生物碳對滴灌棉田土壤微生物的影響.pdf

1、【目的】生物碳具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，可以貯存水分和養(yǎng)分，為微生物提供了良好的生存環(huán)境，直接影響土壤微生物群落組成和功能。不同生物質(zhì)原料、制備條件下獲得的生物碳在結(jié)構(gòu)、理化特性也存在很大差異。本研究以棉花秸稈、玉米芯棒、雞糞為原料制備不同類型的生物碳，探討生物碳施用對滴灌棉田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、功能及組成多樣性變化的影響，為生物碳的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　【方法】研究采用田間小區(qū)試驗，包括不同生物碳用量和生物碳類型試驗。（1）生物

2、碳用量試驗設(shè)置5個處理：對照（CK），施棉花秸稈6（S1）、12 t hm-2（S2），施棉花秸稈生物碳2.25（B1）、4.5 t hm-2（B2）；棉花秸稈和棉花秸稈生物碳采用等碳量施用。每個處理設(shè)置2個施氮(N)水平：0、300 kg hm-2(N0、N300表示)。（2）不同類型生物碳試驗共設(shè)置5個處理：對照(CK)，棉花秸稈6 t hm-2(ST)，棉花秸稈碳2.25 t hm-2(CS)，玉米芯碳2.25 t hm-2(CC

3、)，雞糞碳2.25 t hm-2(CM)。
　　【主要結(jié)果】
　　(1)施用棉稈和棉稈生物碳均可增加棉花干物質(zhì)重和吸氮量。在不施氮肥條件下（N0），生物碳低用量處理（B1）棉花干物質(zhì)重和吸氮量最高，其次是生物碳高用量（B2）和秸稈高用量處理（S2），秸稈低用量處理（S1）最低；在施氮肥條件下（N300），生物碳處理（B1、B2）棉花干物質(zhì)重與S2處理無顯著差異，而氮素吸收量顯著高于S2處理。B1、B2和S2處理棉花產(chǎn)量差異不

4、大，均顯著高于S1和CK。氮肥利用率表現(xiàn)為B2、B1>S2>S1、CK。
　　(2)施用棉稈生物碳顯著提高土壤碳轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性（?-葡萄糖苷酶和纖維二糖水解酶）；B2處理土壤芳基酰胺酶和谷氨酰胺酶活性較CK分別提高18.7％和39%。土壤微生物群落對碳源底物（碳水化合物、氨基酸類、多聚物類、羧酸類）的利用能力隨著棉稈生物碳用量增加而增加。B2處理顯著改變微生物群落結(jié)構(gòu)組成，土壤微生物總磷酸脂肪酸（PLFA）含量較CK增加27%，革

5、蘭氏陰性細菌、革蘭氏陽性細菌、叢枝菌根真菌和放線菌PLFA含量均顯著增加。
　　(3)不同生物碳類型處理土壤微生物群落碳代謝功能多樣性（AWCD）表現(xiàn)為棉桿碳（CS）、玉米芯碳（CC）>棉花秸稈（ST）>雞糞碳（CM）>對照（CK）。與CK相比， CS和CC處理顯著改變土壤微生物群落功能代謝結(jié)構(gòu)，而ST和CM處理對土壤微生物群落功能代謝結(jié)構(gòu)影響較小。
　　(4)施用棉花秸稈（ST）和三種生物碳（CS、CC、CM）改變土壤微生

6、物群落結(jié)構(gòu)，叢枝菌根真菌PLFA含量增加，腐生菌真菌PLFA含量降低。其中，CS和CC處理土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成相似，顯著增加土壤微生物總PLFA含量以及革蘭氏陰性菌和放線菌PLFA含量。
　　(5)棉花秸稈（ST）和三種生物碳（CS、CC、CM）顯著增加土壤細菌豐富度ACE指數(shù)，其中CM處理最高；而對OUT豐富度，多樣性指數(shù)(Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù))和豐富度指數(shù)Chao均無顯著影響。
　　(6)不同處理土壤

7、細菌群落在門的分類水平上的優(yōu)勢細菌類群為Proteobacteria(變形菌門)， Actinobacteria(放線菌門)，Acidobacteria(酸桿菌門)。其中，ST對變形菌門、放線菌門、酸桿菌門和Bacteroidetes(擬桿菌門)這四組菌類群影響較大，而生物碳（CS、CC、CM）對前三組菌類群影響較大。ST顯著改變土壤細菌的群落結(jié)構(gòu)組成，其次是CC和CM處理，而CS對土壤細菌群落影響較小。棉花秸稈和三種生物碳改變土壤中特

8、殊微量功能菌群的相對豐度。纖維素分解細菌（Cellulomonas，Cellvibrio）在ST和生物碳（CS、CC、CM）處理顯著增加；硝化細菌Nitrosospira(亞硝化螺菌屬)和Nitrospira(硝化螺菌屬)在CC和CM處理顯著增加，而在ST和CS處理降低；固氮細菌Rhizobacter（根瘤桿菌屬）和Rhizobium（根瘤菌屬）在三種生物碳處理顯著增加， Mesorhizobium（中慢生根瘤菌屬）在CC處理顯著提高。

9、ST處理增加固氮細菌Rhizobium（根瘤菌屬）、Bradyrhizobium（慢生根瘤菌屬)、Mesorhizobium（中慢生根瘤菌屬）。
　　【結(jié)論】
　　施用生物碳提高土壤碳氮轉(zhuǎn)化相關(guān)的酶活性和微生物群落對碳源底物的利用能力，改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成，尤其是施用高用量生物碳（棉花秸稈生物碳4.5 t hm-2）作用更明顯。棉花秸稈碳、玉米芯碳和雞糞碳均顯著改變土壤微生物群落代謝功能多樣性和結(jié)構(gòu)組成，增加土壤纖維素