東北地理所在生物炭影響黑土農(nóng)田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)研究取得進(jìn)展
生物炭是生物質(zhì)原料在無氧或缺氧條件下經(jīng)高溫裂解產(chǎn)生的固體物質(zhì)。生物炭通常具有高pH值，高碳氮比、高多孔性和對土壤養(yǎng)分具有較強(qiáng)吸附能力的特點(diǎn)。生物炭施入土壤中，不易被微生物分解利用，殘存時(shí)間長，被認(rèn)為是一種有利于提高土壤碳固定，改良土壤理化性質(zhì)的土壤改良劑。但目前國際上有關(guān)生物炭對土壤理化性質(zhì)及土壤生物學(xué)特性的研究多是基于一年內(nèi)的室內(nèi)培養(yǎng)或當(dāng)年的盆栽、田間試驗(yàn)結(jié)果，而針對多年后的短期和長期效應(yīng)的研究還很少。東北黑土素以土壤有機(jī)質(zhì)含量高，土壤肥沃而著稱，但由于長期過度開發(fā)利用和不合理的農(nóng)業(yè)措施管理等原因，導(dǎo)致土壤酸化、土壤壓實(shí)和土壤肥力下降等退化問題嚴(yán)重。基于生物炭固有的特征和施入土壤后的動(dòng)態(tài)，研究生物炭短期和長期的生態(tài)效應(yīng)對于科學(xué)制定生物炭施用策略具有指導(dǎo)意義。
為此，東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組于2012年建立了一個(gè)秸稈生物炭施用長期觀測研究平臺(tái)。生物炭按耕層土壤質(zhì)量的0%、2%、4%和8%一次性混合施入土壤，大豆和玉米輪作種植，監(jiān)測生物炭對土壤理化性質(zhì)和土壤微生物的影響。項(xiàng)目組于2014年分4次采集耕層土壤樣品，解析土壤理化指標(biāo)和土壤細(xì)菌和真菌群落變化情況。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物炭施用3年后仍然對土壤理化指標(biāo)產(chǎn)生明顯影響，表現(xiàn)為增加土壤全碳和全氮含量、增加土壤含水量、提高土壤pH值、降低土壤容重等。采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR和Illumina Miseq測序技術(shù)對土壤細(xì)菌群落研究發(fā)現(xiàn)，添加生物炭增加了土壤細(xì)菌豐度，在門、屬和OTU等分類水平上均改變了細(xì)菌群落組成；發(fā)現(xiàn)施用生物炭增加了一些功能細(xì)菌的相對豐度，如芽孢桿菌屬（Bacillus）和土微菌屬（Pedomicrobium）等，而降低了慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）相對豐度；CCA分析表明，土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化與土壤pH、全碳、全氮和全鉀含量緊密相關(guān)。在土壤真菌群落結(jié)構(gòu)研究方面，發(fā)現(xiàn)生物炭施用也增加了土壤真菌豐度，在屬和OTU水平上改變了真菌群落結(jié)構(gòu)，但在門水平上沒有顯著影響；值得注意的是，生物炭施用降低了鐮刀菌屬（Fusarium）和黑粉菌屬（Ustilago）OTUs的相對豐度，說明施用生物炭有抑制有害植物病原菌生長繁殖的作用。CCA分析表明，土壤真菌群落結(jié)構(gòu)變化與土壤理化指標(biāo)，如土壤pH、含水量、TC、TN、TK和AK等密切相關(guān)。
相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry和Applied Soil Ecology上。東北地理所博士研究生姚欽為第一作者，王光華研究員為通信作者。該項(xiàng)研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）（XDB15010103）和黑龍江省杰出青年科學(xué)基金（JC201116）的聯(lián)合資助。
圖1生物炭施用對黑土細(xì)菌群落（A、B）和真菌群落結(jié)構(gòu)（C、D）的NMDS和CCA分析
圖2 不同添加量生物炭對優(yōu)勢真菌屬相對豐度的影響。A、B、C和D分別是采集的4月、6月、8月和10月的土壤樣品。
論文信息：
1.Yao, Q., Liu, J., Yu, Z., Li, Y., Jin, J., Liu, X., Wang, G*. Three years of biochar amendment alters soil physiochemical properties and fungal community composition in a black soil of northeast China. Soil Biology and Biochemistry, 2017, 110: 56-67.
2.Yao, Q., Liu, J., Yu, Z., Li, Y., Jin, J., Liu, X., Wang, G*. Changes of bacterial community compositions after three years of biochar application in a black soil of northeast China. Applied Soil Ecology, 2017, 113: 11-21.
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