王義祥，黃家慶，葉菁，李艷春，林怡，劉岑薇

生物炭對(duì)酸化茶園土壤性狀和真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

王義祥1,2，黃家慶1,2，葉菁1,2，李艷春1,2，林怡1,2，劉岑薇1,2

1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，福建 福州 350013；2.福建省紅壤山地農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350013

為探討生物炭長(zhǎng)期施用對(duì)酸化茶園土壤改良和真菌群落結(jié)構(gòu)的影響，分析了按生物炭用量0、2.5、5、10、20、40?t·hm-2施用5年后的茶園土壤性狀和真菌群落結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明，施用生物炭5年后的茶園土壤pH提高了0.16～1.11，可溶性有機(jī)碳含量提高了52.6%～92.3%，而銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量以10?t·hm-2處理最高。施用生物炭5年后的土壤性質(zhì)變化，進(jìn)一步影響了真菌群落結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為Chao指數(shù)、ACE指數(shù)和Shannon指數(shù)隨生物炭用量增加呈先增加后降低的趨勢(shì)；提高生物炭施用量對(duì)茶園土壤次要作用的真菌（LDA值<3.50）豐度的增加效果高于優(yōu)勢(shì)真菌（LDA值>3.50）的效果，其中被孢霉屬、木霉屬、毛殼菌屬的相對(duì)豐度增加，黑盤孢屬的相對(duì)豐度降低。

茶園；黃壤；生物炭；pH；真菌多樣性

茶園是我國(guó)南方紅黃壤低山丘陵區(qū)重要的土地利用類型之一，2019年中國(guó)茶葉種植面積超過310萬hm2，約占全球面積的61%；茶產(chǎn)量達(dá)到261萬t，居世界第一，占全球產(chǎn)量的43%。福建作為中國(guó)茶葉生產(chǎn)的主要省份之一，約占全國(guó)茶園總面積的10.5%[1]。長(zhǎng)期以來，由于茶園的過度開發(fā)以及不合理施肥等原因，茶園土壤退化嚴(yán)重。以福建省為例，pH＜4.5的茶園占比達(dá)86.9%，11.2%土壤有機(jī)質(zhì)低于臨界值[2]，阻礙了茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，加強(qiáng)茶園土壤退化阻控與定向修復(fù)是當(dāng)前茶葉生產(chǎn)中急需解決的生產(chǎn)問題。

近年來，生物炭作為一種多功能的土壤調(diào)理劑備受關(guān)注，因其表面構(gòu)成物質(zhì)中含有-COOH和-OH等官能團(tuán)，水溶液呈堿性，可提高酸性土壤的pH及氮、磷的有效性；同時(shí)還具有較強(qiáng)的離子吸附交換性能，可改善土壤陰、陽(yáng)離子交換量，提高土壤的保肥性能[3]。此外，生物炭因含碳量豐富，施入土壤后可促進(jìn)微生物的大量繁殖，提高土壤微生物的活性，其豐富的孔隙結(jié)構(gòu)也為土壤有益微生物提供了棲息環(huán)境[4]，在土壤改良和生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。盡管生物炭在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，許多短期的研究結(jié)果也表明生物炭對(duì)土壤改良、作物生長(zhǎng)具有良好的作用，但對(duì)生物炭的長(zhǎng)期應(yīng)用效應(yīng)的研究仍然比較缺乏[5]。真菌是土壤微生物的重要成員，在土壤生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮重要作用，其多樣性水平也可作為土壤肥力評(píng)價(jià)的敏感指標(biāo)。已有研究表明，青霉屬真菌能分解土壤中纖維素、木質(zhì)素、淀粉等，毛霉屬、根霉屬、被孢霉屬等真菌能分解土壤中的糖類和簡(jiǎn)單多糖物質(zhì)，而毛殼屬、鐮刀菌屬、木霉屬等真菌是土壤中常見的纖維素分解者[6]。Chen等[7]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭施用1年后，輕度酸化水稻土中真菌基因拷貝數(shù)顯著降低35%～46%。Hu等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，在紅壤土中添加生物炭后短期內(nèi)降低了真菌多樣性。而陳義軒等[9]通過短期的培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適量添加生物炭會(huì)增加真菌量，但添加大量（160?g·kg-1）的生物炭顯著降低了真菌量。以往研究有關(guān)生物炭對(duì)真菌多樣性影響的差異性可能與土壤類型、利用方式以及生物炭的種類、用量等有關(guān)[10]。然而，目前生物炭對(duì)土壤真菌多樣性影響的相關(guān)研究較少，生物炭施入土壤對(duì)真菌影響的機(jī)制尚不明確，還需要深入探討生物炭對(duì)土壤真菌多樣性影響的長(zhǎng)期效應(yīng)。為此，本研究通過茶園田間試驗(yàn)研究生物炭施用5年后，其不同用量對(duì)土壤性狀和真菌群落多樣性的影響，以期為生物炭在茶園酸化改良上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)茶園位于福建省安溪縣感德鎮(zhèn)（北緯25°26′，東經(jīng)117°86′），該區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均氣溫為15℃～18.5℃，年降水量1?700～1?900?mm。茶園種植年限在7年以上，茶樹品種為鐵觀音，土壤為黃壤。試驗(yàn)用生物炭為500℃下裂解制備的小麥秸稈，其有機(jī)碳含量47%，全氮含量0.6%，堿解氮24.38?mg·kg-1，有效磷254.16?mg·kg-1，灰分含量20.1%，pH為9.52。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)6個(gè)處理，即AX_1、AX_2、AX_3、AX_4、AX_5、AX_6，6個(gè)處理所對(duì)應(yīng)的生物炭的田間施用量分別為0、2.5、5、10、20、40?t·hm-2，每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)重復(fù)，小區(qū)（重復(fù)）面積為15?m2。生物炭施用時(shí)間為2014年3月下旬，將生物炭均勻撒在供試小區(qū)地表，翻土20?cm，使其與土壤充分混勻。茶園按常規(guī)管理，每年施肥量折合N、P2O5、K2O分別為300、75、112.5?kg·hm-2，以尿素、重過磷酸鈣、硫酸鉀進(jìn)行春季、夏季和秋季施肥，春、夏、秋3季施肥量分別占全年總量的40%、30%和30%。

1.3 土壤樣品采集

施用生物炭5年后，在各試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)以“S”型多點(diǎn)混合法采集土壤0～20?cm土樣，去除植物碎屑和碎石，混合樣品后放于冷藏箱內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)定。

1.4 土壤理化性狀分析

pH采用pH計(jì)水土比2.5∶1浸提測(cè)定，土壤可溶性有機(jī)碳的測(cè)定采用水浸提島津TOC儀測(cè)定，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量采用1?mol·L-1KCL浸提-連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定[11]。

1.5 土壤真菌群落結(jié)構(gòu)分析

采用土壤DNA提取試劑盒（Omega Bio Tek Inc.，USA）提取茶園土壤真菌的總DNA，用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA的質(zhì)量，然后將茶園土壤真菌的DNA送至上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司，以Illumina MiSeq平臺(tái)進(jìn)行高通量測(cè)序和分析。茶園土壤真菌的高通量測(cè)序數(shù)據(jù)分析均基于上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司所提供的云服務(wù)（https://www.i-sanger.com）進(jìn)行，項(xiàng)目號(hào)為MJ20191009200-MJ-M-20191010084。具體的數(shù)據(jù)分析軟件和算法參考上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司官方網(wǎng)站提供的說明。樣品的原始序列已經(jīng)提交至NCBI SRA（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra），登錄號(hào)（SRA accession）：PRJNA592881。

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析基于上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司所提供的云服務(wù)進(jìn)行（https://www.i-sanger.com），數(shù)據(jù)分析前以“按最小樣本序列數(shù)”進(jìn)行數(shù)據(jù)抽平處理。多樣性指數(shù)（Alpha- diversity）利用mothur version v.1.30.1（http://www.mothur.org）計(jì)算；樣本層級(jí)聚類采用UPGMA非加權(quán)組平均法；Qiime計(jì)算采用beta多樣性距離矩陣，以R語(yǔ)言作圖；相關(guān)性Heatmap圖的軟件及算法采用R語(yǔ)言pheatmap package提供的方法。數(shù)據(jù)多組間的比較采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和克氏秩和檢驗(yàn)（Kruskal-Wallis H test），環(huán)境因子關(guān)聯(lián)分析采用歐氏距離（Euclidean distances）法。圖表繪制利用Microsoft Excel 2010和OriginPro 2017 SR2軟件。

2 結(jié)果和分析

2.1 茶園土壤pH和電導(dǎo)率變化

施用生物炭5年后，茶園土壤pH提高了0.16～1.11，其中AX_4、AX_5和AX_6處理顯著高于AX_1、AX_2和AX_3處理（<0.05）。表1顯示，AX_2、AX_3、AX_4、AX_5和AX_6處理土壤可溶性有機(jī)碳含量分別比AX_1處理增加了52.6%、61.5%、70.2%、89.9%和92.3%，且與AX_1處理間差異均達(dá)顯著性水平（<0.05），表現(xiàn)為隨生物炭用量增加而增加。與AX_1處理相比，施用生物炭處理土壤銨態(tài)氮含量增加了2.5%～9.8%，但各處理間的差異不顯著（>0.05）；而土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為隨生物炭用量增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，其中以AX_4處理最高，比AX_1處理增加了18.59%，且其間的差異達(dá)顯著性水平（<0.05）。

注：同一列不同小寫字母表示在0.05水平上的顯著性差異，下同

Note：Different small letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level.The same as below

2.2 真菌α-多樣性指數(shù)分析

表2顯示，6個(gè)處理的真菌覆蓋率（Coverage）均大于99.89%，基本覆蓋了茶園土壤所有的真菌。Chao指數(shù)、ACE指數(shù)、Shannon指數(shù)均表現(xiàn)為隨生物炭施用量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，以AX_4處理最大。Simpson指數(shù)值越大，說明群落多樣性越低。施入生物炭后土壤真菌Simpson指數(shù)值逐漸減少，在AX_4處理達(dá)到最小，隨后隨生物炭用量增加又逐漸增大，表明生物炭用量影響茶園土壤真菌的群落多樣性和豐富度，低用量時(shí)表現(xiàn)促進(jìn)作用，高用量時(shí)表現(xiàn)為抑制作用。

表2 各處理的茶園土壤真菌多樣性指數(shù)

2.3 真菌的β-多樣性分析

層級(jí)聚類分析顯示（圖1），AX_2處理和AX_3處理，AX_5處理和AX_6處理總能聚合在一起，說明0～5?t·hm-2或20～40?t·hm-2生物炭施用量的茶園土壤真菌有相似性，而AX_4處理不能直接和其他的處理聚合，表明AX_4處理茶園土壤真菌產(chǎn)生了一定差異。

非度量多維尺度分析（Non-metric multi-dimensional scaling analysis，NMDS）是一種將多維空間的研究樣本簡(jiǎn)化到低維空間進(jìn)行定位、分析和歸類的數(shù)據(jù)分析方法，可通過點(diǎn)與點(diǎn)間的距離反映不同處理間的差異程度。圖2顯示，AX_2處理和AX_3處理，AX_5處理和AX_6處理分布在同一個(gè)象限，說明0～5?t·hm-2或20～40?t·hm-2生物炭施用量處理茶園土壤真菌保持一定的相似性。AX_4處理獨(dú)自分布在一個(gè)象限，并且與其他的處理保持一定的距離。說明10?t·hm-2生物炭施用量處理茶園土壤真菌相對(duì)于其他的處理產(chǎn)生了一定的差異。主坐標(biāo)分析（Principal co-ordinates analysis，PCoA）也顯示（圖3），AX_2處理和AX_3處理，AX_5處理和AX_6處理均分布在同一個(gè)象限；而AX_1處理和AX_4處理均獨(dú)自分布在一個(gè)象限，并且與其他處理間存在較大距離。

圖1 土壤真菌群落的樣本層級(jí)聚類分析

2.4 屬水平上真菌群落結(jié)構(gòu)分布

屬水平上，茶園土壤優(yōu)勢(shì)真菌有（34.37%）、（24.84%）、（15.65%）、（4.95%）、（4.19%）、（3.96%）、（2.17%）、（1.01%）、（0.45%）等（圖4）。隨著生物炭施用量增加，、、、、屬真菌豐度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，但仍高于AX_1處理。豐度隨生物炭用量先減少后增加，其中以AX_4處理最低。、屬真菌豐度隨生物炭用量增加而降低；、屬真菌豐度隨生物炭用量增加而增加。

以茶園土壤豐度值較大的前50種真菌在屬水平上進(jìn)行構(gòu)建群落Heatmap圖，分析不同生物炭處理茶園土壤真菌組間的變化（圖5）。在屬水平上，茶園土壤真菌種群的豐度受生物炭施用量的影響較大，其中有28個(gè)真菌（比例達(dá)到58%）在不同生物炭施用量間有明顯變化，但豐度最高的（34.37%）、（24.84%）和（15.65%）在不同處理間沒有發(fā)生明顯變化。

圖2 基于相似性>97%的屬水平上非度量多維度分析

圖3 基于屬水平豐度的土壤真菌群落主坐標(biāo)分析

圖4 屬水平上優(yōu)勢(shì)真菌種群的組成和相對(duì)豐度

圖5 真菌群落在屬水平的群落熱圖

2.5 茶園土壤真菌種群差異

LEfSe可用于區(qū)別兩個(gè)或兩個(gè)以上菌群，強(qiáng)調(diào)統(tǒng)計(jì)意義和生物相關(guān)性，識(shí)別不同豐度的特征以及相關(guān)聯(lián)的類群，并找到與豐度有顯著性差異的真菌。鑒于以上研究顯示低生物炭施用量、較高生物炭施用量土壤pH和真菌多樣性間的顯著性差異，本研究以0～5?t·hm-2（紅色，以字母A表示）和10～40?t·hm-2（藍(lán)色，以字母B表示）兩個(gè)生物炭施用量范圍分析茶園土壤真菌的變化情況。從圖6可知，10～40?t·hm-2（藍(lán)色）生物炭處理茶園土壤真菌要明顯多于0～5?t·hm-2生物炭處理（紅色）的真菌。

圖6和圖7顯示，0～5?t·hm-2生物炭處理茶園土壤真菌LDA_value≥2.00的有24個(gè)，其中LDA_value為＞2.00～3.00的真菌有6個(gè)，LDA_value為＞3.00～3.50的真菌有4個(gè)，LDA_value為＞3.50～4.00的真菌有5個(gè)，LDA_value≥4.00的真菌有9個(gè)。10～40?t·hm-2生物炭處理茶園土壤真菌LDA_value≥2.00的真菌有49個(gè)，其中LDA_value為＞2.00～3.00的真菌有28個(gè)，LDA_value為＞3.00～3.50的真菌有9個(gè)，LDA_value為＞3.50～4.00的真菌有5個(gè)，LDA_value＞4.00的真菌有6個(gè)。表明提高生物炭施用量能增加茶園土壤真菌的數(shù)量，對(duì)茶園土壤起主要作用的優(yōu)勢(shì)真菌（LDA_value＞3.50）卻出現(xiàn)減少（真菌數(shù)量由14個(gè)減少至11），新增加的真菌主要是一些起次要作用的真菌。

2.6 環(huán)境因子關(guān)聯(lián)分析

環(huán)境因子對(duì)真菌群落結(jié)構(gòu)的影響的RDA分析表明，RDA1軸和RDA2軸對(duì)真菌群落結(jié)構(gòu)差異的解釋度分別為55.96%和23.92%。施用生物炭的AX_4、AX_5和AX_6處理與對(duì)照（AX_1）在RDA1軸方向上被分離開，施用生物炭的AX_2、和AX_3處理與對(duì)照（AX_1）在RDA2軸方向上被分離開（圖8）。

Heatmap相關(guān)性分析顯示（圖9），屬與pH值和土壤可溶性有機(jī)碳間具有顯著相關(guān)性，屬與土壤銨態(tài)氮含量間具有顯著相關(guān)性，大多數(shù)菌屬與土壤硝態(tài)氮含量間無顯著相關(guān)性。

注：LDA值高于3.50或3.00的指示微生物群。A表示0～5?t·hm-2生物炭處理組，B表示10～40?t·hm-2生物炭處理組；下同

Note: Indicator microbial groups with LDA values higher than 3.50 or 3.00.A means 0～5?t·hm-2biochar treatment group, B means 10～40?t·hm-2biochar treatment group.The same as below

圖6 基于生物炭施用量的微生物類群分析

Fig.6 Analysis of microbial community based on amount of biochar application

圖7 基于真菌種類組成的LEfSe分析

圖8 土壤真菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的冗余分析

3 討論

生物炭作為農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的富碳產(chǎn)品和土壤調(diào)理劑，其表面孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具有巨大的比表面積和豐富的表面官能團(tuán)，施入土壤能影響土壤的理化性質(zhì)，改善微生物生存環(huán)境和提高養(yǎng)分利用效率[12]。本研究結(jié)果表明，生物炭因含有豐富的堿性基團(tuán)和碳酸鹽，能對(duì)土壤酸度起到直接中和作用，有利于降低土壤氫離子和交換性鋁的含量，從而提高土壤pH[13]，且隨著生物炭施用量的增加茶園土壤酸度的改良效果也增加，這與以往的許多研究結(jié)果相一致[14-15]。此外，生物炭還含有一定量的P、K、Ca、Mg等礦質(zhì)元素，可以促進(jìn)土壤養(yǎng)分的循環(huán)和茶樹的生長(zhǎng)。

圖9 土壤真菌與環(huán)境因子的Heatmap 相關(guān)性分析

本研究結(jié)果表明，生物炭施用5年后，茶園土壤可溶性有機(jī)碳含量提高了52.6%～92.3%，這除了與生物炭含有少量可溶性有機(jī)碳有關(guān)外，可能是因?yàn)樯锾渴┯锰岣吡瞬鑸@土壤pH，土壤pH的增加可能導(dǎo)致水溶性有機(jī)碳中弱酸性官能團(tuán)的去質(zhì)子化，提高了活性有機(jī)碳的親水性和電荷密度，從而促進(jìn)固相有機(jī)碳的溶解和提高土壤可溶性有機(jī)碳含量[16]。本研究還發(fā)現(xiàn)，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為隨生物炭用量增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，其中以10?t·hm-2處理最高，但銨態(tài)氮含量在不同處理間的差異不顯著，說明生物炭用量對(duì)土壤氮形態(tài)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生了一定影響，適量的生物炭施用可能會(huì)促進(jìn)土壤有機(jī)態(tài)氮的礦化，釋放出無機(jī)態(tài)氮[17]。

另外，生物炭對(duì)NH4+、NO3–的吸附作用會(huì)減少土壤氮素的淋溶和揮發(fā)損失[18]，進(jìn)而增加了土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。生物炭的表面特征使其吸附大量的多酚化合物，土壤微生物將多酚化合物作為碳源，增加了對(duì)氮的需求，從而促進(jìn)了對(duì)氮素固定[19]。但過量的生物炭可能由于土壤C/N過高，增加了土壤對(duì)氮的生物固定[20]，這與尚杰等[11]研究結(jié)果一致。

已有研究表明，茶園土壤酸化以及隨著茶樹種植年限增加，茶園根際土壤微生物種群的豐富性指數(shù)降低，某些病原真菌數(shù)量如鏈格孢菌增加[21]。本研究結(jié)果表明，生物炭施用處理茶園土壤真菌的豐度和Chao指數(shù)、ACE指數(shù)均高于未施用生物炭的處理，究其原因可能是生物炭施入改變了土壤理化性狀，提高土壤pH和可溶性有機(jī)碳、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量等，為真菌的生長(zhǎng)繁殖提供適宜的棲息環(huán)境和所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而影響土壤真菌的群落結(jié)構(gòu)和功能[22]。本研究結(jié)果還表明，當(dāng)生物炭用量大于10?t·hm-2時(shí)，茶園土壤真菌多樣性又降低。陳澤斌等[23]研究也表明，隨著生物炭施用量的增加，根際土壤中真菌OTU豐度、物種豐度及均勻度隨之減少，說明在一定施用范圍內(nèi)增加生物炭的施用量會(huì)降低根際土壤真菌種類的多樣性和分布的均勻程度。已有研究表明，在一定范圍內(nèi)，低pH有利于真菌的生長(zhǎng)[24]，由此說明適量生物炭施入提高了酸化茶園土壤pH，在一定程度上可促進(jìn)真菌生長(zhǎng)殖，但過量的生物炭施用反而不利于真菌的生長(zhǎng)。實(shí)際上，土壤中細(xì)菌和真菌是密切聯(lián)系的，它們間相互作用在生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)過程中起著關(guān)鍵作用。馬泊泊等[25]研究認(rèn)為，土壤酸度的改變有利于細(xì)菌的生長(zhǎng)，而銨態(tài)氮的變化導(dǎo)致了真菌群落的改變，從而影響細(xì)菌和真菌間的互作關(guān)系。生物炭通過改變細(xì)菌種群活性，如菌根促生細(xì)菌和溶磷菌等，進(jìn)而影響土壤中真菌的生長(zhǎng)[22]。Hu等[26]研究表明，短期添加生物炭后，紅壤中細(xì)菌多樣性增加而真菌多樣性降低。許多研究已經(jīng)證實(shí)生物炭施入可影響茶園土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、代謝活性[3,27]，但是生物炭施入后對(duì)酸化茶園土壤細(xì)菌-真菌群落相互作用關(guān)系的影響還有待進(jìn)一步研究。

從茶園土壤真菌種群組成來看，主要優(yōu)勢(shì)真菌有羅茲菌門（）、柔膜菌目（）、傘菌綱（）、鐮刀菌屬（）、、、被孢霉屬（）、木霉屬（）等。生物炭的施入對(duì)茶園土壤真菌種群豐度影響較大，有28個(gè)真菌（比例達(dá)到58%）在不同生物炭施用量處理間發(fā)生明顯變化。種群差異分析表明，提高生物炭用量后，茶園土壤優(yōu)勢(shì)真菌（LDA value>3.50）減少，新增加的真菌主要是一些起次要作用的真菌（LDA value<3.50）。本研究值得注意的發(fā)現(xiàn)是，生物炭施用處理茶園土壤被孢霉屬（）、木霉屬（）、毛殼菌屬（）真菌豐度均高于未施用生物炭處理。已有研究表明，被孢霉屬作為有益菌，可誘發(fā)系統(tǒng)性抵抗和促進(jìn)植物生長(zhǎng)，加強(qiáng)對(duì)植物病原體抵抗[28]。木霉屬也是一種眾所周知的拮抗菌，可以拮抗疫霉菌、腐霉菌、鏈格孢菌等引起土傳病害[29]。毛殼菌屬真菌多為腐生菌，能產(chǎn)生纖維素酶、木聚糖酶和漆酶等，具有分解纖維素和木質(zhì)素的能力，在自然界的物質(zhì)循環(huán)中起重要作用，有些種類還可產(chǎn)生抗生素物質(zhì)或其他代謝物質(zhì)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)和提高抗病力[30]。黑盤孢屬（）、鐮刀菌屬（）的病原菌亦可侵染茶樹或引發(fā)潰瘍病[31]。本研究發(fā)現(xiàn)，生物炭的適量施用可提高有益菌如被孢霉屬、木霉屬、毛殼菌屬等的豐度，降低了黑盤孢屬真菌的豐度。Zheng等[32]研究也發(fā)現(xiàn)生物炭可顯著提高水稻土中被孢霉屬真菌的相對(duì)豐度。另外，本研究發(fā)現(xiàn)生物炭施用處理茶園土壤鐮刀菌屬（）、假擬盤多毛孢屬（）真菌豐度增加。閻海濤等[33]有關(guān)生物炭用量（10～40?t·hm-2）對(duì)褐土真菌群落影響的研究發(fā)現(xiàn)，生物炭提高了鐮刀菌屬真菌的相對(duì)豐度；而Yao等[34]研究生物炭用量（50～200?t·hm-2）對(duì)黑土影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，生物炭顯著增降低了鐮刀菌屬真菌的相對(duì)豐度，以上結(jié)果的差異可能與生物炭用量、土壤類型等有關(guān)，由此生物炭施用在抑制植物病害的效應(yīng)還需要加強(qiáng)長(zhǎng)期性的綜合研究。

4 結(jié)論

酸化茶園土壤施用生物炭5年后，土壤pH、可溶性有機(jī)碳、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量發(fā)生變化，而土壤性質(zhì)變化又影響了土壤真菌群落結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為真菌多樣性Chao指數(shù)、ACE指數(shù)和Shannon指數(shù)隨生物炭用量增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，且與土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的變化相一致。施用生物炭提高了被孢霉屬、木霉屬、毛殼菌屬的相對(duì)豐度，降低了黑盤孢屬真菌的相對(duì)豐度。從真菌種群差異分析來看，提高生物炭施用量對(duì)茶園土壤優(yōu)勢(shì)真菌（LDA值>3.50）增幅度并不大，新增加的真菌主要是一些起次要作用的真菌（LDA值<3.50）。

[1] 王義祥, 辛思潔, 葉菁, 等.生物炭對(duì)強(qiáng)酸性茶園土壤酸度的改良效果研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2018, 34(12): 108-111.

Wang Y X, Xin S J, Ye J, et al.Improvement effect of biochar on soil acidity in strong acidity tea garden [J].Chinese Agricultural Science Bulletin, 2018, 34(12), 108-111.

[2] 楊冬雪, 鐘珍梅, 陳劍俠, 等.福建省茶園土壤養(yǎng)分狀況評(píng)價(jià)[J].海峽科學(xué), 2010(6): 129-131.

Yang D X, Zhong Z M, Chen J X, et al.Evaluation of soil nutrient status of tea gardens in Fujian [J].Straits Science, 2010(6): 129-131.

[3] 胡雲(yún)飛, 李榮林, 楊亦揚(yáng).生物炭對(duì)茶園土壤CO2和N2O排放量及微生物特性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 26(7): 1954-1960.

Hu Y F, Li R L, Yang Y Y.Effects of biochar on CO2and N2O emissions and microbial properties of tea garden soils [J].Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(7): 1954-1960.

[4] Demisie W, Liu Z Y, Zhang M K.Effect of biochar on carbon fractions and enzyme activity of red soil [J].Catena, 2014, 121: 214-221.

[5] 高文慧, 葉菁, 劉朋虎, 等.農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)炭化技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究, 2019, 15(4): 279-284.

Gao W H, Ye J, Liu P H, et al.Reviews on the application of carbonization technology of agricultural waste biomass [J].2019, 15(4): 279-284.

[6] 李發(fā)虎, 李明, 劉金泉, 等.生物炭對(duì)溫室黃瓜根際土壤真菌豐度和根系生長(zhǎng)的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2017, 48(4): 270-275, 346.

Li F H, Li M, Liu J Q, et al.Effect of biochar on fungal abundance of rhizosphere soil and cucumber root growth in greenhouse [J].Transactions of The Chinese Society of Agricultural Machinery, 2017, 48(4): 270-275, 346.

[7] Chen J H, Liu X Y, Zheng J W, et al.Biochar soil amendment increased bacterial but decreased fungal gene abundance with shifts in community structure in a slightly acid rice paddy from Southwest China [J].Applied Soil Ecology, 2013, 71: 33-44.

[8] Hu L, Cao L X, Zhang R D.Bacterial and fungal taxon changes in soil microbial community composition induced by short-term biochar amendment in red oxidized loam soil [J].World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2014, 30(3): 1085-1092.

[9] 陳義軒, 宋婷婷, 方明, 等.四種生物炭對(duì)潮土土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 38(2): 394-404.

Chen Y X, Song T T, Fang M, et al.The effect of four biochar on the structure of microbial communities in alluvial soil [J].Journal of Agro-Environment Science, 2019, 38(2): 394-404.

[10] 王洪媛, 蓋霞普, 翟麗梅, 等.生物炭對(duì)土壤氮循環(huán)的影響研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 36(19): 5998-6011.

Wang H Y, Gai X P, Zhai L M, et al.Effect of biochar on soil nitrogen cycling: a review [J].Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(19): 5998-6011.

[11] 尚杰, 耿增超, 陳心想, 等.施用生物炭對(duì)旱作農(nóng)田土壤有機(jī)碳、氮及其組分的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 34(3): 509-517.

Shang J, Geng Z C, Chen X X, et al.Effects of biochar on soil organic carbon and nitrogen and their fractions in a rainfed farmland [J].Journal of Agro-Environment Science, 2015, 34(3): 509-517.

[12] 黃燕, 黎珊珊, 蔡凡凡, 等.生物質(zhì)炭土壤調(diào)理劑的研究進(jìn)展[J].土壤通報(bào), 2016, 47(6): 1514- 1520.

Huang Y, Li S S, Cai F F, et al.Research progress of biochar used as soil conditioner [J].Chinese Journal of Soil Science, 2016, 47(6): 1514-1520.

[13] 鄭慧芬, 吳紅慧, 翁伯琦, 等.施用生物炭提高酸性紅壤茶園土壤的微生物特征及酶活性[J].中國(guó)土壤與肥料, 2019(2): 68-74.

Zheng H F, Wu H H, Weng B Q, et al.Improved soil microbial characteristics and enzyme activities with wheat straw biochar addition to an acid tea plantation in red soil [J].Soil and Fertilizer Sciences in China, 2019(2): 68-74.

[14] Dai Z M, Zhang X J, Tang C, et al.Potential role of biochars in decreasing soil acidification: a critical review [J].Science of The Total Environment, 2017, 581/582: 601-611.

[15] Shi R Y, Ni N, Nkoh J N, et al.Beneficial dual role of biochars in inhibiting soil acidification resulting from nitrification [J].Chemosphere, 2019, 234: 43-51.

[16] de Wit H A, Groseth T, Mulder J.Predicting aluminum and soil organic matter solubility using the mechanistic equilibrium model WHAM [J].Soil Science Society of America Journal, 2001, 65(4): 1089-1100.

[17] Lehmann J, Joseph S.Biochar for environmental management: an introduction [M].London: Earthscan, 2009.

[18] Lehmann J, da Silva J P, Steiner C, et al.Nutrient availability and leaching in an archaeological anthrosol and a ferralsol of the central Amazon basin: fertilizer, manure and charcoal amendments [J].Plant and Soils, 2003, 249(2): 343-357.

[19] Deenik J L, Clellan T M, Uehara G.Charcoal volatile matter content influences plant growth and soil nitrogen transformations [J].Soil Fertility and Plant Nutrition, 2010, 74(4): 1259-1270.

[20] Zackrisson O, Nilsson M C, Wardle D A.Key ecological function of charcoal from wildfire in the boreal forest [J].Oikos, 1996, 77: 10-19.

[21] Li Y C, Li Z, Li Z W, et al.Variations of rhizosphere bacterial communities in tea (L.) continuous cropping soil by high-throughput pyrosequencing approach [J].Journal of Applied Microbiology, 2016, 121: 787-799.

[22] Warnock D D, Lehmann J, Kuyper T W, et al.Mycorrhizal responses to biochar in soil-concepts and mechanisms [J].Plant and Soil, 2007, 300(1/2): 9-20.

[23] 陳澤斌, 高熹, 王定斌, 等.生物炭不同施用量對(duì)煙草根際土壤微生物多樣性的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2018, 33(1): 224-232.

Chen Z B, Gao X, Wang D B, et al.Effects of different biochar application rates on rhizosphere soil microbial diversity of tobacco [J].Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2018, 33(1): 224-232.

[24] Ding J, Jiang X, Guan D, et al.Influence of inorganic fertilizer and organic manure application on fungal communities in a long-term field experiment of Chinese Mollisols [J].Applied Soil Ecology, 2017, 111: 114-122.

[25] 馬泊泊, 黃瑞林, 張娜, 等.秸稈生物質(zhì)炭對(duì)根際土壤細(xì)菌-真菌群落分子生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的影響[J].土壤學(xué)報(bào), 2019, 56(4): 964-974.

Ma B B, Huang R L, Zhang N, et al.Effect of Straw-derived biochar on molecular ecological network between bacterial and fungal communities in rhizosphere soil [J].Acta Pedologica Sinica, 2019, 56(4): 964-974.

[26] Hu L, Cao L X, Zhang R D.Bacterial and fungal taxon changes in soil microbial community composition induced by short-term biochar amendment in red oxidized loam soil [J].World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2014, 30: 1085-1092.

[27] Edenborn S L, Johnson L M K, Edenborn H M, et al.Amendment of a hardwood biochar with compost tea: effects on plant growth, insect damage and the functional diversity of soil microbial communities [J].Biological Agriculture & Horticulture, 2018, 34(2): 88-106.

[28] Van Wees S C, Van d E S, Pieterse C M.Plant immune responses triggered by beneficial microbes [J].Current Opinion in Plant Biology, 2008, 11(4): 443-448.

[29] Ghanbarzadeh B, Safaie N, Goltapeh E M.Antagonistic activity and hyphal interactions ofspp.againstand[J].Archives of Phytopathology and Plant Protection, 2014, 47: 1979-1987.

[30] 譚悠久.毛殼科Chaetomiaceae分類及分子系統(tǒng)發(fā)育研究[D].楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2005.

Tan Y J.Classification, identification and molecular phylogenetics of the family Chaetomiaceae [D].Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University, 2005.

[31] Voglmayr H, Rossman A Y, Castlebury L A, et al.Multigene phylogeny and taxonomy of the genus(Diaporthales) [J].Fungal Diversity, 2012, 57(1): 1-44.

[32] Zheng J F, Chen J H, Pan G X, et al.Biochar decreased microbial metabolic quotient and shifted community composition four years after a single incorporation in a slightly acid rice paddy from Southwest China [J].Science of the Total Environment, 2016, 571: 206-217.

[33] 閻海濤, 殷全玉, 丁松爽, 等.生物炭對(duì)褐土理化特性及真菌群落結(jié)構(gòu)的影響[J].環(huán)境科學(xué), 2018, 39(5): 2412-2419.

Yan H T, Yin Q Y, Ding S S, et al.Effect of biochar amendment on physicochemical properties and fungal community structures of cinnamon soil [J].Environmental Science, 2018, 39(5): 2412-2419.

[34] Yao Q, Liu J J, Yu Z H, et al.Three years of biochar amendment alters soil physiochemical properties and fungal community composition in a black soil of northeast China [J].Soil Biology & Biochemistry, 2017, 110: 56-67.

Effects of Biochar Application on Soil Properties and Fungi Community Structure in Acidified Tea Gardens

WANG Yixiang1,2, HUANG Jiaqing1,2, YE Jing1,2, LI Yanchun1,2, LIN Yi1,2, LIU Cenwei1,2

1.Agricultural Ecology Institute, Fujian Academy of Agricultural Science, Fuzhou, 350013, China;2.Fujian Key Laboratory of Agricultural Ecological Process of Red Soil Mountain, Fuzhou, 350013, China

The impact of long-term biochar application on soil improvement and fungal community structure in acidified tea gardens is still unclear.Five years after biochar application, the changes of soil properties and fungi community structure in tea gardens with different biochar applications (0, 2.5, 5, 10, 20 and 40?t·hm-2) were studied.The results show that after applying biochar for 5 years, the pH value of soil increased by 0.16 to 1.11 units, the soluble organic carbon content increased by 52.6% to 92.3%, and the contents of ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in soils with 10?t·hm-2biochar application were the highest.The changes of soil properties further affected the fungi community structure.The Chao index, ACE index and Shannon index of the fungi community firstly increased and then decreased with the increase of biochar amount.The effect of biochar application on the secondary fungi (LDA value<3.50) was higher than that on dominant fungi (LDA value>3.50).In addition, the relative abundance of,andincreased after the application of biochar, but the relative abundance ofdecreased.

tea garden, yellow soil, biochar, pH, fungi diversity

S571.1；Q938

A

1000-369X(2021)03-419-11

2020-09-04

2020-10-27

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0501404-3）、福建省科技廳公益項(xiàng)目（2020R1021003）

王義祥，男，研究員，主要研究方向紅壤保育與恢復(fù)生態(tài)，sd_wolong@163.com

（責(zé)任編輯：趙鋒）