生物炭与绿肥翻压对柑橘根际细菌群落结构的影响

      土壤微生物是土壤微生态的组成成分之一，其生命活动能够改变土壤养分含量及结构，具有调节有机质分解、养分循环等功能且在土壤营养元素的矿化、吸附和固定方面表现优异。 由于土壤微生物会随着周边环境的改变而调整其生命活动及种群，所以被认为是能够衡量土壤质量的关键指标。因此微生物群落结构、微生物多样性和功能能够被用于反应土壤质量的变化 。随着中国土壤污染及有害农产品的问题日益突出，人们对土壤健康培育越来越重视，认为只有土壤健康才能够保证食品和人类的安全。生物炭由于其独特的理化性质在土壤健康培育、微生态调控等生态方面均有良好成效 。胡华英等研究发现杉叶炭施入土壤后能够显著提高土壤细菌的丰度和多样性，改变了土壤细菌群落结构。PRAYOGO 等研究发现土壤微生物栖息地的理化性质会受到生物炭的影响从而导致土壤细菌群落的变化。王颖等研究表明，以锯末为原料制成的生物炭其对土壤细菌群落的改良效果优于以槐树皮为原料的生物炭，且 3%锯末生物炭效果最佳。 

       本试验于在湖南省浏阳金湖村柑橘果园进行，该地属于中亚热带季风湿润气候，光热适中，雨水丰沛，年平均气温 17.4℃，平均日照数为 1650 h，年平均降水量 1680 mm，降水多集中于 4~7 月。土壤类型为第四纪红壤土，耕作层土壤 pH 为 6.1、有机质 16.54 g·kg^-1 、碱解氮 75.16 mg·kg^-1 、速效磷 57.81 mg·kg^-1 、速效钾 151.42 mg·kg^-1 。供试柑橘品种为沃柑，树龄 4~5 年，冠幅 2 m×1.5 m，树高 2.0 m，树势中等。试验生物炭为花生壳原料，由河南省生物炭工程技术研究中心提供。炭化工艺为在 380~400  ℃条件下低氧、连续炭化 20 min 制得，其基本指标为生物炭粒径 250~500 μm，pH8.37，总碳 409.73 g·kg^-1，总氮 16.25 g·kg^-1，C/N=25.29，比表面积 23.49 m² ·g^-1，孔体积0.034cm³ ·g^-1 ，孔径 4.38 nm，分析方法。绿肥种植品种为毛叶苕子（Vicia villosa Roth.），草种由湖南省农业科学院提供。2019 年 10 月 15日在果树行株间撒播，播种量为 45 kg·hm^-2 。2019 年12月15日2021年3月15日分两次施肥，单次施用总肥料用量的 50%。绿肥作物于2020年5月10日翻压还田。 

       本研究结果表明施加生物炭能够明显增加土壤变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）的相对丰度，减少厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度。原因是生物炭具有独特的结构且含有丰富的营养物质，能够为土壤微生物提供一个更好、更舒适的栖息环境，能够刺激土壤微生物的相对丰度发生改变，有利于某些细菌的生长。本研究中T1 处理增加变形菌门（Proteobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的丰度，与 RILLIG 等的结果相似。本研究中T2 处理能够显著增加土壤中酸杆菌门（Acidobacteria）、芽单胞菌门（Proteobacteria）的相对含量，与 MISATO 等的研究结果相似。由属水平上的13个功能菌属的物种组成和差异性分析结果来看，CK 处理与 T1 处理有7个功能菌属存在显著性差异，而CK处理与T2处理有11个功能菌属存在显著性差异。说明T2处理在施加生物炭的基础上进行绿肥翻压，能更加显著的改变土壤细菌群落的组成。MISATO 等的研究发现豆科绿肥能够改变土壤细菌群落，增加部分土壤细菌菌属的相对丰度，与本研究结果相印证。T1 处理与T2 处理 13 个功能菌属的相对丰度有7个菌属的相对丰度存在显著性差异，5个菌属的相对丰度不存在显著性差异，说明在同时添加生物炭的情况下，将10%的化肥氮通过绿肥翻压施入土壤中，能够显著的改变细菌群落结构的组成，对土壤微生物的影响也比较显著，因为已有大量研究表明，绿肥翻压后能够明显促进土壤中脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性,  同时增加了土壤中微生物量碳、氮的积累量从而影响土壤微生物的群落结构。其中T2处理较 T1 显著提升了慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）、黄杆菌属（Flavobacterium）的相对丰度，这有利于土壤氮素的固定及土壤速效养分的增加，增加植株的营养。杨海君等研究发现假单胞菌属（Pseudomonas）能够产生多种抗生素增强植株抗病性，降解土壤中的有毒物质。本文研究发现 T2 处理能够增加土壤中假单胞菌属（Pseudomonas）的丰度，表明以绿肥翻压替代 10%的化肥氮并施用生物炭更有利于植株和土壤健康。 由此可见，生物炭能够增加细菌群落多样性和丰富度，但差异不显著；土壤细菌群落结构会发生改变，增加了绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）的相对丰度，降低了厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度；T2 处理属水平功能菌群的变化程度大于 T1 处理。可见，生物炭与绿肥翻压措施增加了细菌多样性和功能细菌的丰度，改变了菌群结构，促进了土壤微生态平衡。综合以上研究结果表明，以绿肥翻压替代 10%的化肥氮同时添加5kg·棵 ^-1 生物炭是该果园土壤科学有效的施肥措施。