鹽脅迫下生物炭添加對(duì)紫蘇生長(zhǎng)及根際微生物群落的影響

關(guān)鍵詞：生物炭；紫蘇；鹽土；理化性質(zhì)；微生物

中圖分類號(hào)：S567.219 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）12-2947-12 doi：10.11654/jaes.2023-1089

土壤鹽漬化是土壤退化的重要現(xiàn)象之一，通常表現(xiàn)為土壤含有高濃度可溶性鹽離子、土壤硬化板結(jié)、土壤持水能力差等，并且鹽堿土壤環(huán)境常伴隨著土壤中養(yǎng)分的有效利用能力下降，這些表現(xiàn)也是鹽漬化耕地生產(chǎn)力下降的原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球鹽堿化土壤面積共有1.1×109 hm²，其中我國鹽堿土總面積為3.69×107hm²，目前鹽堿地面積呈逐年遞增趨勢(shì)[1]。鹽堿耕地面積的增加，導(dǎo)致我國農(nóng)業(yè)資源和經(jīng)濟(jì)顯著減少并威脅到國家糧食安全[2]。因此，研發(fā)與傳統(tǒng)的工程、化學(xué)和生物改進(jìn)技術(shù)相容且對(duì)環(huán)境友善的土壤改良劑，對(duì)于鹽漬化土的綠色改進(jìn)和持續(xù)使用至關(guān)重要。

生物炭技術(shù)的出現(xiàn)為改善鹽漬化土壤提供了新的解決方案。生物炭是一種在限氧條件下，生物質(zhì)經(jīng)過熱解（lt;700 ℃）生成的固態(tài)、難以熔化、具有高度芳香化和豐富碳含量的材料。這種材料以其高的穩(wěn)定性、大的比表面積、發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)和豐富的表面官能團(tuán)為特點(diǎn)，近年來在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用[3]。生物炭作為一種新型的環(huán)境友好型碳源，對(duì)土壤環(huán)境及作物生長(zhǎng)均有重要影響。眾多研究表明，生物炭的施入能夠在不同方面改良土壤理化性質(zhì)[4]，例如增加土壤有機(jī)碳（SOC）水平[5]，調(diào)節(jié)土壤酶活性以及調(diào)控微生物群落結(jié)構(gòu)[6-7]，改善土壤肥力，提高初級(jí)生產(chǎn)力[8]。生物炭能通過與微生物之間的相互作用來提高土壤肥力，從而達(dá)到改良鹽堿地的目的。Zheng 等[4]通過在濱海濕地添加生物炭的試驗(yàn)表明，生物炭可增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。He等[9]的盆栽種植試驗(yàn)表明，生物炭可改善鹽堿土壤理化性質(zhì)，顯著降低鈉離子含量，并增強(qiáng)抗氧化酶活性，顯著緩解鹽脅迫對(duì)芒屬植物的影響。此外，日益增多的科學(xué)研究揭示了生物炭施用能對(duì)鹽漬土的性質(zhì)產(chǎn)生積極影響，例如施用生物炭可降低土壤的pH 值和鹽分含量，從而有助于植物的生長(zhǎng)等[9-11]。生物炭在土壤改良方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，因此越來越多的研究人員關(guān)注其在鹽堿土地上的應(yīng)用。但是有研究指出生物炭的加入會(huì)給鹽漬土的性質(zhì)帶來不利影響，例如提高了土壤的鹽度和pH值、抑制了植物的生長(zhǎng)[12-14]等。因此，關(guān)于生物炭是否對(duì)鹽土的理化性質(zhì)以及農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生正面影響，還需要進(jìn)一步的研究和探索。

紫蘇（Perilla frutescens L.）為唇形科一年生草本植物，具有特殊的芳香，適應(yīng)性強(qiáng)，原產(chǎn)于我國，是衛(wèi)生部首批認(rèn)定的藥食兩用植物[15]。隨著現(xiàn)代科技對(duì)紫蘇功能的深入了解和開發(fā)，紫蘇類產(chǎn)品在保健品和化妝品行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，其研究、開發(fā)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值也受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注[16]。紫蘇在市場(chǎng)上的需求量逐年升高，因此可通過研究紫蘇耐鹽性及其鹽堿地栽培措施增加紫蘇耕種面積來滿足市場(chǎng)需求，且當(dāng)前關(guān)于鹽脅迫如何影響紫蘇的生理和品質(zhì)的研究相對(duì)較少，目前的研究更多地集中在其藥理作用和化學(xué)成分上[17]。

綜上，本研究通過盆栽試驗(yàn)，研究不同施加量生物炭在不同濃度鹽分脅迫下對(duì)土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性、微生物群落結(jié)構(gòu)以及紫蘇生長(zhǎng)的影響，旨在為生物炭應(yīng)用于鹽漬土的紫蘇栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

土樣采自嘉興楊渡（浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊渡科研創(chuàng)新基地）0～20cm 土層，風(fēng)干，過10目篩備用。供試土壤類型為水稻土，其理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量為9.86 g·kg^-1、全氮含量為1.26 g·kg^-1、速效鉀含量為149.55 mg·kg^-1、有效磷含量為15.69 mg·kg^-1、pH 為6.41、電導(dǎo)率（EC）為126 μS·cm^-1、容重為1.27 g·cm^-3、田間持水量為40.67%、土壤水溶性鹽未檢出。生物炭購于桐奧環(huán)保科技有限責(zé)任公司，用蒸餾水浸洗4次后（炭水體積比為1∶10），60 ℃恒溫烘干，其C、N、K、P 元素占比分別為63.18%、1.13%、1.57%、0.68%，pH為8.30。供試作物為綠葉紫蘇，也稱為白蘇（下文統(tǒng)一稱為紫蘇），品種來自隴東學(xué)院，且該品種廣泛種植于甘肅地區(qū)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2023年4—6月在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院進(jìn)行。采用盆栽試驗(yàn)方法，稱取6 kg土壤，生物炭分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、1%、3%（記為B₀、B₁、B₃）混合添加，并根據(jù)《全國鹽堿地資源及開發(fā)利用情況調(diào)查表》劃分的土壤無鹽脅迫、輕度鹽脅迫、中度鹽脅迫、重度鹽脅迫等級(jí)設(shè)置土壤水溶性鹽總量，分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、2‰、4‰、6‰（記為S₀、S₂、S₄、S₆）混合添加，具體見表1。樣品混合均勻后裝入直徑21.3 cm、深度20 cm 的塑料盆缽中，加水飽和過夜。紫蘇試驗(yàn)于2023年4月28日播種，待紫蘇幼苗生長(zhǎng)至兩葉一心時(shí)定苗，每盆2株，每個(gè)處理3次重復(fù)。種植期間土壤含水量為田間持水量的65%，盡力保證盆栽土壤鹽水平穩(wěn)定，移栽并保持脅迫，于紫蘇苗期近花期（2023 年6 月13 日，灌水后第2 天）進(jìn)行破壞性取樣與指標(biāo)的測(cè)定。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1紫蘇生理指標(biāo)測(cè)定

利用直尺測(cè)量紫蘇株高，干燥法測(cè)定紫蘇干物質(zhì)量，乙醇-丙酮提取法比色測(cè)定紫蘇葉片光合色素含量，考馬斯亮藍(lán)分光比色法測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量，蒽酮-乙酸乙酯法測(cè)定可溶性糖含量[18-19]。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)測(cè)定

采用pHS-3C型pH計(jì)測(cè)定pH值，采用重鉻酸鉀加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量，凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，比色法測(cè)定有效磷含量，火焰光度法測(cè)定速效鉀含量，采用環(huán)刀法測(cè)定容重與土壤田間持水量，烘干法測(cè)定含水量[20]。

1.3.3土壤微生物多樣性測(cè)定

分別將3個(gè)處理的土樣按照E.Z.N.A.? soil DNA kit（Omega Bio-tek，Norcross，GA，美國）說明書進(jìn)行DNA的提取。土壤總DNA用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)抽提，使用NanoDrop2000（美國Thermo Scientific公司）測(cè)定DNA濃度和純度。隨后委托上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司設(shè)計(jì)合成引物接頭，進(jìn)行PCR 擴(kuò)增并使用NEXTFLEX? Rapid DNA-Seq Kit 對(duì)純化后的PCR 產(chǎn)物進(jìn)行建庫，使用fastp軟件對(duì)雙端原始測(cè)序序列進(jìn)行質(zhì)控，使用FLASH 軟件進(jìn)行拼接?；贠TU（閾值97%）分析細(xì)菌群落組OTU 結(jié)構(gòu)和多樣性。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2019和SPSS v26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使用Origin 2021繪制統(tǒng)計(jì)圖，使用上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司云平臺(tái)（https：//cloud.majorbio.com）對(duì)高通量測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用單因素方差分析法（One-way ANOVA）和LSD多重檢驗(yàn)法進(jìn)行差異顯著性分析，數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 對(duì)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的影響

如圖1所示，相同生物炭施加量的條件下，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷含量在不同濃度鹽脅迫下無顯著差異。在相同鹽脅迫條件下，有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷含量皆隨生物炭施加量的增加而顯著升高，均在3%炭施加量時(shí)達(dá)到最大值，其中S₀B₃處理有機(jī)質(zhì)含量為S₀B₀處理的1.65倍，S6B3處理全氮、速效鉀、有效磷含量分別為S₀B₀處理的1.43、1.33、1.39倍。

2.1.2 對(duì)土壤pH、EC、容重、田間持水量的影響

如圖2a所示，在相同生物炭施加量處理下，土壤EC 隨鹽脅迫程度的加深而顯著提高。在2‰、4‰、6‰ 鹽脅迫處理下，3% 炭施加量處理相較于不施炭處理的土壤EC顯著下降。如圖2b所示，在相同鹽脅迫處理下，土壤pH值隨生物炭施加量的增加而提高，3%生物炭施加量處理的土壤pH顯著高于不施炭處理，S₀B₃"處理的pH 值最高，為7.14，在相同炭施加量下，不同鹽處理間pH值無顯著差異。如圖2c所示，在相同鹽脅迫處理下，土壤容重隨生物炭的施入而顯著降低，S₂B₃、S₆B₃"處理的容重僅為S₀B_0"處理的95.27%，在相同生物炭施加量處理下，鹽脅迫程度對(duì)土壤容重?zé)o顯著影響。由圖2d所示，在相同鹽脅迫處理下，3%炭施加量處理土壤田間持水量顯著高于不施炭處理，S₄B₃處理較CK提高9.45%。在相同生物炭施加量處理下，土壤田間持水量與鹽脅迫程度無顯著影響。

2.1.3 對(duì)土壤酶活性的影響

如圖3a所示，在無鹽脅迫處理?xiàng)l件下，3% 炭施加量處理相比于不施炭處理能夠顯著提高土壤過氧化氫酶活性。在相同炭添加量處理下，土壤過氧化氫酶活性在2‰鹽脅迫處理?xiàng)l件下最高，整體鹽脅迫程度從大到小排序?yàn)?‰、0、4‰、6‰，S₂B₁處理過氧化氫酶活性較S₀B₀處理提高26.61%。如圖3b、圖3c、圖3d所示，在相同炭施加量處理下，堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶的活性均隨鹽脅迫程度增加而顯著降低。在2‰、4‰、6‰鹽脅迫處理?xiàng)l件下，1%、3%生物炭施入相較于無炭施入處理能夠顯著提高堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶的活性。

2.2 不同處理對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

2.2.1 測(cè)序結(jié)果和多樣性指數(shù)

研究環(huán)境中微生物的多樣性，可以通過單樣本的多樣性（Alpha多樣性）分析反映微生物群落的豐富度和多樣性，本研究中采用OTU 數(shù)目、Chao1 指數(shù)和Shannon指數(shù)進(jìn)行分析。如圖4a所示，在2‰、4‰鹽脅迫處理?xiàng)l件下，3% 炭施加量處理能夠顯著提高OTU 數(shù)目，并在S₂B₃"處理達(dá)到最高，較S₀B₀"提高8.41%。同OTU 數(shù)目指標(biāo)，Chao1指數(shù)可反映樣品中群落的豐富度，即群落中物種的數(shù)量。如圖4b所示，在2‰、4‰、6‰ 鹽脅迫處理?xiàng)l件下，3% 炭施加量處理能夠顯著提高Chao1 指數(shù)，其中S₂B₃"處理分別較S₀B₀、S₂B₀處理提高2.28%、9.15%。在不施炭條件下，Chao1指數(shù)在4‰鹽脅迫處理?xiàng)l件下達(dá)到最低點(diǎn)，僅為S₀B₀"處理的88.59%。Shannon 指數(shù)可估算樣本中微生物多樣性，其值越大表示群落多樣性越高。由圖4c所示的Shannon 指數(shù)分析可得，在相同鹽脅迫條件下，土壤微生物群落多樣性隨炭添加量的增加而增長(zhǎng)，群落多樣性最高的S₀B₃"處理較S₀B₀"提高1.66%。在相同炭施加量條件下，Shannon 指數(shù)隨鹽脅迫程度增加而降低，無鹽脅迫處理下Shannon 指數(shù)都顯著高于同生物炭施加量條件下的6‰ 鹽脅迫處理，并在S₆B₀處理達(dá)到最低，為S₀B₀的93.65%。

2.2.2 對(duì)土壤門水平細(xì)菌相對(duì)豐度的影響

將各處理土壤樣品中得到的分類操作單元（OTU），在不同水平上進(jìn)行物種注釋，選取相對(duì)豐度大于1% 的細(xì)菌門分析樣品中細(xì)菌群落的組成。如圖5所示，各處理?xiàng)l件下土壤細(xì)菌門水平的群落結(jié)構(gòu)基本一致，分別是變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteriota）、綠彎菌門（Chloroflexi）、厚壁菌門（Firmicutes）、酸桿菌門（Acidobacteriota）、擬桿菌門（Bacteroidote）、Patescibacteria、黏菌門（Myxococcota）、芽單胞菌門（Gemmatimonadota）、蛭弧菌門（Bdellovi?brionota），其中變形菌門和放線菌門是優(yōu)勢(shì)菌門。變形菌門相對(duì)豐度在所有處理中都最高，為27.25%～38.47%，從鹽處理的角度分析，變形菌門相對(duì)豐度隨鹽脅迫程度的增加而升高，生物炭的施加會(huì)降低變形菌門的微生物群落豐度，與變形菌門變化趨勢(shì)相同的是放線菌門。不同于兩個(gè)優(yōu)勢(shì)菌門，除無鹽脅迫處理?xiàng)l件外，根據(jù)其余處理分析，綠彎菌門相對(duì)豐度隨生物炭施加量的增高而增加。S₆B₀處理的變形菌門、放線菌門、擬桿菌門、芽單胞菌門的相對(duì)豐度為12個(gè)處理中最高的處理，相較于S₀B₀處理分別增加21.86%、12.06%、42.83%、40.63%，此外該處理的變形菌門、黏菌門的相對(duì)豐度達(dá)到最小值，相較于S₀B₀處理的相對(duì)豐度下降52.82%、44.69%。

2.2.3 微生物群落的多樣性與土壤環(huán)境因子的相關(guān)性分析

由圖6可知，除擬桿菌門、Patescibacteria 以及厚壁菌門與環(huán)境因子都不具相關(guān)性外，其他菌門細(xì)菌對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)均有不同的響應(yīng)。相對(duì)豐度靠前的變形菌門與土壤電導(dǎo)率呈極顯著正相關(guān)，與有效磷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。另外相對(duì)豐度靠前的放線菌門與土壤電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān)，與有效磷、全氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、pH呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤電導(dǎo)率與蛭弧菌門呈顯著正相關(guān)，另與芽單胞菌門呈極顯著正相關(guān)，而與黏菌門呈顯著負(fù)相關(guān)，與酸桿菌門、綠彎菌門呈極顯著負(fù)相關(guān)。

2.3 不同處理對(duì)紫蘇生長(zhǎng)的影響

2.3.1 對(duì)鹽脅迫下紫蘇株高、光合色素、干鮮比的影響

供試作物的株高、干鮮比，葉片的光合色素等指標(biāo)均能反映植物的生長(zhǎng)狀態(tài)。如圖7a所示，生物炭添加對(duì)0、2‰鹽脅迫條件下紫蘇株高無顯著影響，在6‰ 鹽脅迫條件下，1% 炭施加量相較于不施炭處理能顯著提高幼苗株高。在等量生物炭施加量處理下，2‰ 鹽脅迫處理?xiàng)l件下紫蘇幼苗平均株高達(dá)到最大值，其中S₂B₁"處理較S₀B₁"處理提高15.10%。如圖7b所示，生物炭添加對(duì)4‰、6‰鹽脅迫處理?xiàng)l件下紫蘇干鮮比無顯著影響，在0、2‰鹽脅迫處理?xiàng)l件下，3%生物炭施入處理相較于不施炭處理能夠顯著提高紫蘇干鮮比，S₂B₁"處理干鮮比達(dá)最大值，為S₀B_0"的140.37%。如圖7c所示，僅在4‰、6‰鹽脅迫處理?xiàng)l件下，3%炭施加量處理相較于未添加生物炭處理能夠顯著提高葉片葉綠素含量。在相同炭施加量處理下，葉綠素含量隨鹽脅迫程度增加而下降，并在S₆B₀處理達(dá)到最低值，僅為S₀B₀"處理的50.99%。如圖7d所示，在2‰、6‰ 鹽脅迫條件下，類胡蘿卜素含量隨生物炭施加量的增加而升高，并在S₂B₃處理達(dá)到最大值，較S₀B₀提高了13.04%。在不施炭處理下，類胡蘿卜素含量隨鹽脅迫程度增高而下降，并在S₆B₀處理達(dá)到最低值，僅為S₀B₀處理的56.52%。在1%、3%炭施加量處理下，類胡蘿卜素含量均在2‰鹽脅迫下達(dá)到最高值，分別比S₀B₀處理提高4.34%、13.34%。

2.3.2 對(duì)鹽脅迫下紫蘇滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

如圖8a所示，2‰、4‰鹽脅迫條件下可溶性蛋白含量隨生物炭施加量的增加而升高，并在S2B3處理達(dá)到最高值，較S₀B₀處理提高了73.66%。在等量生物炭處理下，可溶性蛋白含量隨鹽脅迫的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，其中2‰、4‰鹽脅迫處理間無顯著差異，但都顯著高于0、6‰鹽脅迫處理。如圖8b所示，在相同鹽脅迫處理?xiàng)l件下，3%炭施加量處理相較于不施炭處理能顯著提高可溶性總糖含量。在等量生物炭處理下，可溶性總糖含量隨鹽脅迫程度的加重呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，不同含量的生物炭處理均在4‰ 鹽脅迫處理下達(dá)到最高值，其中S₄B₃處理較S₀B₀處理提高了100.10%。

3 討論

3.1 不同生物炭施加量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

生物炭是一種富含碳的有機(jī)添加劑，在改善土壤的物理、化學(xué)和微生物特性方面具有重要用途[21]。本研究表明，生物炭施用量的增加能有效降低土壤容重并提高土壤最大持水量（圖2），這與吳昱等[22]、Mah?moud等[23]的研究結(jié)論一致。土壤容重降低的主要原因可能是生物炭的容重遠(yuǎn)低于鹽土土壤容重導(dǎo)致的稀釋效應(yīng)[24]。前人研究表明，生物炭的施加能顯著增加鹽土的保水能力[23-25]，這與本研究生物炭施加量的增加顯著提高土壤田間持水量的結(jié)果一致。一方面，生物炭具備的孔隙結(jié)構(gòu)能夠直接吸持水分，同時(shí)部分表面官能團(tuán)具有一定親水性也能夠固持一部分水；另一方面，生物炭施入能夠增加土壤毛細(xì)孔進(jìn)而增加水分持有量，因此施入能夠顯著提高鹽漬土的含水量[26]。此外，本研究表明，生物炭的施入可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷的含量，這一結(jié)論與張進(jìn)紅等[12]、He等[27]的研究結(jié)果基本一致。

鹽土的改良目標(biāo)在于降低土壤的鹽度，從而緩解土壤生物的鹽脅迫，進(jìn)而使土壤生態(tài)功能得到穩(wěn)定回復(fù)，而土壤鹽度常用電導(dǎo)率與土壤含鹽量表示。本研究中在輕、中、重度鹽脅迫下，電導(dǎo)率隨生物炭添加量的增加而降低，該結(jié)果與Sadegh-Zadeh等[28]、韓劍宏等[29]的研究結(jié)果一致，生物炭降低鹽土鹽度的機(jī)制可能是生物炭表面豐富的Ca²⁺和Mg²⁺等多價(jià)陽離子通過陽離子交換置換Na⁺，并淋洗使之排出土壤[30]，抑或者通過靜電吸附將Na⁺吸附到表面，從而減少其生物利用性，緩解鹽脅迫[31]。

生物炭能夠通過優(yōu)化土壤理化性質(zhì)從而增強(qiáng)土壤酶活性，土壤酶在土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用，被認(rèn)為是土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[32]。有研究表明，生物炭有助于增強(qiáng)土壤酶的活性，從而優(yōu)化土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，并提升土壤養(yǎng)分的利用效率[33-34]。然而，生物炭對(duì)土壤酶活性的影響具有很大的變異性，生物炭的結(jié)構(gòu)、顆粒尺寸、施用量、施用時(shí)間以及土壤的類型都會(huì)對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生不同的影響[35]。通過本試驗(yàn)的結(jié)果得出，土壤酶活性隨鹽脅迫程度的加深，總體呈下降趨勢(shì)，添加生物炭能夠在不同鹽脅迫程度上對(duì)土壤酶活性有一定程度上的提高，這與Wang等[36]的研究結(jié)果相似，其原因可能是因?yàn)樯锾渴┘泳徑饬他}脅迫從而增加了酶活性，或者是高水平施加量的生物炭導(dǎo)致土壤酶活性提升幅度降低或者削弱了土壤酶活性，這可能是因?yàn)樯锾恐械姆€(wěn)定碳庫不易分解，導(dǎo)致高用量的生物炭顯著增加了土壤C/N，從而不容易被微生物利用[37]，或者隨著生物炭的用量增加，其吸附能力變得更強(qiáng)，掩蓋了酶活性的位點(diǎn)，從而使土壤酶活性增加不明顯或者受到抑制[38]。

3.2 不同生物炭施加量對(duì)根際土壤細(xì)菌群落多樣性及組成的影響

生物炭可以通過改善土壤理化性質(zhì)從而豐富土壤細(xì)菌群落的組成和多樣性[39]。Zheng 等[39]、Kolton等[40]的研究表明，施用生物炭通過增加土壤肥力改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，這與本研究中Chao1指數(shù)與Shannon指數(shù)體現(xiàn)的結(jié)果基本一致，生物炭的施入使微生物群落豐富度與多樣性增加。其原因可能是生物炭通過改善土壤理化性質(zhì)（如鹽度、水分特征、有效性養(yǎng)分等）為微生物提供良好的生存環(huán)境并提高了微生物活性與豐度[4，39]，亦或者是調(diào)控植株根系發(fā)育與根系分泌物塑造微生物群落結(jié)構(gòu)[41]。此外，本研究結(jié)果表明，隨鹽脅迫的增加，微生物群落豐度和多樣性都下降，這與Rath等[42-43]的研究結(jié)果基本一致。

本試驗(yàn)對(duì)根際鹽土細(xì)菌的檢測(cè)揭示了在不同鹽和生物炭處理?xiàng)l件下，各優(yōu)勢(shì)菌群的豐度存在差異。如圖5所示，變形菌門和放線菌門的相對(duì)豐度都超過了10%，并且是12種不同處理中共有的優(yōu)勢(shì)菌群，這一發(fā)現(xiàn)表明變形菌和放線菌在鹽土環(huán)境中具有較強(qiáng)的生長(zhǎng)能力，是鹽土環(huán)境里的優(yōu)勢(shì)菌群。研究表明，鹽土中的變形菌門的相對(duì)豐度最高，這與李新等[44]、Manasa等[45]的研究結(jié)果一致。這可能是由于變形菌門中含有的多種病原菌和固氮菌，能夠利用分解有機(jī)物時(shí)產(chǎn)生的氨氣和甲烷等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)和代謝，因此表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽性，本研究的結(jié)果也支持這一發(fā)現(xiàn)，顯示在S₆B₀處理中變形菌門的相對(duì)豐度最高。此外，相同鹽濃度處理下生物炭的施入會(huì)降低變形菌門的相對(duì)豐度，說明生物炭會(huì)抑制變形菌門活性，這與程揚(yáng)等[46]的研究結(jié)果相似。與變形菌門變化趨勢(shì)相同的放線菌門能積極參與土壤氮碳循環(huán)，對(duì)于鹽脅迫下植株生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用[47]。本研究中，放線菌門與除電導(dǎo)率外其他環(huán)境因子呈顯著負(fù)相關(guān)，意味著生物炭的施入抑制了放線菌門的豐度，其原因可能是施加生物炭引起的土壤理化性質(zhì)的改善，促進(jìn)了其他微生物群落的生長(zhǎng)，對(duì)放線菌門的生長(zhǎng)有一定的競(jìng)爭(zhēng)作用而導(dǎo)致的[48]。

3.3 不同生物炭施加量對(duì)紫蘇生長(zhǎng)的影響

植物為適應(yīng)外界環(huán)境脅迫，會(huì)調(diào)整其生物量的分配，合理使用生物炭可以減少土壤中的鹽分，緩解鹽分脅迫對(duì)植物水分吸收的影響進(jìn)而降低植物向其根部分配生物量的比例，并對(duì)植物株高增長(zhǎng)起到一定的促進(jìn)作用[49-50]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，2‰ 鹽脅迫下紫蘇幼苗株高整體高于無鹽脅迫處理，且施加生物炭對(duì)鹽脅迫下的紫蘇幼苗生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用。此外在0、2‰處理下，生物炭的施加能顯著提高紫蘇幼苗的生物量，其原因是生物炭的施加緩解了紫蘇幼苗所受的鹽脅迫，此外生物炭提供的養(yǎng)分促進(jìn)了紫蘇幼苗的生物量積累[51]。蘇麗等[52]的研究也發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)柠}脅迫能促進(jìn)植株生物量的積累。

植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)為光合色素，其含量與植物凈光合速率正相關(guān)[53]。本試驗(yàn)中紫蘇光合色素總含量隨鹽脅迫增加而減少，這與Guo等[54]的試驗(yàn)結(jié)果相一致，其原因可能是鹽脅迫破壞了葉綠體結(jié)構(gòu)，打破了合成與降解的動(dòng)態(tài)平衡。生物炭的施入增加了4‰、6‰鹽脅迫處理中紫蘇光合色素總量，其原因可能是生物炭施加穩(wěn)定了細(xì)胞膜的脂質(zhì)類物質(zhì)的合成、脅迫相關(guān)的抗氧化酶產(chǎn)生與活性增加，減少鹽脅迫對(duì)作物細(xì)胞的毒害作用[55]，也有可能是生物炭中富含的鉀促進(jìn)了紫蘇光合器官的光合能力[56]。

植物可以通過自身合成可溶性蛋白與可溶性糖等，共同維持細(xì)胞水分以降低或抵消外界鹽脅迫的影響，進(jìn)行自我保護(hù)，并適應(yīng)脅迫環(huán)境[57]。有研究證明，野葛種苗中可溶性蛋白的含量在低濃度鹽脅迫下先提高，而在高濃度鹽脅迫下降低[58]。本研究中可溶性蛋白含量隨鹽脅迫程度增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，這與上述結(jié)果相一致?？扇苄蕴遣粌H用于調(diào)節(jié)植物的滲透性，還是有機(jī)物合成的基礎(chǔ)材料和能源來源[59]。紫蘇幼苗中的可溶性總糖含量隨鹽脅迫的增加先升高后降低，與高慧等[60]的研究結(jié)果類似，說明紫蘇幼苗通過調(diào)節(jié)滲透物質(zhì)以維持滲透平衡，對(duì)鹽脅迫產(chǎn)生一定的抵抗力。生物炭可以在不同濃度鹽脅迫下對(duì)可溶性蛋白和可溶性總糖均有一定的提高，其原因一方面可能是土壤理化性質(zhì)的改善緩解了鹽脅迫，促進(jìn)植株的可溶性蛋白和可溶性糖的合成[61]，另一方面可能是根際微生物群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與豐富，對(duì)植株生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用[46]。

4 結(jié)論

（1）生物炭的施加提高了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷的含量以及pH，增加了最大持水量，降低了土壤容重與電導(dǎo)率，此外增加了不同濃度鹽脅迫處理下土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶的活性，改善了鹽脅迫下土壤理化性質(zhì)，豐富了鹽脅迫下土壤微生物菌落結(jié)構(gòu)與豐度。

（2）生物炭的施入在不同濃度鹽脅迫下，對(duì)紫蘇株高、干鮮比、光合色素含量、可溶性蛋白含量、可溶性總糖含量均有一定的促進(jìn)作用。

（3）生物炭應(yīng)用對(duì)鹽脅迫下土壤理化性質(zhì)和紫蘇生長(zhǎng)均有一定的改善作用，3%生物炭施加量相對(duì)于1%生物炭施加量更適用于鹽脅迫環(huán)境下的紫蘇栽培。