30] 張慧敏, 李希來, 楊帆. 增溫和氮添加對高寒草甸土壤微生物氮素生理群的影響[J]. 草地學報, 2020, 28(3): 606–612.

[31] Odell R T, Melsted S W, Walker W M. Changes in organic carbon and nitrogen of morrow plot soils under different treatments, 1904–1973[J]. Soil Science, 1984, 137(3): 160–171.

[32] Riley H. Long-term fertilizer trials on loam soil at M?ystad, south-eastern Norway: Crop yields, nutrient balances and soil chemical analyses from 1983 to 2003[J]. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B — Soil & Plant Science, 2007, 57(2): 140–154.

[33] 李秀英, 趙秉強, 李絮花, 等. 不同施肥制度對土壤微生物的影響及其與土壤肥力的關系[J]. 中國農業科學, 2005, 38(8): 1591–1599.

[34] Gu Y F, Zhang X P, Tu S H, et al. Soil microbial biomass, crop yields, and bacterial community structure as affected by long-term fertilizer treatments under wheat-rice cropping[J]. European Journal of Soil Biology, 2009, 45(3): 239–246.

[35] 張淑紅, 高巍, 張恩平, 等. 長期定位施氮對連作番茄土壤可培養微生物數量的影響[J]. 土壤通報, 2012, 43(1): 60–65.

[36] 趙奎軍, 馬鳳鳴, 姜福臣, 等. 不同施氮水平對甜菜地和休閑地土壤微生物數量的影響[J]. 中國甜菜, 1995, 17(3): 20–25.

[37] 葛曉光, 張恩平, 高慧, 等. 長期施肥條件下菜田-蔬菜生態系統變化的研究——(Ⅱ)土壤理化性質的變化[J]. 園藝學報, 2004, 31(2): 178–182.

[38] 丁夢嬌, 黃鶯, 易維潔, 等. 施用有機肥對植煙土壤氮素轉化與功能微生物的影響[J]. 西南農業學報, 2016, 29(5): 1166–1171.

[39] 李春越, 薛英龍, 王益, 等. 長期施肥對黃土旱塬農田土壤氮素生理菌群和解磷菌的影響[J]. 生態學雜志, 2020, 39(11): 3658–3667.

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. 復播大豆土壤微生物區系對麥–豆輪作體系周年施氮量的響應. 土壤, 2023, 55(2): 305–312.

國家自然科學基金項目(31760371)資助。

(xjxwx@sina.com)

房彥飛(1993—)，女，河南開封人，博士研究生，研究方向為耕作制度與農田生態。E-mail: 13009634490@163.com