窒素固定細菌接種は肥料削減下でトウモロコシの収量を増加させ、土壌微生物群集構造を変化させる可能性がある

過剰な肥料施用は華北平原の農業生産において一般的な慣行である。窒素固定細菌接種を用いた夏トウモロコシの最適な施肥戦略を検討するために、従来の施肥率（600 kg ha−1 NPK; N:P2O5:K2O=28:8:10; 100Fをデフォルト）を対照として、肥料削減（100Fの90%、80%、62.5%、および50%）とAzotobacter chroococcum接種の効果を2年間（2022年〜2023年）にわたる圃場実験で調査した。肥料削減により遊離アミノ酸含量は増加したが、可溶性糖、タンパク質、および脂肪酸含量は減少した。しかし、細菌接種はトウモロコシ葉の上記すべての栄養指標を有意に増強した。肥料削減条件下での細菌接種は、GSおよびGOGATなどの主要な窒素代謝酵素活性を高め、トウモロコシ植物内の窒素、糖質、脂質代謝をさらに支えた。加えて、細菌接種は根の発達、生体量蓄積、および穀粒の栄養価を促進し、肥料削減下で収量を有意に増加させた。最高収量（11,454 kg ha−1）は、細菌接種が約87F（約522 kg ha−1 NPK）で達成され、一方非接種対照は約90.5F（約543 kg ha−1）でピーク収量（11,032 kg ha−1）に達した。肥料削減と細菌接種の相乗効果は栄養供給の改善と土壌微生物多様性の調整をもたらした。A. chroococcumの接種は土壌のアンモニウムおよび硝酸塩レベルを増加させ、pHを低下させたが、全体的な細菌のリッチネスは減少し、土壌への持続的かつ悪影響を及ぼす可能性がある。肥料削減と細菌接種はともに微生物群集構造を有意に変化させ、年次間変動も顕著であった。総じて、我々の所見は、適度な肥料削減（9.5〜13%）と窒素固定細菌接種の組み合わせが高収量の維持、栄養利用効率の向上、および土壌健康の改善を通じて持続可能なトウモロコシ生産を支える可能性を示唆している。ただし、pH低下効果のため、窒素固定細菌接種の土壌微生物バランスに対する生態学的影響を評価するための長期的なモニタリングが必要である。