磷肥和生物炭配施對(duì)杉木林地土壤微生物的影響

包明琢，曲雪銘，高倩倩，于姣妲，周垂帆,2*

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州 350002；2.人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)福建省高校工程研究中心，福建 福州 350002)

杉木是我國(guó)南方重要的速生用材樹種，其人工林種植面積和蓄積量均居我國(guó)人工林首位[1]，磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育中必不可少的元素之一，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有十分重要的影響[2]。土壤全P含量較高而有效P不足，會(huì)限制林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3]，因此在林業(yè)生產(chǎn)中會(huì)施入P肥來提高有效P的含量從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，但近年來土壤質(zhì)量下降，杉木人工林經(jīng)營(yíng)普遍出現(xiàn)了“第2代效應(yīng)”[4]，多代連栽造成杉木人工林土壤有效P不足,林區(qū)土壤地力衰退問題日益嚴(yán)峻，林分生產(chǎn)力下降，制約著我國(guó)南方杉木人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)[5]。近幾年來，國(guó)內(nèi)外眾多研究證實(shí)，向土壤中施加生物炭可減少對(duì)土壤中P素的固定，促進(jìn)土壤中難溶態(tài)磷的活化作用[6]，然而當(dāng)前的研究多是短期效應(yīng)，長(zhǎng)期影響評(píng)估不足，且林慶毅[7]研究發(fā)現(xiàn)，在土壤環(huán)境中的生物炭會(huì)因酸雨等因素的影響而發(fā)生老化，生物炭pH因此降低，進(jìn)而對(duì)酸性土壤的改良作用減弱。因此，將生物炭施入土壤后，生物炭的理化性質(zhì)會(huì)隨著土壤的酸化發(fā)生一定的改變，這種改變必然在一定程度上影響土壤肥力與土壤微生物。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要參與者，與土壤理化性質(zhì)種類密切相關(guān),客觀反映了土壤肥力狀況[8]，其組成和活性對(duì)土壤肥力的保持和提高具有重要意義[9]。

鑒于此，本研究以福建南平市王臺(tái)鎮(zhèn)第2代杉木人工林林地土壤為研究對(duì)象，研究P肥施用的前提下，生物炭氧化后對(duì)土壤理化性質(zhì)和土壤微生物數(shù)量以及多樣性是否會(huì)發(fā)生不利影響，為評(píng)估生物炭在杉木人工林土壤改良的長(zhǎng)期應(yīng)用提供參考，為提高我國(guó)南方杉木人工林土壤質(zhì)量及可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與制備

本試驗(yàn)以南平市王臺(tái)鎮(zhèn)第2代杉木人工林(117°57′E，26°28′N)的酸性紅壤為供試土壤，其土壤為白云母中細(xì)?；◢弾r發(fā)育的山地暗紅壤，獲取方法：于二代杉木人工林林分內(nèi)選4個(gè)同林齡的林分樣地做樣方(20 m×20 m)，在各樣方對(duì)角地取0～20 cm土層的土樣并混合，去除石塊、根系等雜物，風(fēng)干過2 mm篩后經(jīng)自然風(fēng)干后保存?zhèn)溆?土壤全P含量為0.069 g·kg-1、速效P含量為5.85 mg·kg-1、全N含量為2.13 g·kg-1、pH為4.31)。同時(shí)以在土壤采樣點(diǎn)采集的杉木葉作為原材料，用去離子水洗凈后在80 ℃下進(jìn)行干燥，后磨碎過1 mm篩，將制備的杉木葉粉放于馬弗爐中，設(shè)置600 ℃的高溫，缺氧裂解4 h得到生物炭，參照林慶毅等[10]的研究方法，采用超純水淋洗，為去除灰分物質(zhì)，取80 g生物炭樣品浸入到1 L超純水中，在70 ℃下保持6 h，再用1 L的超純水每隔2 h淋洗1次，共淋洗3次，在烘箱中烘干后稱重并放于玻璃瓶中，制得水洗生物炭(WBC)。參照文方園等[11]的研究方法，取500 mL 20%的H2O2與80 g生物炭混合反應(yīng)，于振蕩器中振蕩1 d后離心并濾出上清液，再加入等量的20% H2O2進(jìn)行2 d的氧化，烘干后稱重放于棕色瓶中待用，即為氧化生物炭(OBC)。供試生物炭性質(zhì)見表1。

表1 供試生物炭的性質(zhì)

1.2 土壤培養(yǎng)

試驗(yàn)共設(shè)置4組處理，具體為：1)原土(CK)；2)原土加111.96 mg·kg-1P素(P素的用量參考趙牧秋等[12]的研究)；3)原土加111.96 mg·kg-1P素和3% WBCP；4)原土加111.96 mg·kg-1P素和3% OBCP，施生物炭量參考胡華英等[13]的研究。每個(gè)處理組設(shè)3組重復(fù)。供試P肥為磷酸二氫鉀，各處理的供試土壤重500 g，將樣品置于25 ℃、黑暗的培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)期間每隔2～3 d稱重補(bǔ)水，使土壤水分保持在田間持水量的60%，待到150 d后獲取新鮮土樣并將其過2 mm篩，取一部分風(fēng)干用于土壤理化性質(zhì)的測(cè)定，另一部分新鮮土樣用于土壤微生物的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定 稱取過2 mm篩的風(fēng)干土5.00 g，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定有效鉀(AK)；稱取過0.149 mm篩的風(fēng)干土樣200 mg，采用全自動(dòng)微量分析儀(德國(guó)Elementar，Vario Macro Cubeelementar)進(jìn)行土壤全碳(TC)和全氮(TN)含量的測(cè)定；稱取5 g過2 mm篩的土樣，采用德國(guó)elementar TOC總有機(jī)碳(總氮)分析儀(liqui TOCⅡ)測(cè)定土壤溶解性有機(jī)碳(DOC)和溶解性有機(jī)氮(DON)含量；稱取2份5 g過2 mm篩的土樣用連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀分別測(cè)定銨態(tài)氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO3--N)以及土壤有效磷(AP)含量[12]；稱取0.1 g過0.15 mm篩的風(fēng)干土樣，用氫氟酸-高氯酸將土樣消解，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)測(cè)定全磷(TP)；稱取10 g過2 mm篩的風(fēng)干土樣，加入25 mL不含CO2的去離子水，經(jīng)震蕩、靜置后直接用pH計(jì)測(cè)得上清液的pH[14]。

1.3.2 土壤微生物的測(cè)定 用Illumina Miseq PE300高通量測(cè)序平臺(tái)來測(cè)12個(gè)樣品中的細(xì)菌與真菌序列，具體測(cè)試由北京奧維森科技有限公司完成。測(cè)定的基本流程為：對(duì)土樣進(jìn)行DNA提取后，使用特異性引物擴(kuò)增細(xì)菌16S rDNA基因的V3-V4區(qū)以及真菌ITS1基因的ITS1-ITS2區(qū)。對(duì)細(xì)菌和真菌目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)增使用的引物序列分別為ACTCCTACGGGAGGCAGCAG；GGACTACHV-GGGTWTCTAAT和CTTGGTCATTTAGAGG-AAGTAA；TGCGTTCTTCATCGATGC。完成PCR擴(kuò)增獲取擴(kuò)增產(chǎn)物后對(duì)同一樣本的產(chǎn)物進(jìn)行混合，最后利用2%的瓊脂糖凝膠電泳對(duì)混合后的產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，即可獲取土樣中微生物的原始序列。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Illumina MiSeq平臺(tái)進(jìn)行Paired-end測(cè)序，測(cè)序完成后首先進(jìn)行質(zhì)量控制即濾掉打分小于20、堿基模糊、引物錯(cuò)配或測(cè)序長(zhǎng)度小于150 bp的序列，根據(jù)barcodes歸類各處理組序列信息聚類為用于物種分類的OTU(operational taxonomic units)，用uparse[15](usearch v10.0.420)按照97%相似性序列進(jìn)行OTU聚類，對(duì)比silva數(shù)據(jù)庫(kù)，得到每個(gè)OTU對(duì)應(yīng)的物種分類信息?；贠TU的豐度結(jié)果，使用Qiime軟件得到樣品的Shannon指數(shù)等[16]，樣本間群落組成差異采用主成分分析(PCA)。使用SPSS 19.0對(duì)土壤養(yǎng)分和主要優(yōu)勢(shì)微生物進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan法分析不同處理間的顯著性(P<0.05)，采用Origin 8.5對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，圖表中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差，環(huán)境因子對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響采用冗余分析(RDA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 P肥與生物炭配施對(duì)土壤微生物群落構(gòu)成影響

將測(cè)序所得的有效序列按97%的相似度進(jìn)行OTU的劃分后整理繪制的韋恩圖(圖1)。在4組處理中檢測(cè)到的細(xì)菌總OTU數(shù)為2 773，其中CK處理1 832個(gè)、P處理1 794個(gè)、WBCP處理2 122個(gè)、OBCP處理2 169個(gè)，單施P肥會(huì)減少土壤細(xì)菌物種數(shù)目，而在P肥的施用下生物炭氧化前后均能促進(jìn)土壤細(xì)菌物種數(shù)的增加，且氧化后的生物炭的促進(jìn)作用更強(qiáng)。真菌OTU數(shù)共為1 856個(gè)，其中，CK處理921個(gè)、P處理1 256個(gè)、WBCP處理1 179個(gè)、OBCP處理1 159個(gè)，添加生物炭與P肥混合物能適當(dāng)豐富土壤真菌物種數(shù)，只添加P肥的土壤中真菌物種數(shù)最多，表明施加P肥對(duì)土壤真菌物種數(shù)有明顯的促進(jìn)作用，但生物炭會(huì)抑制P對(duì)土壤真菌物種數(shù)的增加。

生物炭與P的施用對(duì)土壤微生物的影響通過Shannon-Wiener曲線可以表示(圖2)，Shannon值越大，說明群落多樣性越高。WBCP與OBCP處理細(xì)菌Shannon值顯著高于P與CK處理組，添加生物炭與P的混合物能顯著提高群落中細(xì)菌多樣性，提升程度相似，單施加P肥對(duì)細(xì)菌多樣性無影響。CK、P、WBCP和OBCP處理真菌Shannon值差別不大，說明是否施加生物炭和P肥對(duì)真菌多樣性無顯著影響。

為了能夠了解不同處理下微生物群落結(jié)構(gòu)的差異，分別對(duì)細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行PCA分析[17](圖3)。不同處理組間微生物群落結(jié)構(gòu)的差異以組間距離的遠(yuǎn)近來呈現(xiàn)，其中，距離越遠(yuǎn)表明群落結(jié)構(gòu)差異越大，反之越小。由圖3A可以看出，P處理與CK處理的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的差異較小，不同生物炭處理下的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與CK和P處理差異較大，同時(shí)OBCP和WBCP處理組間的土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)也具有差異。圖3B也反映出不同處理組間的土壤真菌群落結(jié)構(gòu)均存在差異。其中，與CK處理相比，P處理、生物炭處理組中土壤的真菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，但其中OBCP處理的真菌群落結(jié)構(gòu)與WBCP處理相比差異較小。

2.2 P肥與生物炭配施對(duì)土壤微生物相對(duì)豐度的影響

共檢測(cè)到28個(gè)門分類水平和222個(gè)屬分類水平下的細(xì)菌類群，而真菌門和屬分類水平下的類群數(shù)共檢測(cè)到18和387個(gè)。選取門和屬分類水平下相對(duì)豐度前6的微生物類群，分析不同處理對(duì)其相對(duì)豐度的影響，并對(duì)其中差異性顯著的微生物進(jìn)行進(jìn)一步比較(圖4、圖5)。試驗(yàn)結(jié)論證明，優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門為變形菌門(Proteobacteria)(30.18%～38.85%)、酸桿菌門(Acidobacteria)(13.55%～20.81%)、綠彎菌門(Chloroflexi)(8.20%～19.18%)、放線菌門(Actinobacteria)(7.22%～14.77%)以及厚壁菌門(Firmicutes)(5.44%～10.98%)。從圖4A、圖4B、圖4C中可以發(fā)現(xiàn)，與P處理組相比，WBCP和OBCP處理組中的綠彎菌門(8.20%)和放線菌門(7.22%)以及厚壁菌門(5.44%)的相對(duì)豐度均顯著下降。主要優(yōu)勢(shì)的細(xì)菌屬有嗜酸棲熱菌屬(Acidothermus)(1.33%～10.03%)、芽孢桿菌屬(Bacillus)(1.28%～2.92%)，從圖4D、圖4E發(fā)現(xiàn)，與P處理組相比，WBCP和OBCP處理組均顯著降低酸性嗜熱菌屬的相對(duì)豐度，顯著提高了芽孢桿菌屬的相對(duì)豐度；在不同生物炭的處理組間，WBCP(1.33%)處理組對(duì)酸性嗜熱菌屬的相對(duì)豐度下降程度比OBCP(2.96%)處理組下降得更顯著，下降了1.63%。而對(duì)芽孢桿菌屬豐度的提高則是WBCP(2.92%)處理組更顯著于OBCP(2.20%)處理組，提高了0.72%。

在真菌層次中，主要的優(yōu)勢(shì)真菌門為子囊菌門(Ascomycota)(49.27%～54.15%)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)(21.58%～33.17%)和被孢霉門(Mortierellomycota)(5.06%～20.33%)。與P處理組相比，不同生物炭與磷混合物的添加培養(yǎng)對(duì)土壤中的被孢霉門、中壺菌門(Chytridiomycota)和擔(dān)子菌門的相對(duì)豐度均無顯著的影響，卻顯著影響了毛霉亞門(Mucoromycota)和類原生動(dòng)物門(Rozellomycota)的相對(duì)豐度(圖5)。在圖5B、圖5C中，與P處理組(1.09%)相比，不同生物炭與磷混合物處理組中均顯著提升毛霉亞門相對(duì)豐度，其中WBCP處理組(1.69%)對(duì)毛霉亞門的相對(duì)豐度的提高顯著高于OBCP處理組(1.12%)；類原生動(dòng)物門中，WBCP(1.34%)處理組含量高于P(0.87%)和OBCP(1.01%)處理組，但差異性不顯著。

主要真菌屬有Saitozyma(14.03%～22.37%)、被孢霉屬(Mortierella)(5.04%～20.32%)、腐質(zhì)霉屬(Humicola)(3.54%～6.90%)、毛殼屬(Chaetomium)3.02%～5.38%)和糞殼屬(Sordaria)(2.46%～4.03%)。圖5D、圖5E、圖5F中，與P處理組相比，WBCP(22.37%)處理組中Saitozyma相對(duì)豐度較P(21.07%)和OBCP(20.67%)處理組高；OBCP(3.02%)處理組中毛殼屬相對(duì)豐度較P(3.89%)和WBCP(4.80%)處理組低，但三者間相比變化不顯著；WBCP(3.21%)處理組和OBCP處理組中，糞殼屬相對(duì)豐度均低于P(4.03%)處理組，其中OBCP(2.46%)處理組豐度降低得更顯著。

2.3 P肥與生物炭配施對(duì)土壤養(yǎng)分的變化

不同處理下土壤主要養(yǎng)分含量狀況如表2所示。與CK組相比，單施P肥能使土壤中的TP、AP和AK含量增加，降低NH4+-N的含量；與P處理組進(jìn)行對(duì)比，在施加不同生物炭與P肥混合物土壤中TC、TN、TP和AK的含量均有顯著的提高，AP和NO3--N的含量則相反，其具體表現(xiàn)為：WBCP和OBCP處理組中的TC、TN和TP含量顯著高于P處理組，而WBCP與OBCP處理組之間差異并不顯著，這說明在施加P肥的前提下，不同處理的生物炭對(duì)土壤總C、N、P含量并沒有顯著影響；WBCP處理和OBCP處理中AK含量顯著高于P處理組，且OBPC處理組提高效果更加顯著，這說明添加生物炭有提高了土壤中K的有效性，且生物炭氧化之后提升效果更明顯；與P處理組相比，WBCP與OBCP處理組中的AP含量均顯著降低，特別是在OBCP處理組中AP含量降低更加顯著，這說明生物炭氧化后會(huì)對(duì)P有效性產(chǎn)生不利影響；與P處理相比，生物炭與P混合物會(huì)使得NO3--N含量顯著降低，但生物炭是否氧化對(duì)其含量影響并不顯著；不同的是在WBCP處理中NH4+-N的含量對(duì)比P處理是顯著降低的，降低了13.05%，而在OBCP處理中NH4+-N的含量是顯著提高的，提高了37.29%；而與P處理組相比不同的生物炭處理下DOC的含量沒有顯著的變化；試驗(yàn)測(cè)得CK、P、WBCP、OBCP 4組土壤的pH分別是3.49±0.01、3.91±0.03、5.98±0.01、6.00±0.03，因?yàn)樯锾勘旧沓蕢A性，加入土壤能顯著提高土壤pH值；P處理組與CK處理組土壤pH值差異較小，表明外源P的添加對(duì)土壤pH值影響較小。

表2 土壤理化性質(zhì)分析

2.4 土壤養(yǎng)分與微生物相對(duì)豐度的冗余分析

對(duì)土壤性質(zhì)與土壤微生物優(yōu)勢(shì)門、屬相對(duì)豐度進(jìn)行RDA分析，紅箭頭代表土壤性質(zhì)，藍(lán)箭頭代表各土壤微生物，箭頭越長(zhǎng)代表影響越顯著。由圖6A可以看出，酸桿菌門相對(duì)豐度與TN、TC呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性而與DOC呈顯著負(fù)相關(guān)，浮霉菌門(Planctomycetes)則與此相反。同時(shí)，綠彎菌門、放線菌門和厚壁菌門的相對(duì)豐度也NO3--N呈正相關(guān)性而與TN、TC和TP呈顯著負(fù)相關(guān)。變形菌門與TC、AK和TN呈顯著正相關(guān)，與NO3--N呈現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系。從圖6B可以看出，嗜酸棲熱菌屬(Acidothermus)相對(duì)豐度與NO3--N呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性，而與TC和TN呈顯著負(fù)相關(guān)。芽孢桿菌屬(Bacillus)與TP、AK、TC和TN呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性，與NO3--N呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。Variibacter、Candidatus_Koribacter和慢生根瘤菌屬(Bradyrhizobium)與NO3--N、NH4+-N呈顯著正相關(guān)。Candidatus_Koribacter與DOC和DON呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

從圖6C可以看出，類原生動(dòng)物門和擔(dān)子菌門與AK、AP、TP呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性，中壺菌門與NO3--N呈顯著正相關(guān)，而與TC、TC、TP和AK呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，被孢霉門與NH4+-N呈極顯著正相關(guān)與AP呈顯著負(fù)相關(guān)，子囊菌門與DOC呈極顯著正相關(guān)性。從圖6D可以看出，被孢霉屬(Mortierella)和木霉屬(Trichodrerma)與NH4+-N呈極顯著正相關(guān)，與AP呈負(fù)相關(guān)。Saitozyma與AP、AK和TP呈現(xiàn)正相關(guān)性，與NO3--N呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。腐質(zhì)霉屬(Humicola)、Chaetomium與NO3--N呈極顯著正相關(guān)，與TN、TC呈顯著負(fù)相關(guān)，糞殼屬(Sordaria)與DOC呈顯著正相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本研究表明，施加P肥的條件下，在二代杉木人工林土壤中添加生物炭能夠有效改善土壤養(yǎng)分，但生物炭氧化后會(huì)降低土壤溶解性有機(jī)C、速效K和速效P的含量，減弱了對(duì)土壤養(yǎng)分的改善效果。生物炭施加后促進(jìn)土壤細(xì)菌物種數(shù)目與多樣性，抑制真菌物種數(shù)目，其中氧化后的生物炭對(duì)土壤細(xì)菌物種數(shù)的促進(jìn)效果最為明顯。門和屬水平下主要微生物類群的相對(duì)豐度因其不同的適宜生存環(huán)境與土壤主要養(yǎng)分含量呈現(xiàn)顯著的正、負(fù)相關(guān)性，因此氧化前后的生物炭也會(huì)通過影響土壤養(yǎng)分來間接影響土壤微生物的結(jié)構(gòu)組成，因此在人工林管理中，應(yīng)考慮生物炭氧化后對(duì)土壤理化性質(zhì)和土壤微生物的影響并做出合理的應(yīng)對(duì)措施。本試驗(yàn)是基于實(shí)驗(yàn)室模擬進(jìn)行的土壤培養(yǎng)，缺乏對(duì)杉木植株的培養(yǎng)情況與對(duì)生物炭在杉木林土壤中的長(zhǎng)期使用效果的了解，因此需再進(jìn)一步進(jìn)行野外培養(yǎng)研究。

3.2 討論

近年來隨著可再生資源的不斷減少，生物炭對(duì)土壤微生物影響的變化規(guī)律成為熱門話題。與單獨(dú)施加P肥的處理組相比，添加生物炭改變了土壤細(xì)菌相對(duì)豐度，提高了土壤微生物群落的多樣性[18]；這一結(jié)果與V.Imparato等[19]的報(bào)道相似，他們發(fā)現(xiàn)添加生物炭能在一定程度上改變土壤細(xì)菌豐度，一方面是由于生物炭多孔隙且比表面積較大，添加生物炭可直接為細(xì)菌群體提供合適的棲息環(huán)境[20]，有提高土壤細(xì)菌豐度的可能性；另一方面是由于生物炭富含養(yǎng)分可以通過改善土質(zhì)量和大量元素的有效性間接對(duì)細(xì)菌的豐度發(fā)揮作用[21]，從而引起土壤細(xì)菌的豐度變化。而生物炭與P肥混合物處理未能促進(jìn)真菌的生長(zhǎng)，表現(xiàn)抑制真菌生長(zhǎng)的現(xiàn)象，與韓光明[18]和姚欽[22]的結(jié)論類似，在酸性土壤中真菌數(shù)量較多，在中性或堿性土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量較多，而生物炭的添加會(huì)造成土壤酸堿度朝著適宜細(xì)菌生存的方向發(fā)展，使得真菌較細(xì)菌更難在添加生物炭培養(yǎng)的土壤中生存[23]。

對(duì)不同分類水平下的微生物類群而言，與P處理組相比，氧化前后的生物炭不會(huì)改變主要微生物類群的優(yōu)勢(shì)度。土壤中的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門主要為變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門、放線菌門以及厚壁菌門，這與李金融等[24]對(duì)土壤細(xì)菌多樣性的研究結(jié)果一致，由于其對(duì)環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此在氧化前后生物炭培養(yǎng)的土壤中與其他細(xì)菌群落相比具有較高的活性。而本研究發(fā)現(xiàn)氧化前后生物炭的處理對(duì)芽孢桿菌屬的相對(duì)豐度有促進(jìn)作用，與王晶等[25]的研究結(jié)果存在差異，這可能是生物炭制備原料、施用量、土壤性質(zhì)不同造成的。施加生物炭對(duì)嗜酸棲熱菌屬豐度有抑制作用，可能是由于生物炭成堿性，在土壤中施加生物炭可以顯著提高土壤的pH，而嗜酸棲熱菌屬在酸性環(huán)境中適宜生活，因此添加生物炭會(huì)降低嗜酸棲熱菌屬的相對(duì)豐度。對(duì)真菌的研究發(fā)現(xiàn)，子囊菌門和擔(dān)子菌門是主要優(yōu)勢(shì)真菌門，這與L.C.Paungfoo等[26]對(duì)土壤真菌的研究結(jié)果是一致的，且子囊菌門的相對(duì)豐度要優(yōu)于擔(dān)子菌門。氧化前后的生物炭均能提高毛霉亞門的相對(duì)豐度，且生物炭氧化前對(duì)毛霉亞門相對(duì)豐度含量的提高高于氧化后，可能是由于短期施加生物炭促進(jìn)土壤微生物的豐度增加主要是微生物吸收利用生物炭中可溶性炭直接引起的，而氧化前生物炭含中可溶性碳含量較氧化后含量高[27]。

由于生物炭富含礦質(zhì)養(yǎng)分且其特殊的表面結(jié)構(gòu)與吸附能力，因此生物炭的添加能夠有效改變土壤養(yǎng)分含量[28]，對(duì)土壤養(yǎng)分以及肥力有一定的固定保持作用[29-30]。而P是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必不可少的大量營(yíng)養(yǎng)元素，參與組成植物體內(nèi)許多的重要化合物。本研究發(fā)現(xiàn)，與單施P肥相比，生物炭的添加能夠顯著提高土壤TC、TN、TP和AK的含量，這與先前的研究報(bào)道結(jié)果一致，如A.B.Syuhada等[31]的研究指出生物炭的添加能夠顯著提高紅壤中AK的含量，這主要由于生物炭的存在可以有效減少土壤中K元素的淋溶，Gao等[32]的研究也發(fā)現(xiàn)，土壤的pH值、TC、TN等含量因?yàn)樯锾康奶砑佣@著提升，這是由于生物炭的添加能夠有效抑制土壤有機(jī)碳的礦化，并且生物炭經(jīng)氧化后，被其表面吸附的有機(jī)碳等有機(jī)質(zhì)會(huì)因生物炭表面結(jié)構(gòu)的破壞而釋放到土壤中造成的[33]。OBCP處理組中土壤的DOC、AK含量顯著低于WBCP處理組，林慶毅[7]也發(fā)現(xiàn)了生物炭的添加能顯著增加紅壤AK和DOC的含量，但生物炭氧化后，對(duì)土壤速效養(yǎng)分增加的趨勢(shì)減弱。與之相反的是與P處理組相比，在施用生物炭后AP顯著降低，其主要是由于生物炭自身獨(dú)特的理化性質(zhì)以及環(huán)境條件影響對(duì)P具有不同的吸附作用[34]，但仍然遠(yuǎn)高于CK處理組，因?yàn)樯锾枯斎牒蟛粌H能自身提供P素，而且有利于提高P素的有效性[35]，而OBCP處理卻顯著低于WBCP處理組中土壤的AP含量，這說明生物炭氧化后會(huì)對(duì)P有效性產(chǎn)生不利影響，可能是生物炭表面含氧官能團(tuán)增多,其他官能團(tuán)減少,酸性增強(qiáng)[36]導(dǎo)致pH下降引起的，顧永明等[37]和蔣柏藩[38]指出土壤的理化性質(zhì)會(huì)影響土壤磷的形態(tài)、有效性以及供應(yīng)能力，土壤的pH以及鹽基離子是影響P素活性的重要因子，文星等[39]發(fā)現(xiàn)在酸性土壤中,P的固定發(fā)生較為嚴(yán)重，影響了土壤供P能力。

由于土壤基本養(yǎng)分含量與門水平下主要微生物類群具有密切的相關(guān)性，因此可以認(rèn)為氧化前后生物炭的添加對(duì)微生物群落的影響主要是通過土壤理化性質(zhì)的改變間接引起的[40]，土壤養(yǎng)分促進(jìn)了土壤微生物的繁殖,同時(shí)這些微生物能夠起到活化土壤磷素和鉀素的作用[41]，而I.A.Dickie等[42]的研究表明，土壤中C、N、P等元素可以制約微生物活性。通過對(duì)土壤養(yǎng)分與門水平下細(xì)菌相對(duì)豐度的冗余分析發(fā)現(xiàn)，綠彎菌門、放線菌門、厚壁菌門與TN、TC和TP呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與李金融等[24]研究指出的放線菌門、厚壁菌門均具有生存優(yōu)勢(shì)，對(duì)貧養(yǎng)環(huán)境具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力是一致的。在土壤養(yǎng)分與門水平下真菌相對(duì)豐度的冗余分析中，S.Fontaine等[43]的研究表明，子囊菌的生長(zhǎng)與氮的有效性有關(guān)，并且子囊菌活性的增加也會(huì)反過來促進(jìn)對(duì)碳的分解，這與本研究發(fā)現(xiàn)的子囊菌門與DOC呈顯著正相關(guān)是一致的。通過對(duì)土壤養(yǎng)分與屬水平下細(xì)菌相對(duì)豐度的冗余分析發(fā)現(xiàn)，嗜酸棲熱菌屬(Acidothermus)相對(duì)豐度與NO3--N呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性而與TC和TN呈顯著負(fù)相關(guān)，隨著生物炭的施加，NO3--N減少TC增加，導(dǎo)致其豐度降低。而芽孢桿菌屬其正好相反，由于生物炭對(duì)TP、AK、TC和TN有促進(jìn)作用，所以促進(jìn)芽孢桿菌屬的豐度的增加。此外，毛霉亞門與AP具有正相關(guān)性，表明增加AP的含量對(duì)毛霉亞門具有促進(jìn)作用。由于WBCP處理組中的AP含量高于OBCP處理組，由此導(dǎo)致了WBCP處理中毛霉亞門的相對(duì)豐度高于OBCP處理組。