生物炭對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。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]，增加作物對營養(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。

目前，國內(nèi)外對生物炭影響設(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)生物炭對黃瓜土壤真菌代謝影響的研究相對較少?；诖?，筆者以嫁接黃瓜為研究對象，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，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 個處理，具體見表1。

表1 各處理生物炭用量

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 平均顏色變化率（AWCD）及多樣性測定

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）及多樣性測定。

1.2.2 真菌豐度測定 采用ITS序列來檢測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 個處理，與優(yōu)勢度最低的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 個優(yōu)勢菌群豐度最高，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。添加生物炭還會影響根際土壤真菌的優(yōu)勢度，其中BT4 的優(yōu)勢度指數(shù)高于其他5 個處理。同時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)勢度指數(shù)和豐富度指數(shù)，同時還提高了土壤真菌的多樣性。因此，在種植黃瓜的時候，可以適量添加生物炭。