小麦蚕豆间作体系中土壤氮素关键转化过程

小麦蚕豆间作具有明显的间作优势，但目前尚不清楚间作影响土壤氮转化过程的程度和机理。采用15N稀释和富集法，通过野外原位标记试验和实验室原状土芯标记培养试验，利用FLUZA模型或MCMC方法，研究小麦蚕豆间作体系中控制土壤各种形态氮素含量变化的各个途径及其总转化速率，即阐明该间作体系中土壤有机氮矿化、铵态氮硝化、硝态氮反硝化、铵态氮和硝态氮同化及其再矿化的总速率及其动态变化规律，评估种植模式变化对土壤保氮、供氮能力的影响；通过对该间作体系中土壤理化性质、微生物群落组成、功能的分析，揭示小麦蚕豆间作体系中土壤氮总转化速率的主要影响因素及其作用机理。有助于深入理解间作土壤养分的植物有效化过程，从土壤氮素转化本质的角度阐明间作增产、养分高效、抗病性增强的机理，为小麦蚕豆间作系统中合理施用氮肥、减少氮肥环境负面效应提供科学依据，同时也利于将我国土壤氮素从"去向"研究推进到控制氮素去向的"过程"研究。

利用15N稀释和富集法与FLUZA模型，研究了小麦蚕豆单、间作根际土壤中控制土壤各种形态氮素含量变化的各个途径及其总转化速率、主要影响因素及其作用机理。结果表明小麦蚕豆间作较单作显著增加了产量，提高了土地生产力，具有明显的间作优势效应。单间作种植模式的改变能显著影响土壤氮素关键转化过程总速率，小麦蚕豆间作使得土壤氮素营养状况的改善在间作增产中发挥了重要作用。间作通过显著提高有机氮矿化、硝化速率，从而提高无机氮植物有效性，通过提高NH4+同化速率将NH4+保存为有机氮，通过提高DNRA速率将NO3-保持为NH4+，使得矿化和硝化作用产生的NH4+和NO3-得以有效保持，避免NO3-的淋失和反硝化损失，正是由于土壤氮素转化过程速率之间的精妙配合，使得间作较单作具有更好的无机氮供应和保蓄能力，从而使得间作土壤无机氮的植物有效性提高，保氮能力增强，土壤肥力改善，为间作增产提供了氮素养分供给的保障。此外，单作土壤中，相对于较强的硝化作用而言NO3-的同化作用缺失，使得NO3-的淋失风险加大，因此单作的这些环境负面效应将会随着种植模式由单作向间作方式的改变而得到克服或抑制。.小麦蚕豆间作较相应单作土壤促进了根际土壤有机碳、碱解氮、C/N、pH值、土壤酶活性等的提高，这些理化指标与间作土壤氮的矿化、硝化、无机氮同化速率的提高密切相关。运用磷脂脂肪酸法（PLFA）和实时荧光定量PCR对单间作土壤微生物种群结构和数量的研究结果表明，小麦蚕豆间作较相应单作土壤显著促进了根际土壤微生物总量、细菌、真菌、放线菌数量的增加。土壤微生物总量和细菌数量的增加是间作根际土壤总矿化和总硝化速率提高的微生物学机理，其中根际土壤铵氧化细菌AOB数量的增加是间作土壤总硝化速率提高的主要原因。间作土壤总NO3-同化速率和总NH4+同化速率的增加分别和土壤中真菌数量的增加和厌氧细菌数量的减少密切相关。.上述结果揭示了间作影响土壤氮总转化速率的程度和影响因素，从土壤氮素转化本质的角度阐明了间作增产、养分高效的机理，为小麦蚕豆间作系统中合理施用氮肥、减少氮肥环境负面效应提供了重要的科学依据。