邱虎森，劉杰云，張文正，呂謀超，王鈺

生物質(zhì)炭和石灰氮削弱溫室土壤鐮刀菌與真菌群落關(guān)聯(lián)度

邱虎森2，劉杰云2，張文正1*，呂謀超1，王鈺2

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所，河南 新鄉(xiāng) 453002；2.宿州學(xué)院 環(huán)境與測(cè)繪工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

【目的】了解不同農(nóng)藝措施對(duì)溫室土壤真菌多樣性及土壤真菌與鐮刀菌菌群的相互關(guān)系的影響，探尋設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量提升的綠色改良措施。【方法】通過(guò)培養(yǎng)試驗(yàn)研究了單施或混合施入生物質(zhì)炭和石灰氮對(duì)土壤理化、真菌群落結(jié)構(gòu)和鐮刀菌屬豐度差異及關(guān)系?！窘Y(jié)果】與對(duì)照相比，單施生物質(zhì)炭顯著提高了土壤pH值和速效鉀（0.05）；單施石灰氮有利于土壤pH值、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的提高（0.05）；生物質(zhì)炭和石灰氮混合施入顯著提高土壤pH值、電導(dǎo)率、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮量和速效鉀量（0.05）。與對(duì)照相比，單施生物質(zhì)炭或生物質(zhì)炭與石灰氮的混合施入均顯著降低土壤真菌群落香農(nóng)多樣性指數(shù)（0.05）。各處理真菌群落優(yōu)勢(shì)菌門相對(duì)豐度差異不顯著。生物質(zhì)炭與石灰氮混合施入后土壤鐮刀菌屬的相對(duì)豐度顯著低于對(duì)照（0.05）。土壤鐮刀菌屬真菌多樣性與土壤電導(dǎo)率、銨態(tài)氮量、真菌群落香農(nóng)多樣性指數(shù)均呈顯著正相關(guān)（0.05）?；诰W(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果表明，與對(duì)照相比，單施或混施生物質(zhì)炭和石灰氮均能降低鐮刀菌群與真菌菌群關(guān)系的復(fù)雜性?！窘Y(jié)論】生物質(zhì)炭與石灰氮的混合施入增強(qiáng)了鐮刀菌菌群與真菌菌群的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，是一種有利于緩解溫室土壤病害的較好措施。

溫室；生物質(zhì)炭；石灰氮；鐮刀菌屬；真菌群落多樣性

0 引言

目前，以溫室、大棚為代表的設(shè)施農(nóng)業(yè)在蔬菜栽培中的作用顯著。但長(zhǎng)期相對(duì)封閉和單一的種植模式導(dǎo)致土壤病原菌數(shù)量增加。其中，鐮刀菌屬是許多植物-土壤系統(tǒng)的重要組成部分，某些鐮刀菌能侵染多種糧食和經(jīng)濟(jì)作物，導(dǎo)致作物根腐、莖腐和穗（粒）腐等病害的發(fā)生[1-2]。【研究意義】傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥能抑制病原菌生長(zhǎng)，同時(shí)也使病原菌產(chǎn)生抗藥性，并滅殺了大量有益菌群，導(dǎo)致土壤生物區(qū)系多樣性失調(diào)和群落結(jié)構(gòu)的失衡，從而加重作物土傳病害[3-4]；另外，化學(xué)農(nóng)藥殘留也會(huì)影響到土壤健康和農(nóng)產(chǎn)品安全[5]。因此，探尋設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量提升的綠色改良措施成為目前的研究方向。

【研究進(jìn)展】生物質(zhì)炭作為一種由生物質(zhì)原料在無(wú)氧或缺氧條件下高溫裂解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物，由于其較大的比表面積、豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的吸附能力，被認(rèn)為是一種新型的土壤改良劑[6]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭可以改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)，提高土壤保水保肥及養(yǎng)分固定能力，為土壤微生物提供豐富的養(yǎng)分和能量來(lái)源，從而增強(qiáng)土壤微生物活性，提高作物的抗病能力[7-9]。另外，生物質(zhì)炭可以調(diào)控土壤有機(jī)酸和氨基酸的分布，提高微生物對(duì)羧酸類和聚合物類碳源的利用能力，改善土壤微生態(tài)條件，促進(jìn)如木霉菌、青霉菌等有益微生物生長(zhǎng)，從而抑制病原菌增長(zhǎng)[10-11]。Akanmu等[12]發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的添加可以降低由土壤鐮刀菌引起的玉米穗腐病發(fā)生。然而，生物質(zhì)炭在植物病害管理方面的前景還沒(méi)有得到充分的探索。

石灰氮作為一種傳統(tǒng)的氮肥增效劑，對(duì)土傳病害的防治也具有顯著作用。Bourbos等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，石灰氮的施入可以有效控制溫室土壤鐮刀菌（Fusarium）的致病能力；石灰氮用量的增加與其對(duì)尖孢鐮刀菌的抑制效果呈正比[14]。石灰氮的添加使土壤微生物群落中出現(xiàn)了有益于土壤控制病原菌的特征帶，能夠調(diào)節(jié)優(yōu)化土壤微生物群落功能[15]。此外，馬軍偉等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，石灰氮添加明顯減少了土壤中真菌的數(shù)量，卻顯著提高了土壤真菌的多樣性和豐富度[17]。雖然，生物質(zhì)炭和石灰氮對(duì)設(shè)施土壤病害具有一定的抑制作用?！厩腥朦c(diǎn)】生物質(zhì)炭和石灰氮施入引起土壤生物和非生物因素改變及其對(duì)鐮刀菌屬的影響尚不明確。

【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究利用高通量測(cè)序技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系構(gòu)建的方法，研究了高溫悶棚條件下，不同農(nóng)藝措施（生物質(zhì)炭或石灰氮的施入）如何通過(guò)調(diào)控土壤微環(huán)境和真菌群落結(jié)構(gòu)而影響土壤鐮刀菌屬，該研究將為合理選擇改善溫室土壤環(huán)境的農(nóng)藝措施提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)綜合試驗(yàn)基地日光溫室內(nèi)開(kāi)展，土壤質(zhì)地為壤土。在辣椒（品種為新查理皇，連續(xù)種植2 a）收獲后，高溫悶棚前，選擇同一塊樣地打入直徑10 cm，高40 cm的PVC管材，在PVC管內(nèi)開(kāi)展培養(yǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，分別為：對(duì)照、單施生物質(zhì)炭（施入量生物質(zhì)炭/干土為10 g/kg）、單施石灰氮（施入量石灰氮/干土為0.3 g/kg）和施入生物質(zhì)炭+石灰氮（施入量（生物質(zhì)炭+石灰氮）/干土為（10+0.3）g/kg）。生物質(zhì)炭產(chǎn)自河南商丘三利新能源有限責(zé)任公司，為花生殼在500 ℃左右條件下制成。為保證土壤的均一性，將PVC管中耕層0～20 cm土壤全部挖出，記錄土質(zhì)量，并計(jì)算所有PVC管中0～20 cm土壤質(zhì)量均值；之后將所有挖出土壤全部過(guò)2 mm篩，并混合均勻。按照0～20 cm土壤質(zhì)量均值混入生物質(zhì)炭或石灰氮，回填到PVC管中壓實(shí)。所有處理灌水量為100%田間持水率，然后用塑料薄膜將PVC管口密封15 d，同時(shí)封閉大棚，實(shí)現(xiàn)棚內(nèi)高溫。供試土壤（0～20 cm）與生物質(zhì)炭基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤（0～20 cm）及生物質(zhì)炭基本理化性質(zhì)

1.2 樣品采集與測(cè)定

1.2.1 樣品采集

在悶棚結(jié)束后，采集各處理0～20 cm土壤樣品，去除土壤中可見(jiàn)動(dòng)植物殘?bào)w，然后按照四分法取一部分經(jīng)過(guò)液氮速凍處理后，保存在-80 ℃冰箱，用于真菌拷貝數(shù)PCR和群落多樣性分析。一部分新鮮土樣用于測(cè)定土壤含水率、銨態(tài)氮量和硝態(tài)氮量，剩余土壤樣品風(fēng)干后測(cè)定相關(guān)理化指標(biāo)。

1.2.2 樣品測(cè)定

采用Fast DNA?SPIN試劑盒（Qbiogene Inc.，USA）提取土壤總DNA，DNA濃度和純度利用NanoDrop2000進(jìn)行檢測(cè)，利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA提取質(zhì)量。在設(shè)計(jì)測(cè)序引物時(shí)，在序列中添加bar-code序列以區(qū)分各個(gè)樣品測(cè)序數(shù)據(jù)。用ITS1F（5'-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3'）和ITS2R（5'-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3'）引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增程序?yàn)椋?5 ℃預(yù)變性5 min，35個(gè)循環(huán)（95 ℃變性30 s，55 ℃退火30 s，72 ℃延伸1 min）。擴(kuò)增體系為20 μL，10 μL 2× Taq Plus Master Mix，0.8 μL引物（5 μmol/L），1μL DNA模板，7.4 μL ddH2O。使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR產(chǎn)物，利用AxyPrep DNA Gel Extraction Kit（Axygen Biosciences, Union City，CA，USA）進(jìn)行純化，Tris-HCl洗脫，2%瓊脂糖電泳檢測(cè)。利用QuantiFluor?-ST（Promega，USA）進(jìn)行檢測(cè)定量。根據(jù)定量結(jié)果和測(cè)序量要求，取PCR產(chǎn)物構(gòu)建測(cè)序文庫(kù)。構(gòu)建好的文庫(kù)在Illumina MiSeq PE300測(cè)序平臺(tái)測(cè)序。真菌基因?qū)崟r(shí)定量PCR擴(kuò)增條件為：95 ℃預(yù)變性3 min，95 ℃ 5 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 1 min，40個(gè)循環(huán)（PCR儀：ABI GeneAmp? 9700型）。

基于土壤農(nóng)化分析方法[18]，稱取新鮮土樣，按照水土比5∶1，采用2 mol/L KCl浸提，連續(xù)流動(dòng)分析儀（Tecator FIA Star 5000 Analyzer，F(xiàn)oss Tecator，Sweden）測(cè)定銨態(tài)氮量和硝態(tài)氮量。土壤含水率采用105 ℃烘干法測(cè)定。土壤pH值按照水土比2.5∶1混勻靜置30 min后采用Metro-pH320測(cè)定上清液。土壤電導(dǎo)率按照水土比5∶1震蕩3 min，靜置澄清后取上清液，用雷磁DDSJ-308A型電導(dǎo)儀測(cè)定。速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法。速效鉀采用1 mol/L NH4OAc浸提，火焰光度法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在Excel 2007中完成，香農(nóng)多樣性的計(jì)算在QIME 1.80中完成?；赟PSS 16.0配對(duì)檢驗(yàn)研究處理間土壤理化性質(zhì)、基因拷貝數(shù)、香濃多樣性和相對(duì)豐度差異?；趍antel test分析環(huán)境因子及真菌多樣性與鐮刀菌屬菌群的相關(guān)性；基于Pearson相關(guān)性分析（相關(guān)系數(shù)>0.6，<0.05）確定OTU水平鐮刀菌屬與各門類真菌正負(fù)關(guān)系，并基于Cytoscape 3.8.0構(gòu)建可視化微生物生態(tài)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)?；贠rigin 8.5作柱形圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理土壤理化性質(zhì)分析

研究發(fā)現(xiàn)（表2），與對(duì)照相比，生物質(zhì)炭和石灰氮的添加并未影響土壤含水率和速效磷量（0.05），卻顯著提高土壤pH值（0.05）。與對(duì)照相比，添加生物質(zhì)炭顯著提高了土壤速效鉀量，卻顯著降低了硝態(tài)氮量（0.05）；添加石灰氮顯著提高了土壤銨態(tài)氮量和硝態(tài)氮量（0.05）；生物質(zhì)炭和石灰氮混合施入顯著提高土壤電導(dǎo)率、銨態(tài)氮量、硝態(tài)氮量和速效鉀量（0.05）。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，添加生物質(zhì)炭對(duì)提高速效鉀的影響顯著，添加石灰氮有利于銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的提高。

表2 不同處理土壤理化指標(biāo)差異

注 表中不同字母表示各指標(biāo)在<0.05水平下處理間差異顯著。

2.2 不同處理間土壤真菌及鐮刀菌屬分析

由圖1（a）（圖中*表示處理間在<0.05水平差異顯著，下同）可知，與對(duì)照相比，添加生物質(zhì)炭顯著提高土壤真菌拷貝數(shù)，卻顯著降低了土壤真菌群落香農(nóng)多樣性（0.05）；單施石灰氮或生物質(zhì)炭與石灰氮的混合施入對(duì)土壤真菌拷貝數(shù)的影響均不顯著，但生物質(zhì)炭與石灰氮的混合施入顯著降低了土壤真菌群落香農(nóng)多樣性（圖1（b），0.05）。各處理真菌群落在門類水平上相對(duì)豐度＞1%的優(yōu)勢(shì)類群均包括子囊菌門（p__Ascomycota）、待定真菌（p__unclassified_k__Fungi）、擔(dān)子菌門（p__Basidiomycota）和被孢霉門（p__Mortierellomycota）。在屬的分類水平上，各處理優(yōu)勢(shì)屬主要包括隸屬于子囊菌門的枝頂孢屬（g__Acremonium）、毛殼菌科（g__unclassified_f__Chaetomiaceae）、糞殼菌綱（g__unclassified_c__Sordariomycetes）、鐮刀菌屬（g__Fusarium）、金孢屬（Chrysosporium）、g__unclassified_p__Ascomycota、g__Myceliophthora、裸囊菌科（g__unclassified_f__Gymnoascaceae）、糞盤菌科（g__unclassified_f__Ascobolaceae）和g__Cyberlindnera等優(yōu)勢(shì)類群；隸屬于擔(dān)子菌門的傘菌屬（g__unclassified_c__Agaricomycetes）；隸屬于被孢霉門（P_Mortierellomycota）的被孢霉屬（g__Mortierella）和隸屬于P__unclassified_k__Fungi的g__unclassified_k__Fungi（圖1（c））。組間差異分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖2），與對(duì)照相比，生物質(zhì)炭與石灰氮的混合施入顯著降低鐮刀菌屬的相對(duì)豐度（0.05）。

圖1 處理間真菌拷貝數(shù)和群落結(jié)構(gòu)的差異

圖2 不同處理鐮刀菌屬相對(duì)豐度的差異

2.3 環(huán)境因子及真菌群落對(duì)鐮刀菌屬的影響

曼特爾-亨塞爾檢驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表3），土壤鐮刀菌群與土壤電導(dǎo)率、銨態(tài)氮量均呈顯著正相關(guān)（0.05），同時(shí)與真菌群落多樣性呈顯著正相關(guān)。基于單因素相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖3），與對(duì)照相比，單施生物質(zhì)炭或石灰氮降低了鐮刀菌屬OTU與真菌OTU正負(fù)連接數(shù)量，并削弱了鐮刀菌菌群與真菌之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系比例；而生物質(zhì)炭與石灰氮混合施入降低鐮刀菌屬OTU與真菌OTU正負(fù)連接數(shù)量，卻增強(qiáng)了鐮刀菌菌群與真菌之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖3 基于OTU水平鐮刀菌屬與真菌正負(fù)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)

表4 不同處理對(duì)鐮刀菌屬與門水平真菌正負(fù)相關(guān)性的影響

研究發(fā)現(xiàn)（表4），所有處理以鐮刀菌屬OTU與子囊菌門（P_Ascomacota）和P_unclassified_k_Fungi OTU的關(guān)系為主。與對(duì)照相比，各處理鐮刀菌屬OTU與P_unclassified_k_Fungi OTU正連接數(shù)百分比高于其負(fù)連接數(shù)百分比。與對(duì)照相比，單施生物質(zhì)炭和和石灰氮處理降低了鐮刀菌屬OTU與擔(dān)子菌門（P_Basidiomycota）正連接數(shù)百分比，消除了鐮刀菌屬OTU與擔(dān)子菌門（P_Basidiomycota）負(fù)相關(guān)關(guān)系；增加了鐮刀菌屬OTU與被孢霉門（P_Mortierellomycota）正連接數(shù)百分比；而生物質(zhì)炭+石灰氮處理消除了鐮刀菌屬OTU與擔(dān)子菌門（P_Basidiomycota）、絲足蟲門（P_Cercozoa）、（P_Chytridiomycota）、球囊菌門（P_Glomeromycota）、 被孢霉門（P_Mortierellomycota）、毛霉門（P_Mucoromycota）等門類相關(guān)OTU的聯(lián)系，卻增加了其與P_unclassified_d_Eukaryota OTU的正負(fù)連接數(shù)比例。

3 討論

3.1 生物質(zhì)炭和石灰氮添加對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

研究發(fā)現(xiàn)熱解后的生物質(zhì)炭呈堿性，其表面所帶有的負(fù)電荷能夠與土壤中游離的氫離子結(jié)合，提高土壤pH值[19]。而石灰氮施入土壤后能夠與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，從而提高土壤pH值[20]。因此，與對(duì)照相比，添加生物質(zhì)炭和石灰氮均能顯著提高土壤pH值。與對(duì)照相比，所有添加生物質(zhì)炭處理均能顯著提高速效鉀量。究其原因可能是由于生物質(zhì)炭中含有一定量速效鉀，添加到土壤中可以提高土壤速效鉀量；另外，施用生物質(zhì)炭可以增加土壤陽(yáng)離子交換量，增加土壤中可交換性鉀量[21]。雖然，生物質(zhì)炭較高的比表面積和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)可以吸附土壤中如硝態(tài)氮等無(wú)機(jī)離子[22]，但是，生物質(zhì)炭的施入也會(huì)由于提高土壤的疏松程度而促進(jìn)土壤水分下移，增加硝態(tài)氮的淋失量，從而導(dǎo)致固定在土壤中的硝態(tài)氮量降低[23]。與對(duì)照相比，石灰氮可顯著提高土壤銨態(tài)氮量和硝態(tài)氮量（0.05），可能是由于添加到土壤中的石灰氮可以逐步水解成尿素或氨，而氨是微生物硝化作用的底物，因此有利于提高土壤銨態(tài)氮量和硝態(tài)氮的量[20]。與對(duì)照相比，添加石灰氮導(dǎo)致土壤電導(dǎo)率升高，尤其是生物質(zhì)炭與石灰氮混合施入處理顯著提高土壤電導(dǎo)率（0.05）。究其原因，可能是由于石灰氮水解形成氫氧化鈣，為土壤電導(dǎo)率的提升提供了一定量的鹽基離子；另外，生物質(zhì)炭所含鹽基離子（如K+、Ca2+、Mg2+等）與土壤中離子的交換作用可能增加了鹽基離子在土壤中的累積[22,24]。

3.2 土壤真菌和鐮刀菌屬真菌對(duì)生物質(zhì)炭和石灰氮的響應(yīng)

生物質(zhì)炭添加后土壤性質(zhì)和基質(zhì)可利用性的改變是引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化的主要原因[25-26]。由于生物質(zhì)炭含有大量有機(jī)碳以及氮、磷、鉀等養(yǎng)分元素，為真菌的生長(zhǎng)和繁殖提供了大量的能源物質(zhì)[6]，因此，與對(duì)照相比，僅添加生物質(zhì)炭處理顯著提高土壤真菌豐度（0.05）；而生物質(zhì)炭與石灰氮混施并未提高土壤真菌豐度，究其原因可能是石灰氮消殺微生物的作用抵消了生物質(zhì)炭對(duì)真菌生長(zhǎng)的正面影響。與對(duì)照相比，所有添加生物質(zhì)炭處理均顯著降低土壤真菌香農(nóng)多樣性指數(shù)（0.05）。可能是由于生物炭促進(jìn)某些真菌種類的快速生長(zhǎng)，導(dǎo)致某些微生物生物量增加，但多樣性減少。另外，生物質(zhì)炭添加提高了土壤pH值，可能不利于某些真菌的生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致真菌多樣性的降低[27]。各處理間主要真菌門類相對(duì)豐度差異不顯著，說(shuō)明生物質(zhì)炭和石灰氮添加并未改變真菌優(yōu)勢(shì)菌門在土壤中的主導(dǎo)地位。

基于配對(duì)檢驗(yàn)，與對(duì)照相比，生物質(zhì)炭與石灰氮的混合施入均能顯著降低鐮刀菌屬的相對(duì)豐度（圖2），說(shuō)明生物質(zhì)炭配施石灰氮能夠抑制土壤鐮刀菌屬的生長(zhǎng)。究其原因，可能是由于一方面石灰氮分解過(guò)程中的中間產(chǎn)物氰胺和雙氰胺對(duì)土壤微生物具有滅殺和趨避的作用，石灰氮處理有利于有益微生物占據(jù)土壤生態(tài)位，擠占病原微生物發(fā)展空間和位點(diǎn)，從而削弱鐮刀菌屬的相對(duì)豐度[16]。生物質(zhì)炭可以通過(guò)吸附、轉(zhuǎn)移土壤可利用微生物代謝組分（如：酚酸類物質(zhì)）誘導(dǎo)致病菌進(jìn)入生物質(zhì)炭?jī)?nèi)部；生物質(zhì)炭的吸附與固持作用可能會(huì)限制鐮刀菌屬向土壤的轉(zhuǎn)移，同時(shí)，生物質(zhì)炭?jī)?nèi)部的生防菌可能會(huì)通過(guò)產(chǎn)生活性物質(zhì)抑制或殺死鐮刀菌屬[28-29]。石灰氮和生物質(zhì)炭混合施入顯著增強(qiáng)了二者對(duì)鐮刀菌屬生長(zhǎng)的抑制作用，是一種有利于緩解溫室土壤病害的較好措施。

3.3 鐮刀菌群與土壤環(huán)境及真菌群落的關(guān)系

曼特爾-亨塞爾檢驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤鐮刀菌群與土壤電導(dǎo)率、銨態(tài)氮量均呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)土壤可溶性鹽量的增加有利于鐮刀菌群的構(gòu)建。銨態(tài)氮作為微生物生長(zhǎng)所需的氮源，其量的增高勢(shì)必會(huì)對(duì)鐮刀菌屬菌群構(gòu)建起到促進(jìn)作用。高芬等[3]認(rèn)為微生物群落多樣性的提高有利于土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡，進(jìn)而通過(guò)抑制病原菌而降低土傳病害的發(fā)生概率。本研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭和石灰氮的添加可以通過(guò)降低土壤真菌群落多樣性削弱鐮刀菌屬群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

微生物的相互作用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。真菌是土壤微生物中的一大類，在設(shè)施土壤環(huán)境中真菌種群數(shù)量及結(jié)構(gòu)的變化是引起設(shè)施土壤中多種病害的重要原因。明確土壤真菌和致病菌的關(guān)系，對(duì)于尋找病害發(fā)生的關(guān)鍵分類群，探索如何通過(guò)調(diào)整農(nóng)藝管理措施操縱微生物群落以抑制有害物種的豐度和功能具有重要指導(dǎo)作用[30]?；趩我蛩叵嚓P(guān)性網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)（圖3和表4），與對(duì)照相比，單施或混合施入生物質(zhì)炭和石灰氮均能降低鐮刀菌屬OTU與各門類真菌OTU連接數(shù)量，且各處理鐮刀菌屬真菌與真菌互作節(jié)點(diǎn)及門類減少。說(shuō)明生物質(zhì)炭或石灰氮的添加使真菌與鐮刀菌屬真菌之間的相互作用減少，從而導(dǎo)致真菌群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度降低。究其原因，生物質(zhì)炭對(duì)土壤養(yǎng)分的吸附及其對(duì)病原菌的固持作用，或者石灰氮分解產(chǎn)物對(duì)土壤微生物的廣譜性滅殺作用都可能會(huì)降低土壤真菌與鐮刀菌屬真菌的關(guān)聯(lián)作用[31-32]。尤其是生物質(zhì)炭和石灰氮的混合施用可能會(huì)導(dǎo)致土壤元素比值的改變，造成真菌與鐮刀菌屬真菌的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的增強(qiáng)。

研究發(fā)現(xiàn)，所有處理均以鐮刀菌屬OTU與子囊菌門和P_unclassified_k_Fungi OTU的關(guān)系為主。其中，子囊菌門多為腐生真菌，對(duì)降解土壤有機(jī)質(zhì)（如木質(zhì)素、角質(zhì)素等）有重要作用，可促進(jìn)土壤物質(zhì)循環(huán)，這無(wú)疑為土壤微生物的生長(zhǎng)提供必需的營(yíng)養(yǎng)，因此鐮刀菌屬與子囊菌門的關(guān)系密切。與對(duì)照相比，生物質(zhì)炭或石灰氮的施入使真菌與鐮刀菌屬互作網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量減少；其中，生物質(zhì)炭與石灰氮混合施入導(dǎo)致鐮刀菌屬OTU僅與子囊菌門、P_unclassified_k_Fungi和P_unclassified_d_Eukaryota這3個(gè)門類的相關(guān)OTU有關(guān)。該結(jié)果說(shuō)明生物質(zhì)炭或石灰氮的施入可能會(huì)通過(guò)降低鐮刀菌屬真菌與其他真菌的關(guān)聯(lián)度破壞鐮刀菌屬真菌的生態(tài)功能[30, 33]。

4 結(jié)論

1）生物質(zhì)炭有利于提高土壤pH值和速效鉀量，石灰氮有利于提高土壤pH值、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮量。

2）添加生物質(zhì)炭提高了溫室土壤真菌生物量，卻降低了真菌群落香農(nóng)多樣性。

3）生物質(zhì)炭與石灰氮混合施入可顯著降低鐮刀菌屬的相對(duì)豐度。

4）單施或混合施入生物質(zhì)炭和石灰氮均能降低鐮刀菌屬OTU與真菌各門類OTU的關(guān)聯(lián)性，破壞鐮刀菌屬菌群的生態(tài)功能。

（作者聲明本文無(wú)實(shí)際或潛在利益沖突）

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Amending Greenhouse Soil Using Biochar and Lime Nitrogen Reduces the Correlation between Fungal andCommunities

QIU Husen2, LIU Jieyun2, ZHANG Wenzheng1*, LYU Mouchao1, WANG Yu2

(1. Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453002, China; 2. School of Environment and Surveying Engineering, Suzhou University, Suzhou 234000, China)

【Objective】Biochar and lime nitrogen have been increasingly utilized as conditioners to improve soil quality, yet their effects on soil microbial communities remain relatively unexplored. This study aims to investigate the impact of soil amendment with biochar and lime nitrogen on fungal community diversity and the correlation between fungi and. 【Method】The experiment was conducted in soil columns with biochar and lime nitrogen applied separately or in combination. Untreated soil served as the control. For each treatment, we measured physicochemical properties, fungal community structure,abundance in the soil, as well as their interactions. 【Result】In comparison to the control, application of biochar significantly increased soil pH and available potassium (<0.05). Application of lime nitrogen alone increased pH, ammonium nitrogen, and nitrate nitrogen in the soil (<0.05). Combined application of biochar and lime nitrogen significantly increased pH, electrical conductivity, ammonium nitrogen, nitrate nitrogen, and available potassium of the soil (<0.05). It was found that applying biochar alone or in combination with lime nitrogen significantly reduced the fungal Shannon diversity index (<0.05), although there were no significant differences in the relative abundance of the dominant fungal phylum between the treatments. Additionally, combined application of biochar and lime nitrogen led to a significant reduction in the relative abundance of(<0.05). The Mantel-Haenzel test revealed significant positive correlations between thecommunity and soil conductivity, ammonium nitrogen, and aroma diversity of the fungal community (<0.05). Network analysis showed that separate or combined application of biochar and lime nitrogen reduced the number of both positive and negative connections and nodes between the Fusarium community and fungal community. 【Conclusion】The combined application of biochar and lime nitrogen enhanced the competition between thecommunity and the fungal community, which is beneficial for mitigating soil pathogens.

greenhouse; biochar, lime nitrogen;; fungal community diversity

1672 - 3317（2023）10 - 0114 - 08

S154.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2023146

邱虎森, 劉杰云, 張文正, 等. 生物質(zhì)炭和石灰氮削弱溫室土壤鐮刀菌與真菌群落關(guān)聯(lián)度[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2023, 42(10): 114-121.

QIU Husen, LIU Jieyun, ZHANG Wenzheng, et al. Amending Greenhouse Soil Using Biochar and Lime Nitrogen Reduces the Correlation between Fungal andCommunities[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(10): 114-121.

2023-04-03

2023-06-08

2023-10-18

安徽省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（2022AH030137，2022AH051383，SK2021A0698）；國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（42007089）；宿州學(xué)院博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（2020BS022，2020BS023）

邱虎森（1987-），男。博士，主要從事土壤養(yǎng)分循環(huán)微生物過(guò)程研究。E-mail: qiuhusen2008@163.com

張文正（1986-），男。助理研究員，碩士，主要從事生態(tài)灌區(qū)改造與建設(shè)研究。E-mail: zhangntggs@163.com

@《灌溉排水學(xué)報(bào)》編輯部，開(kāi)放獲取CC BY-NC-ND協(xié)議

責(zé)任編輯：趙宇龍