玉米秸稈生物炭對(duì)天人菊土壤理化性質(zhì)及根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

姚彤 胡曉龍 賈永紅 張富榮

摘要：【目的】明確玉米秸稈生物炭對(duì)天人菊土壤養(yǎng)分含量、酶活性和根際真菌群落等環(huán)境因子變化規(guī)律的影響及其作用機(jī)制，為提高玉米秸稈的資源化利用提供理論依據(jù)。【方法】在盆栽天人菊土壤中分別施入20、40、60和80 g/kg的玉米秸稈生物炭，以不添加玉米秸稈生物炭處理為對(duì)照（CK），于盛花期測(cè)定各處理天人菊根際土壤的速效養(yǎng)分（速效磷、速效鉀、堿解氮和有機(jī)質(zhì)）含量及過(guò)氧化氫酶（CAT）和脲酶活性，采用高通量測(cè)序技術(shù)測(cè)定根際土壤真菌群落多樣性，并分析玉米秸稈生物炭作用下天人菊根際土壤理化性質(zhì)與土壤真菌群落結(jié)構(gòu)間的相關(guān)性?！窘Y(jié)果】與CK相比，土壤中施入20～60 g/kg玉米秸稈生物炭可顯著提高天人菊根際土壤速效磷含量（P<0.05，下同），極顯著提高速效鉀、堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量（P<0.01，下同）;在土壤酶活性方面，土壤中施入20～80 g/kg玉米秸稈生物炭對(duì)CAT活性無(wú)顯著影響（P>0.05，下同），施入40 g/kg玉米秸稈生物炭極顯著提高脲酶活性，但施入量達(dá)80 g/kg時(shí)極顯著降低脲酶活性。即玉米秸稈生物炭能有效改變天人菊根際土壤理化性質(zhì)，且以施入40 g/kg的效果最佳。施入玉米秸稈生物炭能調(diào)控天人菊根際土壤的真菌群落結(jié)構(gòu)，也是以施入40 g/kg的真菌物種相對(duì)豐度較高，生物炭作用效果最明顯。在門(mén)分類(lèi)水平上，各玉米秸稈生物炭處理天人菊根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)中以子囊菌門(mén)（Ascomycota）為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，其次是擔(dān)子菌門(mén)（Basidiomycota）、接合菌門(mén)（Zygomycota）、壺菌門(mén)（Chytridiomycota）和球囊菌門(mén)（Glomeromycota）;在科分類(lèi)水平上，優(yōu)勢(shì)菌科為子囊菌門(mén)的6個(gè)科[毛殼菌科（Chaetomiaceae）、小囊菌科（Microascaceae）、叢赤殼科（Nectriaceae）、毛球殼科（Lasiosphaeriaceae）、子囊菌科（Ascomycoceae）和毛孢殼科（Coniochaetaceae）]及接合菌門(mén)的被孢霉科（Mortierellaceae），且毛殼菌科、小囊菌科、從赤殼科、子囊菌科、被孢霉科及毛孢殼科等6個(gè)根際土壤優(yōu)勢(shì)菌科均表現(xiàn)為各玉米秸稈生物炭處理的相對(duì)豐度明顯高于CK。天人菊根際土壤理化特性指標(biāo)與子囊菌門(mén)和接合菌門(mén)及子囊菌科、被孢霉科和毛孢殼科的相對(duì)豐度密切相關(guān)?！窘Y(jié)論】玉米秸稈生物炭可活化天人菊根際土壤理化性質(zhì)及酶活性，改變土壤真菌群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高土壤肥力，其中以施入40 g/kg玉米秸稈生物炭的作用效果最佳，可在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 玉米秸稈生物炭;天人菊;根際土壤;真菌豐度

中圖分類(lèi)號(hào)： S156.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2021）04-0942-09

Effects of corn stalk biochar on soil physicochemical properties and fungal community structure in the rhizosphere of

Gaillardia pulchella Foug.

YAO Tong， HU Xiao-long， JIA Yong-hong*， ZHANG Fu-rong

（Vocational and Technical College of Inner Mongolia Agricultural University， Baotou， Inner Mongolia? 014109， China）

Abstract：【Objective】To clarify the effects of corn stalk biochar treatment on the changes of environmental factors such as soil nutrient content， enzyme activity and rhizosphere fungus community in Gaillardia pulchella Foug. and its mechanism， and provide theoretical basis for the utilization of corn stalk. 【Method】Applied 20， 40， 60 and 80 g/kg corn stalk biochar into the soil of potted G. pulchella. Used no corn stalk biochar treatment as control（CK）， and measured contents of available nutrients（available phosphorus， available potassium， alkali-hydrolyzable nitrogen and organic matter） and the activities of catalase（CAT） and urease in rhizosphere soil of G. pulchella? during the full bloom period. High-throughput sequencing technology was used to determine the fungal community diversity in rhizosphere soil， and? the correlation between the physical and chemical properties of the rhizosphere soil and soil fungal community structure under the action of corn stalk biochar was analyzed. 【Result】Compared with CK treatment， applying 20-60 g/kg corn stalk biochar into the soil could significantly increase the content of available phosphorus in the rhizosphere soil of G. pulchella （P<0.05， the same below）， and extremely significantly increase available potassium， alkaline nitrogen and organic matter content （P<0.01， the same below）. In terms of soil enzyme activity， the application of 20-80 g/kg corn stalk biochar in the soil had no significant effect on CAT activity（P>0.05， the same below）. Application of 40 g/kg corn stalk biochar extremely significantly increased urease activity， but application of 80 g/kg corn stalk biochar extremely significantly reduced urease activity. That was to say， corn stalk biochar could effectively change the physical and chemical properties of the rhizosphere soil of G. pulchella， and the effect of 40 g/kg was the best.? The application of corn stalk biochar could regulate the fungal community structure in the rhizosphere soil of G. pulchella， and the relative abundance of fungal species at 40 g/kg was higher， and the effect of biochar was the most obvious. At the level of phyla classification， Ascomycota was the absolute predominance in the structure of the fungal flora in the rhizosphere soil of the corn stalk biochar treatment， followed by Basidiomycota， Zygomycota， Chytridiomycota and Glomeromycota. At the level of family classification， the dominant family of bacteria were six families of Ascomycota：Chaetomiaceae， Microascaceae， Nectriaceae， Lasiosphaeriaceae， Ascomycoceae， Coniochaetaceae， and Mortierellaceae of the phylum Mortierellaceae. In the all six dominant bacteria families（Lasiosphaeriaceae， Microascaceae， Nectriaceae， Ascomycoceae， Mortierellaceae and Coniochaetaceae） in rhizosphere soils， the relative abundance of each corn stover biochar treatment was higher than that of CK treatment. The physicochemical characteristics of the rhizosphere soil of G. pulchella? were closely related to the relative abundance of Ascomycota and Zygomycota， Ascomycocaceae， Mortierellaceae and Chaetomium. 【Conclusion】Corn stalk biochar can activate the physicochemical properties and enzyme activity of the rhizosphere soil of G. pulchella， change the structure of soil fungi community， and improve soil fertility. Among them， 40 g/kg corn stalk biochar has the best effect， and can be promoted and applied in production.

Key words： corn stalk biochar; Gaillardia pulchella Foug.; rhizosphere soil; fungi abundance

Foundation item： Natural Science Foundation of Inner Mongolia（2019MS03018）;Scientific and Technological Innovation Team Project of Vocational and Technical College of Inner Mongolia Agricultural University （2017CXTD01）

0 引言

【研究意義】天人菊（Gaillardia pulchella Foug.）為菊科一年生草本植物，花期長(zhǎng)且生性強(qiáng)韌，具有耐風(fēng)、抗潮及耐旱的特性，是我國(guó)北方干旱區(qū)常用的綠化和防風(fēng)固沙植物（邱玲玉，2010）;然而土壤生產(chǎn)力低下會(huì)嚴(yán)重影響天人菊的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而制約其產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。秸稈生物炭能有效提升土壤肥力，促進(jìn)逆境環(huán)境脅迫下的作物生長(zhǎng)（趙君等，2019）。生物炭豐富的表面積、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)可有效改善土壤pH、陽(yáng)離子交換量、營(yíng)養(yǎng)元素及水分含量等理化性質(zhì)（張乾等，2019），有利于維持微生物活性平衡，提高微生物參數(shù)評(píng)價(jià)土壤的質(zhì)量（唐行燦和陳金林，2018）。內(nèi)蒙古是我國(guó)玉米的主產(chǎn)區(qū)之一，秸稈資源豐富，僅2018年的玉米秸稈產(chǎn)量就達(dá)4488.75萬(wàn)t，但因秸稈供求錯(cuò)配等原因?qū)е麓罅坑衩捉斩挶浑S意置棄或焚燒，其利用率極低（紅霞和劉春艷，2020），而造成生態(tài)環(huán)境惡化及資源浪費(fèi)。因此，開(kāi)展玉米秸稈生物炭在園林植物的應(yīng)用研究，并了解生物炭與土壤理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)及植物生長(zhǎng)的相互作用機(jī)制，對(duì)提高玉米秸稈資源化利用具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】生物炭的施用可減少土壤中養(yǎng)分流失及污染物在作物根際區(qū)的遷移，提高養(yǎng)分利用率（桂利權(quán)等，2020）。張祥等（2013）研究表明，生物炭作用于紅壤和黃棕壤時(shí)能增加土壤有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀的含量，且隨著生物炭量的增加其養(yǎng)分含量也隨之增加。王雪玉等（2018）研究表明，施用20～60 t/ha的生物炭可提高溫室黃瓜根際土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量、脲酶和蔗糖酶活性及細(xì)菌結(jié)構(gòu)，其中生物炭施用量在20 t/ha時(shí)的調(diào)控效果最優(yōu)。陳芳等（2019）通過(guò)研究秸稈炭、谷殼炭和木炭對(duì)水稻生長(zhǎng)及土壤養(yǎng)分的影響，結(jié)果顯示，秸稈炭施用量為20 t/ha、谷殼炭施用量為40 t/ha時(shí)，土壤中的速效氮、速效磷、速效鉀和總養(yǎng)分含量明顯增加，干物質(zhì)量和產(chǎn)量達(dá)最高值。王智慧等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對(duì)半干旱地區(qū)草甸土壤的養(yǎng)分及酶活性均具有顯著促進(jìn)作用。王娟和黃成真（2020）研究報(bào)道，生物炭可降低土壤的容重，抑制水分蒸發(fā)，并改變土壤的物理結(jié)構(gòu)。楊彩迪等（2020）研究指出，添加生物炭可促進(jìn)酸性土壤有機(jī)質(zhì)的提高，有效改良酸性土壤，從而提高作物產(chǎn)量。此外，生物炭能促進(jìn)土壤微生物群落多樣性、代謝能力及其活性（葛成軍等，2012）。鄧建強(qiáng)等（2018）對(duì)山地黃棕土壤改良的結(jié)果表明，添加適量生物炭可提高土壤微生物多樣性，且以10～30 t/ha的添加量效果最佳。黃修梅等（2019）研究表明，添加20 t/ha的生物炭可增加馬鈴薯根際土壤子囊菌門(mén)相對(duì)豐度，而降低擔(dān)子菌門(mén)中子囊菌科和糞殼菌科及糞殼菌目的相對(duì)豐度?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】生物炭與土壤養(yǎng)分的耦合關(guān)系受生物炭、土壤及植物性狀等因素的影響，目前有關(guān)生物炭影響作物土壤養(yǎng)分和微生物菌群的研究主要集中在大田試驗(yàn)（唐行燦和陳金林，2018），而利用玉米秸稈生物炭調(diào)控盆栽天人菊土壤養(yǎng)分及根際土壤真菌多樣性的研究鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】將玉米秸稈生物炭拌入天人菊盆栽土壤中，探討玉米秸稈生物炭對(duì)天人菊土壤養(yǎng)分含量、酶活性和根際真菌群落等環(huán)境因子變化規(guī)律的影響及其作用機(jī)制，為提高玉米秸稈的資源化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

玉米秸稈生物炭購(gòu)自遼寧金和福農(nóng)業(yè)科技股份有限公司，是由玉米秸稈在400 ℃下于半封閉炭化爐內(nèi)缺氧燃燒8 h制備而得，其主要技術(shù)指標(biāo)：堿解氮159.2 mg/kg，速效磷394.2 mg/kg，速效鉀784.0 mg/kg，有機(jī)質(zhì)925.7 g/kg，pH 9.04，C/N比值67.03%。天人菊幼苗由內(nèi)蒙古蒙草生態(tài)環(huán)境（集團(tuán)）股份有限公司提供。供試土壤類(lèi)型為沙壤土，其堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為140.5、155.4和57.6 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為28.4 g/kg。

1. 2 試驗(yàn)方法

天人菊的盆栽試驗(yàn)于2019年4—6月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園區(qū)基地日光溫室開(kāi)展，共設(shè)4個(gè)生物炭處理（T1～T4），分別在供試土壤中添加20、40、60和80 g/kg生物炭，攪拌均勻;以不添加生物炭處理為對(duì)照（CK）。待新購(gòu)入的天人菊幼苗穩(wěn)定7 d后，從中選取長(zhǎng)勢(shì)基本相同的幼苗，每處理30株，定植于直徑18 cm、高18 cm的營(yíng)養(yǎng)缽中，每隔5 d澆水1次，保持通風(fēng)，設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1. 3 指標(biāo)測(cè)定

天人菊定植后，每處理隨機(jī)選取5盆，測(cè)定定植后20 d（盛花期）根際土壤的速效養(yǎng)分（速效磷、速效鉀、堿解氮和有機(jī)質(zhì)）含量及過(guò)氧化氫酶（CAT）和脲酶活性。速效磷含量采用鉬銻抗比色法進(jìn)行測(cè)定，速效鉀含量采用火焰光度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法進(jìn)行測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法進(jìn)行測(cè)定，CAT及脲酶活性分別采用高錳酸鉀滴定法和奈氏比色法進(jìn)行測(cè)定。同時(shí)以抖落法采集根際土壤，將花盆側(cè)切取出完整的植株及根系土球，抖落去除大塊土壤及雜質(zhì)后，將5盆天人菊混合根系土密封并超低溫（-80 ℃）保存?zhèn)溆谩２捎肐TS（Internal transcribed spacer）序列高通量測(cè)序技術(shù)測(cè)定根際土壤真菌群落多樣性，遵循Illumina測(cè)序儀構(gòu)建文庫(kù)，以ITS2為目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行引物設(shè)計(jì)。以DNA為模板，通過(guò)Phusion酶擴(kuò)增25～35個(gè)循環(huán)，PCR反應(yīng)體系25.0 ?L，完成一輪PCR擴(kuò)增后，在正、反向引物兩端利用不同的BarCod對(duì)多個(gè)上機(jī)樣本進(jìn)行區(qū)分。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物以Beads進(jìn)行純化，然后使用AxyPrepTM Mag PCR Normalizer進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，將構(gòu)建好的文庫(kù)上樣至cBots或簇生成系統(tǒng)，用于簇生成及MiSeq測(cè)序;根據(jù)Overlap關(guān)系進(jìn)行合并、拼接、過(guò)濾及Q20和Q30質(zhì)控分析，對(duì)最終獲得的Clean數(shù)據(jù)進(jìn)行微生物多樣性及不同微生物豐度分析。

1. 4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 19.0進(jìn)行整理分析，并以RDP數(shù)據(jù)庫(kù)（11.9版）進(jìn)行真菌物種分類(lèi)分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 玉米秸稈生物炭對(duì)天人菊根際土壤理化性質(zhì)的影響

于天人菊盛花期采集不同處理的根際土壤樣本，分析玉米秸稈生物炭對(duì)根際土壤理化性質(zhì)的影響。由表1可知，T1、T2、T3和T4處理的土壤速效磷含量較CK分別提高31.62%、38.99%、36.19%和28.23%，除T4處理外，其他3個(gè)玉米秸稈生物炭處理均顯著高于CK（P<0.05，下同）;4個(gè)玉米秸稈生物炭處理的速效鉀含量均極顯著高于CK（P<0.01，下同），較CK分別提高58.83%、59.56%、75.78%和152.09%;而堿解氮含量較CK分別提高20.15%、29.52%、19.96%和4.75%，其中T1、T2和T3處理均極顯著高于CK。T1～T4處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量也極顯著高于CK，分別較CK提高37.49%、44.24%、36.05%和34.55%。在CAT活性方面，T1、T2、T3和T4處理與CK的差異均不顯著（P>0.05，下同）;在脲酶活性方面，T1和T3處理與CK間無(wú)顯著差異，T2處理較CK極顯著提高19.51%，而T4處理較CK顯著降低14.02%。由此可知，玉米秸稈生物炭能有效改變天人菊根際土壤理化性質(zhì)，且以T2處理的效果最佳。

2. 2 玉米秸稈生物炭對(duì)天人菊根際土壤真菌多樣性的影響

圖1為天人菊盛花期不同玉米秸稈生物炭處理下其土壤真菌物種進(jìn)化關(guān)系的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù)。系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù)的組成包括節(jié)點(diǎn)（分類(lèi)學(xué)單元）、分支（微生物）和文字，其中，節(jié)點(diǎn)表示相對(duì)豐度高低，分支表示各分類(lèi)單元間的關(guān)系，系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù)環(huán)形部分的文字表示分類(lèi)等級(jí)，由內(nèi)到外依次增加;紅色區(qū)域表示真菌相對(duì)豐度較高，綠色區(qū)域表示真菌相對(duì)豐度較低。由圖1可知，T1、T2和T3處理被紅色覆蓋的區(qū)域面積相對(duì)較大，且明顯大于CK，說(shuō)明施入玉米秸稈生物炭能調(diào)控天人菊根際土壤的真菌群落結(jié)構(gòu)。其中，T2處理由內(nèi)到外被紅色覆蓋區(qū)域面積最大，即真菌物種相對(duì)豐度較高，生物炭作用效果最明顯。T4處理與CK間無(wú)明顯差異。

在門(mén)分類(lèi)水平上，各玉米秸稈生物炭處理天人菊根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)中以子囊菌門(mén)（Ascomycota）為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，占菌群物種總數(shù)的85.63%（表2）;其次是擔(dān)子菌門(mén)（Basidiomycota）、接合菌門(mén)（Zygomycota）、壺菌門(mén)（Chytridiomycota）和球囊菌門(mén)（Glomeromycota），分別占菌群物種總數(shù)的7.82%、5.54%、1.83%和1.23%。根際土壤優(yōu)勢(shì)菌門(mén)的相對(duì)豐度在不同玉米秸稈生物炭處理間也存在明顯差異，子囊菌門(mén)、擔(dān)子菌門(mén)、接合菌門(mén)、壺菌門(mén)及球囊菌門(mén)在T2和T3處理中的相對(duì)豐度明顯高于CK，且均以T2處理的相對(duì)豐度最高;在T1和T4處理的根際土壤優(yōu)勢(shì)菌門(mén)中，壺菌門(mén)的相對(duì)豐度反而低于CK。

在科分類(lèi)水平上，各玉米秸稈生物炭處理天人菊根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢(shì)菌科為子囊菌門(mén)的6個(gè)科[毛殼菌科（Chaetomiaceae）、小囊菌科（Microascaceae）、叢赤殼科（Nectriaceae）、毛球殼科（Lasiosphaeriaceae）、子囊菌科（Ascomycoceae）和毛孢殼科（Coniochaetaceae）]及接合菌門(mén)的被孢霉科（Mortierellaceae），分別占菌群物種總數(shù)的18.92%、8.61%、3.13%、4.31%、2.80%、1.72%和1.50%（表3）。在毛殼菌科、小囊菌科、從赤殼科、子囊菌科、被孢霉科及毛孢殼科等6個(gè)根際土壤優(yōu)勢(shì)菌科中，均表現(xiàn)為各玉米秸稈生物炭處理的相對(duì)豐度明顯高于CK，且也是以T2處理的相對(duì)豐度最高。

2. 3 天人菊根際土壤養(yǎng)分與真菌群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)分析結(jié)果

由表4可知，在門(mén)分類(lèi)水平上，天人菊根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)中子囊菌門(mén)、擔(dān)子菌門(mén)、接合菌門(mén)和球囊菌門(mén)占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤速效磷含量、速效鉀含量、堿解氮含量、有機(jī)質(zhì)含量、CAT活性及脲酶活性均呈正相關(guān)，壺菌門(mén)占菌群物種總數(shù)的比例除了與根際土壤速效鉀含量呈負(fù)相關(guān)外，與其他土壤理化性質(zhì)指標(biāo)也呈正相關(guān)。其中，子囊菌門(mén)占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤速效磷含量、堿解氮含量和有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān);接合菌門(mén)占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤速效磷含量呈極顯著正相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。在科分類(lèi)水平上，天人菊根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)中毛殼菌科、小囊菌科、叢赤殼科和子囊菌科占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤速效磷含量、速效鉀含量、堿解氮含量、有機(jī)質(zhì)含量、CAT活性及脲酶活性均呈正相關(guān)，其中，子囊菌科占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤速效鉀含量及堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，被孢霉科占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，毛孢殼科占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤脲酶活性呈顯著正相關(guān)。

3 討論

生物炭發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響和改變土壤理化性狀，間接增加微生物活性，進(jìn)而促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用（李亞嬌等，2019）。在本研究中，施用玉米秸稈生物炭后，天人菊從生長(zhǎng)期到開(kāi)花期其根際土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量均有不同程度的提高，與生物炭作用于烤煙（李小磊等，2019）、葡萄（何秀峰等，2020）和水稻（黃雁飛等，2020）的效果一致。究其原因：一是生物炭通過(guò)其較大表面積和多孔結(jié)構(gòu)降低土壤養(yǎng)分的淋溶損失;二是土壤對(duì)富含礦物質(zhì)元素的生物炭產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)吸附效果。速效磷和速效鉀含量的增加可能還與生物炭調(diào)控微生物環(huán)境而加速解磷菌和解鉀菌生長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)磷和鉀元素從無(wú)效形式向有效形式轉(zhuǎn)化相關(guān)。利用生物炭抑制反硝化反應(yīng)，降低有機(jī)質(zhì)礦化速率也是土壤堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量增加的主要原因之一。隨著生物炭施用量的增加，土壤速效磷、堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量均呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，可能是生物炭施用量過(guò)多，其微小顆粒會(huì)侵入土壤毛管孔隙，形成阻塞而導(dǎo)致可利用毛管孔隙數(shù)量下降（趙君等，2019），最終抑制土壤養(yǎng)分吸收。本研究結(jié)果表明，天人菊根際土壤速效鉀含量隨著玉米秸稈生物炭施用量的增加而呈直線(xiàn)上升，與王寧等（2016）的研究結(jié)果一致，是由于沙土的基礎(chǔ)養(yǎng)分只有57.6 mg/kg，屬于國(guó)家土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的養(yǎng)分缺乏級(jí)別（50～100 mg/kg），生物炭的增加能促進(jìn)速效鉀在土壤中的生物轉(zhuǎn)化率而提高其含量。

土壤酶活性是評(píng)價(jià)土壤肥力和生物活性的重要指標(biāo)（林剛云等，2020）。馮愛(ài)青等（2015）、許云翔等（2019）的研究結(jié)果均表明，添加秸稈生物炭能有效提高土壤脲酶活性，降低土壤CAT活性。胡華英等（2019）研究證實(shí)，高添加量生物炭可提高土壤脲酶活性，但對(duì)土壤CAT活性的影響不顯著。在本研究中，施用玉米秸稈生物炭對(duì)天人菊根際土壤CAT活性影響不顯著，但對(duì)土壤脲酶活性有顯著影響，具體表現(xiàn)為玉米秸稈生物炭施用量為40 g/kg時(shí)可顯著提高土壤脲酶活性，施用量達(dá)60～80 g/kg時(shí)則降低土壤脲酶活性。究其原因可能是玉米秸稈生物炭通過(guò)對(duì)反應(yīng)底物的吸附作用而提高土壤脲酶活性，但生物炭表面活性位點(diǎn)被某種物質(zhì)包圍后會(huì)阻礙酶促反應(yīng)，從而降低土壤脲酶活性（江賾偉等，2019）。說(shuō)明土壤酶活性受生物炭原材料、熱解溫度、添加量及植物與土壤性狀等綜合因素的影響。

生物炭通過(guò)釋放自身的養(yǎng)分而提高土壤微生物多樣性及其生物活性，進(jìn)而改變土壤功能（唐行燦和陳金林，2018）。微生物是土壤養(yǎng)分循環(huán)、轉(zhuǎn)化及推進(jìn)有機(jī)質(zhì)形成的主要驅(qū)動(dòng)因子（李發(fā)虎等，2017），而土壤養(yǎng)分和結(jié)構(gòu)又反作用于微生物，直接或間接使微生物豐度和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變（Zhu et al.，2017;李紅宇等，2020）。真菌作為土壤微生物的重要組成單元，可促進(jìn)寄主植物吸收土壤養(yǎng)分和分解土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤微生物群落分布（Doran and Zeiss，2000;姜海燕等，2010）。本研究結(jié)果表明，天人菊根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)中子囊菌門(mén)占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤速效磷含量、堿解氮含量和有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，接合菌門(mén)占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤速效磷含量呈極顯著正相關(guān)、與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。在科分類(lèi)水平上，子囊菌科占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤速效磷含量和堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，被孢霉科占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，毛孢殼科占菌群物種總數(shù)的比例與根際土壤脲酶活性顯著正相關(guān)?？梢?jiàn)，土壤理化特性指標(biāo)與上述真菌門(mén)/科的相對(duì)豐度密切相關(guān)。子囊菌門(mén)和接合菌門(mén)作為土壤中的重要分解群落，能降解木質(zhì)素和角質(zhì)素，促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)（李明等，2016）。被孢霉科真菌具有很強(qiáng)的降解纖維素能力，其數(shù)量能反映土壤中有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量的豐富程度及抵御病蟲(chóng)害的能力（Curran et al.，2000;鄧嬌嬌等，2019）。土壤養(yǎng)分含量與土壤微生物活性關(guān)系緊密（Carney and Matson，2005;劉洋等，2016），但目前有關(guān)子囊菌科、毛孢殼科及未識(shí)別科真菌影響土壤養(yǎng)分的研究鮮見(jiàn)報(bào)道，因此這些真菌是否通過(guò)寄主于土壤動(dòng)植物殘?bào)w進(jìn)行有機(jī)質(zhì)分解而促進(jìn)土壤養(yǎng)分含量及提高酶活性尚有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

玉米秸稈生物炭可活化天人菊根際土壤理化性質(zhì)及酶活性，改變土壤真菌群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高土壤肥力，其中以施入40 g/kg玉米秸稈生物炭的作用效果最佳，可在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯 蘭宗寶）