中国科学院东北地理与农业生态研究所黄丹丹团队在《植物营养与肥料学报》发表论文《适宜施氮量提高东北黑土非共生固氮速率和固氮菌丰度》，通过长期定位试验探明了不同施氮量对东北黑土非共生固氮速率、固氮微生物丰度及群落结构的影响，确定150 kg/hm²为该地区长期免耕和秸秆还田条件下的适宜施氮量，为黑土区农业可持续生产提供了科学施肥参考。
氮是作物高产的关键营养元素，但过量施用氮肥会导致土壤供氮能力下降、生态环境恶化等问题。非共生固氮作为农田生态系统重要的氮素输入途径，能将大气氮气转化为植物可利用氮，是替代部分无机氮肥的环境友好型供氮方式。此前，东北黑土区秸秆还田和保护性耕作模式下，不同施氮量对非共生固氮的影响缺乏系统研究，制约了施肥技术的优化升级。
团队依托始于2012年的黑土保护性耕作长期定位试验田，设置0、120、150、180、210、240 kg/hm²共6个施氮量处理，采用乙炔还原法、定量PCR和高通量测序等技术，系统分析了土壤非共生固氮速率、固氮微生物丰度及群落结构变化。
试验结果显示，非共生固氮速率和固氮酶基因nifH丰度均随施氮量增加先升后降，在150 kg/hm²处理(N150)达到峰值。其中，N150处理0-5 cm土层非共生固氮速率为0.53 nmol/(g·d)，5-20 cm土层达0.63 nmol/(g·d);nifH基因丰度在0-5 cm和5-20 cm土层分别为15.64×10⁶ copies/g和8.74×10⁶ copies/g，显著高于其他处理。
主成分分析表明，不同施氮量下固氮微生物群落结构存在显著差异，unclassified_o_Burkholderiales、unclassified_k_norank_d_Bacteria等为优势菌属。相关性分析发现，非共生固氮速率与土壤速效钾含量呈显著正相关、与pH呈负相关;nifH基因拷贝数与速效钾呈显著正相关、与施氮量呈负相关。冗余分析则显示，土壤pH、铵态氮、硝态氮、有机碳等多种理化性质共同调控固氮微生物群落结构。
该研究证实，高氮输入会降低生态系统对非共生固氮菌的依赖性，抑制固氮效果。而150 kg/hm²的施氮量能有效提升非共生固氮速率和固氮微生物丰度，丰富群落多样性，兼顾作物高产与生态保护。研究成果为东北黑土区优化施肥方案、提升土壤肥力、实现农业绿色可持续发展提供了重要技术支撑。
