氮是植物生长发育需要量最大的元素^[1]。植物吸收的氮素有50% ~ 80% 来自土壤氮库^[2]。其中，微生物主导的固氮作用是增加土壤氮素的重要途径之一，且微生物本身也可作为氮的来源。活体微生物量氮占土壤总有机氮库的1% ~ 5%^[3]。但是，微生物通过细胞增殖和死亡等连续迭代途径驱动其残体的累积，使得其残体能贡献80% 以上的有机氮和近60% 的全氮^[4]。其中，真菌残体对全氮的贡献占40% ~ 60%，细菌残体占10% ~ 12%^[5]。因此，微生物残体是重要的土壤氮库。此外，微生物残体还可作为潜在的缓效性氮库，在土壤氮素的储存与供应上具有重要作用。例如，Wang等人^[6]利用¹⁵N标记示踪法对微生物及残体进行了培育试验，发现微生物残体氮在231 d的室内培养中有60% 以上转化为了硝态氮。进一步的研究发现，土壤微生物残体氮与矿质氮之间存在二次曲线相关关系，即在一定含量范围内，矿质氮含量随微生物残体氮的增加而增加；在矿质氮含量较低时，微生物残体氮会矿化以补充矿质氮^[5]。

氨基糖是微生物细胞壁的主要成分，是应用最广泛的微生物残体标识物。目前能被检测的氨基糖包括氨基葡萄糖、氨基半乳糖、氨基甘露糖和胞壁酸，其中，氨基葡萄糖主要来源于真菌细胞壁，而胞壁酸只在细菌细胞壁中被发现^[7]。目前已经具有较为完善的使用氨基糖含量计算真菌和细菌微生物残体碳氮含量的方法^[8]。

土壤团聚体是碳氮等养分的贮存库，其粒径大小与养分含量密切相关^[9]。微生物会通过产生胞外多糖和黏合物质等分子促进土壤颗粒之间的结合，促进团聚体的形成，而团聚体作为微生物、酶和底物之间的物理屏障，也能使得其内的微生物残体具有较高的稳定性^[10]。较大粒径团聚体中微生物残体含量较高。并且，较大粒级团聚体的孔隙结构适合真菌生长，所以真菌残体含量高，而微小粒级团聚体能为细菌提供较多保护作用，使得细菌残体多聚集于较小的团聚体中^[11]。

施用氮肥是增加农田生态系统土壤氮含量的主要措施。施氮能够影响土壤团聚体的组成。例如，郭戎博等^[12]在西北旱区褐土进行的定位试验发现，长期施氮增加了大团聚体比例；但是，李彩霞等^[13]在潮土上的试验发现，施氮会促使大团聚体转化为较小的团聚体，且不利于微团聚体和粉黏粒团聚形成大团聚体。关于施氮对微生物残体氮的影响，在我国西北和华中地区农田进行的长期试验表明，施用适宜量的氮肥有利于微生物残体特别是真菌残体的累积，能提升氮库的稳定性，而施氮不足或过量施氮则增加了细菌在氮素积累中的贡献，不利于氮库的稳定^[14]。

有机肥具有肥效长、可补充土壤肥力等优点，施用有机肥可以提高氮肥的利用效率，也可减少氮肥的施用量^[15]。有机无机肥配施是当前倡导的提高氮肥利用率的主要手段。有机无机肥配施也能够改变土壤微生物残体氮含量。例如，Ding等人^[16]的研究发现，连续3年以尿素为氮源向黏土中施入90 kg/hm²的纯氮，并配施3 750 kg/hm²的猪粪，可使氨基糖含量增加8.40%

新疆是典型的干旱区，也是我国重要的棉花产区。但是，新疆农田土壤全氮含量低，均值仅为0.80 ~ 0.90 g/kg，依据全国第二次土壤普查推荐的土壤肥力分级标准，属于较低水平^[17]。新疆农田氮肥施用量较大，2023年就达103.8万吨^[18]。因此，在新疆棉田实行有机无机肥配施以增加土壤氮含量和提高氮肥利用率更有必要。牛粪是新疆畜禽养殖粪污产出比例最大的有机肥源，每年产出3 500万吨以上(鲜重)，腐熟牛粪是新疆常用的有机肥^[19]。基于新疆棉田施肥的实情，本研究在新疆主要棉花产区阿克苏地区沙雅县进行了3年的田间定位试验，以研究氮肥施入及其与牛粪配施对土壤团聚体分布以及不同粒级团聚体中细菌残体氮和真菌残体氮含量的影响，以期深入了解施氮水平及其与有机肥配施对干旱区农田土壤氮赋存和形态的影响。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

试验田位于新疆阿克苏地区沙雅县海楼镇(82°72′ E，41°28′ N)，该地属温带大陆性气候，风向为北风或东北风，平均日照8.3 h，平均气温10.7 ℃，年均降水量47.3 mm，年均蒸发量2 000.7 mm。供试土壤为棕漠土，种植作物为棉花，播种前0 ~ 20 cm的土壤养分、各粒级团聚体占比以及不同粒级团聚体中微生物残体氮的含量见表 1和表 2。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，氮肥水平依据当地施肥量，设置5个水平，分别为0、200、300、400和500 kg/hm²，分别记为N₀、N₂₀₀、N₃₀₀、N₄₀₀和N₅₀₀；另在5个氮肥处理水平上配施3 000 kg/hm²的腐熟牛粪，分别记为N₀⁺、N₂₀₀⁺、N₃₀₀⁺、N₄₀₀⁺和N₅₀₀⁺。牛粪在播种前作为基肥一次性施入土壤耕层(0 ~ 20 cm)。牛粪养分含量见表 3。

试验中施用的氮、磷、钾肥分别为尿素(N含量≥46%)、重过磷酸钙(P₂O₅含量≥46%)和硫酸钾(K₂O含量≥52%)。氮肥按照基肥与追肥1∶4的比例施用。不同处理的磷、钾肥施用量相同，均为当地推荐施用量，分别为160 kg/hm²(以P₂O₅计)和90 kg/hm²(以K₂O计)。磷肥和钾肥全部作为基肥在播种前施用。

田间试验自2021年4月开始，每年施肥方式及用量相同。每个处理3个重复，共计30个田间试验小区，每个小区面积为10 m × 6.6 m。棉花品种为源棉8号，种植模式为一膜六行，宽窄行为66 cm+10 cm的膜下滴灌，理论株数为180 000株/hm²。全生育期共灌水10次，总计灌水量4 200 m³/hm²。棉田化控、防病虫害等管理措施按生产实际进行，各处理之间保持一致。

1.3 样品采集与测定

2023年9月22日，在棉花吐絮期进行样品采集。每个小区内按5点取样法采集0 ~ 20 cm耕层土壤样品，充分混合后，一部分用于团聚体分级，分级后的团聚体测定其中氨基糖含量；一部分风干后过0.15 mm筛用于测定土壤全氮含量。

用全自动振动筛分仪(Retsch AS200 control，德国)对土壤团聚体进行分级。称取去除杂质的新鲜土壤样品100 g，将土壤样品均匀置于由2、0.25、0.053 mm组成的套筛的顶部，将套筛置于土壤团粒分析仪内，振幅设置为3.8 cm，振频设置为30次/min，筛分15 min，将土壤筛分为大团聚体(> 2 mm)、小团聚体(0.25 ~ 2 mm)、微团聚体(0.053 ~ 0.25 mm)、粉黏粒(< 0.053 mm)4个粒级^[20]。

土壤全氮含量用元素分析仪(EA3000)测定；氨基糖测定采用邻苯二酚(O-Phthalaldehyde，OPA)柱前衍生–高效液相色谱法(High-performance liquid chromatograghy method，HPLC)^[21]。步骤为取1 g干土于水中，加入10 mL盐酸(6 mol/L)，105 ℃下烘干6 h后进行水解，并使用OPA衍生，使用配备十八烷基硅烷键合硅胶填料(Octadecylsily，ODS)的高效液相色谱仪分离，使用激发波长为330 nm和发射波长为445 nm的荧光检测器检测，采用混合氨基糖的标准溶液色谱图对氨基糖进行鉴定和定量。

1.4 数据处理和统计

使用氨基葡萄糖和胞壁酸的含量分别计算真菌残体氮和细菌残体氮的含量^[8]：

真菌残体氮含量(g/kg)=(氨基葡萄糖含量/179.17×胞壁酸含量/251.23)×179.17×1.4

细菌残体氮含量(g/kg)=胞壁酸含量×6.67

微生物残体氮含量(g/kg)=真菌残体氮含量+细菌残体氮含量

以上公式是假定细菌细胞中氨基葡萄糖和胞壁酸的摩尔比为2∶1。其中，179.17是氨基葡萄糖的分子质量，251.23是胞壁酸的分子质量，1.4为氨基葡萄糖向真菌残体氮的转化系数，6.67为胞壁酸向细菌残体氮的转化系数。

使用SPSS 25.0软件中的单因素方差分析不同处理间的全氮含量和不同处理下同一粒级团聚体内全氮、微生物残体氮、真菌残体氮和细菌残体氮含量的差异性；使用双因素方差分析氮肥用量、牛粪添加及其交互作用对团聚体分布及其全氮和微生物残体氮含量的影响。

2 结果与分析 2.1 氮肥及其与牛粪配施对土壤各粒级团聚体分布的影响

由图 1可知，施用氮肥及与牛粪配施处理大团聚体、小团聚体、微团聚体和粉黏粒占比分别为19.01% ~ 30.08%、20.80% ~ 26.33%、34.02% ~ 43.62% 和12.35% ~ 16.56%。单施氮肥时，施用量为300 kg/hm²时，大团聚体占比较高；相比于不施氮肥，各施氮量处理均提高了小团聚体的占比，但降低了微团聚体和粉黏粒的占比；不同施氮量对小团聚体和粉黏粒占比的影响没有显著差异；施用量为400 kg/hm²时，微团聚体占比较大(图 1)。

在同一施氮量下，配施牛粪相比于单施氮肥显著增加了大团聚体占比。在施氮300 kg/hm²时，配施牛粪对大团聚体占比的增加幅度最大，为30.18%；在施氮量为200、300和500 kg/hm²时，牛粪配施与仅施入同量氮肥相比，显著减小了小团聚体的占比；不施氮肥时，增施牛粪降低了微团聚体和粉黏粒的占比；在其他施氮量时，配施牛粪对微团聚体和粉黏粒的占比没有显著影响(图 1)。

2.2 氮肥及其与牛粪配施对土壤和各粒级团聚体中全氮含量的影响

单施氮肥时，随着施用量增加，土壤全氮含量呈增加趋势。施氮量为400和500 kg/hm²时，配施牛粪显著增加了土壤全氮含量，增幅为11.16% ~ 13.10% (图 2)。

小团聚体的全氮含量最高，为1.10 ~ 1.26 g/kg；其次为微团聚体，为0.81 ~ 1.12 g/kg；粉黏粒的全氮含量为0.18 ~ 1.13 g/kg；大团聚体内含量为0.47 ~ 0.67 g/kg。单施氮肥时，各施氮水平对不同粒级团聚体内全氮含量没有显著影响。在同一施氮量时，牛粪配施仅能显著增加粉黏粒中的全氮含量，并随着施氮量的增加而增加(图 3)。

2.3 氮肥及其与牛粪配施对土壤和各粒级团聚体中微生物残体氮含量的影响

土壤微生物残体氮含量占全氮含量的35.93% ~ 49.81%。相比于对照，施入氮肥可提高微生物残体氮含量，但不同施氮量处理间无显著差异。施氮量为400和500 kg/hm²时，配施牛粪显著增加微生物残体氮含量(图 4)。

微团聚体中的微生物残体氮含量最高，为0.27 ~ 0.33 g/kg；其次为小团聚体，为0.28 ~ 0.32 g/kg；粉黏粒中含量为0.19 ~ 0.31 g/kg；大团聚体中含量最低，为0.18 ~ 0.27 g/kg(图 5)。与不施氮相比，施氮300和400 kg/hm²显著降低了大团聚体中的微生物残体氮含量；施氮200和400 kg/hm²显著降低了小团聚体及微团聚体中的含量；粉黏粒中的含量则随着施氮量的增加而增加，其中施氮500 kg/hm²时，相比于不施氮肥，含量增加了64.22%。同一施氮量下，配施牛粪显著增加了微团聚体中微生物残体氮的含量，其中施氮量为200 kg/hm²时配施牛粪使微生物残体氮含量的增加幅度最大，为13.49%。

2.4 氮肥及其与牛粪配施对土壤和各粒级团聚体中真菌残体氮含量的影响

真菌残体氮含量分别占土壤微生物残体氮和全氮含量的65.57% ~ 75.83% 和24.78% ~ 36.18%。单施氮肥均可提高真菌残体氮含量，施氮量为500 kg/hm²时含量较高，为0.21 g/kg。同一施氮量下，配施牛粪与仅施氮肥相比，并没有增加真菌残体氮的含量(图 6)。

微团聚体中的真菌残体氮含量最高，为0.19 ~ 0.26 g/kg；其次为小团聚体，为0.18 ~ 0.25 g/kg；粉黏粒中含量为0.09 ~ 0.23 g/kg；大团聚体中的含量最低，为0.11 ~ 0.21 g/kg(图 7)。与不施氮肥相比，施氮均显著降低了大团聚体中的真菌残体氮含量；施氮200、400和500 kg/hm²显著降低了小团聚体及微团聚体中的含量；粉黏粒中的含量则随着施氮量的增加而增加，其中施氮500 kg/hm²相比于不施氮，增加了21.48%。同一施氮量下，配施牛粪显著降低施氮300 kg/hm²时小团聚体和微团聚体内真菌残体氮的含量，并且显著降低施氮500 kg/hm²时大团聚体、小团聚体和微团聚体内真菌残体氮的含量；施氮量为200、300和400 kg/hm²时配施牛粪显著增加了粉黏粒中真菌残体氮的含量。

2.5 氮肥及其与牛粪配施对土壤和各粒级团聚体中细菌残体氮含量的影响

细菌残体氮含量分别占微生物残体氮以及全氮含量的26.48% ~ 35.69% 和9.97% ~ 13.19%。单施氮肥时，施氮量为400和500 kg/hm²时显著增加了细菌残体氮含量。施氮量为200、300和500 kg/hm²时，配施牛粪显著增加了细菌残体氮含量，其中施氮量为500 kg/hm²时，增加幅度最大，为17.03%(图 8)。

微团聚体中的细菌残体氮含量最高，为0.067 ~ 0.119 g/kg；其次为大团聚体，为0.063 ~ 0.111 g/kg；粉黏粒和小团聚体内的含量分别为0.078 ~ 0.098 g/kg和0.068 ~ 0.102 g/kg(图 9)。单施氮肥时，大团聚体、小团聚体和微团聚体中的细菌残体氮含量随着施氮量的增加呈现逐渐增大趋势；而粉黏粒中细菌残体氮含量却随着施氮量的增加而减小。施氮量为200 kg/hm²时，配施牛粪显著增加了小团聚体和微团聚体内的细菌残体氮含量；施氮400 kg/hm²时，配施牛粪增加了大团聚体内细菌残体氮含量，但降低了粉黏粒内的含量；施氮量为500 kg/hm²时，配施牛粪显著增加了小团聚体和微团聚体中细菌残体氮的含量。

3 讨论 3.1 氮肥及其与牛粪配施对土壤团聚体粒级分布的影响

单施氮肥增加了大团聚体和小团聚体的比例，而降低了微团聚体和粉黏粒的比例；氮肥与牛粪配施增加了大团聚体的比例，而降低了小团聚体的比例。这与以往的研究结果类似^[22]。适宜的施氮量和有机肥施入可促进植物和土壤微生物的生长，产生更多由根系分泌物、植物残体和微生物的代谢产物组成的有机碳，而有机碳可作为胶结物质将粒径较小的团聚体结合形成更多的较大粒级的团聚体，因此导致大团聚体的比例增加而较小粒级团聚体比例下降^[23]。

3.2 氮肥及其与牛粪配施对土壤和各粒级团聚体中全氮含量的影响

同一施氮量下，配施牛粪能增加土壤的全氮含量。这是因为牛粪等有机肥养分释放速度缓慢，可有效缓解氮素的淋溶损失，并且自身也携带大量微生物，可促进微生物的代谢作用，增加微生物活性和数量，从而增加土壤氮的含量^[24]。本研究中，小团聚体的全氮含量最高，而粉黏粒中含量最低。王怡宁等人^[25]也发现，与小粒级团聚体相比，更大的粒级中含有更多的碳氮。这是因为，较大粒级的团聚体是较小粒级团聚体由有机胶结物质结合而形成，除了拥有较小粒级团聚体内养分，还拥有菌丝或根系分泌物等其他胶结物质的养分^[9]。

以往关于施肥对不同粒级团聚体中养分分配影响的研究结果并不一致。例如，有研究发现，施氮肥显著提高各粒级团聚体中全氮含量^[26]；另有研究发现，化肥与牛粪配施仅能增加大团聚体中的全氮含量^[27]。但在本研究中，单施氮肥对不同粒级团聚体内全氮含量都没有显著影响，这说明，本研究中单施氮肥是通过改变团聚体的比例而影响土壤全氮含量的。而且，在同一施氮量时，牛粪配施仅能显著增加粉黏粒中的全氮含量，这可能与粉黏粒对氮稳定性有较强的保护作用有关。

3.3 氮肥及其与牛粪配施对土壤和各粒级团聚体中微生物残体氮含量的影响

本研究中，微生物残体氮占全氮的百分比范围为35.93% ~ 49.81%，而Liang等人^[8]研究表明微生物残体来源的氮素对全氮的贡献为40% 以上。本研究中微生物残体氮占比出现偏低的原因可能是：干旱区因降雨量较小，土壤中的养分含量低于其他地区，导致微生物的数量和活性也较低^[28]。真菌残体氮含量占微生物残体氮含量的百分比高于细菌残体氮，这是因为真菌具有比细菌更厚的细胞壁和菌丝结构而使其生物量较大；再者，土壤有机质主要由真菌分解，所以真菌残体的累积量更大^[29]。本研究中，真菌和细菌残体氮均在微团聚体中较高，这可能是因为黏粒和粉粒是微生物残体积累的主要贮存库^[30-31]。

单施氮肥时，施氮量大于200 kg/hm²时，微生物残体氮含量不再增加。氮肥的施入会提高土壤微生物活性，增加微生物的生物量和氨基糖的累积，从而增加微生物残体氮含量^[32]，但过多地施用氮肥又会限制微生物的生长和代谢^[33]。有机肥的输入为土壤微生物提供更多的基质，使微生物的增殖过程变得更加频繁，导致土壤中微生物生物量的增加，增大了微生物残体在土壤中的累积^[34]。本研究还发现，只有在较高水平的氮肥(400和500 kg/hm²)与牛粪配施时，微生物残体氮含量才有所增加，这表明有机肥有助于将过多的氮转化为更稳定的氮库。

单施氮肥均可提高真菌残体氮的含量，但在较高施氮水平时才能增加细菌残体氮含量。这可能是因为低氮水平时，因活性养分较少，易降解的底物含量比例较低，难以被细菌利用，而更有利于真菌群落的生长，导致真菌残体氮的累积较明显^[35]。而当施氮量增大，土壤中的养分环境满足细菌生长需求时，细菌的活性增加，从而使细菌残体氮的累积逐渐增大^[36]。与仅施氮肥相比，氮肥配施牛粪仅增加了细菌残体氮含量。这表明微生物残体的积累受有机肥质量的影响，粪肥为适宜碳氮比较低的细菌生存提供合适的养分，更有利于促进细菌的生长繁殖。

无论是仅施氮肥还是氮肥与牛粪配施，并没有增加各粒径团聚体中的微生物残体氮，甚至会降低微生物残体氮，说明氮肥及其与牛粪配施会导致微生物残体在团聚体中损失或向其他粒级团聚体中迁移。以往有研究表明，较大粒径团聚体中的养分相比于较小粒径的团聚体更易受到施肥等农业措施的影响^[37]。但在本研究中，氮肥及其与牛粪配施对粉黏粒中的微生物残体氮影响也较大。此外，大团聚体、小团聚体和微团聚体中真菌残体氮的含量随着施氮量的增大而减小，而细菌残体氮含量却随之增大。

4 结论

单施氮肥及其与牛粪配施提高较大粒级团聚体的比例；单施氮肥对土壤全氮含量的影响是通过改变团聚体的比例，而非通过影响团聚体中的全氮含量；在同一施氮量时，牛粪配施仅能显著提高粉黏粒中的全氮含量。较高的施氮量并不利于微生物残体氮的增加，但与牛粪配施时却有助于微生物残体氮的积累；单施氮肥均可提高真菌残体氮的含量，但在较高施氮水平时才能增加细菌残体氮含量；牛粪配施仅提高了细菌残体氮含量。氮肥及其与牛粪配施均未能提高各粒径团聚体中的微生物残体氮含量。