2022, Vol. 43
西北干旱地区属于温带大陆性气候, 年降水量少, 蒸发强度大, 淡水资源匮乏, 但有较为丰富的微咸水资源, 可以缓解农业用水短缺的问题[1, 2].微咸水灌溉对土壤理化性质和微生物群落的影响已有大量研究, 这为农业生产合理利用微咸水资源提供了科学依据.有研究表明, 微咸水灌溉短期内对土壤影响较小, 但长期灌溉会向土壤中输入大量可溶性盐分, 随着高强度的土面蒸发和植物蒸腾, 盐分向土表聚集, 逐年累积形成盐渍化土壤[3], 此外, 盐分离子Na+和Cl-等进入土壤会使土壤容重增加, 孔隙度降低, 通气透水性变差, 易板结, pH升高[4, 5], 影响土壤对大量元素的转移和吸收利用, 降低土壤有机质含量, 恶化土壤环境, 危害作物生长[6].真菌群落在土壤生态平衡、氮素转化、养分循环和能量传递过程中起着重要作用[7, 8].土壤真菌群落结构多样性依赖于土壤环境, 盐渍化土壤会直接影响真菌群落活性和结构组成[9, 10].有研究表明, 土壤pH、含水量及其养分能通过改变土壤理化性质影响真菌群落结构多样性[7].
施用生物炭和秸秆还田是改善土壤盐渍化和提高土壤真菌活性的重要措施.生物炭作为常用土壤改良材料, 含碳量高, 比表面积大, 容重小, 孔隙度丰富, 具有良好的吸附性能[11, 12], 为真菌生存提供栖息地, 利于真菌生长繁殖[13].生物炭施用可降低土壤容重, 有效提升土壤速效钾、速效磷和有机碳含量, 在一定程度上改变土壤养分含量[14~16].我国秸秆资源丰富, 作物秸秆中含有多种营养元素, 可以较好地为土壤提供养分, 粉碎秸秆与土壤颗粒间形成的大孔隙, 可调节土壤水、肥、气、热状况[17], 秸秆还田增加土壤有机碳含量, 利于有机质胶结, 促进良好土壤结构形成, 降低土壤容重, 进而为土壤真菌营造良好的生存环境[18, 19], 也有研究表明秸秆还田能有效缓解滥用氮肥对土壤造成的一系列问题[20].生物炭和秸秆中都含有机碳, 而有机碳作为改善土壤环境的主要因子, 可对真菌群落产生激发效应, 从而促进土壤养分循环, 提高土壤真菌群落活性.
目前, 微咸水灌溉方面, 研究大多集中在水盐运移与作物产量, 生物炭和秸秆方面, 主要研究施用其对土壤理化性质和真菌群落结构多样性的影响, 而在微咸水灌溉条件下, 生物炭和秸秆的施用对土壤真菌群落结构多样性影响相关的研究还很少.本研究通过分析微咸水灌溉条件下, 施用生物炭和秸秆还田对土壤理化性质、真菌群落结构的影响, 阐明生物炭和秸秆还田对微咸水灌溉土壤的改良作用, 以期为干旱区合理利用微咸水资源、有效培肥改良土壤和提高农业生产力提供科学的依据.
1 材料与方法 1.1 试验点概况本研究在石河子大学农学院试验站(44°18′ N, 86°02′ E)进行, 试验站土壤类型为灰漠土, 种植作物为新陆早52号棉花.该地区水资源短缺, 典型的干旱荒漠气候, 年均蒸发量(1 000~1 500 mm)远大于年均降水量(180~270 mm).本研究开展前(2009年)土壤基础理化性质如下：土壤电导率(EC1∶5)为0.13 dS·m-1, 土壤pH1∶2.5为7.9, 容重为1.27 g·cm-3, ω(速效钾)为253 mg·kg-1, ω(全氮)为1.1 g·kg-1, ω(速效磷)为25.9 mg·kg-1, ω(有机质)为16.8 g·kg-1.
1.2 试验设计本研究开始前已连续开展多年微咸水田间滴灌试验(2009~2018年), 灌溉水盐度(电导率)均为4.61 dS·m-1(表示微咸水灌溉水质).于2019年开始向土壤中添加棉花秸秆生物炭和棉花秸秆, 其中棉花秸秆生物炭和棉花秸秆的用量采用等碳量设计, 棉花秸秆生物炭用量为3.7 t·hm-2, 棉花秸秆用量为6 t·hm-2, 以微咸水灌溉作为对照, 施用生物炭和秸秆作为不同处理(分别用CK、BC和ST表示).微咸水通过向淡水中添加NaCl和CaCl2(质量比1∶1)获得, 各处理氮肥施用量(以N计)为360 kg·hm-2.本试验为完全随机区组试验设计, 每个处理重复3次, 共计9个试验小区, 每个试验小区面积25 m2.
在每年4月中旬采用干播湿出法种植棉花, 9月中下旬收获, 栽培过程一般是采用覆膜栽培, 一膜3管6行, 行距配置为(60+10)cm, 播种密度22.2万株· hm-2.本次试验于2020年4月25日播种, 为保证棉花正常出苗, 播种后向每个处理滴出苗水30 mm.在棉花整个生育期内共灌水9次, 灌水时间从6月中旬开始至8月下旬结束, 灌水周期为7~10 d, 灌溉定额为450 mm.在棉花生长期间共施肥6次, 各处理施氮、磷、钾肥用量一致, 其中磷、钾肥全部用做基肥, 磷(P2O5)施用量为105 kg·hm-2, 钾(K2O)施用量为60 kg·hm-2; 氮肥(尿素N≥46.4%)随水滴施, 其它田间管理措施参照当地大田生产.
1.3 样品采集与处理2020年在棉花花铃期采集耕层(0~30 cm)土壤样品, 在每个试验小区的棉花行内分别随机选择3个采样点, 土样均匀混合并去除细根、杂物.采集的土壤样品分为两个部分, 一部分为新鲜土壤样品, 置于冰盒中, 立即带回实验室, 放入-80℃冰箱中储存, 用于土壤真菌群落多样性的测定, 另一部分土壤样品用于盐分、pH值、容重、速效钾、速效磷、全碳和全氮的测定.
1.4 土壤理化性质测定土壤电导率(EC1∶5)测定采用电导法, 土壤容重测定采用环刀法, 土壤pH测定采取pH计法(土水比1∶2.5), 土壤全碳采用MultiN/C2100TOC/TN仪测定, 土壤全氮采用半自动凯氏定氮仪测定, 土壤速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定, 土壤速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度计法测定.
1.5 土壤真菌群落多样性的测定 1.5.1 DNA提取和PCR扩增将保存于-80℃冰箱中的土壤样品取出, 称0.25 g于Power soil DNA分离试剂盒中(MoBio San Diego, USA), 根据操作说明, 提取土壤真菌总DNA, 用紫外可见分光光度计对DNA的数量测定, DNA质量用琼脂糖凝胶电泳法测定, 提取的DNA要保存在-20℃, 防止其降解.真菌主要是基于ITS区, 使用Unite数据库, 分析真菌群落的分类学组成, 选择18S rRNA基因的整个区域进行扩增, 并对PCR产物进行高通量测序.用正向引物ITS5-1737F(5-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3)和反向引物ITS2-2043R(5-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3)对真菌内部转录间隔区(ITS)进行PCR扩增.通过制备模板的PCR反应体系进行3次PCR反应, PCR反应过程：在94℃温度下初始变性10 min, 再变性1 min, 温度为55℃时退火1 min, 温度为72℃时进行延伸2 min, 共进行25个循环, 循环结束后在72℃温度下进行最终延伸10 min[21].
1.5.2 Illumina MiSeq测序DNA提取和PCR扩增结束后对其产物进行纯化、定量和均一化处理, 使其形成测序文库, 建好的文库先进行质检, 对合格的文库用紫外分光光度计进行测序.通过碱基识别转化为原始序列, 再进行拼接、质控过滤操作, 得到高质量的Tags数据, 去除嵌合体, 最终得到有效数据.
1.6 数据分析通过SPSS统计软件包(version SPSS.26.0)进行相关性分析和方差分析, 显著水平为0.05, 用Duncan法(P < 0.05)对处理间进行多重比较, 采用Tukey检验确定组间有显著性差异(P < 0.05).使用UPARSE软件(version 7.1), 在相似度为97%的水平进行OTU聚类; 使用UCHIME软件(v4.2)获得最终有效数据, 并对数据均一化处理, 对土壤真菌群落多样性分析, 用QIIME在97%的相似度水平下进行聚类分析, 并基于UNITE数据库, 对OTU进行注释, 并分析β多样性; 使用Mothur软件分析真菌样品α多样性并将样品所含序列数进行标准化处理; 通过视觉基因组学计算线性判别分析(LDA)效应大小(LEfSe)确定差异物种分类[22]; 使用R语言vegan包对真菌群落进行NMDS和RDA分析.
2 结果与分析 2.1 生物炭和秸秆还田对理化性质的影响生物炭和秸秆还田显著改变土壤理化性质(表 1).与CK处理相比, BC处理显著增加土壤pH、全碳(TC)、速效钾(AK)和速效磷(AP)含量, 分别增加0.64%、9.52%、5.52%和116.12%, 但显著降低土壤电导率(EC1∶5), 降低20.71%; ST处理显著增加AK和AP的含量, 分别增加2.61%和79.01%, 但显著降低土壤容重(BD)和EC1∶5, 分别降低4.17%和64.50%.
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表 1 不同处理对土壤理化性质的影响1) Table 1 Effects of different treatments on soil physical and chemical properties |
2.2 生物炭和秸秆还田对土壤真菌群落多样性的影响
在微咸水灌溉的条件下, CK和BC、ST处理土壤的OTUs覆盖了99%以上的土壤真菌, 能较真实地反映土壤真菌群落的多样性(表 2).与CK处理相比, 施用生物炭和秸秆一定程度上降低Shannon和Simpson指数, 增加Chao1和ACE指数, 说明施用生物炭和秸秆对土壤真菌群落物种多样性有降低趋势, 对土壤真菌群落物种丰富度有增加趋势.
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表 2 不同处理的土壤真菌群落丰富度和多样性指数1) Table 2 Richness and diversity index of soil fungal community in different treatments |
CK、BC和ST处理总OTUs数为2916, 共有OTUs数为768, 占总OTUs的26.34%(图 1).CK处理具有特异的OTUs个数为567, 占总OTUs的19.44%, BC处理具有特异的OTUs个数为377, 占总OTUs的12.93%, ST处理具有特异的OTUs个数为538, 占总OTUs的18.45%. 3个处理中担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)和罗兹菌门(Rozellomycota)是共有OTUs和特有OTUs中的优势菌门, Aphelidiomycota是CK和ST处理所特有的菌门, Basidiobolomycota是BC和ST处理所特有的菌门.
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图 1 土壤真菌群落OTUs的维恩图 Fig. 1 Venn diagram of OTUs of the soil fungal communities |
非度量多维尺度分析(NMDS)揭示了微咸水灌溉条件下, 土壤真菌群落在施入生物炭、秸秆以及对照水平上的变化(图 2).压力值(stress)为0.101, 表明排序结果良好, 从处理分布看, ST处理位于第一、四象限, CK和BC处理位于第二、三象限, 在第1主成分上, CK和BC处理间样本有交叉, 而与ST处理分离, 说明不同处理间土壤真菌群落有相似性, 也存在差异性.
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图 2 土壤真菌群落的主成分分析(NMDS) Fig. 2 Analysis of NMDS in fungal communities |
通过对土壤真菌群落在门水平上进行分类(图 3), 其优势菌门为：子囊菌门(Ascomycota)(平均值1)为72.45%), 其次是被孢霉门(Mortierellomycota)(平均值为4.61%)、担子菌门(Basidiomycota)(平均值为3.82%)、壶菌门(Chytridiomycota)(平均值为1.44%)、球囊菌门(Glomeromycota)(平均值为1.16%).与CK处理相比, BC处理增加子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)的相对丰度, 分别增加3.93%、14.41%、3.08%和17.13%, 降低壶菌门(Chytridiomycota)的相对丰度, 降低5.80%; ST处理增加子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)的相对丰度, 分别增加了0.81%、19.24%、29.37%和120.92%, 降低壶菌门(Chytridiomycota)的相对丰度, 降低15.63%.
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图 3 土壤真菌群落门水平热图 Fig. 3 Heatmap of dominant fungal phyla in soil under different treatments |
对非土壤真菌优势菌门而言, 与CK处理相比, BC处理显著增加土壤真菌根肿菌门(Entorrhizomycota)、油壶菌门(Olpidiomycota)和毛霉亚门(Mucoromycota)的相对丰度, 但显著降低单毛壶菌门(Monoblepharomycota)和Zoopagomycota的相对丰度; ST处理显著增加土壤真菌芽枝霉门(Blastocladiomycota)、根肿菌门(Entorrhizomycota)、油壶菌门(Olpidiomycota)、毛霉亚门(Mucoromycota)、罗兹菌门(Rozellomycota)、Calcarisporiellomycota和Kickxellomycota的相对丰度, 但显著降低单毛壶菌门(Monoblepharomycota)和Zoopagomycota的相对丰度.
通过分析优势真菌门与土壤理化性质间的相关性(表 3), 仅球囊菌门(Glomeromycota)与土壤容重呈显著负相关关系.
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表 3 土壤优势真菌门与土壤理化性质相关性1) Table 3 Correlation between soil dominant fungi and soil physicochemical properties |
2.4 生物炭和秸秆还田对土壤真菌群落属水平的影响
通过对土壤真菌群落在属水平上进行分类(图 4), 其优势菌属为：毛壳菌属(Chaetomium)(平均值为16.79%)、赤霉菌属(Gibberella)(平均值为15.19%), 其次是Nectriaceae_unidentified(平均值为5.93%)、镰刀菌属(Fusarium)(平均值为3.97%)、Idriella(平均值为3.67%)、被孢霉属(Mortierella)(平均值为3.64%).与CK处理相比, BC处理增加毛壳菌属(Chaetomium)、Nectriaceae-unidentified和镰刀菌属(Fusarium)的相对丰度, 分别增加14.18%、87.44%和17.88%, 降低赤霉菌属(Gibberella)、Idriella和被孢霉属(Mortierella)的相对丰度, 分别降低0.52%、60.97%和0.20%; ST处理增加毛壳菌属(Chaetomium)和被孢霉属(Mortierella)的相对丰度, 分别增加115.45%和28.47%, 降低赤霉菌属(Gibberella)、Nectriaceae-unidentified、Idriella和镰刀菌属(Fusarium)的相对丰度, 分别降低38.57%、11.66%、94.62%和32.77%.
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图 4 土壤真菌群落属水平热图 Fig. 4 Heatmap of dominant fungal genera in soil under different treatments |
对非土壤真菌优势菌属而言, 与CK处理相比, BC处理显著降低土壤葡萄穗霉属(Stachybotrys)、Pseudombrophila和弯孢菌属(Curvularia)的相对丰度, 但显著增加Preussia、Mycena和Ascobolus的相对丰度; ST处理显著降低土壤葡萄穗霉属(Stachybotrys)、Pseudombrophila、弯孢菌属(Curvularia)、链格孢属(Alternaria)、Rhizophlyctis和Sarocladium的相对丰度; 但显著增加Preussia、Mycena、Ceratocystidaceae_unidentified、Coemansia、Chaetomiaceae_unidentified、Glomeraceae_unidentified和Psathyrellaceae_Coprinellus的相对丰度.
通过分析优势真菌属与土壤理化性质间的相关性(表 4), 赤霉菌属(Gibberella)仅与土壤电导率呈显著正相关关系; Idriella与容重和电导率呈显著正相关关系, 而与速效磷含量呈显著负相关关系.
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表 4 土壤优势真菌属与土壤理化性质相关性1) Table 4 Correlation between soil dominant fungi and soil physicochemical properties |
2.5 土壤真菌群落的LEfSe差异分析
使用LEfSe分析(LDA得分>3.5, P < 0.05)进行组间比较(图 5), 红色节点代表对照(CK)组别中起重要作用的类群, 绿色节点代表秸秆还田组别中起重要作用的类群, 在LDA得分＞3.5时, 不显示BC组别的差异类群.微咸水灌溉条件下, 土壤真菌共有11个显著差异物种, 其中CK组别6个, ST组别5个, 表明施用生物炭和秸秆降低土壤真菌潜在的生物标志物数量.CK组别中的主要判别真菌类群是目水平的Xylariales, 科水平的Microdochiaceae, 属水平的Curvularia和Idriella, 种水平的Curvularia_sp和Idriella_sp; ST组别的主要判别真菌类群是纲水平的Kickxellomycetes, 目水平的Kickxellales, 属水平的Coemansia和Mrakia, 种水平的Coemansia_interrupta.
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图 5 土壤真菌群落的LEfSe差异分析 Fig. 5 LEfSe analysis of soil fungal communities |
对土壤环境因子和真菌群落门水平进行RDA分析, 第一轴的解释变异量为60.44%, 第二轴的解释变异量为20.62%, 两轴共解释总变异的81.06%(图 6).环境因子方面, 土壤容重与土壤电导率和pH呈锐角, 属于正相关关系, 与土壤全碳、全氮、速效钾和速效磷呈钝角, 属于负相关关系.真菌群落与土壤理化性质方面, 球囊菌门(Glomeromycota)和Kickxellomycota与土壤容重呈显著负相关关系; Zoopagomycota与土壤全氮呈显著负相关关系; Monoblepharomycota与土壤速效钾呈显著负相关关系.
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图 6 土壤真菌门水平群落结构与土壤理化性质间RDA分析 Fig. 6 RDA analysis of soil fungal phylum communities and soil environmental factors |
对土壤环境因子和真菌群落属水平进行RDA分析, 第一轴的解释变异量为66.49%, 第二轴的解释变异量为20.62%, 两轴共解释总变异的87.11%(图 7).环境因子方面, 土壤容重与土壤电导率和pH呈锐角, 属于正相关关系, 与土壤全碳、全氮、速效钾和速效磷呈钝角, 属于负相关关系.真菌群落与土壤理化性质方面, 赤霉菌属(Gibberella)与土壤电导率呈显著正相关关系; Idriella与土壤容重呈显著正相关关系, 与土壤电导率呈极显著正相关关系, 但与土壤速效磷含量呈显著负相关关系; Chaetomiaceae-unidentified与土壤电导率呈极显著负相关关系; 链格孢属(Alternaria)与土壤全氮呈显著正相关关系; 弯孢菌属(Curvularia)与土壤电导率呈极显著正相关关系, 与土壤速效钾和速效磷呈显著负相关关系; Coemansia与土壤容重呈显著负相关关系.真菌群落属水平结构与土壤电导率(解释度27.79%, P=0.048)和土壤全氮(解释度8.19%, P=0.046)存在显著相关关系, 与其他理化性质无显著相关关系.
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图 7 土壤真菌属水平群落结构与土壤理化性质间RDA分析 Fig. 7 RDA analysis of soil fungal genus communities and soil environmental factors |
微咸水作为灌溉用水, 缓解淡水资源不足给农业生产带来的压力, 但长期微咸水灌溉会使土壤盐渍化程度加重, 危害土壤生态系统健康, 最终影响作物产量.施用生物炭和秸秆还田可以降低长期微咸水灌溉对土壤的危害, 本研究发现施用生物炭降低土壤电导率, 可能是生物炭的多孔结构, 使盐离子吸附在其表面或孔隙中, 降低土壤含盐量, 也可能是生物炭改变了土壤孔隙状况, 提高土壤透水性, 促进盐分淋洗, 从而降低土壤含盐量[23].本研究表明施用生物炭增加土壤pH、全碳、速效钾和速效磷含量, 原因是生物炭中含有碱性物质, 一般呈碱性, 且特殊的结构能将盐基离子吸附在表面, 使土体中含有较多碳酸盐和碳酸氢盐, 水解后产生OH-, 从而提高土壤pH[24]; 全碳含量增加是因为生物炭中有机质碳含量高且属于惰性碳库, 不易分解[25]; 速效磷含量增加, 是因为生物炭较强的吸附性和阳离子交换作用能减少土壤中磷的转移[26, 27], 速效钾含量增加可能是生物炭施入土壤产生的正负电荷, 降低养分的淋洗损失, 将养分滞留在土壤中所致[28, 29].本研究中秸秆还田降低土壤容重和电导率, 可能是秸秆还田增加土壤孔隙度, 创造了疏松耕层, 秸秆分解产生的腐殖酸类物质促进团粒结构的形成, 从而降低容重[30]; 但增加土壤速效钾和速效磷含量, 是因为秸秆还田为土壤带来大量活性碳和氮, 有效防止盐分在表土积聚[31], 形成良好土体结构, 增加保肥性能[32], 秸秆分解产生有机酸等物质, 可以提高磷素在土壤中有效性, 且存在离子态钾素, 易被淋洗补给土壤, 增加土壤速效钾含量[33, 34].
3.2 生物炭和秸秆还田对土壤真菌群落结构的影响施用生物炭和秸秆还田能够通过改变土壤理化性质, 改善土壤结构, 进而调节土壤真菌群落结构和多样性.本研究表明, 施用生物炭和秸秆对土壤真菌群落丰富度有增加趋势, 而对真菌群落多样性有降低趋势, 可能是生物炭结构稳定, 主要成分为芳香烃, 属惰性碳库, 不易分解, 对土壤真菌作用较为缓慢[35, 36], 也可能是秸秆中大量含碳物质, 改变土壤的碳氮比, 土壤中没有充足的氮, 使农作物和真菌出现“争氮”现象, 从而限制真菌生长[37~39].
真菌具有很强的分解能力, 能分解糖类和纤维素等物质, 从而积累土壤中的有机质, 还能改变植物根际微环境, 增加作物的抗病性[40, 41].本研究发现子囊菌门、被孢霉门、担子菌门、壶菌门和球囊菌门为土壤真菌优势菌门, 施用生物炭均使土壤真菌优势菌门相对丰度增加, 秸秆还田降低壶菌门的相对丰度, 阎海涛等[42]也发现子囊菌门和担子菌门是土壤真菌优势菌门, 且生物炭的添加增加子囊菌门的相对丰度.本研究表明毛壳菌属、赤霉菌属、镰刀菌属、Idriella和被孢霉属是土壤真菌群落的优势菌属, 施用生物炭和秸秆还田均增加毛壳菌属相对丰度, 降低赤霉菌属和Idriella相对丰度, 此外, 生物炭还增加镰刀菌属相对丰度, 降低被孢霉属相对丰度, 而秸秆还田降低镰刀菌属的相对丰度, 增加被孢霉属的相对丰度.本研究发现在微咸水灌溉条件下Monoblepharomycota、Chytridiomycota、Zoopagomycota、Stachybotrys、Pseudombrophila、Idriella和Curvularia为丰度较高的菌种, 其中, 壶菌门作为有益菌, 可促进土壤有机质增加, 这很好地解释了前文中微咸水灌溉下土壤有机质较初始值有增高的现象, 而葡萄穗霉属和弯孢菌属是土壤有害真菌, 葡萄穗霉属菌株在纤维和钙质较多的潮湿环境分布较多, 是能产生多种毒素的腐生菌[43], 弯孢菌属是一类植物病原菌, 种类繁多, 主要危害禾本科作物[44].
土壤真菌对土壤微生态以及植物的生长起着重要作用.本研究通过分析土壤真菌群落与理化性质间的相关关系, 发现真菌球囊菌门与土壤容重呈显著负相关关系, 球囊菌门主要通过菌根与作物根系共生, 帮助植物吸收利用土壤中氮、磷等养分, 缓解不利环境对作物生长的危害, 提高作物对土传病害和干旱等生物及非生物胁迫的耐受性[45, 46]; 赤霉菌属与电导率呈显著正相关关系, 赤霉菌属是病原真菌, 能够危害作物生长[47]; Idriella与容重呈显著正相关关系, 与电导率呈极显著正相关关系, 与速效磷含量呈显著负相关关系; 子囊菌门与土壤pH呈正相关关系, 有研究表明子囊菌门与土壤pH呈正相关关系[48], 也有研究发现与土壤pH呈负相关关系[49], 这可能与当地土壤类型及土壤理化性质不同有关, 子囊菌门以腐生菌为主, 在土壤中以多种营养方式生存, 可将土壤中的有机物质分解成已被作物吸收的养分, 增加土壤有机质含量, 供作物吸收利用, 此外, 土壤中难以分解的纤维素和木质素也主要依赖于子囊菌[50, 51]; 担子菌门中的一些菌群易分解碳氮比高的木质素, 木质素含量升高会增加其相对丰度, 秸秆中富含较多的木质素, 通过激发作用, 增加担子菌门相对丰度[52]; 壶菌门的数量与高碳含量有较大相关性, 该菌种可以分解植物残体, 为土壤提供有机颗粒, 加强土壤养分循环[53]; 被孢霉是有益菌种, 可补充氮素、溶磷, 有机碳, 能促进植株生长, 提高作物抗病性[54]; 油壶菌门作为微咸水灌溉处理特有菌门, 可在植株根部进行寄生和释放有毒物质[55]; 根肿菌门作为秸秆还田处理的特有菌门, 可在作物根部形成瘿瘤, 危害作物生长[56].此外, 还发现镰刀菌属是重要作物病原菌之一, 其产生有毒物质会对作物产生不利影响[57, 58]; 毛壳菌属具有高效降解纤维素的能力, 在土壤碳循环和土壤改良中起重要作用[59, 60].由此说明施用生物炭和秸秆还田对多数微生物有积极影响, 但也存在增加土壤病害的风险.
本研究表明微咸水灌溉和施用生物炭两处理与秸秆还田处理真菌群落有明显的分离, 原因是生物炭和秸秆的输入改变了土壤环境, 进而影响真菌群落分布[61, 62], 这一结果说明秸秆还田对土壤真菌群落结构产生影响更大, 这与生物炭和秸秆性质有关.本研究发现施用生物炭和秸秆降低土壤真菌群落的潜在生物标志物的数量, 可能是生物炭和秸秆还田对土壤真菌既有直接作用又有间接作用, 可以为真菌提供良好生存条件, 直接影响真菌群落结构, 也可以通过改变土壤理化性质和质量, 进而影响真菌群落结构[63, 64].
4 结论长期施用生物炭显著提高土壤pH、TC、AK和AP含量, 显著降低土壤EC1∶5; 秸秆还田显著增加土壤AK和AP含量, 显著降低土壤BD和EC1∶5.与微咸水灌溉处理相比, 生物炭和秸秆还田改变土壤真菌的群落结构, 提高子囊菌门、被孢霉门、担子菌门和球囊菌门的相对丰度, 降低壶菌门的相对丰度, 降低潜在生物标志物数量.真菌群落与土壤理化性质相关性分析揭示了土壤EC1∶5和TN是影响真菌群落结构的主要驱动力.本试验探究了生物炭施用和秸秆还田对微咸水灌溉土壤理化性质及真菌群落结构的影响, 为干旱区农业发展及合理利用微咸水资源提供理论依据.
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