王艳秋，高嵩涓，曹卫东，李景环，聂军，徐昌旭，白金顺，曾闹华，周国朋，3

(1.内蒙古师范大学生命科学与技术学院，内蒙古 呼和浩特010022；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，农业部植物营养与肥料重点实验室，北京100081；3.中国农业科学院研究生院，北京100081；4.湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125；5.江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所，江西 南昌330200；6.青海大学青海省农林科学院土壤肥料研究所，青海 西宁 810016)

多年冬种紫云英对两种典型双季稻田土壤肥力及硝化特征的影响

王艳秋1**，高嵩涓2,3**，曹卫东2,6*，李景环1*，聂军4，徐昌旭5，白金顺2，曾闹华2，周国朋2，3

(1.内蒙古师范大学生命科学与技术学院，内蒙古 呼和浩特010022；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，农业部植物营养与肥料重点实验室，北京100081；3.中国农业科学院研究生院，北京100081；4.湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125；5.江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所，江西 南昌330200；6.青海大学青海省农林科学院土壤肥料研究所，青海 西宁 810016)

以湖南紫潮泥和江西黄泥田两种典型稻田下的绿肥定位试验为依托，分析了晚稻收获后两种土壤的养分性状、硝化强度、硝化势及氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的amoA基因丰度，探讨多年冬种紫云英对两类稻田土壤肥力、硝化作用及氨氧化微生物的影响。两地试验处理一致，包括：1)不施肥不种紫云英(CK)；2)冬种紫云英不施化肥(GM)；3)不种紫云英单施化肥(CF)；4)冬种紫云英配施化肥(GM+CF)。结果表明,冬种紫云英可以改善两种典型稻田土壤pH，即提高江西酸性土壤pH、降低湖南碱性土壤pH；提高土壤全氮、有机质、无机氮和有效磷含量。两种典型水稻土的硝化能力不同，江西黄泥田的硝化强度及硝化势均明显低于湖南紫潮泥。在湖南紫潮泥中，各处理硝化强度在0.269～0.325 μg/(g·h)之间，处理间差异不显著；硝化势在培养第5周达到10.25%，紫云英配施化肥在一定程度上抑制了紫潮泥的硝化作用。江西黄泥田中，各处理硝化强度在0.010～0.021 μg/(g·h)之间，硝化势从培养第3周开始上升，在培养第5周达到5.41%；单独种植翻压紫云英相对于不施肥对照提高了土壤硝化强度及硝化势，与施用化肥处理效果相当，绿肥配施化肥对硝化作用的促进最强。AOA在紫潮泥和黄泥田中均占优势地位，紫潮泥中AOA-amoA基因丰度显著高于黄泥田，冬种紫云英对紫潮泥中AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度均无明显影响，而显著提高了黄泥田中AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度，与冬种紫云英对硝化强度和硝化势的影响一致。

紫云英；硝化强度；硝化势；氨氧化微生物；紫潮泥；黄泥田

氮循环是稻田生态系统中重要的地球化学循环，包括固氮作用、硝化作用、反硝化作用和氨化作用4个过程[1]。硝化过程分为两部分，首先由亚硝化细菌把铵态氮转化为亚硝态氮，其次是由硝化细菌把亚硝态氮氧化为硝态氮[2]。硝化作用能够消耗土壤和外源肥料中的铵态氮，减少氨挥发损失，其生成的硝态氮迁移性较强，容易发生淋洗损失[3]。同时，硝化作用是农田N2O排放的重要来源[4]。因此，研究土壤硝化作用具有农学和环境双重意义。硝化作用的研究热点是了解不同施肥处理土壤的硝化活性及硝化细菌群落结构[5]。在研究中，对硝化能力有不同的表示方法，较常用的有两种，即，硝化势和硝化强度[6]。土壤硝化势的测定为好气培养法，提供最适的温度、水分和充足的铵态氮，通过培养来估计硝化作用的潜力，在 3～5周的好气培养过程中，硝化作用逐渐增强，直到某种因素限制硝化作用的进行而趋于平缓[7]。土壤硝化强度的测定采用悬液法，因其耗时短，操作简单，而被国内外学者广为采用[8]。氨氧化作用是硝化作用中的第一步和限速步骤[9]，氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)是参与氨氧化作用的两种重要微生物[10]，氨单加氧酶基因amoA同时存在于AOA和AOB中，可作为AOA和AOB中的特异性分子标记[9]。在硝化作用的研究中，基于amoA基因的分子生物学方法是从微生物角度探讨硝化作用机制的重要方法，已被广泛应用。

我国南方稻区由于种植制度的特点，有大量冬闲田存在。冬闲田种植绿肥能够充分利用稻区冬闲耕地及水热资源，是常用的培肥措施。紫云英(Astragalussinicus)属于豆科黄芪属，固氮能力强，能为稻田提供氮素来源。稻田种植和利用紫云英是我国南方绿肥生产的典型模式，已有大量研究和广泛的生产实践[11]。在南方双季稻田中翻压紫云英可以替代部分化肥，增加水稻产量，减少生产成本，提高养分利用效率[12]，提高土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量[13]；种植翻压紫云英还能提高土壤磷酸酶活性，为土壤微生物创造良好的土壤条件，进而促进微生物生长[14]。

近年来，研究者多集中于秸秆或稻草还田对土壤硝化作用的影响，绿肥翻压还田与硝化作用及硝化微生物之间的关系却鲜有报道。湖南紫潮泥和江西黄泥田是南方双季稻区的两种典型水稻土，在上述地区开展了紫云英-双季稻定位试验，以监测绿肥在双季稻系统中的综合效应。本研究的目的，一是探讨绿肥的引入对稻田土壤硝化作用及硝化微生物的影响；二是两类土壤性质差异较大，探讨硝化作用对绿肥的响应在两类土壤上的异同。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

于2008年分别在湖南的紫潮泥和江西的黄泥田双季稻地区开展了冬种紫云英定位试验。湖南试验位于益阳市南县三仙湖乡万元桥村，东经112°28′、北纬29°13′，海拔30 m，年均气温16.6 ℃，年平均降水量1238 mm，全年日照时数1776 h，土壤类型为河流沉积物发育的紫潮泥。江西试验位于丰城市张巷镇范桥村，东经115°92′、北纬28°15′，海拔25 m，年均气温15.3～17.7 ℃ ，年平均降水量1552 mm，全年日照时数1936 h，土壤类型为河流冲积物发育而成的黄泥田。试验初始时，湖南试验土壤pH为7.70，有机质、全氮含量分别为48.4 g/kg、3.28 g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为261 mg/kg、15.6 mg/kg、98.0 mg/kg。江西试验土壤pH为5.16，有机质、全氮含量分别为25.0 g/kg、1.80 g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为155 mg/kg、6.0 mg/kg、109.0 mg/kg。

1.2 试验设计

两地试验均设4个处理：1)不施肥不种紫云英(冬闲对照，CK)；2)冬种紫云英不施化肥(GM)；3)不种紫云英单施化肥(CF)；4)冬种紫云英配施化肥(GM+CF)。每处理设3重复，随机区组排列，小区面积为20 m2，小区间做田埂并用塑料薄膜包裹。单施化肥和化肥配施紫云英处理中早稻、晚稻化肥施用量相同，分别为N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，氮、磷、钾化肥品种分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾，其中磷、钾肥均全部做基肥施入；氮肥，湖南按基肥和分蘖肥分次施用，江西按基肥、分蘖肥和穗肥分次施用。紫云英翻压前测定各小区鲜草产量，在早稻移栽前10～15 d按22500 kg/hm2用量就地翻压，并移走多余的紫云英。在水稻整个生育期内，各处理田间管理措施完全一致。

1.3 样品采集与测定

于2015年晚稻收获后采集土壤样品。取样时用不锈钢土钻在每个样点内采用五点取样法取0～20 cm耕层土壤，剔除石砾和植物残体等杂物，带回实验室，一部分4 ℃保存用于活性指标测定，其余风干过筛，测定土壤肥力指标。

土壤肥力指标的测定应用《中国农业化学分析方法》中的方法[7]。分别为：土壤全氮(TN)为凯氏定氮法、土壤有机质(SOM)为重铬酸钾容量法-外加热法、有效磷(AP)采用0.5 mol/L NaHCO3浸提、速效钾(AK)采用1 mol/L CH3COONH4浸提、铵态氮和硝态氮为2 mol/L KCl浸提、pH值采用水土比2.5∶1.0测定。

硝化强度采用悬浊液培养法测定：称5 g 鲜土，每样品4重复，置于50 mL 离心管中，加20 mL 1 mmol/L (NH4)2SO4溶液和0.1 mL 1.5 mol/L NaClO3溶液，摇匀加盖，将其中3份在30 ℃、150 r/min条件下培养5 h，另一份-20 ℃冷冻5 h作为对照。培养完成后加5 mL 2 mol/L KCl，摇匀过滤后测定NO2-浓度[6]。土壤硝化强度为单位时间内单位质量土壤生成的 NO2--N的量，即：μg NO2--N/(g·h)。

硝化势采用好气培养法测定：称取150 g干土于250 mL培养瓶中，其中一份加入200 mg N/kg的(NH4)2SO4溶液，另一份不添加外源氮作为对照。混匀后添加蒸馏水至田间持水量的60%，透气保水膜封口，30 ℃黑暗培养。分别在培养第3、7、14、21、28、35天非破坏性取样测定NH4+-N和NO3--N的含量[6]。硝化势为某培养日内土壤硝态氮占矿质氮量的百分含量，记为Nt。公式为：Nt=([NO3--N]t/[NH4+-N+NO3--N]t)×100%。

1.4amoA基因丰度测定

1.4.1 DNA提取与标准品、标准曲线的制备 用土壤专用试剂盒FastDNA Spin Kit for Soil(MP Bio, Santa Ana, CA, USA)提取土壤DNA，提取所得DNA用微量紫外分光光度计Nanodrop 2000(Thermo Fisher，Waltham，MA，USA)测定浓度。

使用普通PCR仪(Bio-RAD)摸索反应条件及制备标准品。反应体系为20 μL，包括2.5 mmol/L脱氧核苷酸(dNTP)1.6 μL，10×EX Taq缓冲液2.0 μL，2.5 mmol/L MgCl21.6 μL，5 μmol/L前后引物各1 μL，0.5 μL 模板DNA，0.2 μL 5u EX Taq和12.1 μL ddH2O。AOA-amoA基因采用引物对Arch-amoAF/Arch-amoAR，引物序列为ATG GTC TGG CTW AGA CG/GCC ATC CAT CTG TAT GTC CA[15]；AOB-amoA基因采用引物对amoA-1F/amoA-2R，引物序列为GGG GTT TCT ACT GGT GGT/CCC CTC KGS AAA GCC TTC TTC[16],反应条件均为：95 ℃预变性5 min，95 ℃变性5 s、56 ℃退火30 s、72 ℃延伸40 s，共40个循环。

PCR产物电泳检测后通过割胶回收试剂盒纯化目的条带，对纯化后的PCR产物进行TA克隆，TA克隆后提取质粒，并使用Nanodrop 2000(Thermo Fisher Scientific，Waltham，MA，USA)测定质粒浓度。10倍梯度稀释构建好的各质粒制备标准曲线，选取5个稀释点制备标准曲线。

1.4.2 荧光定量PCR测定 荧光定量PCR所用引物与普通PCR相同，在荧光定量PCR仪(ABI 7500)上完成反应，每样3反应，同时包含一个未加DNA模板的反应体系(阴性对照)。反应体系为25 μL，包括Power SybrGreen qPCR Master Mix (Applied Biosystems, California, USA)12.5 μL，10 μmol/L 前后引物各0.5 μL, 2 μL模板DNA和9.5 μL ddH2O。反应条件与同标准品制备所用条件相同。

1.5 数据处理

采用Excel 2007整理数据及作图和SAS 8.1软件做统计分析。

2 结果与分析

2.1 冬种绿肥对稻田土壤肥力特征的影响

表1表明，湖南紫潮泥各处理平均pH值为7.62，明显高于江西黄泥田(各处理平均值4.64)。可以看出，冬种紫云英对两种土壤pH的作用不同，种植翻压绿肥后黄泥田土壤pH提高，紫潮泥土壤pH则降低，但处理间差异不显著。湖南紫潮泥和江西黄泥田的土壤有机质含量均受施肥措施的影响较大，3个施肥处理土壤有机质都高于不施肥冬闲对照，且差异显著。两地的GM处理土壤有机质均显著高于CK，但绿肥配合施用化肥后，两地情况不同，紫潮泥的GM+CF处理低于CF处理，黄泥田则反之，但差异均未达显著水平。

全氮整体趋势与有机质类似，与对照比较，冬种紫云英显著提高了稻田土壤全氮含量，但与化肥处理无显著差异。两类土壤的无机氮特征差异较大，黄泥田铵态氮含量明显高于紫潮泥，约是紫潮泥的3.8倍，而黄泥田硝态氮含量明显低于紫潮泥。与CK比较，GM处理提高了两地水稻土的铵态氮含量，降低了硝态氮含量；GM处理铵态氮与CF及GM+CF处理均差异不显著。总体上看，与对照相比，单独种植翻压绿肥能提高铵供给、并减少向硝态氮的转化。

施肥处理的紫潮泥土壤有效磷含量明显低于黄泥田，黄泥田中土壤有效磷受绿肥及化肥处理影响较大。与CK比较，冬种紫云英均较大幅度地提高了两类稻田土壤有效磷含量，但在紫潮泥中差异不显著。两地CF和GM+CF处理有效磷含量均显著高于CK和GM。紫潮泥速效钾明显低于黄泥田，且两类土壤速效钾含量对冬种绿肥的响应有所不同：紫潮泥中GM处理土壤速效钾略低于CK，显著低于施用化肥处理；而在江西黄泥田中GM处理土壤速效钾含量最高，且显著高于对照。

表1 不同处理下稻田土壤理化性状Table 1 Soil properties under different treatments

不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。 Different letter means significant difference between treatments (P<0.05), the same below.

2.2 冬种紫云英对稻田土壤硝化作用的影响

2.2.1 硝化强度 湖南和江西两类稻田土壤的硝化强度有很大差异，江西水稻土的硝化能力明显低于湖南(图1)。湖南紫潮泥中不同处理土壤硝化强度在0.269～0.325μg/(g·h)之间，各处理间差异不显著，GM处理硝化强度稍高于CK和GM+CF，稍低于CF处理。在江西黄泥田中，各处理硝化强度在0.010～0.021 μg/(g·h)之间，GM处理相对CK提高了土壤硝化强度，同CF处理无差异，而绿肥配施化肥显著提高了土壤的硝化强度，是CK的2.2倍。

图1 两种典型水稻土的硝化强度Fig.1 Nitrification activity of these two typical paddy soils 不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。 Different letters mean significant difference between treatments (P<0.05), the same below.

2.2.2 硝化势 湖南紫潮泥的硝化势在培养期间均显著高于江西黄泥田，两地表现出不同的规律(图2)。湖南水稻土的硝化势在培养第3天即达到6.11%，在培养过程中逐渐上升，第35天各处理平均值为10.25%；培养过程中GM处理降低了湖南水稻土硝化势，绿肥配施化肥对硝化势的抑制作用最强。江西黄泥田中，在培养前3周硝化势一直低于2%，第4周开始上升，至培养结束的第5周上升到各处理平均值5.41%；整个培养期间，GM处理相对CK和CF均提高了土壤硝化势，绿肥配施化肥对硝化作用的促进最显著。

图2 两种典型水稻土的硝化势Fig.2 Nitrification potential of these two typical paddy soils

2.3 氨氧化细菌及氨氧化古菌的丰度

两类土壤中，AOA均占优势地位，各样品的AOA/AOB比值为1.56～54.77。湖南紫潮泥中AOA-amoA基因丰度在2.16×106～9.01×107拷贝/g干土之间，显著高于江西黄泥田中的1.54×105～1.31×106拷贝/g干土。两类土壤中的AOA-amoA基因丰度变化对冬种紫云英的响应不同，在紫潮泥中，GM处理AOA-amoA基因丰度相对于CK稍有降低，并显著低于CF处理；江西黄泥田中GM处理AOA-amoA基因丰度最高，且显著高于对照。AOB-amoA的基因丰度在两种土壤中受各处理的影响也明显不同，在紫潮泥中，GM处理AOB-amoA基因丰度相对于CK及CF均没有差异，而GM+CF处理则大幅降低了AOB-amoA的基因丰度，且与CF处理差异显著；江西黄泥田中CK处理的AOB-amoA的基因丰度最低，其他3个处理间无明显差异但均显著高于CK(图3)。

图3 两种典型水稻土中氨氧化细菌及氨氧化古菌amoA基因丰度Fig.3 The amoA gene abundance of ammonia-oxidizing archaea (AOA) and ammonia-oxidizing bacteria (AOB) of the two typical paddy soils表2 两种典型水稻土中氨氧化微生物与土壤性状之间的相关性Table 2 Correlation coefficients among the abundance of ammonia oxidizers and soil properties

土壤类型Soiltype氨氧化微生物AmmoniaoxidizerspH有机质Organicmatter全氮TotalNNH4+-NNO3--N有效磷AvailableP速效钾AvailableK紫潮泥PurplealluvialsoilAOA0.3950.3650.4160.1450.617*0.736**0.694*AOB-0.1910.0410.095-0.510-0.348-0.296-0.421黄泥田YellowclayeysoilAOA-0.6080.4790.5600.1200.4290.4500.530AOB-0.6430.661*0.813**0.1190.5280.584*0.314

*为显著相关(P<0.05)，**为极显著相关(P<0.01)。* significant correlation atP<0.05 level; ** significant correlation atP<0.01 level.

2.4 氨氧化微生物与土壤性状间关系

土壤理化性状和AOA及AOB的amoA基因丰度间的相关性分析表明，紫潮泥中AOA-amoA基因丰度与土壤NO3--N、有效磷和速效钾显著相关，而AOB-amoA与土壤性状间均无显著相关性。与紫潮泥不同，黄泥田中AOA-amoA与土壤性状间无显著相关性，AOB-amoA与土壤有机质、全氮和土壤有效磷显著相关。说明紫潮泥中土壤性状对AOA丰度的影响较大，而在黄泥田中土壤性状对AOB丰度的影响较大(表2)。

3 讨论和结论

本研究显示，冬种紫云英在一定程度上降低了碱性土壤pH，提高了酸性土壤pH，即种植翻压绿肥有助于改善土壤pH。冬种紫云英提高了酸性土壤的pH，避免长期施用化肥导致的土壤酸化，其原因可能是绿肥翻压投入了大量有机物质，有机物中碱性物质的输入抵消了被收获生物量中碱性物质的输出，从而避免土壤碱性物质的过度消耗[17]；有机物具有调节pH的生物缓冲性，在土壤中加入高量有机物质后，土壤对碱溶液的缓冲能力更强，更有利于调节土壤pH[18]，在我国南方双季稻田中，长期冬种绿肥能够对土壤微生物群落产生积极功能，通过改变功能微生物群落结构而降低土壤酸化能力[19]。在本研究的湖南碱性土壤中，多年种植翻压绿肥降低了土壤pH，说明紫云英作绿肥是一种调节土壤pH的有效措施。绿肥在生长过程中和翻压后向土壤输入了大量有机物质，在微生物的作用下腐解并释放营养元素，同时促进微生物生长和繁殖[20]。稻田土壤中冬种紫云英能够增加土壤有机质含量和活性，减少土壤碳素损失，改善稻田土壤生物学性状[21]，本研究中多年冬种绿肥提高了土壤有机质含量，并且在紫潮泥中的效果更佳，说明在双季稻种植体系中引入绿肥对保持土壤肥力有重要意义。种植翻压紫云英能够减少化肥施用量、促进水稻增产，同时提高土壤全氮、碱解氮、有效磷和速效钾等含量，提升土壤肥力[12,22]。绿肥施入土壤后会促进土壤有机氮的分解，从而提高土壤氮素有效性，增加植株可利用的无机氮含量[23]。紫云英作为一种豆科绿肥，能够利用根瘤菌固定大气氮，故种植翻压紫云英可提高土壤养分循环中的氮含量[24]。本研究中，多年冬种绿肥显著提高了土壤全氮含量，表明紫云英能有效增加稻田土壤氮素，也进一步说明了冬种紫云英有利于提高稻田土壤肥力，改良土壤状况，是一种高效的培肥模式。

土壤硝化作用是由微生物驱动的反应，因此土壤的硝化能力不仅可以反映土壤氨转化能力的强弱，同时也是反映土壤活性硝化菌群落的重要指标[25-26]。本研究采用了两种测定土壤硝化作用的方法分别表征硝化作用的强度和潜力，其中硝化强度因培养时间较短，不足以引起硝化细菌的大量繁殖，可以通过短期释放的亚硝态氮和硝态氮含量表征硝化作用的强弱[7]。硝化势测定通过3～5周的长期培养，使硝化菌在适宜的条件下大量繁殖，可以估算土壤发生硝化作用的潜力。由于在硝化势培养过程中，氮的矿化作用经常是第一步限制因子，因此硝化势培养实验能够同时提供更多关于矿化的信息[27]。在具体研究中，可以根据实际情况选择合适的方法测定硝化能力的强弱。本研究对比了两种不同的测定方法，发现在湖南紫潮泥中，硝化强度和硝化势的结果不完全一致，但均为冬种绿肥下硝化势和硝化强度都没有显著变化；江西黄泥田中，硝化强度和硝化势表现一致，均为GM+CF>GM>CF>CK。综合分析实验过程和结果差异，硝化强度是用鲜样即时测定，测定结果受取样时的田间状况影响较大，变异性较大，但是测试周期短，可以快速得出结果；硝化势测定通过长期培养，虽耗时较长，但所得结果更稳定，在没有条件对鲜样及时测定时较为适用。

施肥能够为土壤带入大量外源物质，进而促进微生物的生长，但是不同施肥措施对硝化作用及硝化微生物的影响如何尚没有统一结论，在不同的研究条件下有不一致的结果。有研究表明长期施用有机肥和化肥均能提高土壤硝化能力及硝化菌群丰度[28]，氮磷钾肥配施有机肥能够显著提高紫色水稻土的氨氧化潜势和硝化强度，而含氯氮磷钾肥配施有机肥显著降低土壤硝化能力[29]。王峰等[30]研究表明，施肥处理的土壤中产生了高浓度的氨，会对氨氧化微生物产生毒害作用，从而使硝化作用受到一定程度的抑制。在本研究中，湖南紫潮泥土壤硝化作用对冬种绿肥的响应不明显，冬种绿肥和施用化肥对土壤硝化能力均没有太大影响，绿肥配施化肥在一定程度上抑制了土壤硝化作用；在江西黄泥田中冬种紫云英能够促进土壤的硝化作用，配施化肥后促进作用更加显著。施用有机肥和化肥均能促进土壤硝化作用，但由于土壤AOA和AOB对有机肥和化肥有不同的响应，因此影响机制不同[31]，相对于无机氮肥，有机氮添加进入土壤后要先经过氨化作用转化为无机氮才能够被作物利用，因此在土壤中添加有机物料对硝化作用的影响较复杂[32]。绿肥氮作为有机氮源，其对硝化作用的影响机制，有待进一步探讨。

在不同的农田生态系统中，AOA和AOB对硝化作用的相对贡献一直存有争议，大量研究表明，受复杂的环境因子的影响，AOA和AOB的种群数量及群落结构有不同的变化[33-36]。Leininger等[10]综述了在很多类型的土壤中，AOA在数量上占主导地位，本研究的两种典型稻田中同样为AOA丰度高于AOB，与已有研究结果相一致。紫潮泥中冬种紫云英对AOA和AOB丰度没有显著影响，而在黄泥田中，冬种紫云英显著提高了AOA和AOB的丰度，与硝化强度和硝化势的规律相吻合，进一步验证了不同类型土壤中，冬种紫云英对硝化作用的影响不同。不同稻田土壤中，因其理化性状的差异，对参与硝化作用的微生物有不同的影响，表现为硝化能力的差异[3]。pH是影响硝化作用的一个重要因素[37-39]，pH增加能够通过促进氨氧化细菌的生长从而促进硝化作用[40]。不同区域中土壤氨氧化微生物的分布主要受pH的影响，并且在酸性土壤中AOA占主导地位[41]，酸性土壤条件下的硝化作用主要是自养硝化作用，由自养硝化细菌或者真菌参与完成[42]，在我国亚热带气候条件下的酸性土壤硝化作用对pH变化非常敏感，铵态氮物质的酸碱性足以改变土壤的硝化作用强度[43]。本研究所选取的两种典型水稻土性质差异较大，本研究年度(2015年)江西黄泥田各处理的平均pH为4.64，湖南紫潮泥各处理的平均pH为7.62，其硝化作用强度和对不同处理的响应有很大差别。在江西黄泥田中，冬种绿肥及施用化肥均可显著提高土壤的硝化强度，而在湖南紫潮泥中，绿肥与化肥配施在一定程度上抑制了硝化作用，说明了同样的施肥措施在不同类型水稻土中对硝化作用的影响有较大差异，但是不同土壤类型下硝化作用差异的原因及机制仍需要深入研究。

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Fertility and nitrification characteristics of two typical paddy soils after application of milk vetch (Astragalussinicus) for 8 years

WANG Yan-Qiu1**, GAO Song-Juan2,3**, CAO Wei-Dong2,6*, LI Jing-Huan1*, NIE Jun4, XU Chang-Xu5, BAI Jin-Shun2, ZENG Nao-Hua2, ZHOU Guo-Peng2，3

1.CollegeofLifeScienceandTechnology,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot010022,China; 2.KeyLaboratoryofPlantNutritionandFertilizer,MinistryofAgriculture,InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China; 3.TheGraduateSchool,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China; 4.SoilandFertilizerInstituteofHunanProvince,Changsha410125,China; 5.InstituteofSoil&FertilizerandResource&Environment,JiangxiAcademyofAgriculturalSciences,Nanchang330200,China; 6.SoilandFertilizerInstitute,QinghaiAcademyofAgricultureandForestrySciences,QinghaiUniversity,Xining810016,China

Two green manure experiments in Hunan and Jiangxi provinces were conducted in this study. The soil types at the two experimental sites were purple alluvial soil in Hunan and yellow clayey soil in Jiangxi. Soil properties, nitrification activity, potential nitrification rate, and the abundance of AOA (ammonia-oxidizing archaea) and AOB (ammonia-oxidizing bacteria)amoAgene transcripts were determined to evaluate the effects of application of milk vetch for 8 years on soil fertility, nitrification characteristics, and ammonia oxidizers. The two experiments had the same treatments: 1) no fertilizer and milk vetch (CK); 2) milk vetch but no chemical fertilizer (GM); 3) chemical fertilizer but no milk vetch (CF); 4) chemical fertilizer and milk vetch (GM+CF). The results showed that the application of milk vetch improved the pH of both the paddy soils; i.e., the pH of acidic soil in Jiangxi was increased and that of alkaline soil in Hunan was decreased. Application of milk vetch increased the soil organic matter, total nitrogen, ammonium nitrogen, and available phosphorus. The two paddy soils had different nitrification abilities, both the nitrification activity and potential nitrification rate were much higher in purple alluvial soil than in yellow clayey soil. In purple alluvial soil in Hunan, the nitrification activity ranged from 0.269 to 0.325 μg/(g·h) in all the treatments, and there was no significant difference among the treatments. The potential nitrification rate in purple alluvial soil reached 10.25% at the fifth week of incubation, and the GM+CF treatment inhibited nitrification ability to some extent. In yellow clayey soil in Jiangxi, the nitrification activity ranged from 0.010 to 0.021 μg/(g·h) in all the treatments. The potential nitrification rate in yellow clayey soil increased after the third week of incubation and reached 5.41% by the fifth week. Compared with the control, winter green manuring improved the soil nitrification activity and potential nitrification rate, and had almost the same effects as the CF treatment. The GM+CF treatment had the strongest effect to promote the nitrification ability of yellow clayey soil. Transcripts of AOA were predominant in both purple alluvial soil and yellow clayey soil, and the abundance of AOA-amoAtranscripts was significantly higher in purple alluvial soil than in yellow clayey soil. The application of milk vetch did not significantly affect the abundance of AOA-amoAand AOB-amoAtranscripts in purple alluvial soil, but increased their abundance in yellow clayey soil, similar to the effects of milk vetch to promote nitrification activity and the potential nitrification rate.

milk vetch; nitrification activity; potential nitrification rate; ammonia oxidizers; purple alluvial soil; yellow clayey soil

10.11686/cyxb2016281

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-07-14；改回日期：2016-09-20

公益性行业(农业)科研专项“绿肥作物生产与利用技术集成研究及示范”(201103005)，中国农业科学院科技创新工程，Newton Fund(Grant Ref: BB/N013484/1)资助。

王艳秋(1992-)，女，内蒙古通辽人，硕士。E-mail:18647374412 @163.com；高嵩涓(1988-)，女，河南郑州人，博士。E-mail: gaosongjuan@caas.cn。

王艳秋, 高嵩涓, 曹卫东, 李景环, 聂军, 徐昌旭, 白金顺, 曾闹华, 周国朋. 多年冬种紫云英对两种典型双季稻田土壤肥力及硝化特征的影响. 草业学报, 2017, 26(2): 180-189.

WANG Yan-Qiu, GAO Song-Juan, CAO Wei-Dong, LI Jing-Huan, NIE Jun, XU Chang-Xu, BAI Jin-Shun, ZENG Nao-Hua, ZHOU Guo-Peng. Fertility and nitrification characteristics of two typical paddy soils after application of milk vetch (Astragalussinicus) for 8 years. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(2): 180-189.

**共同第一作者These authors contributed equally to this work.

*通信作者Corresponding author. E-mail: caoweidong@caas.cn；lijinghuan0816@126.com