生物炭对烤烟成熟期根际真菌群落结构的影响及功能预测分析

      生物炭是生物质在低氧条件下经高温裂解，产生的一种性质稳定的黑色富碳物质。生物炭表面孔隙丰富，有较大的电荷密度和比表面积。这些特殊的理化性质使生物炭可以作为优秀的土壤改良剂，生物炭可以改善土壤的理化性质及微生态环境，提高土壤矿化效率以提高土壤肥力。此外生物炭可以吸附土壤中的重金属，改变土壤中重金属的形态，减轻对作物的毒害。研究发现，施用生物炭可以有效提高土壤中速效钾、速效磷等养分含量，提高土壤 pH，改善土壤酸化现象。另有研究表明，在土壤中持续添加生物炭数年后，可以有效的改善土壤结构，提高土壤孔隙度，降低土壤容重。
      微生物驱动了土壤的物质循环，微生物种类不同，其生理、生化和生态特性也有着显著的差异，微生物群落的组成和结构对土壤中的物质循环有较大的影响。反之，土壤的形态以及土壤中的养分等因素也会对微生物的群落组成产生一定的影响。生物炭表面具有发达的孔隙结构和较大的比表面积，对水肥有较好的吸收和保持能力，这为微生物提供了绝佳的生存环境。大量的试验表明施加生物炭可以在不同程度上增加土壤中细菌、真菌和放线菌的数量。殷全玉等连续4 年在烟地中施加生物炭，结果表明连续施用生物炭显著改变了土壤真菌的群落结构，但对真菌OUT 数量和 α 多样性指数没有显著影响。阎海涛等研究发现，施加生物炭提高了子囊菌门和担子菌门的相对丰度，降低了结合菌门的相对丰度。真菌是土壤微生物的重要组成部分，在土壤物质循环、能量传递、抑菌杀虫、土传病害等方面具有不同的作用和特性。研究发现，真菌是土壤中最主要的一类病原物，70%左右的植物侵染性病害都是由真菌引起，尤其是镰刀菌可通过侵染烟草根系，破坏烟草根系的维管束组织，从而引发烟草根黑腐病，并且在烟草种植中危害日益严重，已经成为重要土传病害。另外，真菌在土壤物质循环和抑菌杀虫等方面也发挥着重要的作用，枯草芽孢杆菌是一种常见的益生菌，广泛分布在于土壤及腐败的有机物中，多用于作物的病害防治；漆斑菌广泛存在于植物和土壤中，它具有极强的纤维素分解能力的同时还能够产生抗生素，这些真菌的存在对土壤微生态的自我修复或化学营养环境的改善有重要影响 。因此，加强对土壤微生物，尤其是真菌群落结构调控技术研究有利于我国农业的绿色可持续发展。 
       近些年来，关于生物炭对植烟土壤微生物多样性的影响已有较多的研究，但大多数研究是围绕生物炭对细菌或真菌多样性和群落结构的分析，而对于土壤微生物菌群尤其是真菌类群的功能分析相对较少，本试验采用高通量测序技术结合 FUNGuid 分析方法，在研究生物炭对烤烟根际真菌群落结构影响的基础上，进一步探究生物炭对植烟土壤真菌功能类群的影响，以期为植烟土壤微生态调控提供更多的理论依据。 

 生物炭对土壤真菌群落结构及功能类群的影响 
       施加生物炭可以改变土壤环境，进而促进微生物群落组成和结构的改变。本试验研究结果表明，施加生物炭后，土壤真菌 OUT 数和 α 多样性指数较对照没有显著性的变化，与殷全玉等和阎海涛等研究结果一致，这可能是真菌在土壤中大多数为分解者，生物炭作为一种极难分解的惰性碳，真菌在短时间内无法有效的分解利用生物炭。本研究发现土壤中门水平上优势真菌为子囊菌门、毛霉门、担子菌门以及一种未分类的 SAR 超类群，这与前人的研究结果相似。本研究发现，毛霉门、担子菌门和一种未分类的真菌类群的群落相对丰度有所提高，毛霉菌是一种广泛存在于自然界的腐生真菌，具有较强的分解蛋白质的能力，毛霉菌门丰度的增加有利于土壤蛋白质的循环；子囊菌门是土壤中存在的丰度最高的真菌，子囊菌在土壤中以腐生、寄生和共生的营养方式生存，既可以分解动植物残体，同时部分子囊菌也会导致植物发生根腐、茎腐、枝枯和叶斑等症状，本试验中，施加生物炭后，子囊菌门丰度有略微的下降，这可能是由于其他真菌类群的竞争引起。 
      与细菌相比，真菌拥有更为复杂的生活史，在土壤中以多种方式吸收营养，土壤环境发生变化，部分真菌会迅速改变自身的营养方式，以对抗因环境变化带来的不利影响，这是一种较为高级的生存策略。腐生真菌可以分解植物残体、动物粪便等有机质，使其能够被植物吸收利用。本研究发现，施加生物炭后，土壤中病理营养型真菌丰度降低，而腐生营养型真菌丰度增加，说明施用生物炭增强了土壤真菌的分解能力，更有利于作物吸收土壤中营养物质，促进烟株的生长发育。同时病理营养型真菌丰度降低，降低了烟草的病害风险，减少了经济损失。 
      非度量多维尺度分析（NMDS）结果表明，施加生物炭后，土壤真菌群落结构会产生一系列的变化，与对照表现出明显的分离，这与陈坤等研究结果一致。生物炭对土壤微生物既有直接作用又有间接作用，一方面，生物炭丰富的孔隙结构为微生物的生长提供了极佳的条件，直接影响了微生物群落结构；另一方面，生物炭的施加影响了土壤的养分状况，并对微生物的群落结构具有一定的影响。 
结论 
       生物炭的施加显著提高了烟株的株高、叶长、宽，烤后烟叶总糖、还原糖和钾离子含量有着显著增加，施加生物炭对烟叶的品质具有一定的提高。施加生物炭后，土壤的速效养分含量提高，烤烟根际土壤酸化现象得到改善。生物炭改变了土壤真菌的群落结构，提高了毛霉菌门（Mucoromycota）、担子菌门（Basidiomycota）的相对丰度，降低了子囊菌门（Ascomycota）相对丰度。施加生物炭降低了土壤病理营养型真菌丰度，提高了腐生营养型真菌丰度。本试验探究了生物炭对土壤真菌群落结构以及功能类群的影响，为烤烟根际微生态调控及烟草栽培提供一定价值的理论依据。