葛少華，閻海濤，陳 奇，彭桂新，于建春，楊永鋒，劉國順*

生物質炭與化肥氮配施對植煙土壤微生物功能多樣性的影響①

葛少華1，閻海濤1，陳 奇1，彭桂新2，于建春2，楊永鋒2，劉國順1*

(1 河南農(nóng)業(yè)大學煙草行業(yè)煙草栽培重點實驗室，鄭州 450002；2 河南中煙工業(yè)有限責任公司，鄭州 450000)

采用盆栽試驗研究了生物質炭配施不同用量化肥氮對烤煙根區(qū)土壤微生物群落功能多樣性的影響。研究結果顯示，添加生物質炭提高了土壤有機碳和微生物生物量碳含量；減少15% 化肥氮配施生物質炭處理(T3)顯著提高了土壤過氧化氫酶活性，提升了土壤新陳代謝水平。不同處理土壤微生物的碳源利用率不同，以T3處理的AWCD(平均顏色變化率)值最高，且微生物豐富度和優(yōu)勢度均為較高水平。主成分和熱圖分析表明，不同處理微生物功能差異性和優(yōu)勢碳源不同，其中T3處理的微生物群落功能差異性較小，優(yōu)勢碳源羧酸類中包含的碳源種最多。添加生物質炭可提高煙株根冠比23.06% ~ 42.36%。因此，添加生物質炭可增強植煙土壤微生物活性，提高土壤微生物功能多樣性，以減少15% 化肥氮配施生物質炭效果最好。

生物質炭；化肥氮；植煙土壤；微生物多樣性

微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其群落結構和功能隨著環(huán)境條件的改變而迅速發(fā)生改變[1]。微生物群落功能多樣性是表達土壤微生物群落狀態(tài)與功能的重要指標之一，可以評價土壤中微生物的生態(tài)特征和土壤肥力特征[2]。長期過量施用化肥影響了土壤生態(tài)系統(tǒng)可利用氮素，改變了土壤微生物代謝群落功能多樣性[3]。

生物質炭在農(nóng)業(yè)上的應用優(yōu)化了作物的根際微環(huán)境[4]，促進土壤微生物種群發(fā)展，增強土壤微生物活性，從而有效調(diào)控根際土壤肥力，促進作物生長[5-6]。Glaser等[7]對生物質炭還田后與微生物的交互作用進行研究，結果表明生物質炭還田后提高了土壤有機質含量，為微生物提供了豐富碳源。微生物群落與生物質炭和土壤生態(tài)系統(tǒng)相互影響[8-9]，隨著生物質炭在農(nóng)田中的施用，其以土壤微生物的變化來反饋生物質炭對土壤生態(tài)系統(tǒng)的作用[10]。韓光明等[11]研究表明，生物質炭調(diào)控土壤微環(huán)境的理化性質，影響和調(diào)控土壤微生物的生長、發(fā)育和代謝，進而改善土壤肥力。

不同施肥模式或耕作制度可顯著影響土壤微生物群落功能多樣性[12-13]。楊宇虹等[14]研究表明，農(nóng)家肥最有利于微生物的生長，有機肥次之，復合肥效果最差。姜蓉等[15]研究表明，減少20% 化肥的施用并配施生物有機肥改善了土壤微生物區(qū)系且提高了土壤微生物代謝活性。江琳琳[16]研究表明，生物質炭能提高土壤微生物豐度和多樣性，提高土壤微生物碳源的代謝特征。Warnock等[17]研究表明，生物質炭的多孔性和表面特性能夠為微生物生存提供附著位點和較大空間。陳偉等[12]研究表明，生物質炭對土壤微生物多樣性的改善效果則不如生物有機肥。

目前對微生物功能多樣性影響的報道中，關于生物質炭施用條件下配施化肥氮對烤煙根區(qū)土壤微生物群落多樣性的變化尚不清晰。本研究采用盆栽方式，研究添加生物質炭后不同氮肥用量對土壤微生物功能多樣性指標的影響，旨在為制訂合理的烤煙施肥措施提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年在河南農(nóng)業(yè)大學許昌校區(qū)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)科教園區(qū)開展，供試品種為K326。供試土類為褐土，土壤基礎肥力見表1。

表1 供試土壤基礎肥力

所施用生物質炭為花生殼炭(圖1)，由河南省生物炭工程技術研究中心提供，其理化性質為：pH 8.25，全碳3.99 g/kg，全氮0.169 g/kg，碳氮比23.62，主要官能團為羥基、烷烴和酰胺基等。

圖1 花生殼炭電鏡微觀表面掃描圖(放大500倍)

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，設置4個處理：T1(CK)，純氮(N)5 g/盆；T2，純氮5 g/盆+生物質炭100 g/盆；T3，純氮4.25 g/盆(減氮15%)+生物質炭100 g/盆；T4：純氮3.5 g/盆(減氮30%)+生物質炭100 g/盆。

所用氮素為煙草專用復合肥(N∶P2O5∶K2O = 10∶10∶20)，試驗設置N∶P2O5∶K2O=1∶1.5∶3，不足的磷鉀肥用過磷酸鈣和硫酸鉀補足。全部生物質炭和70% 的混合肥料與每盆土混勻，30% 的混合肥料于移栽后30 d施入盆內(nèi)。本試驗2017年5月8日移栽烤煙，栽培管理措施按照當?shù)爻Ｒ?guī)管理方法進行。

1.3 樣品采集與測定方法

土壤樣品于烤煙旺長期收集根上抖落的附著土壤進行分批保存。一部分鮮土過篩后于4℃冰箱保存，用于測定硝態(tài)氮(NO3–-N)、銨態(tài)氮(NH4+-N)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物功能多樣性；一部分土樣風干過篩后用于測定pH、有機碳和過氧化氫酶活性。硝態(tài)氮和銨態(tài)氮采用連續(xù)流動分析儀測定，微生物生物量碳采用熏蒸浸提-重鉻酸鉀容量法測定，土壤微生物生物量氮采用熏蒸浸提法測定[17]，pH(水土比2.5︰1)采用電位計法測定，有機碳采用重鉻酸鉀外加熱法測定[18]，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[19]。微生物功能多樣性的檢測采用有31種碳源的BiologEcoplatesTM進行培養(yǎng)試驗，25℃恒溫培養(yǎng)，在24、48、72、96、120和144 h時測定各孔在590 nm波長下的光吸收值[14]。

煙株取樣后進行殺青，粉碎，過篩，煙葉總氮測定依據(jù)煙草行業(yè)標準，采用連續(xù)流動分析儀進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

土壤微生物利用碳源的整體能力，用平均顏色變化率(AWCD)表示[20-21]，計算方法如下：

式中：C為每個培養(yǎng)基孔的吸光值；為對照孔的吸光值；31表示本研究中有31種碳源。當(C-)<0時，賦其值為0。

根據(jù)各處理AWCD值變化，本研究選取120 h 時各孔吸光值計算微生物功能多樣性指數(shù)。

Simpson指數(shù)()：

Shannon指數(shù)(：

Mcintosh指數(shù)()：

在智慧園區(qū)總體構想中，其中還有很多缺陷和不足有待完善。當前我國已經(jīng)有大量不同類型園區(qū)，智慧園區(qū)經(jīng)過長期建設和完善，園區(qū)信息化和智能化水平不斷提升，但是在此期間必將出現(xiàn)原有園區(qū)和新建園區(qū)信息化系統(tǒng)對接問題，直接影響到智慧園區(qū)建設成效[2]。其二，園區(qū)建設積累了豐富的經(jīng)驗，內(nèi)部包含二級單位，這些地塊開發(fā)商由于資質不同，個性化需求同樣有所不同，所以智慧園區(qū)總體構想需要予以綜合考量。結合智慧園區(qū)總體構想，建立支撐平臺層，實現(xiàn)對系統(tǒng)的統(tǒng)一管理，完善配套接口。此外，當前的智慧園區(qū)總體架構中，與信息技術發(fā)展趨勢尚未完全融合。

Shannon均勻度指數(shù)(E)：

=/ln(5)

本研究采用Excel 2013進行數(shù)據(jù)前期整理，SPSS 20.0和R語言進行分析。

2 結果與分析

2.1 生物質炭與化肥氮配施對烤煙根區(qū)土壤化學和生物學特性的影響

添加生物質炭對土壤pH具有顯著影響，以T1處理為對照，各處理pH分別下降0.10、0.24和0.34。生物質炭的添加在一定程度上提高了土壤有機碳含量，T4處理較其他處理具有顯著性差異，且有機碳含量隨著化肥氮施用量減少而提高，為T4>T3>T2> T1，T2、T3、T4處理較T1處理分別提高了12.28%、20.57%和37.75%。添加生物質炭降低了烤煙根區(qū)土硝態(tài)氮的含量，T1>T2>T3>T4，隨著化肥氮施用量的減少，硝態(tài)氮含量顯著降低。土壤微生物生物量氮含量T2處理較T1處理降低了29.96%，T3處理較T2處理提高了15.79%，而T4處理與T2處理則無顯著性差異；微生物生物量碳含量T2處理較T1處理降低了9.08%，在添加生物質炭的基礎上，隨著化肥氮施用的減少，顯著提高了微生物生物量碳含量。過氧化氫酶活性是土壤新陳代謝水平的重要表征，T1、T2和T4處理無顯著性差異，T3處理較T1處理過氧化氫酶活性提高了14.23%。施用生物質炭后有效降低了微生物熵，T2處理下降了19.37%，化肥氮用量的減少對微生物熵的影響不顯著。

表2 不同處理對烤煙根區(qū)土壤化學和生物學特性的影響

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(<0.05)，下同。

2.2 生物質炭與化肥氮配施對烤煙根區(qū)土壤微生物AWCD值的影響

AWCD值反映了微生物群落對碳源利用的總能力，其值越大，表明土壤微生物活性越高，密度越大[20, 29]。由圖2可知，煙草根區(qū)土壤微生物對不同碳源的利用程度均隨培養(yǎng)時間的增加而增大。在0 ~ 24 h內(nèi)變化較小且接近0，在48 h之后碳源被迅速利用，AWCD值急劇增加。在整個監(jiān)測期，T3處理AWCD值一直保持較高水平，而T4處理維持最低水平，表明過量減少化肥氮，減少了微生物能源物質，降低了微生物活性。

圖2 不同處理對植煙土壤微生物AWCD值的影響

2.3 生物質炭與化肥氮配施對烤煙根區(qū)土壤微生物功能多樣性指數(shù)的影響

選擇培養(yǎng)120 h時的AWCD值來計算土壤微生物功能多樣性指數(shù)。Shannon指數(shù)()是反映群落物種及其個體數(shù)和分布均勻程度的綜合指標，受群落物種豐富度影響較大。Simpson指數(shù)()較多反映了群落中最常見的物種優(yōu)勢度。Mcintosh指數(shù)()是群落物種均一性的度量。反映了Shannon指數(shù)的均勻度。為碳源利用豐富度指數(shù)。由表3可知，各處理物種豐富度和優(yōu)勢度均為T3>T2>T1>T4，但T1、T2和T3處理無顯著差異，T4處理顯著低于各處理，較T1處理分別降低了3.73% 和0.37%。Mcintosh()指數(shù)為T3>T1>T2>T4，表明添加生物質炭降低了微生物物種的均一度，而在添加生物質炭的基礎上，適量減少化肥氮用量，有效提高了均一度值。均勻度()與Shannon指數(shù)表現(xiàn)規(guī)律相反，為T4>T1>T2>T3，T4處理較T1處理提高了2.80%，較T3處理提高了4.58%。豐富度指數(shù)為T3>T2>T1>T4，表明添加生物質炭提高了物種豐富度指數(shù)，適宜減少化肥氮的施用，更有利于豐富度指數(shù)的提高。

2.4 生物質炭與化肥氮配施對烤煙根區(qū)土壤微生物碳源利用特征的影響

由圖3主成分分析可知，T1處理分布在第一和第三象限，T2處理分布在第四象限，T3處理分布在第一象限，T4處理分布在第二象限。在主成分分析中，PC1的方差貢獻率為40.63%，PC2的方差貢獻率為20.79%，累積達到61.42%。T1處理在PC軸上出現(xiàn)較大分異，表現(xiàn)出微生物群落的不穩(wěn)定性。不同施氮量對微生物群落功能多樣性的影響在空間距離差異上分布較明顯，表明肥料用量導致微生物群落代謝功能改變。T1和T2處理出現(xiàn)在不同象限，表明添加生物質炭對微生物功能多樣性也有一定的影響。T3和T1處理在第一象限內(nèi)的空間分布距離較短，說明二者在微生物群落功能多樣性方面差異較小。

表3 不同處理對烤煙根區(qū)土壤微生物功能多樣性指數(shù)的影響

圖3 不同處理土壤微生物碳源利用特征的主成分分析

不同處理下，烤煙根區(qū)土壤微生物對不同類別碳源的利用程度存在顯著差異(圖4)。土微生物群落對碳水化合物、氨基酸、羧酸和多聚物4類碳源的利用強度均為T3>T1>T2>T4；酚酸類為T3>T1>T4>T2，T2和T4無顯著性差異；胺類為T2>T3>T1>T4。T1處理各類碳源利用所占比例為13.24% ~ 19.39%，較為均勻，其中以氨基酸類最高，酚酸類最低；T2處理各類碳源利用占比為7.93% ~ 20.04%，以胺類最高，酚酸類最低；T3處理中各類碳源(碳水化合物、氨基酸、羧酸、多聚物、酚酸和胺類)利用占比分別為17.39%、17.37%、20.57%、16.24%、14.12% 和14.3%，以羧酸類最高，酚酸類最低；T4處理各類碳源利用占比為11.35% ~ 22.15%，以碳水化合物類最高，酚酸類最低。表明根區(qū)土壤微生物群落對酚酸類利用最少，不同的施肥條件可顯著影響土壤微生物群落對不同碳源的利用強度。

圖4 不同處理土壤微生物群落對6類碳源的利用強度

對6類共31種碳源進行分析(圖5)，各處理對碳水化合物(D-纖維二糖、α-D-葡萄糖-1-磷酸)、羧酸(衣康酸、D-蘋果酸、丙酮酸甲酯)、多聚物(α-環(huán)式糊精、吐溫80)、胺類(腐胺)，無顯著性影響。T1、T2和T3處理對碳水化合物(D-半乳糖酸-γ-內(nèi)脂、i-赤蘚糖醇、D-木糖)、氨基酸(L-天門冬酰胺、L-精氨酸)、多聚物(吐溫40)，無顯著性影響，T4處理顯著低于其他處理。對各處理優(yōu)勢碳源中的具體碳源種進行分析發(fā)現(xiàn)，T1處理的土壤微生物對氨基酸類的L-蘇氨酸和甘氨酰-L-谷氨酸的碳源利用強度較大，且明顯高于其他處理；T2處理土壤微生物對胺類中苯乙胺的利用顯著高于其他處理；羧酸類的γ-羥基丁酸、D-蘋果酸、丙酮酸甲酯、D-半乳糖醛酸和D-葡萄糖胺酸在T3處理中的利用顯著高于其他處理。T4處理微生物對碳水化合物類的β-甲基-D-葡萄糖苷和N-乙酰-D-葡萄糖胺的利用強度大，顯著高于其他處理。土壤微生物對酚酸類利用強度較小，主要是因2-羥基苯甲酸含量較低。

圖5 不同處理土壤微生物群落對31種碳源的利用強度

2.5 生物質炭與化肥氮配施對烤煙生長的影響

圖6A顯示不同處理烤煙干物質積累T3>T1> T2>T4，T1和T3處理無顯著性差異，各處理較T1處理分別下降了6.16%、–0.7% 和18.21%。煙株根冠比為T3>T4>T2>T1，表明添加生物質炭有利于煙株根系的生長。圖6B顯示烤煙旺長期地上部氮素積累量T1>T2>T3>T4，生物質炭對煙株旺長期氮素積累有一定的降低作用，且隨著施肥量的減少，氮素積累量降低。T1較各處理氮素積累量提高14.7、17.55和25.8 kg/hm2。

3 討論

3.1 生物質炭與化肥氮配施對烤煙根區(qū)土壤特性和烤煙生長的影響

生物質炭施入后由于其對土壤生物和化學特性的影響，在不同程度上調(diào)控作物生長，最終可提高作物產(chǎn)量和品質[4]。大量研究表明[22-23]，添加生物質炭提高了土壤pH，但本文研究結果顯示，添加生物質炭降低了土壤pH，且隨著化肥氮用量的減少，土壤pH隨之降低。這可能是根區(qū)土壤中根系分泌物含量增加[24]，也可能是微生物群落對酚酸類利用程度較低，造成其在土壤中的積累，引起土壤pH下降[16]，同時銨態(tài)氮的硝化作用也可引起土壤酸化。添加生物質炭提高了土壤有機碳含量，這與胡瑋等[25]關于不同碳氮比對小麥的影響研究結果和沈盟等[26]關于生物質炭施用提高番茄土壤有機碳含量結論一致。微生物熵隨著生物質炭的添加呈現(xiàn)下降趨勢，而陳紅麗[27]研究表明微生物熵與微生物生物量碳變化趨勢一致，可能是秸稈的碳釋放率顯著高于生物質炭。本研究結果表明，生物質炭的添加和化肥氮用量的減少對過氧化氫酶活性影響較小，添加生物質炭在一定程度上能減輕過氧化氫的毒害作用，但對過氧化氫酶的活性無顯著性影響[28]，這與張繼旭等[29]研究結果一致；但黃哲等[30]及陳心想等[31]研究表明，生物質炭的添加對過氧化氫酶活性有促進作用，這可能與研究所用的生物質炭種類、作物種類以及土壤類型有關。添加生物質炭后，有效提高了土壤肥力，促進植株根系生長，本研究結果表明，添加生物質炭有效提高了煙株根冠比。由于生物質炭的吸附作用，降低了土壤中氮素含量，影響了烤煙對氮素的吸收積累。

圖6 不同處理對烤煙生長的影響

3.2 生物質炭與化肥氮配施對根區(qū)土壤微生物群落功能多樣性的影響

添加生物質炭后，微生物的利用基質發(fā)生改變[32]，不同的農(nóng)業(yè)措施對土壤微生物群落碳源利用能力產(chǎn)生不同的影響。本研究中，隨著培養(yǎng)時間的延長，添加生物質炭降低了土壤微生物AWCD值，添加生物質炭+減少15% 化肥氮處理對土壤微生物利用碳源能力的影響優(yōu)于其他處理。這可能是因為土壤微生物生態(tài)對氮肥的施入量存在一定的平衡，過多或過少施用化肥氮，都有可能降低土壤微生物群落活性[15]；也可能是因為施肥習慣的改變，影響了土壤酶活性和微生物生物量的變化，改變了土壤微生物的多樣性及活性[33]。

微生物功能多樣性指數(shù)分析結果表明，不同處理對土壤微生物群落功能多樣性的影響有顯著差異，微生物種群的數(shù)量、優(yōu)勢物種的優(yōu)勢度，以及各個物種的均一度各不相同。物種均一度和豐富指數(shù)方面一直保持T3處理最高，T4處理最低，可能是化肥氮的過量減少，導致土壤中氮素含量下降，促進了某些微生物種群生長代謝，抑制了其他微生物種群的生長代謝，進而影響微生物群落功能多樣性指數(shù)[12]。

不同處理下，土壤微生物群落對碳源的利用情況不同，且對6類31種碳源的利用存在顯著差異。施用化肥氮相同的情況下，添加生物質炭促進了土壤微生物群落對胺類的利用，而抑制了對其他5類碳源的利用；化肥氮的減少會抑制微生物對胺類的利用；除胺類外，其他5類碳源均表現(xiàn)為T3處理利用強度最高，可能是根系分泌物數(shù)量較多，導致進入土壤的新鮮有機質增加，刺激了土壤微生物的生長和繁殖，提高了代謝活性[34]。

長期過量施用化肥，導致土壤微生物生物量降低、生物種群和功能多樣性衰減、土壤的生物化學過程強度減弱、有機碳轉化和養(yǎng)分供應能力下降[16]。添加生物質炭減少化肥氮的施用，使土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等養(yǎng)分分配發(fā)生了變化，進而影響微生物群落活性、代謝方式和功能多樣性，而微生物不同的群落結構和功能又會影響土壤中各種養(yǎng)分的循環(huán)轉化過程，影響土壤養(yǎng)分的含量及形態(tài)[35-36]。由于土壤微生物群落的數(shù)量及結構的變化直接影響根際微生物整體功能，在植物根系生長的微生態(tài)環(huán)境中微生物群落對煙株根系的影響有待進一步研究。

4 結論

本研究表明，添加生物質炭減少化肥氮的施用，在一定程度上影響了土壤的化學和生物學特性。添加生物質炭減少15% 化肥氮時，可有效提高土壤新陳代謝水平，顯著提高土壤微生物碳源利用能力，提高煙株根冠比，在微生物群落的穩(wěn)定性方面，較為接近常規(guī)化學施肥，對土壤微生物功能多樣性影響較小。因此，添加生物質炭并減少15% 化肥氮時，改善了煙株根區(qū)土壤肥力，增強了土壤微生物活性，促進了微生物種群的發(fā)展。

[1] 田雅楠, 王紅旗. Biolog法在環(huán)境微生物功能多樣性研究中的應用[J]. 環(huán)境科學與技術, 2011, 34(3): 50–57

[2] 魯順保, 張艷杰, 陳成榕, 等. 基于BIOLOG指紋解析三種不同森林類型土壤細菌群落功能差異[J]. 土壤學報, 2013, 50(3): 618–623

[3] 夏昕, 石坤, 黃欠如, 等. 長期不同施肥條件下紅壤性水稻土微生物群落結構的變化[J]. 土壤學報, 2015, 52(3): 697–705

[4] 王欣, 尹帶霞, 張鳳, 等. 生物炭對土壤肥力與環(huán)境質量的影響機制與風險解析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2015, 31(4): 248–257

[5] 張阿鳳, 潘根興, 李戀卿. 生物黑炭及其增匯減排與改良土壤意義[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2009, 28(12): 2459– 2463

[6] 谷思玉, 李欣潔, 魏丹, 等. 生物炭對大豆根際土壤養(yǎng)分含量及微生物數(shù)量的影響[J]. 大豆科學, 2014. 33(3): 393–397

[7] Glaser B, Haumaier L, Guggenberger G, et al, The ‘Terra Preta’ phenomenon: A model for sustainable agriculture in the humid tropics[J]. Naturwissenschaften, 2001, 88(1): 37–41

[8] Daniel D W, Johannes L, Thomas W K, et al. Mycorrhizal responses to biochar in soil-Concepts and mechanisms[J]. Plant & Soil, 2007, 300(1/2): 9–20

[9] 李猛, 張恩平, 張淑紅, 等. 長期不同施肥設施菜地土壤酶活性與微生物碳源利用特征比較[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2017, 23(1): 44–53

[10] 姚玲丹, 程廣煥, 王麗曉, 等. 施用生物炭對土壤微生物的影響[J].環(huán)境化學, 2015(4): 697–704

[11] 韓光明, 孟軍, 曹婷, 等. 生物炭對菠菜根際微生物及土壤理化性質的影響[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學學報, 2012, 43(5): 515–520

[12] 陳偉, 周波, 束懷瑞. 生物炭和有機肥處理對平邑甜茶根系和土壤微生物群落功能多樣性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2013, 46(18): 3850–3856

[13] 岳冰冰, 李鑫, 張會慧, 等. 連作對黑龍江烤煙土壤微生物功能多樣性的影響[J]. 土壤, 2013, 45(1): 116–119

[14] 楊宇虹, 陳冬梅, 晉艷, 等. 不同肥料種類對連作煙草根際土壤微生物功能多樣性的影響[J]. 作物學報, 2011, 37(1): 105–111

[15] 姜蓉, 徐智, 湯利, 等. 化肥減量配施生物有機肥對設施菊花養(yǎng)分吸收轉運及產(chǎn)量的影響[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學學報, 2016, 31(5): 910–916

[16] 江琳琳. 生物炭對土壤微生物多樣性和群落結構的影響[D]. 沈陽: 沈陽農(nóng)業(yè)大學, 2016

[17] 吳金水. 土壤微生物生物量測定方法及其應用[M]. 北京: 氣象出版社, 2006

[18] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000

[19] 關松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1986

[20] Zhu L X, Xiao Q, Shen Y F, et al. Microbial functional diversity responses to 2 years since biochar application in silt-loam soils on the Loess Plateau[J]. Ecotoxicology & Environmental Safety, 2017, 144: 578

[21] Chen L, Li C, Feng Q , et al. Shifts in soil microbial metabolic activities and community structures along a salinity gradient of irrigation water in a typical arid region of China[J]. Science of the Total Environment, 2017, 598: 64–70

[22] 鄭加玉, 張忠鋒, 程森, 等. 稻殼生物炭對整治煙田土壤養(yǎng)分及煙葉產(chǎn)質量的影響[J]. 中國煙草科學, 2016, 37(4): 6–12

[23] 勾芒芒, 屈忠義. 生物炭對改善土壤理化性質及作物產(chǎn)量影響的研究進展[J]. 中國土壤與肥料, 2013(5): 1–5

[24] 陳冬梅. 不同pH和不同形態(tài)氮對幾種作物生物量積累和根系解剖結構的影響[D]. 江蘇揚州: 揚州大學, 2005

[25] 胡瑋, 李桂花, 任意, 等. 不同碳氮比有機肥組合對低肥力土壤小麥生物量和部分土壤肥力因素的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2011(2): 22–27

[26] 沈盟, 蔣芳玲, 王珊, 等. 生物質炭施用量對土壤性狀和番茄產(chǎn)質量的影響[J]. 土壤, 2017, 49(3): 534–542

[27] 陳紅麗. 腐熟麥秸對植煙土壤的營養(yǎng)效應及其機理研究[D]. 鄭州: 河南農(nóng)業(yè)大學, 2013

[28] 趙軍, 耿增超, 尚杰, 等. 生物炭及炭基硝酸銨對土壤微生物量碳、氮及酶活性的影響[J]. 生態(tài)學報, 2016, 36(8): 2355–2362

[29] 張繼旭, 張繼光, 張忠鋒, 等. 秸稈生物炭對烤煙生長發(fā)育、土壤有機碳及酶活性的影響[J]. 中國煙草科學, 2016, 37(5): 16–21

[30] 黃哲, 曲世華, 白嵐, 等. 不同秸稈混合生物炭對鹽堿土壤養(yǎng)分及酶活性的影響[J]. 水土保持研究, 2017, 24(4): 290–295

[31] 陳心想, 耿增超, 王森, 等. 施用生物炭后塿土土壤微生物及酶活性變化特征[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2014, 33(4): 751–758

[32] Nielsen U N, Ayres E, Wall D H, et al. Soil biodiversity and carbon cycling: A review and synthesis of studies examining diversity-function relationships[J]. European Journal of Soil Science, 2011, 62(1): 105–116

[33] 羅希茜, 郝曉暉, 陳濤, 等. 長期不同施肥對稻田土壤微生物群落功能多樣性的影響[J]. 生態(tài)學報, 2009, 29(2): 740–748

[34] 楊秉珣, 劉泉, 董廷旭. 嘉陵江流域不同土地利用類型土壤微生物功能多樣性特征[J]. 水土保持研究, 2017. 24(5):14–20, 26

[35] 陳溫福, 張偉明, 孟軍. 農(nóng)用生物炭研究進展與前景[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2013. 46(16): 3324–3333

[36] 王杰, 李剛, 修偉明, 等. 貝加爾針茅草原土壤微生物功能多樣性對氮素和水分添加的響應[J]. 草業(yè)學報, 2014. 23(4): 343–350

Effects of Biochar Combing with Nitrogen Fertilizer on Functional Diversity of Microbial Communities in Tobacco-planting Soil

GE Shaohua1, YAN Haitao1, CHEN Qi1, PENG Guixin2, YU Jianchun2, YANG Yongfeng2, LIU Guoshun1*

(1 National Tobacco Physiology & Biochemistry Research Centre, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2 China Tobacco Henan Industrial Co. Ltd., Zhengzhou 450000, China)

A pot experiment was conducted to study the effects of biochar combined with different dosages of nitrogen fertilizer on the functional diversity of soil microbial community in flue-cured tobacco rhizosphere. The results showed that biochar application increased the contents of soil organic carbon and microbial biomass carbon, and the treatment of biochar with 15% reduction of nitrogen fertilizer (T3) significantly improved soil catalase activity and metabolism level. Carbon source utilization of soil microorganism were different under different treatments, T3 treatment had the highest average well color development (AWCD) value, and smaller soil microbial richness and dominance. Principle component analysis and thermal graph analysis showed that the functional differences and dominant carbon sources of soil microbial communities were different under different treatments, among of which, T3 treatment had smaller functional difference and contained most carbon sources in the dominant carbon source carboxylic acids. The biochar application improved root-crown ratio of tobacco by 23.06%–42.36%. Therefore, biocar application can enhance the microbial activity of tobacco-planting soil and improve the diversity of soil microbial function, and the biochar combing with 15% reduction of nitrogen fertilizer has the best effect.

Biochar; Nitrogen fertilizer; Tobacco-planting soil; Microbial diversity

10.13758/j.cnki.tr.2019.04.011

煙草栽培重點實驗室項目(110201101001TS-1)和河南中煙工業(yè)有限責任公司項目(ZW2014005)資助。

(Liugsh1851@163.com)

葛少華(1992—)，女，河南周口人，碩士研究生，主要從事煙草栽培生理研究。Email: ycgsh@outlook.com

S572

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