玉米与白羽扇豆间作对土壤微生物特性、养分循环及生物量产量与品质的影响：可持续土壤管理的新视角

为解决现代农业中依赖化肥、土壤退化及可持续管理问题，研究人员开展了玉米(Zea mays L.)与白羽扇豆(Lupinus albus L.)窄行间作对土壤pH(CaCl2)、微生物活性(如DHA、NAG-IR)及养分循环(如N、P转化)的影响研究。结果表明，间作系统显著提升了白羽扇豆行土壤的底物诱导呼吸(Glc-IR、Pro-IR)和氮转化酶(如Ure)活性，并缓解了磷限制，但未显著提高生物量产量。该研究为减少化肥依赖、优化土壤微生物功能提供了科学依据。

　　

研究背景与意义

现代农业面临双重挑战：既要满足粮食需求，又需减少对化学肥料的依赖。玉米作为全球主要作物，其单一栽培常导致土壤养分失衡和微生物活性下降。而豆科植物如白羽扇豆，凭借根瘤菌共生固氮能力，被认为是通过间作改善土壤健康的理想选择。然而，窄行间作模式下，作物根系互作如何影响土壤微生物功能及养分动态，尤其是长期效应，仍缺乏系统研究。

研究方法与技术

捷克研究团队在三年(2020–2022)田间试验中，对比了玉米单作与玉米-白羽扇豆窄行间作(两行玉米与两行白羽扇豆交替)系统。通过测定土壤pH(CaCl₂)、六种土壤酶(如DHA、NAG、Ure)活性和三种底物诱导呼吸(Glc-IR、Pro-IR、NAG-IR)，结合微生物资源限制模型(向量长度与角度分析)，评估了养分循环效率。样本来自捷克Jeví?ko试验田的Haplic Fluvisol土壤，采用MicroResp系统测定CO₂释放量，并利用PCA分析数据变异。

研究结果

1. 1.

   土壤pH与酶活性

   间作系统显著提升了白羽扇豆行土壤pH(2021年达7.52)，且玉米行在2021年表现出最高的尿素酶(Ure)和N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶(NAG)活性，表明氮转化效率提高。酸性土壤(2020年pH 5.92)中，白羽扇豆行的酶活性受抑制，凸显pH对微生物功能的调控作用。

2. 2.

   微生物呼吸与碳氮循环

   白羽扇豆行始终显示最高的底物诱导呼吸(如2021年Glc-IR为2.32 μg CO₂·g^?1·h^?1)，反映强烈的碳矿化潜力。间作玉米行在2021年氮获取比率最高，而单作玉米则表现出更强的磷限制(向量角>50°)，证实间作缓解了养分失衡。

3. 3.

   产量与品质

   尽管间作系统未显著提高总生物量(干重)，但白羽扇豆贡献的氮输入使玉米行氮利用效率提升。饲料品质参数(如粗蛋白、NDF)无显著差异，表明间作在维持产量的同时优化了土壤功能。

结论与意义

该研究揭示了窄行间作通过根际互作调控土壤微生物群落功能的机制：白羽扇豆行驱动碳矿化与pH调节，而玉米行受益于氮转化增强。尽管短期内产量优势不明显，但长期来看，该系统能改善磷利用效率、降低化肥需求，为可持续土壤管理提供了实证支持。未来研究可结合宏基因组学进一步解析微生物群落结构，以优化间作设计。论文发表于《Soil and Tillage Research》，为生态农业实践提供了重要参考。