不同粒径生物质炭对土壤重金属钝化及细菌群落的影响

2022-05-24李光炫石岸张黎明邢世和杨文浩

生态环境学报 2022年3期

李光炫，石岸，张黎明, ，邢世和, ，杨文浩, *

1. 福建农林大学资源与环境学院，福建福州 350002；2. 土壤生态系统健康与调控福建省高校重点实验室，福建福州 350002

目前中国土壤重金属污染问题十分突出，由于土壤重金属污染具有隐蔽性强、长期性、不可逆性、高毒性等特点，被认为是最为严重的环境问题之一（徐建明等，2018），根据2014年国务院发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，土壤铅、锌和镉等重金属污染物点位超标率已达 1.5%、0.9%和7.0%，以上表明中国耕地土壤重金属污染状况不容乐观（陈能场等，2017）。因此，安全有效的修复重金属污染土壤具有重要生态及社会意义。

原位化学钝化是重要的土壤修复技术，通过将钝化剂加入土壤，改变重金属的赋存形态，降低其在土壤中的移动性和生物利用性，从而降低土壤中重金属的生物毒性（徐婧婧等，2019）。该技术具有成本低、操作便捷和环保等优点，是一种经济高效且可持续的的土壤修复方式。生物质炭因来源广、制作成本低、孔隙度大、比表面积大、性质稳定、吸附能力强和环保等特点被广泛应用于土壤重金属修复邻域（周春海等，2020）。目前，国内外关于生物质炭修复土壤重金属污染的研究已经开展了许多工作，大多从生物质炭的原料、来源、改性方式、裂解温度和制备时间等方面来研究（Cao et al.，2010；何绪生等，2011），而对于不同粒径生物质炭粒径对土壤中重金属钝化及微生物特性的研究报道较少。有研究表明，生物质炭粒径越小对土壤容重、田间持水量、团粒结构及重金属离子吸附的改良效果越好（Hossain et al.，2020）。土壤重金属修复的最终目的不仅是去除污染物，更重要的是恢复土壤生产及生态功能（苟帅帅等，2020）。当生物质炭施入土壤后不仅可以通过改善土壤结构来促进土壤微生物的代谢活动和改变微生物群组成，而且还可以为微生物提供良好的生长庇护所和养分。众所周知，中国是全球食用菌产量第一大国，食用菌产业每年产生大量废菌棒，如果处理不当，进入土壤或者水体，会造成环境污染。因此，本研究以废菌棒为材料制备生物质炭，以矿区重金属复合污染土壤为修复对象，探究不同粒径生物质炭对污染土壤理化性质、有效态重金属含量、土壤酶活性以及细菌群落结构的影响，明确土壤修复过程中微生物群落变化的主控因素，从重金属钝化及土壤微生物角度评价不同粒径生物质炭对污染土壤的修复，为废菌棒生物质炭在重金属污染土壤修复方面的应用提供理论和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤取自于福建省尤溪县的铅锌矿区，土壤类型为山地红壤，其本底值为：pH值 6.12，有机质含量2.73 g·kg-1，总氮、全磷、全钾含量分别为 76.51、35.95、161.33 mg·kg-1，速效氮、有效磷和有效钾含量分别为 58.20、24.55和 161.21 mg·kg-1，全量镉、锌、铅含量分别为1.41、130.28、150.92 mg·kg-1，有效态镉、锌、铅含量分别为0.93、98.61、26.04 mg·kg-1。采集0—20 cm土壤样品，自然风干后挑去肉眼可见的植物根系、石头、碎屑等杂质，风干，磨细过2 mm尼龙筛保存备用。

生物质炭原料取自于古田县食用菌生产企业，选取了2种不同基质材料，分别为海鲜菇废菌棒和秀珍菇废菌棒。海鲜菇菌棒的主要原料为：木屑，麸皮，石灰，玉米粉和棉籽壳。秀珍菇菌棒的主要原料为：木屑，玉米粉，磷酸二铵，石膏，石灰和麦麸。本试验将以室内风干的废菌棒为生物质炭原料。将制备原料加入封闭式裂解炉内（淮安华电环保机械制造有限公司），裂解前通入氮气3 min，赶走炉中空气，使炉内处于无氧状态，以每分钟10 ℃的升温速率开始裂解，直至温度达到 500 ℃后保持恒定，120 min后停止裂解，待其自然冷却后取出研磨均匀，过筛后分别储存于干燥容器中备用。生物质炭性质见表1。

表1 供试生物质炭基本理化性质Table 1 Basic physicochemical properties of biochars

1.2 试验设计与处理

本试验以海鲜菇废菌棒和秀珍菇废菌棒为原料，制备了海鲜菇废菌棒生物质炭和秀珍菇废菌棒生物质炭，将上述两种生物质炭分别过2 mm（C）、1 mm（M）、0.5 mm（F）筛，并以此设置了不同粒径生物质炭处理下的土壤培养试验，试验共设置了7个处理，无添加对照（CK），不同粒径海鲜菇废菌棒生物质炭：海鲜菇废菌棒粗粒径生物质炭（HC），海鲜菇废菌棒中粒径生物质炭（HM），海鲜菇废菌棒细粒径生物质炭（HF）；不同粒径秀珍菇废菌棒生物质炭：秀珍菇废菌棒粗粒径生物质炭（XC），秀珍菇废菌棒中粒径生物质炭（XM），秀珍菇废菌棒细粒径生物质炭（XF），每个处理重复3次。生物质炭以2%的比例（李江遐等，2015）与土壤均匀混合，并调节土壤含水量为70%的田间最大持水量，培养箱中暗培养，培养箱温度控制在25 ℃，每隔2天用称重法补充土壤水分。培养120 d后，采集土壤样品，一部分新鲜土壤样品存于4 ℃冰箱，以此分析土壤酶活性；一部分存于-80 ℃冰箱，用于分析土壤微生物群落；剩余部分风干过 2 mm筛，用于土壤化学性质测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤化学指标测定

土壤相关化学性质测定参照《土壤农化分析(第3版)》（鲍士旦，2000）进行。其中，土壤pH值采用电位法（pHS-3E，雷磁，中国）测定（土∶水=1∶2.5），有机质含量采用重铬酸钾容量法（外加热）测定，溶解性有机碳（DOC）含量通过TOC分析仪测定（土∶水=1∶2），速效氮采用碱解扩散法（硫酸滴定）测定，有效磷含量采用碳酸氢钠浸提法（钼锑抗比色）测定，有效钾含量采用乙酸铵浸提法（火焰光度计-BWB-F，BWB，英国）测定。

1.3.2 土壤酶活性分析

土壤酶活性测定方法参照关松荫（1986）的方法，其中，土壤脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法（578 nm）测定，磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法（570 nm）测定、转化酶采用 3, 5-二硝基水杨酸比色法（508 nm）测定、蛋白酶采用碳酸钠比色法（680 nm）测定。

1.3.3 土壤细菌群落结构及多样性

采用 Power Soil DNA 试剂盒（MoBio Laboratories，美国）从土壤中提取微生物 DNA。选定16S r DNA V3—V4区，以338F和806R作为引物进行PCR扩增，产物用2%琼脂糖凝胶电泳检测，并通过 Axy Prep DNA试剂盒 Axygen Biosciences回收纯化。构建好的文库通过 IlluminaMiseq高通量测序平台进行测序（上海，派森诺生物技术有限公司）。并利用 Trimmomatic和 Pear软件过滤数据，利用 usearch软件去除嵌合体，对合格的序列进行聚类分析（97%相似水平），然后进行相关群落多样性分析。

1.3.4 土壤重金属测定

重金属浸出毒性含量的测定是参照美国环保署推荐的固体废弃物毒性浸出法（Rubab et al.，2020），即TCLP浸提法测定。称取过1 mm筛的风干土样10.00 g于100 mL塑料广口瓶中，再加200 mL提取剂（提取剂的配制：加5.7 mL冰醋酸和64.3 mL 1 mol·L-1NaOH于500 mL去离子水中，定容至1000 mL容量瓶，溶液pH为4.39），置于25 ℃ 200 r·min-1振荡 18 h，0.45 μm 滤纸过滤后取适量滤液于ICP-MS（Perk inElmer Ne xION 300X）测定。土壤 Cd、Zn、Pb全量的测定：土样加入HNO3-HCIO4-HF（4∶1∶1）后于电热板上加热煮至澄清透亮，洗入容量瓶并定容，过滤后于ICP-MS（Perk inElmer NexION 300X）上测定（Rubab et al.，2020）。

1.4 数据分析

所有数据均为3个重复，数据利用Microsoft Excel 2010软件进行处理，图形采用0rigin 8.5和SigmaP1ot 12.5软件制作，采用SPSS 21.0软件进行单因素方差分析（One-way AN-OVA）不同处理间的差异（P＜0.05），显著性检验采用邓肯（Duncan）法。

2 结果与分析

2.1 不同粒径生物质炭对土壤pH和速效养分的影响

不同粒径生物质炭处理对土壤 pH、速效养分含量的影响见表2。与CK相比，生物质炭的添加均显著提高了土壤pH值、DOC、速效氮、有效磷和有效钾的含量，其中土壤pH值提升范围为1.49—2.08个单位，DOC、速效氮、有效磷和有效钾质量分数提升范围分别是 37.50%—113.36%、17.44%—42.77%、10.03%—39.56%和 281.13%—412.39%。此外，土壤pH值、速效氮、有效磷、海鲜菇DOC和海鲜菇有效钾质量分数均表现为细粒径生物质炭处理最高，而秀珍菇处理的土壤DOC和有效钾质量分数表现为中粒径最高，说明较小粒径生物质炭对土壤pH、速效养分质量分数的提升效果比粗粒径好。

表2 不同粒径生物质炭下土壤pH、速效养分质量分数相关分析Table 2 Correlation Analysis of Soil pH and Available Nutrient Content under Different Particle Size of Biochar

2.2 不同粒径生物质炭处理对土壤有效态重金属的影响

不同粒径生物炭处理有效态 Cd、Zn、Pb的质量分数变化情况见图1。从图1可知，与CK相比，生物质炭的添加均降低了土壤有效态镉（Cd）、锌（Zn）、铅（Pb）的质量分数，质量分数下降幅度分别为 12.1%—24.8%、8.3%—31.4%和 32.9%—53.7%。其中，土壤有效态Cd、Pb和秀珍菇处理的有效态 Zn质量分数随着生物质炭粒径的减小而降低，且均表现为细粒径生物质炭处理最低；而海鲜菇处理的土壤有效态 Zn随着生物质炭粒径的减小呈现出先降低后上升的趋势，且表现为中粒径最低。综上可知，生物质炭的添加能钝化降低有效态重金属（Cd、Zn、Pb）的质量分数，且较小粒径生物质炭对有效态Cd、Zn、Pb的钝化效果比粗粒径好。

图1 不同粒径生物质炭处理下土壤有效态Cd、Zn、Pb的质量分数Figure 1 The mass fraction of soil available Cd, Zn and Pb under different particle sizes of biochar treatment

2.3 不同粒径生物质炭处理对土壤酶活性的影响

不同粒径生物炭处理对脲酶、磷酸酶、转化酶、蛋白酶活性的特征变化情况见图2。由图2可知，不同粒径生物质炭处理的土壤脲酶、转化酶和蛋白酶活性均显著高 CK，且活性随生物质炭粒径的减小而增强，均表现为细粒径生物质炭处理的酶活性最高，说明生物质炭的添加能提高土壤脲酶、转化酶和蛋白酶的活性，且细粒径生物质炭处理增强效果比粗粒径好；此外，转化酶的细粒径处理提升效果最为突出，说明生物质炭的粒径大小对转化酶活性的影响较大。图中显示，与CK相比，生物质炭的添加显著降低了土壤磷酸酶的活性，其中，海鲜菇处理随生物质炭粒径的降低而降低，而秀珍菇处理随生物质炭粒径的降低曾显现出相对平稳趋势，说明粒径变化对海鲜菇磷酸酶活性的影响比秀珍菇大。

图2 不同粒径生物质炭处理下酶活性特征情况Figure 2 Characteristics of enzyme activity under different particle size biochar treatment

2.4 不同粒径生物质炭处理对土壤细菌群落结构与多样性的影响

利用Alpha Diversity对每个样本的细菌多样性指数进行分析，从OTU水平上通过Chao1指数、ACE指数、Shannon指数和Simpson指数考察不同处理土壤细菌的α多样性。其中，Chao1指数表示样品中所含 OUT数目，用来评估物种总数；ACE指数表示群落中所含 OUT数目，用来评估物种总数；通过R软件MASS工具包对样品OTU进行多样性分析，结果图3所示。

图3可知，与CK相比，生物质炭的添加显著提高了土壤细菌Chao1指数（图3A），说明生物质炭的添加能显著增加土壤物种总数；从不同粒径处理间比较，海鲜菇与秀珍菇生物质炭处理的Chao1指数均表现为中粒径（HM、XM）最高，而粗、细粒径处理并未呈现出最高值，说明中粒径生物质炭处理对土壤物种总数的提生效果比粗、细粒径好。从图3B可知，与CK相比，物质炭的添加显著提高了土壤中微生物的 ACE指数，说明生物质炭的添加能显著增加土壤物种总数；从不同粒径比较来看，海鲜菇中粒径（HM）、秀珍菇细粒径（XF）处理的ACE指数最高，而海鲜菇粗粒径（HF）、秀珍菇细粒径（XC）处理呈现出最底值，说明ACE指数对不同粒径的响应不同。

图3 不同粒径生物质炭处理下土壤细菌多样性指数Figure 3 Soil bacterial diversity index under different particle size biochar treatments

为研究不同粒径生物质炭处理细菌群落组成及其相对丰度，将不同处理门水平进 OTU代表序列的分类和绘制（图 4）。门水平上至少一组分别大于10%和1%定义为优势群。图4可知，不同处理的优势细菌门分别为 Actinobacteria、Proteobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi、Gemmatimonadetes、Nitrospirae和 Firmicutes，另外还有其他丰度较低且目前数据库无法鉴定的细菌门。从门水平上看，与空白CK相比，不同粒径生物炭处理均增加了Actinobacteria相对丰富度，增加了13.03%—24.57%，其中，海鲜菇与秀珍菇生物炭处理的放线菌门随粒径的降低而升高，均表现为较小粒径处理增强效果高于粗粒径。综上可知，生物质炭的添加均能提高土壤放线菌群，且细粒径生物质炭处理提升效果比粗粒径好。

图4 门水平上不同处理土壤样品的细菌群落组成及相对丰度Figure 4 Bacterial community composition and relative abundance of soil samples under different treatments at phylum level

选取不同粒径生物炭处理下培养土壤中相对丰度大于 1%的细菌物种进行属水平聚类，进行Spearman相关性分析（P＜0.05），根据显著性水平作出热图（图5），并通过颜色的深浅将数据的大小直观表现出来，红色表示正向增加，并随着红色加深，细菌数量越多；反之，蓝色表示负向减少，并随着蓝色加深，细菌数量减少越多。从图5可知，与 CK相比，不同粒径生物质炭处理均显著增加了 Kribbella、Terrabacter、Streptomyces、Pseudonocardia、Paenarthrobacter、Micromonospora、Bradyrhizobium、Nitrobacter、Actinophytocola、Lentzea、Pseudarthrobacter、Nonomuraea、Sinomonas、 Variibacter、 Blastococcus和Solirubrobacter等16个菌属相对丰度，且16个菌属菌属均随着粒径的减小呈现出上升趋势。

图5 属水平上不同处理土壤样品的细菌群落变化Figure 5 Changes of bacterial community in soil samples under different treatments at genus level

为了进一步了解土壤理化性质、重金属与优势细菌属的相关性，运用VIF和BioENV分析8种影响因子，将其与OTU注释到的16个增量细菌属水平菌群做 Spearman分析（图 6），环境因子主要为：有效态重金属（Pb、Zn和Cd）含量、土壤pH值、土壤速效养分（DOC、速效氮、有效磷和有效钾）含量。由图6发现，环境因子有效态重金属含量与 Actinophytocola、Micromonospora、Lentzea、Bradyrhizobium、Pseudarthrobacter、Nitrobacter菌属极显著负相关，与 Kribbella、Pseudonocardia、Terrabacter、Paenarthrobacter、Sinomonas、Blastococcus、Nonomuraea、Variibacter显著负相关，环境因子土壤 pH 值、土壤速效养分与Actinophytocola、Lentzea、Paenarthrobacter、Nitrobacter极显著正相关，与 Kribbella、Pseudonocardia、Micromonospora、Terrabacter、Bradyrhizobium、Pseudarthrobacter、Sinomonas、Phycicoccus、Blastococcus、Nonomuraea、Variibacter显著正相关。此外，图中发现，生物质炭处理所增量的 16个细菌属均与重金属含量呈负向相关系，与土壤pH值、土壤速效养分呈正向相关性。

图6 环境因子与细菌属水平菌落组成Spearman分析Figure 6 Spearman analysis of environmental factors and bacterial community composition at genus level

3 讨论

3.1 不同粒径生物质炭对土壤pH、速效养分的影响

研究表明，生物质炭添加可以改善酸性土壤、提高速效养分的质量分数（张祥等，2013），本研究发现生物质炭的添加均显著提高了土壤 pH、DOC、速效氮、有效磷和有效钾的质量分数，其中，粒径越小，土壤pH值的提升效果更好，可能是因为生物质炭粒径越小，其比表面积和孔隙度越大，增加了生物质炭上盐基离子（如钾、钙等）与土壤中交换性H+、交换性Al3+的相对接触面积，加之生物质炭自身含有大量的碳酸盐、微量金属氧化物和碱性官能团（Baker et al.，2008）。本研究中，生物质炭的添加显著提高了土壤的DOC含量，且细、中粒径比粗粒径的提升效果好，这可能是因为较小粒径的生物质炭比粗粒径生物质炭拥有更大的比表面积、微孔结构和CEC，能显著提高土壤保水、保肥能力（李佳轶，2019），进而通过提高了碳素活性来增强土壤 DOC养分。通过比较不同处理速效氮的质量分数，发现细粒径的速效氮质量分数最高，这可能是因为生物质炭粒径越小，增加了生物质炭吸附 NO3-、NH4+等离子的接触（郑华楠等，2019），进而激发了土壤氮素活性转化，以此提高了速效氮的质量分数。本研究发现，生物质炭的添加之所以显著增加土壤的有效磷的质量分数，可能是因为生物质炭促进了土壤中原有的闭蓄态磷向有效磷转化（李艳春，2017），且两种材料的生物质炭均表现为细粒径的有效磷含量最高，这可能是因为生物质炭粒径越小孔隙度越大，给微生物提供更大的附着空间，使微生物活性提高，进而增加了土壤有效磷的质量分数。此外，本研究还发现生物质炭的添加均显著提高了土壤有效钾的质量分数，且海鲜菇表现为细粒径的有效钾质量分数最高，而秀珍菇表现为中粒径的有效钾质量分数最高，这可能是因为生物质炭材料不同而导致有效钾质量分数存在差异性。另外，生物质炭施入土壤后，会使自身含有氮、磷、钾等营养元素释放到土壤中，进而提高了土壤养分（张志军等，2020）。土壤综上可知，生物质炭处理能显著提高pH值、DOC及速效养分的质量分数，且较小粒径的提升效果比粗粒径好。

3.2 不同粒径生物质炭处理对土壤有效态重金属的影响

生物质炭因比表面积大、孔隙度高、性质稳定而被用于去除土壤和水中有机和无机污染物（杨萌等，2020）。本试验研究发现生物质炭的添加显著降低了TCLP浸提态Cd、Zn、Pb的质量分数，一方面，可能是因为生物质炭具有巨大的比表面和孔隙度，通过吸附机理，使更多的重金属离子与生物质炭自身含有的酚羟基、羧基发生络合/螯合作用（高天一等，2019），进而通过吸附链条将有效态重金属钝化为稳定的重金属形态，最终降低了有效态重金属的赋存形式。另一方面，生物质炭自身呈碱性，能有效降低土壤的酸性，这有利于有效态重金属钝化为稳定的残渣态，进而降低了有效态重金属的的质量分数。本研究还发现，粒径较小的生物质炭处理比粗粒径处理的重金属钝化降低更显著，可能是因为生物质炭粒径越小，孔隙度越大，静电吸附力增强，使生物质炭表面吸附、络合和阳离子π键等作用增强（邹小玲等，2019），进而增强了重金属离子的钝化反应；此外，生物质炭粒径越小，则比表面积、持水力增加，这使生物质炭表面的附着位点增加，进而增加了微生物的栖息附着点，同时也能吸附更多的营养物质（Tang et al.，2016），由此促进微生物分泌出更多的酶降解转化重金属离子，使重金属离子被转化为微生物可吞食态，因此，细粒径生物质炭比粗粒径生物质炭钝化效果好。

3.3 不同粒径生物质炭处理对土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤代谢反应过程中的重要参与者，土壤有机质在各种酶促反应下释放出各种植物养分（刘悦畅等，2020），土壤酶活性的高低对于促进土壤养分循环具有重要积极意义。本试验研究发现，生物质炭的添加均显著增强了土壤脲酶、转化酶、蛋白酶的活性，且均表现为细粒径处理酶活性最高。一方面，可能是因为生物质炭粒径越小，其比表面积越大，促使酶反应底物附着于生物质炭表面的作用越强，提高了酶活性，加之小粒径生物质炭较高的比表面积和孔隙度为微生物的生存提供了生长繁殖的多尺度生态位（Williams et al.，2009），这为土壤菌群提供适宜的生存环境，因而促进微生物分泌更多的酶；另一方面，生物质炭的分解作用可为土壤提供养分、转化土壤氮素，促进土壤微生物生长繁殖，分泌更多的土壤酶（包建平等，2020）。本试验还发现，生物质炭的添加显著降低了土壤磷酸酶的活性，且细粒径的酶活性最低。一方面，可能是因为细粒径生物质炭表面发达的多孔结构能吸附更多的反应底物，会对酶、营养物质及微生物产生共定位和吸附效应，加之小粒径生物质炭表面具有更高的电势，能吸附大部分酶和底物，进而降低磷酸酶活性（胡华英等，2019）；另一方面，生物质炭的添加在提升了土壤速效磷的同时会一定程度上抑制磷酸酶酶促反应（韩志旺等，2021）。以上表明，生物质炭处理会不同程度的影响土壤酶活性，其中细粒径生物质炭的影响程度比粗粒径大。

3.4 不同粒径生物质炭处理对土壤细菌多样性和群落组成的影响

细菌群落多样性指数可反映细菌的物种丰度（Ameloot et al.，2013），本研究发现生物质炭的添加均显著提高了土壤中微生物的Chao1和ACE多样性指数，可能是因为生物质炭的多孔结构为微生物提供多样性的生存环境，加之生物质炭通过静电作用吸附较多的营养物质，为微生物提供了多样性食物（吉春阳等，2021），因此，生物质炭的添加有利于多种微生物生长繁殖，进而提高了生物多样性指数。本研究还发现，与粗粒径相比，较小粒径生物质炭能更好的提升微生物多样性，一方面，可能是因为生物质炭粒径越小，比表面越大，空隙分布均匀，从而增加了许多新的吸附位点（邹小玲等，2019）；另一方面，粒径小的生物质炭能更好的提高微生物吸附大量的营养物质以供微生物吞噬利用养分物质，综上，小粒径生物质炭对细菌群落多样性的提高比粗粒径生物质炭效果好。

本研究中，生物质炭的添加显著增加了Streptomyces、Actinophytocola、Pseudonocardia、Micromonospora等17个菌属的相对丰度。有研究显示，以上增量优势菌属大多对重金属有较强的耐受性，同时也能有效促进植物的生长，如Streptomyces在植物促生、重金属耐受性等方面具有重要作用，能促进植物生长和增强植物抗病性，对于一些致病菌具有较强的拮抗作用（陈越渠等，2021），Terrabacter具有溶磷、固氮、铁载体产生、淀粉水解等特性，能降解减少土壤中复杂的有害物质，并对重金属具有有较强的适应能力（刘冰冰等，2020）；Paenarthrobacter具有较强的磷降解作用，通过代谢物有机酸对不溶性磷酸盐进行溶解，将产酸菌可作为土壤污染修复剂（姬文秀等，2019），Pseudarthrobacter菌群能够通过自身的分泌物（如呵哚乙酸、1-氨基环丙烷-1-羧酸、脱氨酶）和溶磷等有效促进植物生长，进而提高了植物对重金属的抗性，Sinomonas对单环芳烃有较高降解能力，以此提高植物的耐毒性，Blastococcus能分解顽纤维素、木质素等顽固型有机物，也能促进植物生长和控制土壤疾病传播（Zarate et al.，2021）。Nitrobacter和Bradyrhizobium参与土壤反硝化过程，有助于铵态氮向硝态氮转化，提高氮素有效性（董达等，2021），综上可知，生物质炭的施加能够有效促进降解菌、土著菌等有益菌的生长，尤其是小粒径生物质炭增强作用最好，一方面，较小粒径生物质炭表面能栖息大量的微生物，从而显著增强微生物自身代谢分泌等作用，以此强化土壤养分转化，另一方面，较小生物质炭为微生物提供大量营养物质，微生物通过分解营养物质的同时也为植物生长发育提供必要的营养，进而增加土壤肥力（袁仁文等，2020），以此促进植物生长的同时也加强了污染土壤的修复能力。

通过相关分析发现，添加生物质炭后增加的细菌群落属水平丰度与 pH及土壤速效养显著正相关，与重金属含量显著负相关。有研究表明，土壤pH、养分含量以及重金属等环境因子是影响土壤细菌组成和群落结构的重要因子，且重金属毒害会抑制微生物的生长繁殖（周显勇等，2019）。说明土壤微生物群落的变化能够反应土壤肥力的水平，同时也可作为重金属污染修复过程中的生物指示指标。本研究表明，生物质炭能够改善污染土壤微生态环境改变土壤细菌群落，且这种改善与土壤环境因子的改变有关。