生物炭对黄瓜土壤真菌代谢的影响研究

牛振宇，赵慧超，于思源，王红玥，于 源，李东颖，王雪玉

（内蒙古农业大学职业技术学院，内蒙古 包头 014109）

黄瓜是一年生的葫芦科草本植物，喜温，不耐寒，生长适宜温度为10～32℃，适宜土壤湿度一般在60%～90%之间。黄瓜一直以来都是市面上畅销的农产品[1]。随着设施农业的发展，日光温室栽培在我国黄瓜周年供应上发挥了重要作用[2]。但实际生产中，种植者为了追求高产高效，经常在同一地块连续种植同种蔬菜，导致设施栽培连作障碍逐年加重[2]。大致来说，连作障碍对种植作物的影响可归为土壤理化作用和病原微生物作用2 个方面。作物连续种植使病原微生物富集，作物病害加重，产质量下降[3-5]。

生物炭是一种作为土壤改良剂的木炭，能帮助植物生长。在土壤中施入生物炭可以促进秸秆还田土壤细菌群落演替[6]，提高土壤保肥、持水能力[7-12]，增加作物对营养物质的吸收[13]，从而改善土壤理化性质，促进作物生长。

目前，国内外对生物炭影响设施作物土壤养分[14]、酶活性[15]、微生物[16]等方面的研究报道较多，但有关生物炭对黄瓜土壤真菌代谢影响的研究相对较少。基于此，笔者以嫁接黄瓜为研究对象，采用日光温室栽培模式，通过在栽培基质中添加不同量的生物炭，探究生物炭对黄瓜根际土壤真菌代谢的影响，为生物炭在黄瓜栽培上的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设计

试验于2022 年3—7 月在内蒙古农业大学职业技术学院科技园区8-1 日光温室及园艺园林技术系园艺作物栽培实验室中进行。供试黄瓜品种为春光2 号，是黑籽南瓜嫁接苗。温室为钢骨架拱圆形大棚，跨度6.5 m，长50.0 m，脊高3.2 m。黄瓜水分管理按当地正常管理进行。根据生物炭的用量，试验设6 个处理，具体见表1。

表1 各处理生物炭用量

1.2 测定项目及方法

1.2.1 平均颜色变化率（AWCD）及多样性测定

在黄瓜结果初期，各处理分别选取3 株黄瓜，每株取200 g 根际土壤，装入塑料袋带回实验室处理。各处理分别称量20 g 土壤样品，加入200 mL 生理盐水摇匀，静止10 min，然后稀释1 000 倍，接种菌悬液至生态板中连续培养1 周。参照王晓玥等[17]的方法进行平均颜色变化率（AWCD）及多样性测定。

1.2.2 真菌丰度测定 采用ITS序列来检测样品的真菌菌群多样性[18-21]，由上海睿铂赛生物科技有限公司完成。采用RDP（Ribosomal Database Project）数据库对真菌进行分类及真菌丰度分析。

1.3 数据分析

试验数据采用Excel 2003 软件进行分析整理，采用SPSS 27.0 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理土壤真菌群落功能平均颜色变化率（AWCD）

由图1 可知，BT3 处理AWCD 值最大（1.89），效果最好，其次是BT5 处理，为1.67，而BT2 处理的AWCD 值最低；BT1 和BT2 处理间相差不大，没有明显的差异，BT3 和BT2 处理间相差很大，呈现显著差异。

图1 不同处理土壤真菌群落功能AWCD

2.2 不同处理土壤真菌多样性的比较

从表2 可以看出，BT5 处理的丰富度指数最高，为3.5，其次为BT3 处理，为3.4，两者之间差异较小。BT2 处理最低，为2.6，与其他处理相比显著差异。从优势度指数可以看出，除BT1 处理外，加入生物炭后土壤真菌的优势度均有所提高，尤其是BT2、BT4 处理，分别为40.6 和44.1，其中BT4 处理高于其他5 个处理，与优势度最低的BT1 处理相比差异显著，但BT1 处理和BT5 处理之间差异不明显。从均匀度指数来看，BT5 处理的均匀度指数最高，为9.6，其次为CK、BT4，最低的是BT3 处理，为8.3，而BT2 与BT3 的差异不显著，但二者均显著低于其他处理。

表2 不同处理土壤真菌多样性的比较

2.3 不同处理土壤真菌在科分类水平的丰度比较

由表3 可知，在科分类水平上，优势菌群为Incertae sedis 27、 小 囊 菌 科（Microascaceae）、毛 球 壳 科（Lasiosphaeriaceae）、 爪 甲 团 囊 菌 科（Onygenaceae），分别占全部菌落的比例为5.0%、5.0%、3.5%、3.7%，从各处理真菌各科的丰度来看，与对照相比，添加生物炭的处理均可显著提高小囊菌科、毛球壳科、爪甲团囊菌科的丰度。综合比较可知，BT3 处理的3 个优势菌群丰度最高，BT1 处理的真菌丰度较高。

表3 真菌在科分类水平的丰度比较

3 讨 论

3.1 生物炭对土壤真菌群落AWCD 的影响

平均颜色变化率（AWCD）是反映样品中真菌群落碳源利用率，表征真菌群落代谢活性的重要指标之一。试验结果表明，在黄瓜栽培基质中添加一定量的生物炭后，土壤真菌群落功能AWCD 值发生了变化。BT2 处理的AWCD 值比较低，说明了土壤真菌没有充分利用碳源，群落代谢功能比较弱，而BT3 处理AWCD 值最大，说明了土壤真菌开始大量利用碳源，繁殖速度越来越快，提高了土壤真菌的群落代谢功能。在试验中，生物炭的添加效果非常突出，可以看出，生物炭可以通过改变土壤通气性和持水能力，最终改变土壤真菌群落功能[22-23]。

3.2 生物炭对土壤真菌多样性的影响

从表2 可以看出，添加生物炭后，土壤真菌的丰富度指数发生了变化，BT5 处理的丰富度指数最高，对比其他处理，其施用量可以提高真菌丰富度，有利于改良土壤。添加生物炭还会影响根际土壤真菌的优势度，其中BT4 的优势度指数高于其他5 个处理。同时添加生物炭后也增加了均匀度指数，表现突出的为BT5 处理。

综合分析表明，添加生物炭20 t/hm2AWCD 值最大，可作为黄瓜生产中参考应用；添加生物炭30 t/hm2处理的丰富度指数最高；添加生物炭10 t/hm2可显著提高真菌在科分类水平的丰富度。由此可知在土壤中添加一定量（10、20 和30 t/hm2）的生物炭后，不仅提高了土壤真菌群落的代谢能力，而且提高了土壤真菌的均匀度指数、优势度指数和丰富度指数，同时还提高了土壤真菌的多样性。因此，在种植黄瓜的时候，可以适量添加生物炭。