藺玉紅 馬嘉偉 張雪艷

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，銀川 750021)

無土栽培是設(shè)施園藝主要的栽培方式之一，無土栽培常選用草炭、蛭石和珍珠巖的混合材料作為基質(zhì)，由于傳統(tǒng)草炭不可再生，限制了無土栽培的快速發(fā)展。另外無土栽培中為節(jié)約成本，基質(zhì)連茬使用現(xiàn)象普遍發(fā)生，傳統(tǒng)基質(zhì)在連作后會出現(xiàn)養(yǎng)分失衡、微生物群落結(jié)構(gòu)單一化和功能多樣性降低的現(xiàn)象，在一定程度上造成園藝作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降。因此，尋找適宜且可再生的基質(zhì)資源，減少草炭資源的利用，對于促進資源可持續(xù)發(fā)展和無土栽培產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

蚯蚓糞是蚯蚓對有機廢棄物進行生物降解的產(chǎn)物，具有良好的團粒結(jié)構(gòu)、孔性、透氣性和較高的持水能力。蚯蚓糞中含有豐富的放線菌、細菌、真菌、植物生長激素和酶類。連作土壤施用適量蚯蚓糞后，能降低土壤容重，增加土壤總孔隙度和優(yōu)化通氣性能，解決土壤板結(jié)等問題，因此蚯蚓糞可用于緩解番茄、黃瓜和西瓜等經(jīng)濟作物連作障礙和促進土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)。崔文靜等研究發(fā)現(xiàn)，采用

V

(蚯蚓糞)∶

V

(蛭石)=1∶1的配方基質(zhì)栽培的櫻桃蘿卜和茼蒿產(chǎn)量顯著高于其它處理；劉青等研究發(fā)現(xiàn)添加20%蚯蚓糞的復(fù)合基質(zhì)對西瓜的育苗效果最好。生物炭是一種由農(nóng)業(yè)固體廢棄物高溫裂解產(chǎn)生的材料，因其原材料安全環(huán)保、自身理化特性利于聚集水分和吸附有害物質(zhì)等特點，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)研究。生物炭可影響土壤細菌群落結(jié)構(gòu)及其豐度，調(diào)控土壤環(huán)境因子和微生物之間的互作關(guān)系，促進并改良微生物生態(tài)系統(tǒng)，從而對受微生物驅(qū)動的氮、磷、鉀營養(yǎng)元素循環(huán)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生影響，最終改變土壤質(zhì)量和功能。施用生物炭可改善土壤理化性質(zhì)，間接影響土壤有益微生物活性，從而提高作物的肥料利用率及產(chǎn)量。添加生物炭使得土壤細菌和放線菌數(shù)量顯著增加，恢復(fù)到初茬栽培的水平；Lehmann等研究表明，生物炭可改變土壤微生物數(shù)量及微生物群落結(jié)構(gòu)，并且能夠增強根部真菌的繁殖能力；鄒春嬌等發(fā)現(xiàn)經(jīng)生物炭處理后，基質(zhì)內(nèi)細菌和放線菌數(shù)量在黃瓜定植30～90 d均有所增加。衡量無土栽培基質(zhì)質(zhì)量的一個重要方面是基質(zhì)微生物環(huán)境，尤其是細菌的群落結(jié)構(gòu)。細菌在土壤生態(tài)系統(tǒng)中直接或間接參與養(yǎng)分的代謝、轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程，因此細菌群落與基質(zhì)理化性質(zhì)間相互作用會影響土壤或者基質(zhì)的養(yǎng)分環(huán)境，進而影響蔬菜品質(zhì)和產(chǎn)量。

目前土壤中混施生物炭的應(yīng)用效果研究已較為成熟，但將生物炭與草炭或蚯蚓糞混合作為無土栽培的基質(zhì)，關(guān)于其對基質(zhì)養(yǎng)分及基質(zhì)微生物環(huán)境的作用的研究報道尚少。因此，本研究擬以黃瓜為研究對象，選擇蚯蚓糞和草炭作為栽培基質(zhì)，利用單因素、多因素方差分析和冗余分析等方法，系統(tǒng)比較這2種無土栽培基質(zhì)中添加生物炭前后基質(zhì)養(yǎng)分特性和微生物區(qū)系的變化，明確生物炭對草炭、蚯蚓糞基質(zhì)中微生物結(jié)構(gòu)和基質(zhì)養(yǎng)分特性演變的影響，篩選適宜微生物生存且富含養(yǎng)分的基質(zhì)，為高效利用生物炭和蚯蚓糞提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黃瓜品種‘航瓜玉妮’購自神舟綠鵬農(nóng)業(yè)科技有限公司。蚯蚓糞購自華盛綠能農(nóng)業(yè)科技有限公司，以

m

(牛糞)∶

m

(秸稈)=25∶1的材料飼養(yǎng)蚯蚓獲得蚯蚓糞，pH為7.61，EC為0.52 mS/cm，全氮含量0.45%，總有機碳含量11.80%。生物炭是玉米秸稈碳化獲得，購自南京六合區(qū)南京勤豐秸稈科技有限公司，pH為9.67，EC為3.35 mS/cm，全氮含量0.93%，總有機碳含量38.93%。草炭購自寧夏中青生物科技有限公司，pH為6.46，EC為0.55 mS/cm，全氮含量0.33%，總有機碳含量21.63%。

1.2 試驗方法

1

.

2

.

1

試驗設(shè)計試驗在寧夏吳忠市國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)C4號日光溫室(38°33′75″ N，106°38′54″ E)進行。進行兩茬田間試驗，秋茬(2018年9月30日—2019年1月18日)，春茬(2019年3月5日—7月7日)。試驗設(shè)計草炭、草炭+生物炭(

m

(草炭)∶

m

(生物炭)=4∶1)、蚯蚓糞和蚯蚓糞+生物炭(

m

(蚯蚓糞)∶

m

(生物炭)=1∶1)共4個處理，每個處理重復(fù)5次。采用下挖槽式無土栽培，槽長×寬×深度為10.00 m×0.60 m×0.45 m，槽間設(shè)置2個保護行，避免處理間相互干擾，栽培“航瓜玉妮”水果黃瓜，株距20 cm，行距140 cm，各處理隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積70 m，統(tǒng)一采用滴灌進行水肥管理，整個生育期灌水量約180 t，肥料選用“海法魔粒豐”(N，16.0%；PO，32.0%；KO，32.0%；海藻提取素，0.5%)，“海法鉀寶”(N，12.0%；PO；5.0%；KO，42.0%)。

1

.

2

.

2

測定方法基質(zhì)養(yǎng)分指標測定：分別在2018年12月8日和2019年5月10日(兩茬盛果期)取基質(zhì)樣品，風(fēng)干過篩用于基質(zhì)養(yǎng)分測定。pH采用酸度計測定(

m

(土)∶

V

(水)=1∶5)，電導(dǎo)率(EC)采用電導(dǎo)法測定，基質(zhì)容重(BD)和總孔隙度(TP)根據(jù)文獻的方法測定，全氮含量(TN)采用半微量凱氏定氮法，有機質(zhì)含量(OM)采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法。

基質(zhì)細菌群落多樣性測定：分別于2018年12月8日和2019年5月10日(兩茬盛果期)采基質(zhì)鮮樣進行微生物群落多樣性分析，委托上海派森諾生物科技有限公司測定。樣品微生物總DNA利用快速提取試劑盒(MP Biomedicals, Santa Ana,美國)提取。采用通用的正向引物338F (5-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3)和反向引物806R (5-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3)對細菌16S rRNA基因V3 V4區(qū)進行PCR擴增。擴增反應(yīng)參照Sun等。PCR產(chǎn)物利用純化試劑盒純化(MP Biomedicals,美國)。DNA序列采用Illumina Miseq 平臺(Illumina, Inc,美國) 和細菌群落分析。使用QIIME2在Greengenes數(shù)據(jù)庫進行比對得到 OTUs 的分類學(xué)信息，得出物種對應(yīng)的基因豐度和分類學(xué)水平上各樣品中物種的豐度，從而構(gòu)建相應(yīng)分類學(xué)水平上的豐度譜，并計算出Chao1豐富度指數(shù)、Shannon多樣性指數(shù)、Simpson指數(shù)和Pielou’s指數(shù)。默認使用MinPath推斷代謝通路，進而獲得各樣本中代謝通路的豐度數(shù)據(jù)。

1.3 統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)重復(fù)3次。采用Execl 2010和SPSS 25.0 進行統(tǒng)計與分析，采用單因素和多因素ANOVA在

P

<0

.

05水平進行顯著性分析。使用Origin Pro 2021和派森諾基因云網(wǎng)站進行繪圖和冗余分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對黃瓜果實指標的影響

秋茬及春茬各處理的果實糖酸比和單果質(zhì)量對比分析見圖1?？芍?茬果實糖酸比均表現(xiàn)為蚯蚓糞和蚯蚓糞+生物炭處理顯著低于草炭和草炭+生物炭處理，但蚯蚓糞與蚯蚓糞+生物炭處理之間、草炭和草炭+生物炭處理間無顯著差異；春茬單果質(zhì)量相較秋茬增加，秋茬中，草炭+生物炭處理相較草炭處理其黃瓜單果質(zhì)量顯著增加，蚯蚓糞和蚯蚓糞+生物炭間差異不顯著，春茬蚯蚓糞處理果實單果質(zhì)量最高，其他處理間無顯著差異。

P，草炭；PB，草炭+生物炭；V，蚯蚓糞；VB，蚯蚓糞+生物炭。柱形上不同小寫字母表示相同茬口間不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。P, peat; PB, peat+biochar; V, vermicompost; VB, vermicompost+biochar. Different lowercase letters on the column indicate significant differences among different treatments in the same crop (P<0.05). The same below.圖1 各處理秋茬及春茬果實的糖酸比(a)和單果質(zhì)量(b)Fig.1 Sugar-acid ratio (a) and single fruit weight (b) of autumn stubble and spring stubble of each treatment

2.2 不同處理對基質(zhì)理化性質(zhì)的影響

各處理秋茬及春茬基質(zhì)的物理及養(yǎng)分指標分析結(jié)果見圖2?？芍禾砑由锾繉︱球炯S和草炭的pH、EC、全氮和有機質(zhì)均有顯著影響，且茬口間存在差異：除蚯蚓糞+生物炭處理外，春茬其余處理全氮和有機質(zhì)含量均顯著高于秋茬；秋茬和春茬基質(zhì)中，添加生物炭顯著降低了蚯蚓糞的容重，提高了草炭pH和蚯蚓糞EC，提高了蚯蚓糞和草炭全氮和有機質(zhì)含量。

圖2 各處理秋茬及春茬基質(zhì)的理化性質(zhì)Fig.2 Physicochemical properties of substrates in autumn and spring stubble for each treatment

2.3 不同處理對基質(zhì)細菌群落組成和代謝的影響

Greengenes數(shù)據(jù)庫計算出各處理秋茬及春茬基質(zhì)的細菌群落豐富度、多樣性和均勻度指數(shù)見表1。可見：不同茬口的細菌群落多樣性無顯著差異，但不同基質(zhì)的細菌群落多樣性差異顯著。在秋茬時，草炭添加生物炭對細菌群落結(jié)構(gòu)有顯著的提升效果，其Shannon、Simpson和Pielou’s指數(shù)均顯著增加，Simpson和Shannon指數(shù)反映微生物多樣性，Shannon值越大, 表明群落多樣性越高，表明添加生物炭可提高草炭細菌群落多樣性和均一度水平。

表1 各處理秋茬及春茬基質(zhì)的細菌群落豐富度、多樣性和均勻度指數(shù)
Table 1 Bacterial community richness, diversity and evenness index of autumn
and spring stubble substrates in each treatment

茬口Stubble處理TreatmentChao1指數(shù)Chao1 index辛普森指數(shù)Simpson index香農(nóng)指數(shù)Shannon index均勻度指數(shù)Pielou index草炭6 122.06±277.76 a0.993±0.0003 c10.41±0.05 b0.836±0.005 b秋茬Autumn stubble草炭+生物炭6 296.32±160.95 a0.996±0.0004 b10.69±0.07 a0.856±0.003 a蚯蚓糞5 941.71±369.00 a0.998±0.0001 a10.54±0.09 ab0.853±0.001 a蚯蚓糞+生物炭5 407.64±339.19 a0.997±0.0001 a10.60±0.08 ab0.862±0.002 a草炭7 121.97±345.10 a0.999±0.0001 a11.26±0.046 a0.888±0.005 a春茬Spring stubble草炭+生物炭6 949.05±321.68 a0.999±0.0005 ab11.24±0.06 a0.889±0.005 a蚯蚓糞5 381.92±112.10 b0.998±0.0004 bc10.48±0.10 b0.854±0.005 b蚯蚓糞+生物炭5 854.99±63.85 b0.997±0.0003 c10.49±0.04 b0.848±0.002 b

注：同一茬口同一列不同小寫字母表示在<005水平下處理間差異。下同。
Note: Different lowercase letters in the same column of the same crop season indicate the difference between treatments at <005 level. The same below.

所有處理中共檢測到菌門49個，篩選出排名前15的菌門進行相對豐度的繪圖(圖3(a))。其中變形菌門(Proteobacteria)(38.70%)、放線菌門(Actinobacteria)(20.90%)、綠彎菌門(Chloroflexi)(14.18%)相對豐度均大于10%，為各處理中優(yōu)勢菌門。茬口對細菌群落有顯著影響，相較秋茬，春茬中的酸桿菌門(Acidobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和變形菌門(Proteobacteria)相對豐度有所增加， 分別增加45.54%、21.42%和14.60%，放線菌門(Actinobacteria)降低了35.20%；秋茬蚯蚓糞處理和蚯蚓糞+生物炭處理變形菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria)豐度較草炭和草炭+生物炭處理低，綠彎菌門(Chloroflexi)反之；相較蚯蚓糞處理，蚯蚓糞+生物炭處理變形菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria)的相對豐度顯著增加，分別增加了6.42%和28.50%；相較未添加生物炭的草炭和蚯蚓糞處理，添加生物炭的處理厚壁菌門(Firmicutes)豐度顯著提高。

P1.秋茬,草炭;PB1.秋茬,草炭+生物炭;V1.秋茬,蚯蚓糞;VB1.秋茬,蚯蚓糞+生物炭;P2.春茬,草炭;PB2.春茬,草炭+生物炭;V2.春茬,蚯蚓糞;VB2.春茬,蚯蚓糞+生物炭。下同。P1, autumn stubble, peat; PB1, autumn stubble, peat+biochar; V1, autumn stubble, vermicompost; VB1, autumn stubble, vermicompost+biochar; P2, spring stubble, peat; PB2, spring stubble, peat+biochar; V2, spring stubble, vermicompost; VB2, spring stubble, vermicompost+biochar. The same below.圖3 各處理秋茬及春茬基質(zhì)細菌群落門(a)和屬(b)水平的相對豐度Fig.3 Relative abundances at the phylum (a) and genus (b) levels in the matrix bacterial communities of autumn and spring stubble for each treatment

排名前10屬水平相對豐度如圖3(b)所示。黃桿菌屬(

Flavobacterium

)、德沃西亞屬(

Devosia

)和假單胞菌屬(

Pseudomonas

)為主導(dǎo)菌屬。春茬的黃桿菌屬(

Flavobacterium

)、假單胞菌屬(

Pseudomonas

)和根瘤菌屬(

Allorhizobium

)相對豐度顯著高于秋茬；相較草炭，蚯蚓糞處理的德沃西亞屬(

Devosia

)和根瘤菌屬(

Allorhizobium

)相對豐度顯著下降；春茬草炭+生物炭處理和蚯蚓糞+生物炭處理的黃桿菌屬、德沃西亞屬和假單胞菌屬的相對豐度相較草炭和生物碳處理顯著增加，分別增加了87.00%、24.40%和249.40%。

利用MinPath方法比對分析細菌代謝通路差異，結(jié)果見圖4和表2?？芍哼B續(xù)試驗兩茬后4種處理具有≥21條代謝通路。細菌功能主要集中在代謝、遺傳信息處理、環(huán)境信息處理和細胞進程四大類，其中代謝占主導(dǎo)。兩茬代謝通路的相對豐度無顯著差異；在代謝功能中，草炭處理和草炭+生物炭處理的脂質(zhì)代謝和異生物素的生物降解與代謝的豐度均高于蚯蚓糞處理和蚯蚓糞+生物炭處理，而蚯蚓糞處理和蚯蚓糞+生物炭處理的輔助因子和維生素代謝、萜類和聚酮化合物代謝、其他氨基酸代謝和能量代謝以及遺傳信息處理相關(guān)的功能豐度均高于草炭+生物炭處理與草炭處理。

表2 代謝通路分級名稱
Table 2 Metabolic pathway classification designation

一級代謝通路Primary metabolic pathway二級代謝通路Secondary metabolic pathway細胞生長與死亡 Cell growth and death細胞進程Cellular processes細胞運動 Cell motility細胞社群 Cellular community運輸和分解代謝 Transport and catabolism環(huán)境信息處理Environmental information processing信號轉(zhuǎn)導(dǎo) Signal transduction膜運輸 Membrane transport翻譯 Translation遺傳信息處理Genetic information processing折疊,分類和降解 Folding, sorting and degradation復(fù)制和修復(fù) Replication and repair轉(zhuǎn)錄 Transcription核苷酸代謝 Nucleotide metabolism聚糖的生物合成與代謝 Glycan biosynthesis and metabolism其他次生代謝產(chǎn)物的生物合成 Biosynthesis of other secondary metabo-lites能量代謝 Energy metabolism異生物素的生物降解與代謝 Xenobiotics biodegradation and metabolism代謝Metabolism脂質(zhì)代謝 Lipid metabolism其他氨基酸的代謝 Metabolism of other amino acids萜類和聚酮化合物的代謝 Metabolism of terpenoids and polyketides輔助因子和維生素的代謝 Metabolism of cofactors and vitamins碳水化合物代謝 Carbohydrate metabolism氨基酸代謝 Amino acid metabolism

圖4 各處理秋茬(a)及春茬(b)基質(zhì)的代謝通路Fig.4 Metabolic pathways of substrates in autumn stubble (a) and spring stubble (b) for each treatment

2.4 茬口、基質(zhì)以及互作對基質(zhì)理化性質(zhì)和基質(zhì)細菌群落多樣性影響

分析基質(zhì)、茬口和基質(zhì)×茬口對于基質(zhì)理化性質(zhì)和基質(zhì)細菌群落多樣性的影響，結(jié)果見表3?？芍合噍^茬口及基質(zhì)×茬口，基質(zhì)的不同處理對于基質(zhì)理化指標和細菌群落多樣性均有顯著影響。茬口、基質(zhì)和茬口×基質(zhì)均對基質(zhì)容重、有機質(zhì)、香農(nóng)指數(shù)、辛普森指數(shù)和均勻度指數(shù)有顯著影響。

表3 茬口、基質(zhì)處理及兩者互作對基質(zhì)養(yǎng)分和細菌群落多樣性的影響
Table 3 Effects of stubble, substrate treatments and their interactions on substrate nutrients and bacterial community diversity

項目Item容重Bulkdensity總孔隙度TotalporositypH電導(dǎo)率EC全氮Totalnitrogen有機質(zhì)OrganicmatterChao1指數(shù)Chao1index辛普森指數(shù)Simpsonindex香農(nóng)指數(shù)Shannonindex均勻度指數(shù)Pielouindex茬口×基質(zhì) P值Stubble×SubstrateP value0.0280.1040.3720.0010.0890.0210.060<0.001<0.001<0.001茬口P值Stubble P value<0.0010.001<0.0010.414<0.0010.0020.063<0.001<0.001<0.001基質(zhì)P值Substrate P value<0.001<0.001<0.0010.0010.001<0.0010.001<0.001<0.0010.001

注：<0.05代表影響顯著；<0.001代表影響極顯著；>0.05代表影響不顯著。
Note: <0.05 presents significant impact; <0.001 presents very significant impact, and >0.05 stands no significant impact.

2.5 基質(zhì)環(huán)境因子與細菌群落組成和代謝的冗余分析

將細菌主要菌門和細菌代謝功能分別與環(huán)境因子進行冗余分析，評估環(huán)境因素對基質(zhì)細菌群落分布的影響，結(jié)果表明：6個環(huán)境因子對于細菌門水平的群落分布的影響程度為70.83%， 有機質(zhì)、全氮和總孔隙度是RDA1的主要貢獻指標，容重和全氮是RDA2的主要貢獻指標。春茬與秋茬離散于RDA2軸上下兩側(cè)，說明茬口顯著影響了微生物群落分布。

蚯蚓糞、蚯蚓糞+生物炭和草炭、草炭+生物炭分布在受有機質(zhì)和全氮主導(dǎo)的RDA1軸左右兩側(cè)，說明不同基質(zhì)材料的有機質(zhì)和全氮對細菌群落分布有顯著影響。綠彎菌門(Chloroflexi)與容重和pH呈正相關(guān)； EC、總孔隙度與有機質(zhì)主要影響變形菌門(Proteobacteria)與芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)圖5(a)。環(huán)境因子與微生物代謝通路的冗余分析表明，RDA1和RDA2分別解釋總變異的49.06%和14.09%，pH和容重對細菌主要代謝功能影響較為顯著(圖5(b))。異生物質(zhì)的生物降解和代謝(XBM)、脂質(zhì)代謝(LM)和碳水化合物代謝(CM)與EC與pH呈正相關(guān)，容重與除XBM和LM之外的細菌代謝功能呈正相關(guān)關(guān)系；有機質(zhì)與除XBM和LM之外的細菌代謝功能呈負相關(guān)。

3 討 論

有機質(zhì)含量和全氮含量是評價無土栽培基質(zhì)的重要指標。本研究發(fā)現(xiàn)草炭+生物炭、蚯蚓糞+生物炭處理的有機質(zhì)含量和全氮較草炭、蚯蚓糞均有顯著提高：一方面可能是因為生物炭本身富含易被微生物利用的碳源和氮源，為微生物生長和繁育提供了充足養(yǎng)分；另一方面由于生物炭具有較強的吸附作用，可富集更多微生物，微生物具有養(yǎng)分固持和轉(zhuǎn)換氮素形態(tài)的功能，從而使得有機質(zhì)和全氮含量提高。這與賴長鴻等、陳坤等和Suutari 等研究結(jié)果一致。在首茬(秋茬)種植時黃瓜的單果質(zhì)量表現(xiàn)為與生物炭混合的處理顯著高于單一基質(zhì)處理，說明生物炭的引入可以促進基質(zhì)養(yǎng)分的積累從而提高一定的果實產(chǎn)量。由于微生物對于酸堿性的敏感程度較高，中性pH環(huán)境更適宜微生物的生長代謝，生物炭與草炭混合后pH高于草炭。添加生物炭也顯著降低了兩茬蚯蚓糞的容重，蚯蚓糞與生物炭混合處理的容重約為0.64 g/cm，而蚯蚓糞容重約為0.92 g/cm，已有研究表明栽培基質(zhì)最適宜容重范圍為0.1～0.8 g/cm，說明生物炭添加可以改善蚯蚓糞自身過于緊實的物理結(jié)構(gòu)，更適用于無土栽培。

微生物可以參與基質(zhì)養(yǎng)分循環(huán)、分解與轉(zhuǎn)化，進而改變基質(zhì)的養(yǎng)分環(huán)境。細菌作為基質(zhì)中最主要的微生物，其群落結(jié)構(gòu)和豐度是反映基質(zhì)肥力的主要生物指標。本試驗對2茬共8組基質(zhì)樣品細菌群落在門水平的分布特征進行分析，發(fā)現(xiàn)變形菌門、放線菌門和綠彎菌門為優(yōu)勢菌門，與陳梅春等研究結(jié)果一致。本研究通過分析微生物Alpha多樣性發(fā)現(xiàn)，添加生物炭未對蚯蚓糞基質(zhì)細菌群落多樣性產(chǎn)生顯著影響，但顯著改善了草炭基質(zhì)的細菌群落多樣性，具體表現(xiàn)為草炭+生物炭處理的群落豐富度、多樣性和均勻度指數(shù)均高于草炭，這與張夢研究結(jié)果一致。相較單一蚯蚓糞處理，蚯蚓糞+生物炭處理變形菌門和放線菌門的相對豐度顯著提高，其中變形菌門提高約6.42%，放線菌門提高約28.50%；添加生物炭顯著提高了草炭和蚯蚓糞厚壁菌門相對豐度。變形菌門和放線菌門在碳氮循環(huán)過程中分別具有營養(yǎng)元素富集和固氮的功能，因此本研究中蚯蚓糞與生物炭混合后全氮顯著提高。蚯蚓糞+生物炭和草炭+生物炭處理的厚壁菌門相對豐度較蚯蚓糞和草炭處理提高，原因是厚壁菌門可降解大分子有機物質(zhì)進而促進有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，這也是引入生物炭使得基質(zhì)養(yǎng)分有所提升的原因之一。對2茬共8組基質(zhì)樣品細菌群落在屬水平進行分析發(fā)現(xiàn)，兩茬黃桿菌屬細菌豐度均為最高，黃桿菌屬細菌可參與降解基質(zhì)中難以分解的纖維素、木質(zhì)素等營養(yǎng)物質(zhì)，秋茬收獲后黃瓜植株及根系殘留在基質(zhì)中，促使該菌繁殖，因此春茬時該菌屬相對豐度升高。春茬時，假單胞桿菌屬在蚯蚓糞+生物炭、草炭+生物炭處理中的豐度水平顯著高于蚯蚓糞和草炭處理，表明添加生物炭可促進假單胞桿菌屬細菌累積，且已有研究表明，假單胞桿菌屬細菌會提高代謝，促進養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，這也可能是添加生物炭顯著增加有機質(zhì)含量的原因之一。

對各處理排名前8的菌門與基質(zhì)環(huán)境因子進行冗余分析發(fā)現(xiàn)，除秋茬蚯蚓糞處理外，其余處理的春茬與秋茬離散在以容重和全氮為主要貢獻指標的RDA2軸上下兩側(cè)，說明容重和全氮水平的差異影響了微生物群落在不同茬口的分布，具體表現(xiàn)為：與秋茬相比，春茬基質(zhì)的細菌群落中的酸桿菌門、擬桿菌門和變形菌門豐度增加，分別增加45.54%、21.42%和14.60%，這是因為春茬較秋茬全氮和有機質(zhì)含量增加，為主要細菌的生長提供了充足的氮源和養(yǎng)分；除秋茬草炭+蚯蚓糞處理外，含有蚯蚓糞的各處理和含有草炭的各處理分別分布在受有機質(zhì)和全氮主導(dǎo)的RDA1軸左右兩側(cè)，說明不同基質(zhì)材料對細菌群落代謝有顯著影響，原因可能是蚯蚓糞和草炭自身的養(yǎng)分差異引起基質(zhì)內(nèi)理化環(huán)境的改變。本研究發(fā)現(xiàn)總孔隙度、有機質(zhì)和全氮是影響細菌群落結(jié)構(gòu)組成的關(guān)鍵因子，這與高洪軍等研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

本研究主要結(jié)論如下：與單一的草炭及蚯蚓糞處理相比，草炭及蚯蚓糞分別與生物炭混合會顯著增加秋茬黃瓜的單果質(zhì)量，草炭+生物炭混合基質(zhì)pH增加，蚯蚓糞+生物炭混合基質(zhì)的容重降低，草炭+生物炭處理和蚯蚓糞+生物炭處理全氮和有機質(zhì)含量均有顯著增加；混配生物炭可提高草炭細菌群落多樣性、豐富度和均勻度，而對蚯蚓糞無顯著影響；相較蚯蚓糞處理，蚯蚓糞+生物炭處理變形菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria)的相對豐度顯著增加；在春茬，添加生物炭顯著增加了黃桿菌屬、德沃西亞屬和假單胞菌屬的相對豐度。不同的基質(zhì)對細菌群落代謝功能有顯著影響，且基質(zhì)的不同對養(yǎng)分和細菌群落組成多樣性的影響程度大于茬口，兩者存在顯著互作效應(yīng)。冗余分析表明，有機質(zhì)、全氮和容重與細菌群落結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)，不同茬口顯著影響細菌群落代謝。綜上，將生物炭與草炭和蚯蚓糞分別混合可顯著提高基質(zhì)養(yǎng)分和增加細菌群落豐富度及多樣性。