长期单一施用化肥会导致环境退化和土壤健康等问题，而有机改良剂含有丰富养分，不仅能增加土壤有机质含量，还能改善土壤结构，从而提升土壤质量，促进作物产量。有机改良剂与化肥配施能缓解化肥对土壤和环境的负面影响，并充分发挥两者促进作物生长和提高土壤质量的优势。根际土壤是植物根系周围的复杂微环境，其物理、化学及生物性质深远影响植物的营养吸收和生长发育。深入理解大豆根际土壤特性及其与植物、微生物的互作机制，对土壤管理和可持续农业发展具有重要意义。

尽管现有研究提供了根际土壤对大豆生长影响的基本认识，但关于长期土壤管理实践对根际微环境调控的系统研究仍相对较少。因此，东北地理所黑土保护与利用学科组研究人员利用长期定位试验，分析大豆根际土壤养分、胞外酶活性及微生物群落结构等指标，研究不同种类及施用量的有机改良剂配施化肥对大豆根际及非根际土壤的影响。旨在深入了解有机改良剂施用提升土壤质量及大豆产量的机制，为优化农业生产及提升土壤质量提供科学依据。

基于偏最小二乘法路径分析的研究结果表明，大豆根际土壤性质、微生物生物量及胞外酶活性对不同有机肥施用量的响应大于非根际土壤（图1）。因此选用大豆根际土壤作为研究对象，进一步分析不同种类有机改良剂（秸秆或有机肥）配施化肥如何调控根际土壤质量及大豆产量。随机森林分析结果表明，碱解氮（AVN）的含量是影响微生物资源碳限制（向量长度）及磷限制（向量角度）的关键因素；而β-葡萄糖苷酶活性（BG）则是影响土壤质量指数（SQI）及大豆产量的关键因素（图2）。在有机肥配施化肥（NPKM）下，大豆产量及土壤质量指数分别比秸秆配施化肥处理（NPKS）高5.99%及46.55%，且大豆产量、土壤质量指数均与微生物资源碳（向量长度）和磷（向量角度）限制呈负相关关系（图3）。因此，从保护黑土地质量及确保东北“黑土粮仓”的国家粮食安全的角度来看，有机肥配施化肥是一种有效的长期土壤管理方式。

研究成果近期发表在国际期刊Journal of Integrative Agriculture及Plant and Soil上，黑土保护与利用学科组硕士研究生武志民为论文第一作者，邹文秀研究员为通讯作者。研究得到国家重点研发计划（2022YFD1500100）、中国科学院战略性先导科技专项A类（XDA28070100）、财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系资助（CARS-04）和中国科学院区域发展青年学者项目（2022-027）共同资助。

图1. 大豆根际和非根际土壤对不同有机肥施用量响应的偏最小二乘法路径分析图

图2. 向量长度（A）、向量角度（B）、土壤质量指数（C）和大豆产量的潜在驱动因素

图3. 不同有机改良剂配施化肥对大豆产量(A)和土壤质量指数(D)的影响；大豆产量与向量长度(B)和角度(C)的关系、土壤质量指数与载体长度(E)和角度(F)的关系

图4. 不同有机肥施用量下根际和非根际土壤胞外酶活性及微生物群落变化

论文信息：

[1] Wu Z, Han X, Chen X, Lu X, Yan J, Wang W, Zou W^* & Yan L^*. Application of organic manure as a potential strategy to alleviate the limitation of microbial resources in soybean rhizospheric and bulk soils. Journal of Integrative Agriculture, 2023. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.10.021

[2] Wu Z, Chen X, Lu X, Zhu Y, Han X, Yan J, Yan L, Zou W^*. Impact of combined organic amendments and chemical fertilizers on soil microbial limitations, soil quality, and soybean yield. Plant and Soil, 2024: 1-18. https://doi.org/10.1007/s11104-024-06733-4

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095311923003635

https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-024-06733-4