生物炭对不同连作年限棉田土壤微生物群落的响应

【作者】 韩光明； 蓝家样； 陈全求； 张胜昔； 李国荣；

【机构】 湖北省农业科学院经济作物研究所；

【摘要】 【研究背景】新疆是中国最大的优质商品棉生产基地,主产棉区棉花连作现象十分严重,个别地区连作年限达30年以上。长期连作引起的连作障碍表现为土壤养分失调、微生物多样性下降、病虫害发生加剧等,导致棉花早衰、减产和品质下降等问题持续加重,是制约新疆棉花产业健康发展的严重障碍。人们对生物炭改良土壤理化性质及其对土壤生物区系的影响了解甚少。我们假设生物炭的添加可以通过影响土壤的理化特性来影响土壤细菌的丰度和多样性,甚至影响碳的利用能力。此外,在有生物炭碳源的情况下,利用碳源的微生物能力可能会发生变化。为了检验上述假设,评估了生物炭改良土壤中可培养微生物的丰度,并研究了细菌群落的结构及其利用碳源的能力;【材料与方法】利用玉米秸秆生土壤炭,向连续种植5年、10年、20年和30年以上的新疆连作棉田施加0t·ha^-1（B0）、20t·ha^-1（B1）和40t·ha^-1（B2）3种浓度梯度生物炭,采用下一代测序技术和BIOLOG-ECO微平板技术对棉花土壤中细菌群落结构多样性和土壤理化性质进行了研究;【结果与分析】共获得长度250 bp序列1669315对,平均每个样本序列长度为0.16 Gb,在不同连作年限和生物炭处理棉田中发现原始序列87323至204627个。经过初始质量控制过程后,获得了1608450高质量序列,每个样本平均获得134038条序列。基于97%物种相似,从生物炭处理不同连作年限棉田分离出6552到9420个分类单位。连作5年和10年的Chao 1指数显著高于20年和30年。在45个细菌属中（相对丰度比大于0.3%）,其中21个属受到生物炭处理的影响（P<0.05）,而20个属受到连作的影响。在连续种植5年和30年的土壤之间,显著观察到12个不同属（P<0.05）,其中6个属属于酸性菌门。生物炭处理的土壤中鞘氨醇单胞菌和假单胞菌的相对丰度明显高于未经生物炭处理的土壤中鞘氨醇单胞菌和假单胞菌的相对丰度（p<0.05）,连续种植5年和10年的土壤中鞘氨醇单胞菌和假单胞菌的相对丰度显著（P<0.05）高于连续种植20年和30年的土壤。在各处理中共发现5个优势属,分别为Sphingomonas,Gemmatimonas,Nitrospira,Pseudomonas and Gp6,其中Sphingomonas和Pseudomonas的相对丰度生物炭处理显著高于未添加生物炭处理（P<0.05）,并且连作5年和10年棉田显著高于连作20年和30年。然而,Nitrospira未添加生物炭处理显著高于生物炭处理。表明连作年限影响细菌群落构成;【结论】随连作年限增加细菌多样性呈下降趋势。施用生物炭显著丰富了土壤细菌群落结构和功能多样,并且显著改善了连作棉田土壤的理化性质。更多还原