本试验通过土壤化学分析方法结合分子生态学研究手段,以大田试验为基础,选取四期超级稻代表性品种,研究施氮对稻田土壤中无机氮含量以及土壤微生物群落的影响,明确超级杂交稻持续增产的土壤微生物学基础,为大面积均衡高产栽培和超级稻育种实践提供理论依据。本项目于2016-2017年在河南省信阳市河南农业大学水稻生产基地进行,以实现我国四期超级稻产量目标的代表性品种两优培九、Y两优1号、Y两优2号、Y两优900为试验材料,共设置了4个施氮处理:对照,不施氮肥（N0）;低氮处理,施氮为210kg/hm~2（N210）;中氮处理,施氮为300kg/hm~2（N300）;高氮处理,施氮为390kg/hm~2（N390）。施氮显著增加了超级稻稻田土壤铵态氮和硝态氮含量,提高了土壤剖面中无机氮的含量;产量较高的Y两优2号在抽穗期的铵态氮含量较高。铵态氮、无机氮含量在全生育期内变化幅度较大,整体上呈现出先降低后升高再降低的趋势,在苗期和抽穗-灌浆期有峰值。硝态氮含量在全生育期内则呈现出与之相反的趋势,分别在分蘖期、抽穗期、成熟期有峰值。随着施氮的增加,土壤中铵态氮和硝态氮含量逐渐升高,无机氮主要由铵态氮和硝态氮组成,故无机氮含量也随着施氮增加而增加。随着产量潜力的增加,Y两优2号、Y两优900的铵态氮含量较高,而两优培九、Y两优1号的硝态氮含量较高。0～15cm土层深度的铵态氮、硝态氮以及无机氮含量均高于15～30cm土层深度,强烈的氮素循环发生在浅层土壤主要因为超级稻根系大部分分布在0～20cm。施氮显著提高了超级稻稻田土壤酶的活性,促进了稻田土壤硝化作用的进行;产量较高的Y两优2号土壤酶活性较高。随着施氮增加,稻田土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性先升高后降低,N300处理土壤酶活性最大,过高的氮肥用量反而抑制了土壤酶活性。在四期超级稻品种中Y两优2号的土壤酶活性最大。施氮显著提高了稻田土壤的氨氧化潜势和硝化强度,尤其是提高了浅层土壤（0～15cm）的硝化作用,在不同深度的土壤剖面硝化作用均是随着施氮增加而增加。在四期超级稻品种中Y两优1号的硝化作用最大。前两期品种的硝化作用较高也是引起硝态氮含量升高的主要原因之一。品种是稻田土壤相关细菌群落结构的最大变异来源,施氮对其有一定影响。随着施氮和产量潜力的增加细菌群落的多样性均降低。在四期超级稻中,物种观测数、Chao1指数、香农指数均随着施氮增加而降低,而辛普森指数随施氮增加而增加,施氮显著降低了超级稻稻田土壤微生物的多样性。在对群落间的差异分析中发现,施氮在210kg/hm~2、300kg/hm~2时,微生物群落间差异较小,并且与不施氮和高氮处理的微生物群落间均存在较大差异。另外,物种观测数、Chao1指数、香农指数均随着产量潜力的增加而下降,辛普森指数则随着产量潜力的增加而增加,整体上四期超级稻品种的土壤微生物群落多样性也表现出逐渐下降的趋势。四期超级杂交稻土壤微生物群落间存在显著差异,种植两优培九和Y两优1号的稻田土壤微生物群落间差异较小,而与Y两优2号和Y两优900的微生物群落间均存在较大差异。门水平以酸杆菌门（Acidobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）和变形菌门（Proteobacteria）为主,占73.80%以上。随着施氮的增加,酸杆菌门和绿弯菌门随施氮增加而降低,其他优势菌门则是随着施氮增加而增加。相较前两期品种,后两期品种的绿弯菌门和厚壁菌门增加,而变形菌门下降。纲水平以厌氧绳菌纲（Anaerolineae）、硝化螺旋菌纲（Nitrospira）、β-变形菌纲（Betaproteobacteria）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）、δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）和拟杆菌纲（Bacteroidia）为主,占55.84%以上。其中,β-变形菌纲、γ-变形菌纲、硝化螺旋菌纲和拟杆菌纲相对丰度随施氮增加而增加,其他优势菌纲则随施氮增加而下降。相较前两期品种,后两期品种的梭菌纲和厌氧绳菌纲增加,而硝化螺旋菌纲和δ-变形菌纲下降。施氮和品种刺激超级稻稻田土壤硝化作用,改变土壤硝态氮含量,进而引起土壤相关细菌的群落结构和相对丰度发生改变。随着施氮的增加,土壤脲酶活性增加,尿素被剧烈分解产生的大量铵态氮除了植物本身吸收以外,较大程度的促使硝化作用的发生,硝态氮含量随之增加。随着产量潜力增加,抽穗期光合势积累和根冠比呈升高趋势,可能通过根际沉积作用较大程度改变了土壤中微生物赖以生存的碳源,进而影响土壤微生物群落分布。冗余分析和相关性分析表明,酸杆菌门、绿弯菌门、Acidobacteria-6、厌氧绳菌纲、Phycisphaerae及索利氏菌纲与氨氧化潜势、硝化强度以及硝态氮含量呈显著负相关;β-变形菌纲、γ-变形菌纲、硝化螺旋菌纲和拟杆菌纲与氨氧化潜势、硝化强度以及硝态氮含量呈显著正相关。综上所述,随着施氮的增加,超级稻稻田土壤酶活性提高,氮肥被大量分解,土壤中的无机氮含量大幅度增加,产生较高的铵态氮促使土壤硝化作用的进行,导致了土壤剖面中硝态氮的累积;施氮使土壤微生物多样性下降,超级稻品种的差异是土壤微生物群落结构的最大变异来源。冗余分析和相关性分析表明,品种和施氮造成的土壤硝化作用和硝态氮含量的差异可能是造成超级稻稻田土壤微生物群落结构改变的主要土壤因素。