陳雨欣　趙紅梅　楊衛(wèi)君　楊梅　郭頌　宋世龍　惠超

摘要：為探究氮肥減量條件下添加生物質(zhì)炭對(duì)農(nóng)田土壤微生物碳源利用及春小麥產(chǎn)量的影響，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置0（N0）、300（N1）、255 kg·hm-2（N2）3 個(gè)氮肥水平和0（B0）、10×103（B1）、20×103（B2）、30×103 kg·hm-2（B3）4個(gè)生物質(zhì)炭水平，共計(jì)12個(gè)處理，研究氮肥減量配施生物質(zhì)炭對(duì)麥田土壤微生物群落碳源代謝特征和小麥產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，與對(duì)照（N0B0）相比，各處理平均顏色變化率（average well colordevelopment，AWCD）和Mcintosh指數(shù)（U）均呈上升趨勢(shì)，其中氮肥常規(guī)用量配施中量生物質(zhì)炭（N1B2）處理土壤微生物AWCD、U值最高，分別為0.93、5.83，分別比N0B0處理提高52.5%、36.3%；氮肥減量水平下，隨生物質(zhì)炭用量增加土壤微生物Shannon指數(shù)呈增加趨勢(shì)；土壤微生物主要利用酯類碳源，對(duì)醇類碳源利用整體偏低，不同處理下微生物對(duì)不同碳源的利用能力有所不同。主成分分析顯示，不同處理間土壤微生物群落對(duì)6類可利用碳源利用差異主要在于氨基酸類、糖類、酸類和醇類；土壤微生物群落功能多樣性指標(biāo)與春小麥產(chǎn)量呈正相關(guān)，當(dāng)減量氮肥配施中量生物質(zhì)炭（N2B2處理）時(shí)，春小麥產(chǎn)量可達(dá)8 301.35 kg·hm-2，與常規(guī)施用氮肥（B0N1處理）相比增產(chǎn)22.1%，綜上所述，氮肥配施生物質(zhì)炭能夠提高土壤微生物活性，改善土壤微生物環(huán)境，促進(jìn)春小麥生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量。研究結(jié)果可為生物質(zhì)炭在北疆灌區(qū)的應(yīng)用和推廣提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氮肥；生物質(zhì)炭；微生物功能多樣性；產(chǎn)量

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0837

中圖分類號(hào)：S154.36 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10080864（2024）05017410

北疆灌區(qū)是新疆灌溉綠洲農(nóng)業(yè)的典型代表地區(qū)。當(dāng)前，在新疆灌區(qū)小麥、玉米、棉花等作物種植大多通過水肥的高投入來實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，其較高的糧食生產(chǎn)力也伴隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量降低、土壤肥力下降，作物產(chǎn)量的可持續(xù)增長(zhǎng)受影響等問題。加之不合理的施肥習(xí)慣，如灌水前撒施肥料，導(dǎo)致肥料利用率低等問題日漸凸顯。生物質(zhì)炭是一種新型功能材料，一方面，因其具有多孔結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積以及良好的吸附性能[1]，可以為土壤微生物棲息提供良好的水分環(huán)境；另一方面，生物質(zhì)炭能夠通過改變土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤pH、改善土壤理化性質(zhì)，間接地影響土壤微生物的生長(zhǎng)和代謝，改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與豐度[2]，提高氮肥利用，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，在土壤環(huán)境修復(fù)過程中發(fā)揮著重要的作用。針對(duì)生物質(zhì)炭添加對(duì)灌溉綠洲農(nóng)田土壤肥力和作物產(chǎn)量的影響已有報(bào)道[34]，但現(xiàn)有研究多集中于生物質(zhì)炭的單施效應(yīng)[5-7]，而生物質(zhì)炭施用能否達(dá)到農(nóng)田氮肥減量施用的目的，其與氮肥配施對(duì)作物的增產(chǎn)機(jī)理及微生物機(jī)制影響如何鮮見報(bào)道。因此，本研究以北疆灌區(qū)農(nóng)田為試驗(yàn)對(duì)象，在前期研究基礎(chǔ)上，持續(xù)開展研究氮肥減量條件下配施不同量生物質(zhì)炭對(duì)農(nóng)田土壤微生物功能多樣性以及春小麥產(chǎn)量的影響，以期篩選出適宜北疆灌區(qū)農(nóng)田作物生長(zhǎng)的氮肥施用量及生物質(zhì)炭配施量，為北疆灌區(qū)農(nóng)田氮肥減量施用及生物質(zhì)炭在北疆灌區(qū)農(nóng)田的應(yīng)用和推廣提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)在新疆奇臺(tái)麥類作物試驗(yàn)站（42°25′—45°29′N、89°13′—91°22′E，海拔895.00 m）進(jìn)行，該地屬中溫帶大陸性氣候。年平均氣溫5.50 ℃，7月平均氣溫23.70 ℃，極端高溫39.00 ℃，1月平均氣溫-18.90 ℃，極端低溫-37.30 ℃。年平均相對(duì)濕度60%，無霜期153 d（4月下旬至10月上旬），年平均降水量269.40 mm。試驗(yàn)地土壤為壤質(zhì)灰漠土，pH 8.25，有機(jī)質(zhì)含量13.88 g·kg-1，全氮含量2.24 g·kg-1，有效磷含量11.40 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試生物質(zhì)炭為玉米秸稈炭，由遼寧金和福農(nóng)業(yè)科技股份有限公司提供。將玉米秸稈自然風(fēng)干后碾碎，在450 ℃缺氧條件下炭化4 h，出爐后將其制備成0.05～2.00 cm的顆粒。生物質(zhì)炭基本性質(zhì)：pH 9.81，比表面積3.32 m2·g-1，固定碳含量68.7%，揮發(fā)分含量20.6%，灰分含量10.6%。試驗(yàn)供試氮肥為尿素（N≥46%），施用量為純氮量。供試春小麥品種為‘新春37號(hào)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)。氮（N）肥設(shè)3個(gè)水平：不施氮肥，即氮肥用量為0 kg·hm-2（N0）；氮肥常規(guī)用量300 kg·hm-2（N1）；氮肥減量15%，即氮肥用量為255 kg·hm-2（N2）。生物質(zhì)炭（B）設(shè)4個(gè)水平：不施生物質(zhì)炭，生物質(zhì)炭用量為0 kg·hm-2（B0）；低量生物質(zhì)炭，生物質(zhì)炭用量為10×103 kg·hm-2（B1）；中量生物質(zhì)炭，生物質(zhì)炭用量為20×103 kg·hm-2（B2）；高量生物質(zhì)炭，生物質(zhì)炭用量為30×103 kg·hm-2（B3）；則有N0B0（ 對(duì)照）、N0B1、N0B2、N0B3、N1B0、N1B1、N1B2、N1B3、N2B0、N2B1、N2B2、N2B3 共12個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。春小麥播種密度為450萬株·hm-2，0.2 m等行距條播，每個(gè)小區(qū)面積為9 m2（3 m×3 m）。氮肥與生物質(zhì)炭均作為底肥于播種前一次性施入耕層30 cm，田間其他管理措施與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田一致。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 土樣采集

于春小麥?zhǔn)斋@期按五點(diǎn)法采集0—20 cm耕層土樣，去除土壤中根系及其他雜物混合均勻，過0.2 cm篩后裝入自封袋，放入4 ℃冰箱保存待用。

1.4.2 測(cè)定方法

采用Biolog-ECO 法[8]測(cè)定土壤微生物功能多樣性：稱取相當(dāng)于10 g干土的新鮮土樣，加入無菌生理鹽水，振蕩30 min后于4 ℃靜置10 min，然后吸取1 mL 原液于9 mL 無菌生理鹽水中，搖勻后用8道移液器取150 μL提取液，加入到生態(tài)板的每個(gè)孔中，每樣1 板，每板3 次重復(fù)。在22 ℃ 下連續(xù)培養(yǎng)144 h，每12 h 在BIOLOG 讀數(shù)儀讀取590 nm 下的光密度值（OD590），選取培養(yǎng)時(shí)間為120 h的OD590計(jì)算微生物群落功能多樣性指數(shù)、分析碳源利用程度并進(jìn)行主成分分析。

春小麥產(chǎn)量測(cè)定：小麥成熟后，于每小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的1 m2（1 m×1 m）樣區(qū)測(cè)定有效穗數(shù)，并于各小區(qū)選取10株代表性春小麥進(jìn)行考種，并實(shí)收測(cè)產(chǎn)，測(cè)定千粒重，折算產(chǎn)量。

1.4.3 相關(guān)計(jì)算

采用Biolog-ECO法[8]對(duì)微生物群落碳源利用情況進(jìn)行檢測(cè)。

平均顏色變化率（average well color development，AWCD）用于描述土壤微生物功能代謝能力，計(jì)算公式[8]如下。

式中，Ci為第i 個(gè)培養(yǎng)基孔的吸光值，Ri為第i個(gè)對(duì)照孔的吸光值，a 為培養(yǎng)基孔數(shù)，Biolog-ECO板中n 值為31。

采用Simpson、Shannon、Mcintosh 3 個(gè)指數(shù)來表征土壤微生物群落功能多樣性，其中Simpson指數(shù)（D） 用于評(píng)估某些最常見種的優(yōu)勢(shì)度，Shannon指數(shù)（H）用于評(píng)估物種的豐富度，Mcintosh指數(shù)（U）用于評(píng)估群落物種均勻度，計(jì)算公式[8]如下。

式中，Ai為第i 培養(yǎng)孔的相對(duì)吸光值（Ci-Ri）；Pi為第i 培養(yǎng)孔的相對(duì)吸光值與所有整個(gè)微平板的相對(duì)吸光值總和的比值，即（Ci-Ri）/Σ（Ci-Ri）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019作圖，采用DPS 7.05軟件進(jìn)行方差分析，采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥減量配施不同量生物質(zhì)炭對(duì)農(nóng)田土壤微生物碳源代謝活性的影響

平均顏色變化率（AWCD）反映微生物對(duì)不同碳源的利用程度，其值越大，一定程度上表明土壤微生物群落活性越高。由圖1可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理土壤中可培養(yǎng)微生物對(duì)碳源的利用程度增大，且呈“S”型趨勢(shì)變化。培養(yǎng)前期（0～36 h），各處理土壤微生物群落活性較弱，其AWCD 增加緩慢，36～120 h間微生物群落活性增強(qiáng)，碳源利用快速增加，120 h后趨于穩(wěn)定。在其進(jìn)入穩(wěn)定期（120 h）時(shí)，與對(duì)照（N0B0）相比，不同處理下微生物對(duì)碳源的利用程度均增大；整體來看，以氮肥常規(guī)用量配施中量生物質(zhì)炭（N1B2）時(shí)土壤微生物活性最強(qiáng)，而單施氮肥（N1B0）或單施生物質(zhì)炭（N0B1）時(shí)，土壤微生物活性均較低，說明適量生物質(zhì)炭與氮肥的施用可不同程度提高麥田土壤微生物代謝活性。

2.2 氮肥減量配施不同量生物質(zhì)炭對(duì)農(nóng)田土壤微生物AWCD 和多樣性指數(shù)的影響

選取培養(yǎng)120 h的OD590計(jì)算土壤可培養(yǎng)微生物功能多樣性指數(shù) Simpson（D）、Shannon（H）、Mcintosh（U），分別評(píng)估土壤微生物功能群落的優(yōu)勢(shì)度、豐富度、均勻度。由表1可知，與N0B0處理相比，單施生物質(zhì)炭或氮肥與生物質(zhì)炭配施均能改變土壤微生物活性（AWCD）、提高Shannon指數(shù)和Mcintosh指數(shù)，且效果顯著（P<0.05）。AWCD值隨氮肥用量減少呈下降趨勢(shì)，Mcintosh指數(shù)隨氮肥用量減少呈上升趨勢(shì)，其中氮肥常規(guī)用量配施中量生物質(zhì)炭（N1B2）處理最高，分別為0.93、6.54，與N0B0處理相比，分別提高52.5%、36.3%。與單施生物質(zhì)炭處理相比，氮肥常規(guī)用量與生物質(zhì)炭配施處理下土壤微生物Shannon 指數(shù)均有所上升，氮肥減量水平下隨生物質(zhì)炭用量增加土壤微生物Shannon指數(shù)呈增加趨勢(shì)，處理間差異顯著。生物質(zhì)炭與氮肥對(duì)微生物群落功能多樣性存在互作效應(yīng)，影響顯著。與對(duì)照（N0B0）相比，單施低量、高量生物質(zhì)炭（N0B1、N0B3）處理Simpson 指數(shù)有所上升，與單施氮肥處理相比，除氮肥減量配施低量生物質(zhì)炭（N2B1）處理外，其余各配施處理Simpson指數(shù)均有所上升。

2.3 氮肥減量配施不同量生物質(zhì)炭對(duì)農(nóng)田土壤微生物碳源利用能力的影響

Biolog-Eco 生物板微孔中有31 種不同的碳源，根據(jù)官能團(tuán)的不同將其分成6 類，其中糖類7 種、氨基酸類6 種、醇類3 種、酯類4 種、酸類8種、胺類3種。選取經(jīng)過120 h培養(yǎng)后的OD590計(jì)算微生物群落對(duì)6類碳源的利用特征，以明確不同處理下土壤微生物群落的功能類群。由圖2可知，不同處理下土壤微生物主要利用酯類碳源，其次為胺類碳源，不同處理下土壤微生物對(duì)醇類碳源利用整體偏低。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，不同處理下微生物對(duì)不同碳源利用能力也不同。與對(duì)照（N0B0）相比，單施生物質(zhì)炭時(shí)，土壤微生物對(duì)糖類利用隨著施炭量增加呈先降后升趨勢(shì)；氮肥與生物質(zhì)炭配施條件下，微生物的碳源利用能力進(jìn)一步增強(qiáng)，其中氮肥常規(guī)用量配施低量生物質(zhì)炭（N1B1）時(shí)，微生物對(duì)糖類物質(zhì)利用能力最強(qiáng)，而氮肥常規(guī)用量配施高量生物質(zhì)炭（N1B3）條件下最低，處理間差異顯著（P<0.05）。不同處理下土壤微生物對(duì)氨基酸類碳源的利用能力在常規(guī)施氮肥配施中、高量生物質(zhì)炭（N1B2、N1B3）時(shí)較高。不同處理下微生物對(duì)醇類碳源的利用趨勢(shì)與對(duì)氨基酸類碳源利用趨勢(shì)類似，但其處理間波動(dòng)更大。不同處理下土壤微生物對(duì)酯類碳源利用能力整體處于較高水平，且在氮肥減量配施低量生物質(zhì)炭（N2B1）時(shí)其利用率最高，OD590達(dá)1.38，顯著高于其他處理（P<0.05）。不同處理下微生物對(duì)胺類碳源的利用能力次于對(duì)酯類碳源的利用能力，整體仍處于較高水平，氮肥常規(guī)用量單施（N1B0）和高量生物質(zhì)炭單施（N0B3）時(shí)較高，與單施中、高量生物質(zhì)炭（N0B2、N0B3）處理相比，氮肥與中、高量生物質(zhì)炭配施（N1B2、N1B3、N2B2、N2B3）處理下微生物對(duì)胺類碳源利用能力均下降，單施生物質(zhì)炭處理與對(duì)應(yīng)生物質(zhì)炭量的炭氮配施處理間差異顯著（P<0.05），氮肥減量配施低量生物質(zhì)炭（N2B1）時(shí)對(duì)胺類碳源利用能力最低。不同處理下土壤微生物對(duì)酸類碳源利用能力隨著生物質(zhì)炭用量不同呈不同變化趨勢(shì)，氮肥與中、高量生物質(zhì)炭配施處理下隨氮肥減量呈下降趨勢(shì)，其中常規(guī)施氮配施高量生物質(zhì)炭（N1B3）時(shí)其OD590最高，達(dá)1.15，單施氮肥（N1B0、N2B0）處理下微生物的碳源利用能力均低于對(duì)照（N0B0），2個(gè)處理與對(duì)照相比均存在顯著性差異（P<0.05）。

2.4 氮肥減量配施不同量生物質(zhì)炭下麥田土壤微生物群落主成分分析

通過對(duì)Biolog-ECO生態(tài)板吸光值數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，能夠解釋不同處理下土壤微生物對(duì)不同碳源利用的差異。對(duì)培養(yǎng)120 h后的比色結(jié)果進(jìn)行主成分分析，共提取到2個(gè)主成分，主成分1（principal component 1，PC1） 的方差貢獻(xiàn)率為36.93%，主成分2（principal component 2，PC2）的方差貢獻(xiàn)率為30.73%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)67.66%（圖3）。由表2可知，PC1包含的碳源主要有4種，分別是氨基酸類、糖類、酸類和醇類，PC2包含的碳源主要有3種，分別是酯類、胺類和酸類。

以PC1為橫軸，PC2為縱軸，以不同處理在2個(gè)主成分上的得分值為坐標(biāo)作圖，位于同一象限處理土壤微生物碳源代謝功能群落結(jié)構(gòu)相似，位于不同象限各處理土壤微生物碳源代謝功能群落結(jié)構(gòu)存在差異。從圖3中可以看出，各處理間碳源利用得分有明顯的差異，在每個(gè)象限均有分布，其中，中、高量生物質(zhì)炭與氮肥配施的處理分布在第1象限，低量生物質(zhì)炭與氮肥配施的處理分布在第2象限，對(duì)照（N0B0）、單施氮肥、單施生物質(zhì)炭處理集中分布在第3象限，這表明生物質(zhì)炭與氮肥配施能夠改變土壤微生物群落的功能結(jié)構(gòu)。

2.5 氮肥減量配施不同量生物質(zhì)炭對(duì)春小麥產(chǎn)量的影響

由圖4可知，與對(duì)照相比，單施生物質(zhì)炭處理的春小麥產(chǎn)量顯著提升，隨生物質(zhì)炭添加量的增加呈下降趨勢(shì)，但處理間差異不顯著；單施氮肥時(shí)，隨施氮量減少春小麥產(chǎn)量也隨之下降，與對(duì)照（N0B0）相比，單施常規(guī)氮肥春小麥產(chǎn)量顯著提升。與單施減量氮肥（N2B0）處理相比，減量氮肥配施生物質(zhì)炭時(shí)春小麥產(chǎn)量顯著提升，且隨施炭量的增加均呈先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)減量氮肥配施中量生物質(zhì)炭（N2B2）時(shí)，春小麥產(chǎn)量可達(dá)8 301.35 kg·hm-2，與氮肥常規(guī)用量（N1B0）相比顯著增產(chǎn)22.1%。

對(duì)土壤微生物群落功能多樣性指標(biāo)與產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析（表3）發(fā)現(xiàn)，土壤微生物群落功能多樣性指標(biāo)與產(chǎn)量間存在正相關(guān)關(guān)系，且產(chǎn)量與AWCD、Simpson 指數(shù)、McIntosh 指數(shù)間存在顯著相關(guān)性，表明生物炭能夠通過改善土壤微生物群落功能多樣性來改善土壤環(huán)境，促進(jìn)春小麥生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量。

3 討 論

研究土壤微生物群落功能多樣性能很好地評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量，調(diào)節(jié)土壤微生物代謝活性可緩解土壤地力衰退，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[9]。研究表明，生物質(zhì)炭對(duì)土壤微生物群落的影響有一定的不確定性[1011]。本研究通過Biolog-ECO生態(tài)盤分析發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照（N0B0）相比，氮肥配施生物質(zhì)炭后，土壤微生物活性（AWCD）、Shannon 指數(shù)、Mcintosh 指數(shù)均顯著提高，土壤微生物活性顯著增加，氮肥減量水平下隨生物質(zhì)炭用量增加土壤微生物Shannon指數(shù)增加，說明生物質(zhì)炭與氮肥能夠提高土壤微生物群落代謝活性，且氮肥與生物質(zhì)炭配施效果更好，這與顧美英等[12]研究結(jié)果相似。由于氮肥和生物質(zhì)炭的施入調(diào)節(jié)了土壤碳氮比[1314]，為土壤微生物群落提供充足的養(yǎng)分，而生物質(zhì)炭的孔隙、高芳香烴結(jié)構(gòu)，能夠改變土壤的物理性質(zhì)及結(jié)構(gòu)，較大的土壤團(tuán)聚體使土壤團(tuán)粒間存在較大空隙，為好氧微生物提供充足的氧氣供給，有利于提高微生物群落活性[15]。另外，生物質(zhì)炭具有良好的水肥吸附作用，其自身含有少量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為微生物提供了良好的生長(zhǎng)場(chǎng)所及有機(jī)碳等養(yǎng)分，可使土壤微生物群落活性增強(qiáng)[16]。而氮肥常規(guī)用量配施生物質(zhì)炭處理土壤微生物群落活性高于減量氮肥配施生物質(zhì)炭處理，這是由于氮肥的減量施用直接導(dǎo)致土壤中可供利用的氮素減少，抑制了土壤中氨化細(xì)菌和好氣性自生固氮菌的生長(zhǎng)繁殖[17]，進(jìn)而影響土壤微生物群落活性。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的添加顯著增加了土壤微生物群落對(duì)氨基酸類、脂類及酸類碳源的利用程度，單施生物質(zhì)炭或單施氮肥時(shí)土壤微生物群落主要利用的碳源與對(duì)照大致相同。氮肥與生物質(zhì)炭配施處理下土壤微生物對(duì)氨基酸類、胺類和酸類碳源利用能力隨氮肥減量呈下降趨勢(shì)，說明氮肥的減量施用會(huì)降低微生物對(duì)氨基酸類、胺類和酸類碳源的代謝活性[18]。氮肥與高量生物質(zhì)炭配施對(duì)土壤微生物群落功能類群影響不顯著[8]，而本研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭配施氮肥時(shí)，土壤微生物群落主要利用的碳源發(fā)生了變化，且隨著生物質(zhì)炭用量的不同而不同，說明生物質(zhì)炭與氮肥配施時(shí)產(chǎn)生互作效應(yīng)，改變了土壤微生物群落的功能類群，在一定范圍內(nèi)土壤微生物的活性隨著生物質(zhì)炭施用量的增加顯著提高。這是因?yàn)椋阂环矫?，氮肥的添加彌補(bǔ)了生物質(zhì)炭中養(yǎng)分含量較少的缺點(diǎn)；另一方面，生物質(zhì)炭對(duì)水肥的吸附作用能夠作為養(yǎng)分“暫存庫”，緩解氮肥養(yǎng)分通過氨揮發(fā)和反硝化作用釋放損失過快的不足[19]，提高了氮素的利用率，二者形成互補(bǔ)，混合施用可能會(huì)引起一些特異微生物類群迅速增殖，從而導(dǎo)致微生物群落的功能類群發(fā)生改變。但同時(shí)，因生物質(zhì)炭中含有高鹽類、多環(huán)芳烴等物質(zhì)[20]，若過量施用將抑制土壤微生物群落的生長(zhǎng)和繁殖，對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境不利[21]。

生物炭的高芳香化表面、孔隙結(jié)構(gòu)及對(duì)水肥的吸附作用使其可能為土壤微生物棲息提供良好的“微環(huán)境”[22]，促進(jìn)土壤微生物生長(zhǎng)，提高微生物群落活性，而土壤微生物能夠通過合成各種有機(jī)酸來溶解不溶性磷酸鹽，從而活化土壤中的礦質(zhì)養(yǎng)分，有利于植物根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。闞正榮等[23]研究表明，生物質(zhì)炭的年施用量為3 600～4 500 kg·hm-2時(shí)對(duì)冬小麥的增產(chǎn)效果最好。但由于生物質(zhì)炭的原料、施用方式、土壤質(zhì)地和類型以及作物種類等的不同，研究結(jié)果也不盡相同[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照（N0B0）相比，氮肥與生物質(zhì)炭施用可促進(jìn)春小麥增產(chǎn)，而二者配施效果更好，當(dāng)減量氮肥與中量生物質(zhì)炭配施（N2B2）時(shí)增產(chǎn)效果最好，這與劉敏等[25]研究結(jié)果相似。生物質(zhì)炭施用量過高使土壤中有機(jī)碳含量提高，導(dǎo)致微生物與春小麥競(jìng)爭(zhēng)氮素[26]，影響小麥生長(zhǎng)，不利于產(chǎn)量形成；而合理的炭氮配施比例能夠抑制土壤中有害微生物的生長(zhǎng)[27]，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，為微生物的生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境[28]，減慢土壤養(yǎng)分的釋放，提高作物對(duì)氮素的吸收，從而促進(jìn)作物增產(chǎn)[29]。本試驗(yàn)條件下，氮肥與生物質(zhì)炭配施能夠促進(jìn)農(nóng)田土壤微生物群落活性，改善麥田土壤微生物環(huán)境，提高春小麥產(chǎn)量，總體來說氮肥減量配施中量生物質(zhì)炭（N2B2處理）為北疆灌區(qū)麥田減氮配施生物質(zhì)炭促進(jìn)春小麥增產(chǎn)的理想施肥方案。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 孔絲紡， 姚興成， 張江勇， 等. 生物質(zhì)炭的特性及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2015， 24（4）： 716-723.

KONG S F， YAO X C， ZHANG J Y， et al .. Review ofcharacteristics of biochar and research progress of itsapplications [J]. Ecol. Environ. Sci.， 2015， 24（4）： 716-723.

［2］ LIU Y X， LU H H， YANG S M， et al .. Impacts of biocharaddition on rice yield and soil properties in a cold waterloggedpaddy for two crop seasons [J]. Field Crops Res.， 2016， 191：161-167.

［3］ 邢東建， 楊衛(wèi)君， 賀佳琪， 等. 減磷加炭對(duì)北疆灌區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2021， 37（11）： 39-44.

XING D J， YANG W J， HE J Q， et al .. Effects of phosphorusreduction and biochar addition on soil physical and chemicalproperties in north Xinjiang irrigated area [J]. China Agric. Sci.Bull.， 2021， 37（11）： 39-44.

［4］ 賀佳琪， 楊衛(wèi)君， 賈永紅， 等. 減磷加炭對(duì)北疆春小麥磷素利用及產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2021， 37（3）： 13-19.

HE J Q， YANG W J， JIA Y H， et al .. Effect of reducingphosphate fertilizer and applying biochar on phosphorusutilization and yield of spring wheat in northern Xinjiang [J].China Agric. Sci. Bull.， 2021， 37（3）： 13-19.

［5］ 劉曉霞， 吳東濤， 朱偉鋒， 等. 外源添加生物炭對(duì)水稻產(chǎn)量和土壤性質(zhì)的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2016， 57（11）： 1776-1779.

［6］ 韋思業(yè). 不同生物質(zhì)原料和制備溫度對(duì)生物炭物理化學(xué)特征的影響[D].廣州：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所）， 2017.

WEI S Y. Influence of biomass feedstocks and pyrolysistemperatures on physical and chemical properties of biochar [D].Guangzhou ： University of Chinese Academy of Sciences（Guangzhou Institute of Geochemistry， Chinese Academy ofSciences）， 2017.

［7］ 謝迎新， 劉宇娟， 張偉納， 等. 潮土長(zhǎng)期施用生物炭提高小麥產(chǎn)量及氮素利用率[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2018， 34（14）：115-123.

XIE Y X， LIU Y J， ZHANG W N， et al .. Long-term applicationof biochar in fluvio-aquatic soil improving wheat yield andnitrogen utilization [J]. Trans. Chin. Soc. Agric. Eng.， 2018， 34（14）： 115-123.

［8］ 高文翠， 楊衛(wèi)君， 賀佳琪， 等. 生物炭添加對(duì)麥田土壤微生物群落代謝的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 2020， 39（12）： 3998-4004.

GAO W C， YANG W J， HE J Q， et al .. Effects of biochar onsoil microbial community metabolism in wheat field [J]. Chin.J. Ecol.， 2020， 39（12）： 3998-4004.

［9］ 趙輝， 周運(yùn)超， 任啟飛. 不同林齡馬尾松人工林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性演變[J]. 土壤學(xué)報(bào)， 2020， 57（1）：227-238.

ZHAO H， ZHOU Y C， REN Q F. Evolution of soil microbialcommunity structure and functional diversity in pinusmassoniana plantations with age of stand [J]. Acta Pedol. Sin.，2020， 57（1）： 227-238.

［10］ XU N， TAN G C， WANG H Y， et al.. Effect of biochar additions tosoil on nitrogen leaching， microbial biomass and bacterialcommunity structure [J/OL]. Eur. J. Soil Biol.， 2016， 74： 004 [2022-09-03]. https：//doi.org/ 10.1016/j.ejsobi.2016.02.004.

［11］ 聶新星， 李志國(guó)， 張潤(rùn)花， 等. 生物炭及其與化肥配施對(duì)灰潮土土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量和冬小麥產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2016， 32（9）： 27-32.

NIE X X， LI Z G， ZHANG R H， et al .. Effects of biochar andits combined application with chemical fertilizers on physicaland chemical properties and microbial quantity of fluvo-aquicsoil and winter wheat yield [J]. China Agric. Sci. Bull.， 2016，32（9）： 27-32.

［12］ 顧美英，唐光木，葛春輝，等.不同秸稈還田方式對(duì)和田風(fēng)沙土土壤微生物多樣性的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2016，24（4）： 489-498.

GU M Y， TANG G M， GE C H， et al .. Effects of strawincorporation modes on microbial activity and functionaldiversity in sandy soil [J]. Chin. J. Eco-Agric.， 2016， 24（4）：489-498.

［13］ 王光飛，馬艷，郭德杰，等. 不同用量秸稈生物炭對(duì)辣椒疫病防控效果及土壤性狀的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)， 2017， 54（1）：204-215.

WANG G F， MA Y， GUO D J， et al .. Application-ratedependenteffects of straw biochar on control of phytophthorablight of chilli pepper and soil properties [J]. Acta Pedol. Sin.，2017， 54（1） ： 204-215.

［14］ 李曉韋， 韓上， 雷之萌， 等. 氮素形態(tài)對(duì)油菜秸稈腐解及養(yǎng)分釋放規(guī)律的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2019， 27（5）：717-725.

LI X W， HAN S， LEI Z M， et al .. Effects of nitrogen forms ondecomposition and nutrient release of rapeseed straw [J]. Chin.J. Eco-Agric.， 2019， 27（5）： 717-725.

［15］ 惠超， 楊衛(wèi)君， 宋世龍， 等. 生物炭施用對(duì)麥田土壤團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性及春小麥產(chǎn)量的影響[J]. 土壤通報(bào)， 2022， 53（2）：349-355.

HUI C， YANG W J， SONG S L， et al .. Effects of biocharapplication on mechanical stability of soil aggregates and yieldof spring wheat [J]. Chin. J. Soil Sci.， 2022， 53（2）： 349-355.

［16］ KOLTON M， HAREL Y M， PASTERNAK Z， et al .. Impact ofbiochar application to soil on the root-associated bacterialcommunity structure of fully developed greenhouse pepperplants [J]. Appl. Environ. Microbiol.， 2011， 77（14）： 4924-4930.

［17］ 房彥飛，徐文修，符小文，等.冬小麥?zhǔn)┑獙?duì)復(fù)播大豆土壤微生物區(qū)系及產(chǎn)量的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)， 2020， 34（8）： 1826-1833.

FANG Y F， XU W X， FU X W， et al .. Effect of nitrogen appliedin winter wheat on soil microflora and yield of summer-sowingsoybean [J]. J. Nucl. Agric. Sci.， 2020， 34（8）： 1826-1833.

［18］ 王頂，伊文博，李歡，等. 玉米間作和施氮對(duì)土壤微生物代謝功能多樣性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2022， 33（3）： 793-800.

WANG D， YI W B， LI H， et al .. Effects of intercropping andnitrogen application on soil microbial metabolic functionaldiversity inmaize cropping soil [J]. Chin. J. Appl. Ecol.， 2022，33（3）： 793-800.

［19］ 韓曉日，葛銀鳳，李娜，等.連續(xù)施用生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)及氮肥利用率的影響[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2017， 48（4）：392-398.

HAN X R， GE Y F， LI N， et al .. Effects of continuousapplication of biochar on soil physic-chemical properties andnitrogen use efficiency [J]. J. Shenyang Agric. Univ.， 2017， 48（4）：392-398.

［20］ 霍麗麗， 姚宗路， 趙立欣， 等. 典型農(nóng)業(yè)生物炭理化特性及產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2019， 35（16）： 249-257.

HUO L L， YAO Z L， ZHAO L X， et al .. Physical and chemicalproperties and product quality evaluation of biochar fromtypical agricultural residues [J]. Trans. Chin. Soc. Agric. Eng.，2019， 35（16）： 249-257.

［21］ 陳心想， 耿增超， 王森， 等. 施用生物炭后塿土土壤微生物及酶活性變化特征[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2014， 33（4）：751-758.

CHEN X X， GENG Z C， WANG S， et al .. Effects of biocharamendment on microbial biomass and enzyme activities inloess soil [J]. J. Agro-Environ. Sci.， 2014， 33（4）： 751-758.

［22］ 王博， 劉扣珠， 任天寶，等. 減氮條件下生物炭對(duì)烤煙根系發(fā)育及土壤微生物群落的影響[J]. 中國(guó)土壤與肥料， 2021（3）：45-50.

WANG B， LIU K Z， REN T B， et al .. Effect of biochar on theroots and soil microorganisms of flue-cured tobacco under thecondition of nitrogen reduction [J]. Soil Fert. Sci. China， 2021（3）： 45-50.

［23］ 闞正榮， 濮超， 祁劍英， 等. 施用生物炭對(duì)華北平原冬小麥土壤水分和籽粒產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2019，24（4）： 1-10.

KAN Z R， PU C， QI J Y， et al .. Effects of biochar on soil waterand grain yield of winter wheat in the North China Plain [J]. J.China Agric. Univ.， 2019， 24（4）： 1-10.

［24］ 鄧萬剛， 吳鵬豹， 趙慶輝， 等. 低量生物質(zhì)炭對(duì)2種熱帶牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究初報(bào)[J]. 草地學(xué)報(bào)， 2010，18（6）：844-847，853.

DENG W G， WU P B， ZHAO Q H， et al .. The effect of biocharon grass yield and quality [J]. Acta Agrestla Sin.， 2010，18（6）：844-847，853.

［25］ 劉敏， 紀(jì)立東， 王銳， 等. 施用生物質(zhì)炭條件下減施氮肥對(duì)玉米生長(zhǎng)和土壤的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2021， 49（19）：216-222.

［26］ 宋大利， 習(xí)向銀， 黃紹敏， 等. 秸稈生物炭配施氮肥對(duì)潮土土壤碳氮含量及作物產(chǎn)量的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2017， 23（2）： 369-379.

SONG D L， XI X Y， HUANG S M， et al .. Effects of combinedapplication of straw biochar and nitrogen on soil carbon andnitrogen contents and crop yields in a fluvo-aquic soil [J]. J.Plant Nut. Fert.， 2017， 23（2）： 369-379.

［27］ 馬艷， 王光飛. 生物炭防控植物土傳病害研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)土壤與肥料， 2014（6）：14-20.

MA Y， WANG G F. Review of biochar utilization on soil-bornedisease control [J]. Soil Fert. Sci. China， 2014（6）：14-20.

［28］ 周志紅， 李心清， 邢英， 等. 生物炭對(duì)土壤氮素淋失的抑制作用[J]. 地球與環(huán)境， 2011，39（2）： 278-284.

ZHOU Z H， LI X Q， XING Y， et al .. Effect of biocharamendment on nitrogen leaching in soil [J]. Earth Environ.，2011， 39（2）： ：278-284.

［29］ 陳慶華， 許卓， 湯計(jì)超， 等.生物炭對(duì)土壤氮磷流失和油菜產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)， 2019， 21（11）： 130-137.

CHEN Q H， XU Z， TANG J C， et al .. Influences of addingbiochar on loss of nitrogen and phosphorus and yield of rape insoil [J]. J. Agric. Sci. Technol.， 2019， 21（11）： 130-137.

（責(zé)任編輯：胡立霞）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目（32260326）；新疆維吾爾自治區(qū)自然基金面上項(xiàng)目（2021D01A87）； 2021年新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)作物學(xué)重點(diǎn)學(xué)科發(fā)展基金項(xiàng)目（XNCDKY2021012）。