生物炭對(duì)黃瓜土壤真菌代謝的影響研究

牛振宇，趙慧超，于思源，王紅玥，于 源，李東穎，王雪玉

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014109）

黃瓜是一年生的葫蘆科草本植物，喜溫，不耐寒，生長(zhǎng)適宜溫度為10～32℃，適宜土壤濕度一般在60%～90%之間。黃瓜一直以來都是市面上暢銷的農(nóng)產(chǎn)品[1]。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，日光溫室栽培在我國(guó)黃瓜周年供應(yīng)上發(fā)揮了重要作用[2]。但實(shí)際生產(chǎn)中，種植者為了追求高產(chǎn)高效，經(jīng)常在同一地塊連續(xù)種植同種蔬菜，導(dǎo)致設(shè)施栽培連作障礙逐年加重[2]。大致來說，連作障礙對(duì)種植作物的影響可歸為土壤理化作用和病原微生物作用2 個(gè)方面。作物連續(xù)種植使病原微生物富集，作物病害加重，產(chǎn)質(zhì)量下降[3-5]。

生物炭是一種作為土壤改良劑的木炭，能幫助植物生長(zhǎng)。在土壤中施入生物炭可以促進(jìn)秸稈還田土壤細(xì)菌群落演替[6]，提高土壤保肥、持水能力[7-12]，增加作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[13]，從而改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)生物炭影響設(shè)施作物土壤養(yǎng)分[14]、酶活性[15]、微生物[16]等方面的研究報(bào)道較多，但有關(guān)生物炭對(duì)黃瓜土壤真菌代謝影響的研究相對(duì)較少。基于此，筆者以嫁接黃瓜為研究對(duì)象，采用日光溫室栽培模式，通過在栽培基質(zhì)中添加不同量的生物炭，探究生物炭對(duì)黃瓜根際土壤真菌代謝的影響，為生物炭在黃瓜栽培上的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022 年3—7 月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技園區(qū)8-1 日光溫室及園藝園林技術(shù)系園藝作物栽培實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。供試黃瓜品種為春光2 號(hào)，是黑籽南瓜嫁接苗。溫室為鋼骨架拱圓形大棚，跨度6.5 m，長(zhǎng)50.0 m，脊高3.2 m。黃瓜水分管理按當(dāng)?shù)卣９芾磉M(jìn)行。根據(jù)生物炭的用量，試驗(yàn)設(shè)6 個(gè)處理，具體見表1。

表1 各處理生物炭用量

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 平均顏色變化率（AWCD）及多樣性測(cè)定

在黃瓜結(jié)果初期，各處理分別選取3 株黃瓜，每株取200 g 根際土壤，裝入塑料袋帶回實(shí)驗(yàn)室處理。各處理分別稱量20 g 土壤樣品，加入200 mL 生理鹽水搖勻，靜止10 min，然后稀釋1 000 倍，接種菌懸液至生態(tài)板中連續(xù)培養(yǎng)1 周。參照王曉玥等[17]的方法進(jìn)行平均顏色變化率（AWCD）及多樣性測(cè)定。

1.2.2 真菌豐度測(cè)定 采用ITS序列來檢測(cè)樣品的真菌菌群多樣性[18-21]，由上海睿鉑賽生物科技有限公司完成。采用RDP（Ribosomal Database Project）數(shù)據(jù)庫對(duì)真菌進(jìn)行分類及真菌豐度分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003 軟件進(jìn)行分析整理，采用SPSS 27.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理土壤真菌群落功能平均顏色變化率（AWCD）

由圖1 可知，BT3 處理AWCD 值最大（1.89），效果最好，其次是BT5 處理，為1.67，而BT2 處理的AWCD 值最低；BT1 和BT2 處理間相差不大，沒有明顯的差異，BT3 和BT2 處理間相差很大，呈現(xiàn)顯著差異。

圖1 不同處理土壤真菌群落功能AWCD

2.2 不同處理土壤真菌多樣性的比較

從表2 可以看出，BT5 處理的豐富度指數(shù)最高，為3.5，其次為BT3 處理，為3.4，兩者之間差異較小。BT2 處理最低，為2.6，與其他處理相比顯著差異。從優(yōu)勢(shì)度指數(shù)可以看出，除BT1 處理外，加入生物炭后土壤真菌的優(yōu)勢(shì)度均有所提高，尤其是BT2、BT4 處理，分別為40.6 和44.1，其中BT4 處理高于其他5 個(gè)處理，與優(yōu)勢(shì)度最低的BT1 處理相比差異顯著，但BT1 處理和BT5 處理之間差異不明顯。從均勻度指數(shù)來看，BT5 處理的均勻度指數(shù)最高，為9.6，其次為CK、BT4，最低的是BT3 處理，為8.3，而BT2 與BT3 的差異不顯著，但二者均顯著低于其他處理。

表2 不同處理土壤真菌多樣性的比較

2.3 不同處理土壤真菌在科分類水平的豐度比較

由表3 可知，在科分類水平上，優(yōu)勢(shì)菌群為Incertae sedis 27、 小 囊 菌 科（Microascaceae）、毛 球 殼 科（Lasiosphaeriaceae）、 爪 甲 團(tuán) 囊 菌 科（Onygenaceae），分別占全部菌落的比例為5.0%、5.0%、3.5%、3.7%，從各處理真菌各科的豐度來看，與對(duì)照相比，添加生物炭的處理均可顯著提高小囊菌科、毛球殼科、爪甲團(tuán)囊菌科的豐度。綜合比較可知，BT3 處理的3 個(gè)優(yōu)勢(shì)菌群豐度最高，BT1 處理的真菌豐度較高。

表3 真菌在科分類水平的豐度比較

3 討 論

3.1 生物炭對(duì)土壤真菌群落AWCD 的影響

平均顏色變化率（AWCD）是反映樣品中真菌群落碳源利用率，表征真菌群落代謝活性的重要指標(biāo)之一。試驗(yàn)結(jié)果表明，在黃瓜栽培基質(zhì)中添加一定量的生物炭后，土壤真菌群落功能AWCD 值發(fā)生了變化。BT2 處理的AWCD 值比較低，說明了土壤真菌沒有充分利用碳源，群落代謝功能比較弱，而BT3 處理AWCD 值最大，說明了土壤真菌開始大量利用碳源，繁殖速度越來越快，提高了土壤真菌的群落代謝功能。在試驗(yàn)中，生物炭的添加效果非常突出，可以看出，生物炭可以通過改變土壤通氣性和持水能力，最終改變土壤真菌群落功能[22-23]。

3.2 生物炭對(duì)土壤真菌多樣性的影響

從表2 可以看出，添加生物炭后，土壤真菌的豐富度指數(shù)發(fā)生了變化，BT5 處理的豐富度指數(shù)最高，對(duì)比其他處理，其施用量可以提高真菌豐富度，有利于改良土壤。添加生物炭還會(huì)影響根際土壤真菌的優(yōu)勢(shì)度，其中BT4 的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)高于其他5 個(gè)處理。同時(shí)添加生物炭后也增加了均勻度指數(shù)，表現(xiàn)突出的為BT5 處理。

綜合分析表明，添加生物炭20 t/hm2AWCD 值最大，可作為黃瓜生產(chǎn)中參考應(yīng)用；添加生物炭30 t/hm2處理的豐富度指數(shù)最高；添加生物炭10 t/hm2可顯著提高真菌在科分類水平的豐富度。由此可知在土壤中添加一定量（10、20 和30 t/hm2）的生物炭后，不僅提高了土壤真菌群落的代謝能力，而且提高了土壤真菌的均勻度指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和豐富度指數(shù)，同時(shí)還提高了土壤真菌的多樣性。因此，在種植黃瓜的時(shí)候，可以適量添加生物炭。