本研究由山东农业大学农学院的Lijun Chi、Yatong Chu、Han Zeng、Xinran Guo、Xiuzhi Zang、Tianxiao Cao、Jin Chen、Kun Zhang及Dongqing Yang等人完成，其中Kun Zhang和Dongqing Yang为通讯作者。论文发表于*Field Crops Research*期刊第338卷（2026年），并于2025年12月16日在线发表。

从学术背景来看，该研究属于作物栽培学与耕作学、土壤微生物生态学及植物营养学交叉领域。当前全球农业生产面临提升产量、降低温室气体排放与恢复土壤健康的“三重目标”压力，而花生（Arachis hypogaea L.）单作体系中过量施氮导致土壤酸化、微生物群落失衡、土传病害加剧及氮素利用效率下降。覆盖作物（cover crop）作为生态修复的关键措施虽被广泛提倡，但近年研究发现非豆科覆盖作物常因播期延迟和土壤水分消耗而降低后茬作物产量，且过量氮肥投入会抵消其生态效益。因此，如何在覆盖作物还田条件下合理减少氮肥投入、协同提高产量与氮素利用效率成为亟待解决的科学问题。本研究以非豆科覆盖作物黑麦草（Lolium multiflorum L.）为对象，旨在明确黑麦草翻压还田与减氮施肥对土壤碳氮化学计量特征（soil C:N stoichiometry）、微生物群落结构、酶活性及花生生产力的调控机制，并筛选兼顾产量与氮效率的最优管理策略。

在具体研究流程方面，该研究于2022年10月至2024年9月在山东农业大学试验农场开展两年田间试验。试验采用裂区设计，主区为两种黑麦草管理方式，即黑麦草翻压还田（incorporation, H）与地上部生物量移除（biomass removal, N）；副区为四个施氮水平，即0、60、90和120 kg N ha⁻¹（分别记为N0、N60、N90和N120），共形成8个处理组合（HN0、HN60、HN90、HN120、N0、N60、N90、N120），每处理3次重复。花生品种为山花9号，采用地膜覆盖单粒精播，行距30 cm、株距13 cm。黑麦草品种为冬牧70，分别于2022年10月15日和2023年10月11日播种，播种量150 kg ha⁻¹，行距25 cm。翻压处理于次年4月下旬刈割并切碎至5 cm以下后还田，移除处理则移走地上部生物量，随后统一施用基肥并翻耕整地。土壤样品在花生四个生育时期采集，即苗期（G15）、花针期（G50）、结荚期（G70）和饱果期（G90），取样深度为0–20 cm。一部分土样保存于−80 °C用于微生物和酶活性测定，另一部分风干过筛后用于测定土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、碱解氮（AN）和硝态氮（NO₃⁻–N）。SOC采用重铬酸钾氧化法，TN采用凯氏定氮法，AN采用碱解扩散法，NO₃⁻–N采用紫外分光光度法。土壤脲酶（urease）、纤维素酶（cellulase）和蔗糖酶（invertase）活性分别采用苯酚-次氯酸钠比色法、改良的羧甲基纤维素法及3,5-二硝基水杨酸比色法测定。土壤微生物群落分析于G70期取样，利用PowerSoil® DNA提取试剂盒提取土壤总DNA，对细菌16S rRNA V3–V4区和真菌ITS区进行PCR扩增，基于Illumina NovaSeq 6000平台进行双端测序，并使用QIIME2生成扩增子序列变体（ASVs），以SILVA和UNITE数据库进行物种注释，随后计算α多样性（Chao1、Shannon）和β多样性（PLS-DA）。花生叶片生理指标包括相对叶绿素含量（SPAD）、光系统II实际光化学效率（φPSII）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）及硝酸还原酶（NR）活性。SPAD和φPSII利用MultispeQ便携式荧光仪测定，NR活性和SPS活性分别通过离体叶片法和酶提取比色法测定。花生成熟期收获测定荚果产量，并计算农学氮素利用效率（ANUE）和氮肥偏生产力（PFPN）。数据分析采用DPS 7.05进行裂区方差分析及LSD多重比较，利用SmartPLS 3.5进行偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）分析，以揭示微生物群落、土壤碳氮化学计量与产量及氮效率之间的因果网络关系。

研究结果显示，黑麦草翻压还田较移除处理显著提高花生荚果产量19.95%–22.50%，且HN90（减氮25%）产量与HN120（全氮）无显著差异。具体而言，2023年HN90和HN120荚果产量分别为6125.96 kg hm⁻²和6376.51 kg hm⁻²，2024年分别为6479.48 kg hm⁻²和6557.99 kg hm⁻²。同时，HN90的农学氮素利用效率较N90提高46.84%。在土壤碳氮化学计量方面，黑麦草翻压显著提高SOC、TN、AN、NO₃⁻–N含量及SOC/TN比值。其中G70期HN120的SOC比N120平均高46.93%，HN90与HN120间无显著SOC差异；而HN90的TN比N90平均高12.36%–19.68%。SOC/TN在翻压处理下为10.15–14.47，移除处理下为7.07–10.68，HN90的SOC/TN约为11.36，处于较优平衡区间。在土壤酶活性方面，翻压处理下脲酶、纤维素酶和蔗糖酶活性均显著高于移除处理，HN90与HN120之间差异不显著，而HN60则显著降低，表明减氮25%可维持较高酶活性。在微生物群落方面，黑麦草翻压显著提高细菌和真菌的Chao1及Shannon指数，HN90较N90分别提高细菌和真菌Chao1指数15.57%和10.82%，Shannon指数提高13.89%和17.02%。属水平上，HN90和HN120富集了Lysobacter、Bacillus、Brevibacillus和Gemmatimonas等有益类群，而HN90和HN60则降低Fusicolla、Fusarium、Plectosphaerella等病原或潜在有害真菌的相对丰度。冗余分析（RDA）表明，细菌群落受土壤环境因子解释变异达59.89%，HN0处理与SOC/TN高度相关，而Bacillus和Brevibacillus与蔗糖酶、纤维素酶及SOC、SOC/TN呈正相关，Gemmatimonas与脲酶、NO₃⁻–N、TN和AN呈正相关。在花生叶片生理方面，减氮总体降低SPAD和φPSII，但HN90较HN120仅轻微下降；例如G90期HN90的φPSII较HN120平均降低仅1.93%，而N90较N120降低5.71%。SPS和NR活性也呈现类似趋势，HN90较HN120下降幅度远小于移除体系中的减氮处理，表明翻压还田可有效缓冲减氮引起的碳氮代谢抑制。结构方程模型进一步证实，微生物群落结构和酶活性直接优化了土壤碳氮化学计量，后者继而正向调控叶片生理性状和荚果产量，产量最终直接决定氮素利用效率。微生物丰富度和多样性通过影响群落结构间接调控土壤碳氮化学计量，其对土壤碳氮化学计量的直接效应不显著。

本研究的结论是，黑麦草翻压还田与适度减氮（25%）相结合，可通过富集参与养分循环的关键微生物类群、优化土壤碳氮化学计量、维持花生叶片光合性能和碳氮代谢活性，从而在减少氮肥投入的条件下实现产量与氮素利用效率的协同提升。这一管理策略为花生可持续发展提供了科学依据。

本研究的亮点包括：第一，系统揭示了非豆科覆盖作物黑麦草与减氮施肥的协同效应，突破了传统上依赖豆科覆盖作物固氮的思维框架，证明了禾本科覆盖作物同样可以通过碳输入和微生物调控促进豆科主作物生产。第二，将土壤微生物群落组成、酶活性、碳氮化学计量与作物产量和氮效率纳入统一的结构方程模型，明确了“微生物—土壤化学计量—作物生理—产量”的级联调控路径。第三，筛选出的HN90处理在产量不减的前提下显著提高氮素利用效率，具有直接的田间应用价值。第四，通过两年田间试验和四个生育时期取样，数据具有较强的时空代表性和可靠性。此外，研究还指出，过高的SOC/TN（如HN0）可能导致氮固持，而过低（如N120）则增加氮淋失风险，HN90所对应的中间比值提示碳氮耦合的优化是协调产量与环境效益的关键。