生物炭對(duì)咸水滴灌棉田土壤細(xì)菌群落的調(diào)控效應(yīng)

葉揚(yáng)，向貴琴，郭曉雯，閔偉，郭慧娟

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832003）

0 引言

新疆地處于西北干旱區(qū)，淡水資源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)峻[1]，是限制干旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要原因之一[2]。但咸水資源較為豐富[3]，在持續(xù)的咸水灌溉條件下，土壤中的鹽不能被帶到地下水中去，必定會(huì)造成鹽分在土壤表層積累，增加土壤鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)[1]，最終會(huì)導(dǎo)致土壤肥力急劇下降，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[4]。咸水灌溉會(huì)增加土壤表面Na+含量，影響土壤質(zhì)地，從而使土壤養(yǎng)分的有效性下降[5]。鹽分和土壤微生物之間關(guān)系密切，土壤鹽分的增加會(huì)嚴(yán)重影響微生物活動(dòng)[6]。在一定范圍內(nèi)，土壤鹽分可以增加微生物的活性，但是土壤鹽濃度達(dá)到一定的界限，會(huì)降低微生物胞外的滲透勢(shì)，抑制土壤微生物的數(shù)量[7]。土壤微生物可以衡量土壤質(zhì)量以及健康程度[8]，在保持土壤生態(tài)平衡方面起著關(guān)鍵作用[9]。土壤微生物中數(shù)量最高，豐度最大的是細(xì)菌，其在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化，有機(jī)質(zhì)降解等方面發(fā)揮著重要功能[10]。因此，當(dāng)前熱點(diǎn)問(wèn)題為如何有效調(diào)控長(zhǎng)期咸水灌溉給土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不利影響。

施加生物炭是改善土壤鹽漬化的重要措施之一，作為一種對(duì)環(huán)境較為友好的土壤改良劑，已被廣泛應(yīng)用于鹽堿地土壤的改良[11]。生物炭的施用能夠穩(wěn)定土壤碳庫(kù)，達(dá)到優(yōu)化土壤的質(zhì)量的目的[12-13]。在土壤中施加生物炭會(huì)顯著改變土壤細(xì)菌群落的物種組成成分[14]。施用生物炭可提高可還原N2O 細(xì)菌的活性，促使一氧化二氮向氮?dú)廪D(zhuǎn)化[15]。前人研究發(fā)現(xiàn)，氮肥的施用可以促進(jìn)土壤微生物的增值，尤其土壤中細(xì)菌的含量，在改良土地質(zhì)量方面具有重要作用[16]，但同時(shí)不合理的施用也對(duì)全球生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重威脅[17]。例如在氮肥投入不足的地區(qū)會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物品質(zhì)下降，出現(xiàn)土壤氮素肥力耗竭的情況[18]。但氮肥的過(guò)量使用會(huì)顯著增加土壤中水溶性氮的含量，導(dǎo)致土壤氫離子濃度增加以及大量的一氧化二氮排放[19]，最終影響作物品質(zhì)。且土壤中多余的氮肥會(huì)大量損失到水體和大氣中[20]，會(huì)嚴(yán)重破環(huán)自然生態(tài)環(huán)境。土壤理化性質(zhì)的變化勢(shì)必會(huì)影響土壤微生物群落[21]。因此，探究生物炭和氮肥如何對(duì)農(nóng)田土壤進(jìn)行調(diào)控以及作物增產(chǎn)等方面成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。

目前，已探明咸水灌溉會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生不利影響[22-23]，進(jìn)而降低土壤細(xì)菌群落的多樣性[23-24]，但是在長(zhǎng)期咸水灌溉下生物炭對(duì)棉田土壤細(xì)菌群落的調(diào)控效果尚未明晰。因此，為探究生物炭對(duì)咸水滴灌棉田土壤細(xì)菌群落的調(diào)控效應(yīng)，通過(guò)長(zhǎng)期咸水灌溉田間定位試驗(yàn)，對(duì)土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，以期為干旱區(qū)土壤地力提升和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)：石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站，供試土壤類(lèi)型：灰漠土，質(zhì)地：壤土，供試作物：棉花，品種：‘新陸早52號(hào)’。在2009年（試驗(yàn)開(kāi)展前）測(cè)得土壤耕層基礎(chǔ)理化性質(zhì)如表1。

表1 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在已連續(xù)實(shí)施了11 年（2009－2019 年）咸水灌溉試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，灌溉水鹽度為8.04 dS/m，由NaCl和CaCl2按比例1:1配制而成。于2019年開(kāi)始施加生物炭。本試驗(yàn)共設(shè)置3 個(gè)處理：不施氮肥(N0)、施加氮肥(N360)、施加氮肥和生物炭(BC)。采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，各處理均重復(fù)3次，共9個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)試驗(yàn)面積為25 m2。

棉花種植采用干播濕出法，于每年4 月中旬播種，9 月下旬收獲。栽培技術(shù)為覆膜栽培，一膜3 管6行，行距配置為(60+10) cm，株距為10 cm，播種密度22.2 萬(wàn)株/hm2。在每年播種前將生物炭一次性加入，其用量為3.7 t/hm2，施入后將其混勻于0～20 cm 土層。播種后滴出苗水30 mm。在棉花生長(zhǎng)的整個(gè)生育期內(nèi)一共需要灌水9次，灌水時(shí)間從6月中旬開(kāi)始，每7～10 d灌水一次，灌水定額為450 mm。施肥區(qū)施加的氮肥為尿素，全部做追肥，尿素氮含量大于等于46.4%，用量為360 kg/hm2，分5 次隨水滴施，鉀肥(K2O)和磷肥(P2O5)用量分別為60、105 kg/hm2，全部用做基肥。其他田間管理措施依照當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.3 樣品采集

2021 年在棉花的花鈴期，采集耕層(0～20 cm)土壤，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)樣點(diǎn)，將3個(gè)點(diǎn)的土樣混勻并去除雜物和細(xì)根。一部分新鮮的土樣置于冰盒，即刻帶回實(shí)驗(yàn)室，放于-80℃冰箱保存，用來(lái)測(cè)定土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的多樣性。另一部分裝到自封袋，帶回晾干，研磨過(guò)篩(1 mm)，最后用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

1.4 樣品測(cè)定

1.4.1 測(cè)定土壤理化性質(zhì)土壤理化性質(zhì)的測(cè)定方法均參照《土壤農(nóng)化分析》[25]。土壤EC1:5和pH測(cè)定（水土比為2.5:1）分別采用MP522 型電導(dǎo)率儀和pH 儀；土壤全碳和全氮分別采用Multi N/C 2100 TOC/TN 儀和凱氏定氮儀測(cè)定；速效磷和速效鉀含量分別采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法和醋酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定。

1.4.2 測(cè)定土壤細(xì)菌多樣性細(xì)菌群落多樣性交由北京諾禾致源科技股份有限公司測(cè)定[21]。將放置于-80℃冰箱保存的土樣取出，稱(chēng)取樣品于OMEGA Soil DNA Kit (D5635-02)提取試劑盒（Norcross GA USA 公司）中，用于提取細(xì)菌總DNA，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定DNA的數(shù)量。細(xì)菌16S rDNA引物主要基于V3-V4區(qū)，PCR 擴(kuò)增的正反向引物分別為：338F(5′-barcode+ACTCCTACGGGAGGCAGCA- 3′ ) 和 806R (5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)。反應(yīng)條件為：98℃5 min，98℃30 s，53℃30 s，72℃45 s，循環(huán)25次，72℃5 min，在12℃下保存。PCR 擴(kuò)增結(jié)束后對(duì)其進(jìn)行純化和定量處理，最后用Illumina HiSeq 2500 PE250進(jìn)行高通量測(cè)序[26]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)SPSS 軟件(Version SPSS.26.0)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，顯著性水平為0.05。各處理間的多重比較用鄧肯法(P<0.05)。用Microsoft Excel 2019 軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖。通過(guò)使用Qiime(Version 1.9.1)軟件分析細(xì)菌樣品α多樣性指數(shù)，并將樣品所含序列數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。使用R (Version 3.1.0)軟件對(duì)細(xì)菌群落進(jìn)行熱圖分析。使用R(Version 2.15.3)軟件對(duì)細(xì)菌群落進(jìn)行RDA 分析。使用LEfSe 軟件(Version 1.0)對(duì)細(xì)菌群落進(jìn)行組間差異分析。文中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理土壤理化性質(zhì)

與N0處理相比，N360處理顯著增加土壤電導(dǎo)率和全氮的含量（表2），分別增加36.8%和9.2%，顯著降低土壤pH 和速效磷的含量，分別降低了3.2%和39.6%；BC處理顯著增加土壤含水量、電導(dǎo)率、pH、全碳、全氮和速效鉀的含量，分別增加13.7%、60.0%、1.8%、25.8%、14.5%和110.6%。

表2 不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.2 各處理對(duì)土壤細(xì)菌α多樣性影響

不同處理的土壤樣品OTUs覆蓋了98%以上的土壤細(xì)菌，說(shuō)明此次測(cè)序的數(shù)據(jù)量能夠真實(shí)的反映土壤細(xì)菌群落的組成。從表3 可以看出，較N0處理相比，N360處理的Shannon 和Simpson 指數(shù)均有不同程度的降低，Chao 1和ACE指數(shù)均有不同程度的增加；BC處理的Shannon、Simpson、Chao 1 和ACE 指數(shù)均有不同程度的降低。

表3 土壤細(xì)菌群落的α多樣性

從圖1 可以看出，N0、N360和BC 處理的總OTUs 數(shù)為5820，各處理所共有的OTUs 數(shù)為2780，占總OTUs數(shù)的百分比為47.8%。N0處理具有獨(dú)特的OTUs 個(gè)數(shù)為699，占總OTUs 數(shù)的百分比為12.0%；N360處理具有獨(dú)特的OTUs 個(gè)數(shù)為622，占總OTUs 數(shù)的百分比為10.7%；BC處理具有獨(dú)特的OTUs數(shù)為553，占總OTUs數(shù)的百分比為9.5%。Berkelbacteria 和GAL15 是N360和BC處理所特有的菌門(mén)。說(shuō)明施加氮肥以及生物炭配施氮肥均會(huì)降低細(xì)菌物群落數(shù)量，改變土壤細(xì)菌群落群落組成。

圖1 各處理土壤細(xì)菌群落韋恩圖

2.3 各處理對(duì)土壤細(xì)菌β多樣性影響

如圖2 所示，PC1 軸對(duì)土壤樣本組成差異貢獻(xiàn)值為41.6%，PC2軸為18.11%，共解釋59.71%。PC2可以將N360和其他處理分隔開(kāi)，說(shuō)明N360處理與其他處理相比有顯著差異。N0和BC處理在第2主成分上有交叉，說(shuō)明他們之間存在相似性。

圖2 土壤細(xì)菌群落PCoA分析

2.4 不同處理對(duì)土壤細(xì)菌門(mén)和屬水平群落結(jié)構(gòu)的影響

在門(mén)水平上，前10種土壤細(xì)菌群落相對(duì)豐度如圖3 所示。其中酸桿菌門(mén)(Acidobacteriota)、變形菌門(mén)(Proteobacteria)和放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteriota)的相對(duì)豐度均大于11%，為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，其占總序列的41.49%(36.85% ～46.70% )。 其 次 是 熱 原 體 菌 門(mén)(Thermoplasmatota)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidota)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、疣微菌門(mén)(Verrucomicrobiota）和綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)其相對(duì)豐度均大于1%，其他菌門(mén)的平均相對(duì)豐度為19.22%。

圖3 各處理門(mén)水平前10種土壤細(xì)菌群落的相對(duì)豐度

施加氮肥和生物炭均會(huì)不同程度影響土壤細(xì)菌門(mén)水平群落結(jié)構(gòu)（圖4）。N360較N0處理增加了酸桿菌門(mén)(Acidobacteriota)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)和變形菌門(mén)(Proteobacteria)等的相對(duì)豐度，但是降低了芽單胞菌門(mén)(Gemmatimonadetes)、熱原體菌門(mén)(Thermoplasmatota)和 放 線(xiàn) 菌 門(mén) (Actinobacteriota)、浮 霉 菌 門(mén)(Planctomycetota)和擬桿菌門(mén)(Bacteroidota)等的相對(duì)豐度。總體上N360處理較N0處理呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，說(shuō)明施加氮肥會(huì)降低土壤細(xì)菌門(mén)水平上的相對(duì)豐度。

圖4 土壤細(xì)菌群落門(mén)水平熱圖

與N0處理相比，BC 處理增加了放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteriota)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、蛭弧菌門(mén)(Bdellovibrionota)和硝基螺門(mén)(Nitrospirota)等的相對(duì)豐度，但是降低了擬桿菌門(mén)(Bacteroidota)、疣微菌門(mén)(Verrucomicrobiota)和酸桿菌門(mén)(Acidobacteriota)等的相對(duì)豐度?？傮w上BC 處理較N0處理呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，說(shuō)明生物炭配施氮肥會(huì)降低土壤細(xì)菌門(mén)水平上的相對(duì)豐度。

在屬水平上，前10種土壤細(xì)菌群落相對(duì)豐度如圖5 所示。通過(guò)序列對(duì)比這10 種菌屬，發(fā)現(xiàn)前7 個(gè)菌屬分別為RB41、亞硝化螺旋菌屬(Nitrosospira)、鞘脂單胞菌屬(Sphingomonas)、斯克爾曼氏菌屬(Skermanella)、Subgroup_10、 芽 單 胞 菌 屬(Gemmatimonas)和類(lèi)固醇桿菌屬(Steroidobacter)，平均相對(duì)豐度均大于1%，占樣本總序列的12.71%(10.00%～15.27%)。其次是UTCFX1、泛菌屬(Pantoea)和Candidatus_Nitrocosmicus。

圖5 各處理屬水平前10種土壤細(xì)菌群落的相對(duì)豐度

施加氮肥和生物炭均會(huì)不同程度影響土壤細(xì)菌屬水平群落結(jié)構(gòu)（圖6）。與N0處理相比，N360處理增加了RB41、亞硝化螺旋菌屬(Nitrosospira)、UTCFX1、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)、乳酸菌屬(Lactobacillus)、Haliangium、Gaiella、泛菌屬(Pantoea)、狹義梭菌屬(Clostridium_sensu_stricto_1) 和 鄰 單 胞 菌 屬(Plesiomonas)等的相對(duì)豐度。但是降低了鞘脂單胞菌屬(Sphingomonas)、芽單胞菌屬(Gemmatimonas)、海洋桿菌屬(Pontibacter)、Candidatus_Nitrocosmicus和未鑒定噬甲基菌屬(unidentified_Methylophilaceae)的相對(duì)豐度?？傮w上，N360處理較N0處理呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，說(shuō)明施加氮肥會(huì)降低土壤細(xì)菌屬水平上的相對(duì)豐度。

圖6 土壤細(xì)菌群落屬水平熱圖

與N0相比，BC處理增加了泛菌屬(Pantoea)、亞硝化螺旋菌屬(Nitrosospira)、斯克爾曼氏菌屬(Skermanella)、UTCFX1、海洋桿菌屬(Pontibacter)、Gaiella、鄰單胞菌屬(Plesiomonas)、乳酸菌屬(Lactobacillus) 和狹義梭菌屬(Clostridium_sensu_stricto_1)的相對(duì)豐度。但是降低了RB41、鞘脂單胞菌屬(Sphingomonas)、Subgroup_10、Candidatus_Nitrocos micus、Haliangium、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)、未鑒定噬甲基菌屬(unidentified_Methylophilaceae)和蘚桿菌屬(Bryobacter)的相對(duì)豐度。總體上BC處理較N0處理呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，說(shuō)明生物炭配施氮肥會(huì)降低土壤細(xì)菌屬水平上的相對(duì)豐度。

2.5 土壤細(xì)菌群落的LEfSe差異分析

如圖7 所示，通過(guò)LEfSe (LDA＞2.5，P＜0.05)對(duì)比分析，共檢測(cè)到土壤細(xì)菌中有25 個(gè)顯著差異種群，其中N0處理有13 個(gè)，N360處理有8 個(gè)，BC 處理有4 個(gè)。N0處理的差異物種有：門(mén)水平上：Halobacterota 和Deinococcota；綱水平上：Polyangia、Halobacteria 和Deinococci；目水平上：PAUC26f、Granulosicoccales、Halobacterales 和JTB23；科水平上：Trueperaceae 和Haloferacaceae； 屬 水 平 上 ：Truepera和Haloferacaceae。N360處理的差異物種有：門(mén)水平上：unidentified_Archaea；目水平上：Phycisphaerales；科水平上：Rhodocyclaceae和Phycisphaeraceae。BC處理的差異物種有：綱水平上：Leptospirillia；目水平上：Caldilinealesl 和Leptospirillales；科水平上：LWQ8、Caldilineaceae 和 Leptospirillaceae；屬水平上 ：Leptospirillum；種水平上：Nitrospira_bacterium_SG8_3。

圖7 不同處理土壤細(xì)菌群落的LEfSe差異分析

2.6 RDA分析

RDA 結(jié)果顯示（圖8a），軸一解釋變異量為46.95%，軸二解釋變異量為28.56%，解釋總變異量為75.51%。環(huán)境因子方面，EC與TN、AK、TC成銳角，為正相關(guān)關(guān)系，但與pH和AP成鈍角，為負(fù)相關(guān)關(guān)系；土壤細(xì)菌群落與理化性質(zhì)方面，厚壁菌門(mén)(Firmicutes)與TC、EC 和TN 銳角，為正相關(guān)關(guān)系，與AP 和pH 成鈍角，為負(fù)相關(guān)關(guān)系。細(xì)菌群落門(mén)水平結(jié)構(gòu)與全氮（解釋度1.2%，P=0.043）和速效鉀（解釋度1.9%，P=0.050）存在顯著相關(guān)關(guān)系。

圖8 土壤細(xì)菌群落門(mén)和屬水平與土壤理化性質(zhì)之間的RDA分析

如圖8b 結(jié)果顯示，軸一解釋變異量為48.51%，軸二解釋變異量為26.07%，解釋總變異量為74.58%。環(huán)境因子方面，pH 與AP 成銳角，為正相關(guān)關(guān)系；土壤細(xì)菌群落與理化性質(zhì)方面，泛菌屬(Pantoea)與pH、TC和AP 呈銳角，為正相關(guān)關(guān)系；亞硝化螺旋菌屬(Nitrosospira)與AP 呈銳角，為正相關(guān)關(guān)系，與EC 和AK呈鈍角，為負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論

（1）氮肥施用顯著降低土壤速效磷和pH，但是會(huì)顯著增加土壤電導(dǎo)率和全氮的含量；生物炭配施氮肥處理能明顯提高土壤含水量、全碳、pH、電導(dǎo)率、全氮和速效鉀的含量。

（2）生物炭配施氮肥降低細(xì)菌群落的豐富度和多樣性。氮肥和生物炭配施氮肥處理細(xì)菌相對(duì)豐度均有降低趨勢(shì)。施加氮肥增加土壤酸桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)以及變形菌門(mén)的相對(duì)豐度，但抑制放線(xiàn)菌門(mén)、熱原體菌門(mén)以及芽單胞菌門(mén)的相對(duì)豐度；生物炭配施氮肥增加放線(xiàn)菌門(mén)、硝基螺門(mén)和綠彎菌門(mén)等的相對(duì)豐度，但降低疣微菌門(mén)、酸桿菌門(mén)以及擬桿菌門(mén)的相對(duì)豐度。土壤TN和AK是影響細(xì)菌群落物種構(gòu)成成分的主要驅(qū)動(dòng)因子。

4 討論

4.1 不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

長(zhǎng)期的咸水灌溉導(dǎo)致土壤鹽分隨毛管水上升至地表積聚[27-28]，使土壤理化性質(zhì)趨于惡化，增加土壤鹽漬化危害的風(fēng)險(xiǎn)[29]，最終影響農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育[30]。氮素在作物的生長(zhǎng)發(fā)育中必不可少，經(jīng)濟(jì)施氮量會(huì)緩解鹽分對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的負(fù)面影響[31-32]。施用生物炭能夠改善土壤狀況，從一定程度上恢復(fù)土壤生態(tài)平衡。生物炭配施氮肥既有利于土壤有機(jī)碳的積累[33-34]，還可提升土壤氮素的供應(yīng)能力[35]。生物炭被認(rèn)為是氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的額外來(lái)源，可以提高養(yǎng)分的有效性[36]。本研究中，生物炭配施氮肥顯著增加全碳和全氮的含量，是因?yàn)樯锾颗涫┑屎髸?huì)降低土壤碳氮比，使土壤有機(jī)質(zhì)中的碳被釋放，促進(jìn)土壤中微生物的增長(zhǎng)以及有機(jī)質(zhì)大量分解，影響土壤氮素的供應(yīng)[37-38]。速效鉀含量的顯著增加可能是因?yàn)樯锾恐械幕曳种泻写罅库淃}，以促進(jìn)養(yǎng)分的有效化，提升土壤速效鉀含量。土壤電導(dǎo)率增加可能是因?yàn)樯锾课搅舜罅葵}分離子導(dǎo)致電導(dǎo)率顯著增加。有研究發(fā)現(xiàn)，生物炭可以有效改良酸性土壤pH，但對(duì)堿性土壤的改良作用并不明顯[39]。

4.2 不同處理對(duì)土壤細(xì)菌群落的影響

施加氮肥或生物炭均能影響土壤理化性質(zhì)，從而會(huì)對(duì)土壤微生物的群落物種組成成分造成影響[40]。本研究發(fā)現(xiàn)，施加氮肥后，土壤細(xì)菌群落Chao 1 和ACE 指數(shù)均有不同程度的增加趨勢(shì)，香濃指數(shù)和辛普森指數(shù)會(huì)降低，說(shuō)明施加氮肥土壤細(xì)菌群落的豐富度會(huì)增加，而多樣性會(huì)降低。本研究也發(fā)現(xiàn)，生物炭配施氮肥后，土壤細(xì)菌群落的Shannon、Simpson、Chao 1 和ACE 指數(shù)均有不同程度的降低趨勢(shì)，說(shuō)明生物炭配施氮肥，細(xì)菌群落的豐富度和多樣性均會(huì)降低。原因可能是生物炭將大量鹽分吸附于孔隙中，抑制土壤細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖，從而減少了棉田細(xì)菌群落的多樣性以及豐富度。

土壤微生物中細(xì)菌的含量最多、豐度最高，具有豐富的遺傳多樣性，能夠促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放、有機(jī)質(zhì)的分解，還參與碳、氮等物質(zhì)循環(huán)過(guò)程[41]。施加氮肥或生物炭也會(huì)顯著影響土壤細(xì)菌的群落物種構(gòu)成成分[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，各個(gè)處理土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌門(mén)為酸桿菌門(mén)、變形菌門(mén)和放線(xiàn)菌門(mén)，這與前人[42-44]研究結(jié)果一致。放線(xiàn)菌門(mén)和變形菌門(mén)耐鹽性較好，是鹽土中豐富的嗜鹽細(xì)菌代表[45]，其中變形菌門(mén)為土壤中的優(yōu)勢(shì)門(mén)類(lèi)，與碳利用有關(guān)[46]。有大量研究結(jié)果表明，土壤酸桿菌門(mén)具有嗜酸性的特點(diǎn)，可作為土壤貧瘠的評(píng)價(jià)指標(biāo)[47]。本研究還發(fā)現(xiàn)，生物炭配施氮肥后，棉田土壤細(xì)菌綠彎菌門(mén)的相對(duì)豐度增加，但擬桿菌門(mén)的相對(duì)豐度會(huì)降低。綠彎菌門(mén)已被證實(shí)具有較多的病原拮抗菌，是土壤健康的標(biāo)志性微生物種群[48-49]。擬桿菌門(mén)的豐度通常與土壤全氮含量成負(fù)相關(guān)[50]，因此氮會(huì)抑制擬桿菌門(mén)的菌群豐度，這與前人研究相一致[51]。疣微菌門(mén)在土壤中廣泛存在，且發(fā)揮著重要功能[52]，有研究表明，疣微菌門(mén)存在大量的非核糖體肽合成酶系統(tǒng)可能會(huì)合成部分抗生素[53]。本研究中，疣微菌門(mén)的相對(duì)豐度在施加氮肥時(shí)有下降趨勢(shì)，但是在生物炭配施氮肥后又有增加趨勢(shì)。說(shuō)明追施氮肥，可能會(huì)抑制抗生素的生成，而施加生物炭又可以增加抗生素的合成，從而增強(qiáng)棉花的抗病性。本研究中，各個(gè)處理的土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌屬為RB41、亞硝化螺旋菌屬和鞘脂單胞菌屬，其中RB41屬于酸桿菌門(mén)，施加氮肥會(huì)顯著增加其相對(duì)豐度。亞硝化螺旋菌屬參與土壤氮循環(huán)[54]，施加氮肥以及生物炭配施氮肥均增加了亞硝化螺旋菌屬的相對(duì)豐度，可能是因?yàn)榈逝c生物炭對(duì)土壤氮素循環(huán)產(chǎn)生了一定的影響。本研究中，施加氮肥或生物炭均會(huì)降低細(xì)菌群落潛在生物標(biāo)志物的數(shù)量，可能是因?yàn)榈屎蜕锾靠梢詾榧?xì)菌提供良好的生存環(huán)境，直接影響細(xì)菌群落的生長(zhǎng)與繁殖，也可能是因?yàn)橥ㄟ^(guò)影響土壤理化環(huán)境，從而影響影響細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)[55]。