文献信息：

原名：Green manure intercropping increases soil microbial necromass and lignin contents under reduced nitrogen fertilization in maize production.

译名：在玉米生产中减施氮肥条件下，绿肥间作增加土壤微生物残体和木质素含量。

期刊：Soil & Tillage Research

IF：8.4

发表日期：2026.5

第一作者：许晓慧 甘肃农业大学农学院旱地作物科学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院（柴强课题组）。

背景：

氮肥是保障玉米高产的重要投入，但作物对氮的吸收是一个持续过程，而农业施肥通常集中在少数时间节点。施入土壤的氮不能被作物及时吸收时，就可能通过硝态氮淋失、氨挥发和反硝化等途径损失，既降低氮肥利用效率，也带来水体和大气环境问题。降低氮肥用量是农业绿色发展的重要方向，但直接减氮可能产生两个问题：一是玉米产量和根系生物量下降，使进入土壤的植物源碳减少；二是土壤氮供应不足会增强微生物氮限制，微生物为了获得氮，可能转而分解土壤中含氮较多的微生物残体，使原本相对稳定的土壤有机碳重新矿化。玉米间作速生豆科/非豆科绿肥可利用豆科固氮、绿肥吸收土壤无机氮并以有机质归还土壤，优化土壤氮循环、提升土壤有机质与微生物活性。微生物残体碳（MNC）是稳定土壤有机碳的核心组分，木质素为植物源稳定有机质；土壤氮有效性直接调控微生物残体生成与分解。但绿肥间作协同减氮条件下，土壤微生物残体碳、木质素累积与氮素供需平衡的耦合机制尚不清晰。

科学问题：

（1）减氮25%是否会造成玉米减产和土壤碳、氮储量下降？

（2）减氮造成的土壤有机碳损失来自哪里？

（3）绿肥间作能否缓冲减氮的不利影响？

材料与方法：

（1）长期定位试验于2017年开始，位于甘肃农业大学绿洲农业试验站(北纬37°31′，东经103°5′)，属于典型西北灌溉绿洲农业区，供试土壤为砂壤质旱成土，研究连续实施7年。

（2）Maize代表单作玉米，不种绿肥；Maize + NLM代表玉米间作非豆科绿肥；Maize + LM代表玉米间作豆科绿肥；Conventional N代表常规施氮：360 kg N ha-1；Reduced N代表减氮处理：270 kg N ha-1，较常规降低25%。

（3）研究分别采集0-20 cm表层土和20-40 cm亚表层土。

（4）测定指标：土壤无机氮、微生物量碳（MBC）、有机碳（SOC）、全氮（TN）、磷脂脂肪酸（PLFA）、氨基糖、木质素酚、β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）。

结果：

（1）单独减氮导致减产和土壤碳、氮储量下降，绿肥间作明显缓冲这种损失。在不种绿肥的玉米单作处理中，连续减氮7年使0-40 cm土壤SOC和TN储量分别下降约24%和20%。但在绿肥间作条件下，这些降幅显著缩小。与传统施氮相比，绿肥间作在减氮条件下使SOC储量增加28% ~ 35%，全氮储量增加12% ~ 25%。这表明绿肥间作能够有效补偿减氮导致的土壤碳氮损失（表1）。

表1 连续七年绿肥间作与施氮对玉米田表层0.2 m和亚表层0.2 m土壤SOC、TN含量以及0.4 m整层土壤SOC和TN储量的影响

（2）绿肥增加植物来源的木质素积累，豆科绿肥效果更强。减氮本身并没有显著降低土壤木质素含量。与玉米单作相比，绿肥间作明显增加表层和亚表层土壤中的木质素酚含量及其对SOC的贡献，其中豆科绿肥高于非豆科绿肥。此外，绿肥处理降低木质素降解指数酸/醛比（Ad/Al），说明土壤木质素降解程度更低，植物稳定有机质留存更多。从0-40 cm土层整体看，非豆科和豆科间作分别使木质素储量平均增加26%和48%（图1）。

图1 连续七年绿肥间作对玉米田表层0.2 m和亚表层0.2 m土壤总木质素酚含量(a)、木质素酚占SOC比例(b)以及木质素降解指数(c, d)的影响

（3）减氮造成的SOC损失，主要与微生物残体碳下降有关。在不种绿肥的条件下，减氮显著降低细菌残体碳（BNC）、真菌残体碳（FNC）、微生物残体总碳（MNC）、MNC对SOC的贡献以及FNC/BNC。0-40 cm土层中，玉米单作处理的MNC储量降幅达到48%。在非豆科间作条件下，MNC仅下降约16%；在豆科间作条件下，MNC降幅不明显。在减氮条件下，绿肥间作使MNC储量比玉米单作提高82% ~ 129%，明显高于常规施氮条件下11% ~ 20%（图2）。

图2 7年种植模式与施氮水平对玉米田表层0.2 m和亚表层0.2 m土壤细菌残体碳(a)、真菌残体碳(b)、真菌/细菌残体碳比(c)、微生物残体碳(d)、微生物残体碳对有机碳(SOC)的贡献率(e)及β-葡萄糖苷酶/β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶比值(BG/NAG)(f)的影响

（4）PLFA结果显示，减氮本身没有显著改变细菌、真菌等活体微生物群落的PLFA含量，绿肥间作则使表层土壤总PLFA提高48% ~ 54%，亚表层提高18% ~ 30%，且真菌/细菌PLFA比值提高。进入玉米旺盛生长期后，绿肥间作处理的MBC快速升高，豆科间作处理的峰值最高。每次施肥后无机氮出现短期峰值；减氮处理总体较低，但绿肥间作缩小了两种施氮水平之间的差异。绿肥并不是让土壤无机氮始终处于高水平，而是通过植物吸收、还田和微生物转化，提高了氮素的循环与缓冲能力（图3）。

图3 不同施氮水平和种植模式对玉米田表层0.2 m土壤微生物量碳(MBC)(a)和无机氮(b)动态变化的影响。

（5）绿肥作物通过吸收土壤无机氮并转化为植物生物量，刈割还田后以有机质形式归还土壤，同时增加的玉米根系与绿肥残体共同提高了植物源有机物输入，促进土壤木质素含量累积；高质量有机输入进一步提升了微生物生物量与活性，并提高真菌在群落中的比例，微生物死亡裂解后产生更多残体碳进入稳定碳库；与此同时，绿肥改善的氮素供应有效缓解了微生物氮限制，使其减少对原有几丁质、肽聚糖等含氮残体的分解，从而降低对稳定碳组分的分解并强化木质素的保存；此外，绿肥通过暂时固定无机氮并在还田后逐步释放，减少了作物大量吸收前的氮素损失，使减氮条件下玉米仍能获得相对稳定的氮供应，最终实现微生物残体碳与木质素协同增加，达成土壤有机碳固持与玉米稳产的双重目标（图4）。

图4 绿肥间作对玉米田土壤氮循环与有机碳（SOC）形成影响的机制模式图

结论：

（1）在没有绿肥的情况下，减氮25%显著降低玉米产量、SOC和TN；其中SOC下降主要与微生物残体碳，特别是真菌残体碳减少有关，而木质素含量并未随减氮显著下降。

（2）绿肥间作通过增加高质量有机物输入，提高微生物生物量、活性和真菌比例，缓解微生物氮限制，减少对原有微生物残体的分解，从而维持MNC和SOC。

（3）绿肥对SOC的促进同时来自植物来源木质素增加和微生物来源残体碳增加两条途径。

（4）豆科间作的效果总体强于非豆科间作，尤其体现在SOC、MNC和真菌残体比例方面。