有机肥替代与番茄生育期驱动土壤固氮菌群动态变化及其生态调控机制

针对设施蔬菜过度依赖化肥导致的土壤退化问题，中国研究人员通过田间试验解析了有机肥替代化学氮肥（20%-60%）与增量施用（45-135 t ha?1 ）对番茄不同生育期（苗期/花期/果期/成熟期）土壤固氮菌群（diazotrophs）的影响。研究发现有机肥替代显著提升Bradyrhizobium等关键菌属丰度并增强微生物互作网络，而增量施用降低α多样性但富集Methylocaldum等菌属。该研究为优化有机肥施用策略以调控生物固氮（BNF）功能提供了理论依据。

　　

在设施农业快速发展的背景下，中国番茄年产量已突破7000万吨，但长期过量施用化学肥料导致的土壤酸化、微生物多样性下降等问题日益凸显。作为缓解这一困境的有效手段，有机肥替代化学氮肥的策略备受关注，但其对土壤关键功能微生物——固氮菌群（diazotrophs，能将大气氮转化为植物可利用铵态氮的微生物）的动态调控机制尚不明确。特别是在番茄这种阶段性营养需求差异显著的作物体系中，有机肥施用与作物生育期如何协同影响固氮菌群，成为亟待解决的科学问题。

福建农林大学等单位的研究人员通过系统的田间试验，首次揭示了有机肥替代比例（20%-60%）与增量施用（45-135 t ha^?1
）对番茄四个关键生育期（苗期、花期、果期、成熟期）土壤固氮菌群的影响规律。研究发现有机肥处理对菌群的影响显著强于生育期效应：替代处理提升Bradyrhizobium等菌属丰度并增强微生物网络复杂性，而增量施用则降低α多样性但富集Methylocaldum等耐有机负荷菌属。这些发现为精准调控农田生物固氮（BNF）功能提供了新见解，相关成果发表在《European Journal of Soil Biology》。

研究采用黑土区温室定位试验，设置不同有机肥替代化学氮肥比例（CF：纯化肥；OF20/40/60：替代20%/40%/60%）和增量施用梯度（OF+45/90/135），在番茄四个生育期采集根际土壤。通过高通量测序分析nifH基因（编码固氮酶关键组分）、共现网络构建及土壤理化性质测定等关键技术，系统解析了菌群动态变化驱动因素。

【土壤性质动态变化】
有机肥处理显著改变土壤速效养分动态，其中替代处理提升花期NO₃
^-
-N含量而增量施用增加成熟期NH₄
⁺
-N。pH值在替代处理中升高0.3-0.5单位，而增量施用导致EC（电导率）上升35%-68%，暗示盐分累积风险。

【菌群α/β多样性】
有机肥替代使Simpson指数提升12%-18%，而增量施用（OF+135）降低Chao1指数达21%。PCoA分析显示替代处理与化学肥处理菌群结构差异显著（R²
=0.32，P<0.01），且生育期效应在果期最显著。

【关键菌属响应】
替代处理富集Bradyrhizobium（慢生根瘤菌，共生固氮代表）和Skermanella（变形菌门固氮菌），增幅达2.1-3.8倍；增量施用特异性富集Methylocaldum（甲烷氧化菌）和Hyphomicrobium（生丝微菌），可能与有机质分解相关。

【共现网络特征】
替代处理网络节点数增加22%-35%，关键枢纽菌（如花期Azospirillum）与土壤AP（有效磷）显著相关；增量施用网络连通性降低，反映高有机负荷可能抑制微生物互作。

【生育期特异性】
花期以Azospirillum（固氮螺菌）和Skermanella为关键菌属，果期则转为Sinorhizobium（中华根瘤菌）和Paenibacillus（类芽孢杆菌）主导，表明菌群功能与番茄营养需求同步演变。

该研究创新性揭示了有机肥管理策略对土壤固氮菌群的差异化调控机制：替代化学氮肥通过改善土壤pH和养分有效性促进有益固氮菌增殖，而单纯增加有机肥用量可能导致微生物群落简化。特别值得注意的是，研究者首次报道了番茄关键生育期与特定固氮菌群的耦合关系，如花期富集的Azospirillum可能通过产生植物激素促进生殖生长，而果期优势菌Paenibacillus则可能参与有机氮矿化过程。这些发现为制定番茄种植中有机肥精准施用方案提供了理论依据，对实现"减氮增效"的可持续农业目标具有重要意义。未来研究可进一步结合同位素示踪技术量化不同处理下的实际固氮效率，并探索关键菌株的田间接种效应。