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

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,5g·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60g·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10g·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）。