玉米秸秆生物炭对褐土微生物功能多样性及细菌群落的影响

摘要: 生物炭施入土壤被认为是一种有效的固碳减排措施, 可增加土壤有机碳及矿质养分含量, 提高土壤的持水能力及保肥能力。为探明其施入土壤后对土壤微生物活性及多样性的影响, 本文在盆栽试验条件下, 采用Biolog 与高通量测序相结合的方法, 研究了CK(不施生物炭)和施用5 g·kg1、10 g·kg1、30 g·kg1、60 g·kg1玉米秸秆生物炭对土壤微生物碳源利用能力(AWCD)、功能多样性指数以及土壤细菌的丰度和多样性的影响。结果表明, 随着生物炭施用量的增加, 表征土壤微生物活性的AWCD 值呈下降趋势, 表现为: 5 g·kg1 处理≈ CK10 g·kg1处理30 g·kg1 处理60 g·kg1 处理, 其中CK 和5 g·kg1 处理间差异不显著(P>0.05), 而10 g·kg1、30 g·kg1和60 g·kg1 处理在整个培养期间的AWCD 值显著低于CK 处理(P<0.05); 土壤微生物群落代谢功能多样性指数(H′)、碳源利用丰富度指数(S)均随生物炭施用量的增加而呈下降趋势, 但均匀度指数(E)表现出相反趋势, 5 g·kg1、10 g·kg1、30 g·kg1、60 g·kg1 各处理的H′较CK 处理分别增加0.16%、0.88%、3.14%、11.09%,S 分别增加2.82%、11.27%、18.31%、47.89%, E 分别增加1.14%、3.00%、3.73%和13.76%。主成分分析表明, 与CK 处理比较, 5 g·kg1 处理对土壤微生物群落碳源利用方式没有显著影响(P>0.05), 而10 g·kg1、30 g·kg1和60 g·kg1 处理对土壤微生物群落碳源利用方式影响显著(P<0.05)。随着生物炭施用量的增加, 土壤细菌OTU数目及丰富度指数(Chao1)呈增加趋势, 5 g·kg1 处理与CK 处理差异不显著, 而10 g·kg1、30 g·kg1、60 g·kg1处理的OTU 数目较CK 处理分别增加1.09%、5.26%、24.42%, Chao1 分别增加5.73%、10.21%、37.68%。土壤中施用生物炭后土壤细菌变形菌门(Proteobacteria)的丰度在CK 处理和5 g·kg1 处理间差异不显著(P>0.05), 而10 g·kg1、30 g·kg1、60 g·kg1 处理较CK 处理分别增加32.3%、21.1%、16.7%, 拟杆菌门(Bacteroidetes)的丰度随着生物炭施用量的增加各处理较CK 处理分别减少22.1%、55.3%、66.8%、50.5%。生物炭施入土壤后降低了土壤可培养微生物的活性, 减少或改变了土壤微生物碳源利用的种类, 使土壤原有微生物群落组分发生改变, 生物炭也影响了土壤细菌各菌群在土壤中的丰度, 使其分布的均匀性降低。为了不影响微生物群落结构和功能, 石灰性褐土上生物炭一次还田量不能超过5 g·kg1(干土)。