1、不同用量秸秆生物炭对辣椒疫病防控效果及土壤性状的影响 王光飞 马 艳 郭德杰 王秋君 曹云 宋修超（江苏省农业科学院农业资源与环境研究所，南京 210014）摘 要 采用盆栽试验研究了不同用量秸秆生物炭对辣椒疫病防控效果及土壤性状的影响，并解析生物炭用量、土壤性状与防控效果之间的关系。结果表明，随着生物炭用量的增加，土壤 pH 和有机质含量逐步上升，电导率、有效磷和速效钾含量迅速上升，而铵态氮和硝态氮含量变化较小。细菌、真菌及四种功能菌数量随着用量的增加而逐步增加，但辣椒疫霉数量呈现先上升后下降的趋势。土壤酶活方面，脲酶和 -葡糖苷酶逐步降低，FDA 酶和蔗糖酶则先上升后下降。微生物代谢能力、
2、微生物多样性及微生物均匀度均与用量呈倒 U 型曲线关系，在 1.33%用量下获得最高值。DGGE 图谱显示，低用量生物炭对微生物区系影响较小，而 1.33%和 2%用量则能显著改变微生物群落结构。0.33%、0.66%、1.33% 和 2%用量的防效分别是-9.8% 、8.6%、56.7%和 35.1%，与用量也呈倒 U 型曲线关系，1.33%生物炭用量对辣椒疫病的防效最好。一定范围内防效随生物炭用量的增加而增加，这可能是因为生物炭对土壤性状的改善作用，而随后防效下降，则与高用量生物炭对土壤性状产生的负面影响有关。关键词 秸秆生物炭；用量；辣椒疫病；土壤性状中图分类号 S157; S154.
3、3 文献标识码 A 生物质在无氧或缺氧条件下高温裂解产生的固体产物即为生物炭。生物炭具有比表面积大、孔隙度好、吸附能力强的特点，并且富含有机碳、矿质养分等，是一种集肥料、吸附剂和改良剂于一体的新型材料 1-2。已有很多报道表明，添加生物炭能改善土壤酸碱度、温室气体排放、物理结构、养分状况和微生物多样性及群落结构等等，并且对植株生长有促进作用 3-5。辣椒疫病是由辣椒疫霉菌（Phytophthora capsici L.）引起的一种世界性土传病害，蔓延迅速，致病性强，常在短期内爆发，造成辣椒生产的毁灭性破坏。辣椒疫病等土传病害病情程度不仅与病原菌数量相关，而且与土壤理化和生物学性状息息相关。近年
4、有不少关于生物炭防控番茄青枯病、芦笋根腐病和黄瓜猝倒病等土传病害的报道 4, 6，初步显示出生物炭在土传病害防控方面的潜力和发展前景。但鲜有文献将生物炭防控土传病害与其对土壤性状的影响进行联系和剖析。生物炭用量是影响生物炭防效的重要因素，Jaiswal 等 7和 Elmer 与 Pignatello8分别在研究生物炭防控立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）和芦笋枯萎菌（ Fusarium oxysporum f. sp. asparagi）引起的土传病害中，均发现一定范围内生物炭防控病害的效果随生物炭用量的增加而增加，但随后防效逐渐下降。本实验室前期研究显示，土壤添加 1%的秸秆
5、生物炭对辣椒疫病具有良好的防控效果 9，但不同生物炭用量下对病害的防控效果如何？防控效果受土壤中哪些性状影响？是否可以通过优化生物炭用量、调控土壤性状进而提高防控效果？等问题值得深入探究。鉴于此，本文研究了不同用量下生物炭对辣椒疫病的防控效果以及对土壤主要理化和微生物性状的影响，并解析生物炭用量、防控效果和土壤性状的关联性，不仅为利用生物炭防控辣椒疫病等土传病害提供参考用量，而且为 国家自然科学基金项目（31471949）和农业部公益性行业专项（201303023）共同资助 Supported by the National Natural Science Foundation of Chin
6、a (No. 31471949) and the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest(No. 201303023) 通讯作者 Corresponding author，E-mail：作者简介：王光飞（1988） ，男，江西婺源人，硕士，助理研究员，主要从事土壤微生物研究。E-mail:wy_收稿日期：年-月-日；收到修改稿日期：评价生物炭施用对土壤性状的影响提供理论依据，具有重要的生产实践指导作用和理论价值。1 材料与方法1.1 供试材料供试土壤是采自江苏淮安市黄码乡辣椒大棚的耕层土，质地为砂土。生物
7、炭由中国科学院南京土壤所谢祖彬研究员提供，由玉米秸秆经马弗炉 500厌氧裂解 1 h 所得，粉碎过 40 目筛后备用。土壤和生物炭基本理化性状见表 1。供试病原菌为辣椒疫霉病菌，由本实验室分离所得。供试辣椒品种为苏椒 5 号。表 1 供试土壤和生物炭基本性质Table 1 Basic properties of the soil and biochar in the experiment材料 Material全氮Total N(g kg-1)全磷Total P(g kg-1)全钾Total K(g kg-1)铵态氮NH4+-N(g kg-1)硝态氮NO3-N(g kg-1)有机质OM(g kg
8、-1)灰分Ash(g kg-1)EC(S cm-1) pH土壤 Soil 3.21 1.19 18.2 16.2 75.3 30.1 - 706.5 7.20生物炭 Biochar 6.28 1.25 38.7 7.1 12.8 365.5 324.2 5715.3 9.731.2 试验设计试验在江苏省农业科学院农业资环与环境研究所大棚内利用盆钵栽培的方式进行，自然光照，温度 2535。将制备好的辣椒疫霉游动孢子液喷洒加入土壤中，并拌匀，使得每 g 干土辣椒疫霉数量为 100 个游动孢子。再将试验土壤设以下 5 个处理：T0，空白对照，生物炭施用量为0%； T1，生物炭施用量为 0.33%；T
9、2，生物炭施用量为 0.66%；T3，生物炭施用量为1.33%； T4 ，生物炭施用量为 2%。生物炭按质量比加入土壤并拌匀。各处理土壤分装到圆口盆钵中，每盆 550 g 鲜土。每个处理 45 盆，每 15 盆为 1 个重复。土壤处理当天，每盆种植一颗六叶期辣椒苗。土壤处理时和栽植期间均未施肥。栽植前采集土壤样品进行理化指标分析，栽植后 32 d 采集各处理植株根际土样，进行理化、酶学和微生物学指标分析，栽植后 45 d 内定期统计发病率。1.3 测定项目与方法土壤常规理化指标分析：土壤 pH 采用土水比= 1：10 浸提，用 pH 计测定；电导率采用土水比= 1：10 浸提，用电导仪测定；有
10、机质含量采用重铬酸钾氧化法测定；铵态氮含量采用氯化钾浸提-靛酚蓝比色法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定；有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；硝态氮含量采用紫外分光光度法测定 10。土壤微生物数量：以鲜土样为测定对象，采用试管梯度稀释涂平板法测定土壤芽孢杆菌、假单胞菌、链霉菌和木霉菌，采用的培养基分别是牛肉膏蛋白胨培养基、KingS B 培养基、STR 培养基和马丁氏培养基 11-12；以风干土样为测定对象，采用实时荧光定量 PCR 技术测定土壤细菌、真菌及辣椒疫霉数量 13。土壤酶活：以鲜土样为测定对象，FDA 酶采用荧光素显色法测定，以 1 g 土壤 1 h 后催化底
11、物产生的荧光素的微克数表示 14；脲酶采用苯酚-次氯酸钠比色法测定，以 1 g 土壤 24 h 后催化底物产生的 NH3-N 的毫克数表示 15；蔗糖酶采用 3,5-二硝基水杨酸比色法，以 1g 土壤 24h 后产生葡萄糖的毫克数表示 15；- 葡萄糖苷酶采用 PNPG 比色法，以 1 g 土壤 1 h 后催化底物产生的对硝基酚的微克数表示 15。土壤微生物群落结构和碳源利用状况：采用 PCR-DGGE 技术分析土壤微生物群落结构，PCR-DGGE 参照 Wang 等 16的研究，将主条带进行割胶回收并克隆测序 16；土壤微生物碳源利用测定应用 Biolog-Eco 生态测试板测定 17。1.
12、4 数据处理采用孔平均颜色变化率法测定微生物利用单一碳源的能力。C i 为各反应孔在 590nm 的光密度值；R 为 ECO 板对照孔 A1 的光密度值；Ci-R 小于零的孔计算中记为零； Pi= (CiR)/(C iR) ，表示有碳源的孔与对照孔 A1 的光密度值之差与整板总差的比值；S 为颜色发生变化的孔数（AWCD 0. 2 代表该孔碳源被利用） 。孔平均颜色变化率（Average well color development，AWCD）=(C iR)/31； Shannon 物种多样性指数（H）=P ilnPi；Simpson 优势度指数（D）=1 P i2；Shannon 群落均匀度
13、指数（E） =H/lnS17。测定数据经 Microsoft Excel 2010 软件整理后，用 SPSS17.0 软件进行统计分析。文中病情指数、土壤理化指标和土壤生物学指标植株均为 3 次重复平均值。2 结果2.1 不同用量生物炭对辣椒疫病的防控效果由图 1 可看出，栽植后各处理发病率呈现不同的上升趋势。栽植 015 d 各处理发病率逐步上升，T0 发病率最高，但与其余处理差异不显著。栽植 1525 d 各处理发病率差异逐步增大，T1、T2 和 T4 发病率上升幅度略低于 T0，T3 上升幅度最小。栽植 30 d 以后，T1 发病率上升较快，甚至较高于 T0，而 T3 和 T4 发病率不
14、再上升。栽植 45 d 时，T3 与 T4 以及 T4 与 T0、T1 和 T2 之间发病率存在显著差异，其中 T3 发病率最低，T4 次之，但显著低于 T0、T1 和 T2。T1、T2、T3和 T4 的防效分别为-9.8%、8.6% 、56.7%和 35.1%，可见，施用 1.33%的生物炭对辣椒疫病防控效果最好。0 5 10 15 20 25 30 35 40 45020406080100T0T1T2T3T4观 测 时 间 Observation time (d)发病率Diseaseincidence(%)注：T0 、T1 、T2 、T3 和 T4 分别代表土壤施用 0%、0.33%、0.
15、66%、1.33%和 2%的秸秆生物炭，下同 Note: T0、 T1、 T2、T3 and T4 stands for Treatment 0, 1, 2, 3 and 4 (0%, 0.33%, 0.66%, 1.33%, and 2% w/w in biochar application rate). The same below图 1 不同处理发病率动态Fig.1 Dynamics of disease incidence relative to treatment图 2 栽植 45 d 后盆栽效果Fig.2 45 days after the peppers were transpl
16、anted into the pots2.2 不同用量生物炭对土壤化学性状的影响表 2 展示了辣椒栽植前和栽植 32 d 后不同生物炭施用量对土壤化学性状的影响。栽植前土壤pH、EC、有机质、有效磷和速效钾含量与生物炭用量呈明显的正相关关系。随着生物炭用量的增加，土壤 pH、EC、有机质、有效磷和速效钾含量逐渐上升，速效钾和有效磷上升趋势最为显著，其次是有 EC，最后是有机质和 pH。栽植 32 d 后，土壤 EC、有机质、有效磷和速效钾含量仍与用量保持明显的正相关性，但与栽植前相比，处理间差值有所下降。且 pH 没有与用量表现出正相关性。因此，生物炭对土壤部分化学指标的增值效应随时间而减弱，
17、这与的 Quilliam 等 18研究结果一致。另外，在整个试验期间，不同用量生物炭处理对铵态氮和硝态氮含量没有显著影响，这与刘园等 19的报道相符。综上，添加生物炭能高效提高土壤速效钾和有效磷，有效提高 EC、pH 和有机质。表 2 不同处理土壤化学性状Table 2 Soil chemical properties relative to treatment处理Treatment pHEC( s cm-1)有机质OM(g kg-1)铵态氮Ammonium N( mg kg-1)硝态氮Nitrate N( mg kg-1)有效磷Available P( mg kg -1 )速效钾Availa
18、ble K( mg kg -1 )T0 7.200.08c 706.512.7c 30.12.5b 16.23.5a 75.35.5a 165.33.4d 179.17.8eT1 7.300.07bc 746.316.9b 31.41.4b 15.42.0a 75.12.8a 170.910.3d 259.78.5dT2 7.320.06bc 762.724.2b 36.71.6a 17.23.6a 80.12.7a 209.99.7c 345.231.1cT3 7.370.06ab 822.515.7a 36.51.9a 16.93.7a 81.32.9a 229.115.3b 551.82
19、9.7b栽植前Before transplantationT4 7.440.05a 861.032.1a 38.91.9a 17.12.7a 78.53.6a 261.89.3a 778.635.7aT0 7.470.05a 431.321.2c 30.32.7b 18.63.2a 43.22.5a 156.35.3c 148.711.3eT1 7.490.05a 442.54.2c 31.60.3b 18.51.4a 43.61.3a 161.912.5c 199.214.1dT2 7.510.05a 486.016.9b 35.32.2ab 17.72.2a 41.81.3a 177.41
20、3.1c 238.55.7cT3 7.480.04a 534.718.2a 39.92.0a 19.42.2a 41.62.7a 204.515.8b 387.112.7b栽植后第 32 d32 days after transplantation T47.530.05a 541.312.7a 40.61.9a 18.50.5a 44.42.2a 230.711.4a 593.331.1a注：同一列数字后不同字母表示有显著差异（p0.05） ，下同 Note: Different letters following the values within the same column mean
21、significant difference (p0.05). The same below2.3 不同用量生物炭对土壤酶活的影响FDA 酶和蔗糖酶是表征土壤微生物活性的两种重要水解酶 15, 20。脲酶和 -葡糖苷酶分别是表征土壤氮素和碳素循环速度的重要指标之一 15。测定添加生物炭对四种酶活性的影响，结果表明前两种酶随着生物炭用量增加的变化趋势明显不同于后两种酶。随着生物炭用量的增加，FDA 酶活和蔗糖酶显示出先升高再下降的趋势。T2 和 T3 中，FDA 酶活和蔗糖酶活均最高，且与其余处理有显著差异。而用量最高的 T4 处理酶活与 T0 和 T1 处理差异较小。所有生物炭处理均显著降低脲
22、酶和 -葡糖苷酶的活性，随着生物炭用量的增加，脲酶活由 0.487 mg 24h-1 g-1 逐步下降至 0.442 mg 24h-1 g-1，-葡萄糖苷酶活由 44.36g h-1 g-1 逐步下降至 33.94g h-1 g-1。可见，一定范围用量的生物炭能提高土壤微生物活性，过高过低的用量对微生物活性影响不显著；在本实验中，添加生物炭抑制土壤氮素和碳素转化相关的酶活性，且抑制作用随着生物炭用量的增加而增加。与之相似，Paz-Ferreiro 等 21的研究表明高用量生物炭能显著降低土壤微生物活性、净氮矿化速率和 -葡糖苷酶活等。表 3 不同处理根际土壤酶活Table 3 Enzyme a
23、ctivities in rhizosphere soil relative to treatment处理TreatmentFDA 酶 FDA Hydrolase(g h-1 g-1)脲酶 Urease(mg 24h-1 g-1)蔗糖酶 Sucrase(mg 24h-1 g-1)- 葡萄糖苷酶-glucosidase(g h-1 g-1)T0 45.631.31b 0.4870.009a 44.701.46ab 44.363.98aT1 45.731.54b 0.4590.014b 42.792.62b 38.541.06bT2 47.604.34ab 0.4560.015b 51.045.2
24、8a 38.012.12bT3 53.232.61a 0.4460.014b 50.542.66a 37.612.10bT4 41.494.82b 0.4420.011b 47.643.48ab 33.941.57b2.4 不同用量生物炭对土壤微生物数量的影响2.4.1 不同用量生物炭对细菌、真菌及辣椒疫霉数量的影响 图 3A 为栽植 32 d 不同处理根际细菌和真菌总数。随着生物炭用量的增加，细菌总数呈逐步上升趋势，T2 和 T3 细菌总数较显著高于T0 和 T1，而 T4 显著高于 T0 和 T1。T2 、T3 和 T4 细菌总数分别为 T0 的 1.72、2.45 和 2.93 倍。真菌
25、总数呈先下降后上升趋势。T1 和 T2 与 T0 差异不显著，但 T3 和 T4 与 T0 相比，显著地增加了根际真菌总数，分别为 T0 的 2.49 和 3.09 倍。据此，在本试验用量范围内，细菌和真菌总数与生物炭用量呈一定的正相关性。图 3B 则显示辣椒疫霉数量随生物炭用量增加表现为先升高后下降的趋势，T1、T2、T3 和 T4辣椒疫霉数量分别是 T0 的 0.98、1.70、2.33 和 0.69 倍。在生物炭用量 0-1.33%范围内，生物炭促进了辣椒疫霉数量的增加。与之相似， Gravel 等 22和 Guijarro 等 23等研究结果表明施用生物炭虽能增加土壤中腐霉菌和立枯丝核
26、菌两种病原真菌的数量，但有防控效果或未加重病害。但本试验也显示出在高用量下生物炭对辣椒疫霉数量可产生一定的削弱作用。T0 T1 T2 T3 T41E+062E+094E+096E+098E+091E+101E+10 细 菌Bacteria 真 菌Fungi土壤微生物数量Quantityofmicroorganisms(copies/gdrysoil)T0 T1 T2 T3 T41E+066E+061E+072E+072E+073E+07 辣 椒 疫 霉P.capsici土壤辣椒疫霉数量QuantityofP.capsici(copies/gdrysoil)图 3 不同处理根际土壤细菌、真菌（A
27、）及辣椒疫霉（B ）的数量Fig.3 Populations of bacteria, fungi (A) and P.capsici (B) in rhizosphere soil relative to treatment2.4.2 不同用量生物炭对主要功能微生物数量的影响 芽孢杆菌、假单胞菌、链霉菌和木霉菌是已知的抗病性功能微生物 11。表 5 展示了不同用量生物炭处理下四种功能微生物数量的差异。随着babab b ba a b bababbabA B生物炭用量的增加，四种功能微生物数量基本成上升趋势，假单胞菌和链霉菌分别由 1.96106 CFU g-1 和 7.40105 CFU g
28、-1 上升至 2.75106 CFU g-1 和 9.28105 CFU g-1，但不同处理间均未达到显著差异。芽孢杆菌由 5.25106 CFU g-1 上升至 5.77106 CFU g-1，T4 与其余处理达到显著差异。木霉菌由 3.00102 CFU g-1 上升至 8.00102 CFU g-1，T2 和 T4 与 T0 和 T1 达到显著差异。因此，生物炭能在一定程度上增加抗病性功能微生物的数量，且随着用量的增加，而逐步明显。这与前人 8, 11, 26的研究结果一致。表 4 不同处理根际功能菌数量Table 4 Populations of functional microbia
29、l groups in rhizosphere soil relative to treatment处理Treatment芽孢杆菌Bacillus（10 6CFU g-1）假单胞菌Pseudomonas（10 6CFU g-1）链霉菌streptomyces（10 5CFU g-1）木霉菌Trichoderma（10 2CFU g-1）T0 5.250.21b 1.960.56a 7.401.34a 3.000.97bT1 5.310.24b 2.030.50a 7.881.72a 3.671.25bT2 5.260.13b 1.750.56a 7.921.63a 6.831.87aT3 5.
30、400.09b 2.780.49a 8.311.23a 5.500.57abT4 5.770.27a 2.750.67a 9.282.21a 8.001.73a2.5 不同用量生物炭对细菌和真菌群落结构的影响细菌 DGGE 图谱及测序结果显示（图 4 和表 4） ，所有处理除条带 B12 外，所有条带均为共有性条带，包含以下 5 个类群：变形菌门（Proteobacteria） 、厚壁菌门（Firmicutes） 、放线菌门（Actinobacteria ） 、绿弯菌门（Chloroflexi）和拟杆菌门（ Bacteroidetes） ，条带亮度显示细菌数量以变形菌门、厚壁菌门和放线菌门居多
31、，但 blast 结果显示细菌种类以变形菌门居多。T0、T1 和 T2细菌群落较为一致，但 T3 和 T4 细菌群落与 T0、T1 和 T2 有一定的差异性。T3 和 T4 处理假单胞菌（Pseudomonas ）条带亮度显著加深，代表了假单胞菌数量的显著上升，假单胞菌是一种公认的抗病微生物。T4 处理有特异条带鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas） ，且颜色较深，鞘氨醇单胞菌能高效降解生物炭的重要成分芳香化合物，且有文献报道过其促生效果 25。另外，T4 处理显著减少了黄杆菌（Flavobacterium）数量，而黄杆菌可产生抑制病原菌物质 26。可见，生物炭的添加有利于形成健康的土壤微生
32、物区系，但用量过高则产生一定的负影响。聚类分析图显示，T0、T1 和 T2 较为相似，而 T3 和 T4 与 T0、 T1 和 T2 组成的族群差异较大。真菌条带测序结果显示，所有处理根际真菌均以子囊菌门（Ascomycota）为主。F1-13 为共有条带，均为子囊菌门真菌。T0 和 T1 真菌 DGGE 图谱较为一致，但 T2、T3 和 T4 真菌条带有较大的变化。T2 和 T4 处理能显著增加担子菌（Basidiomycota ）Psilocybe sylvatica 或 Cerrena sp.的数量。与其余处理相比，T3 具有特异条带 F15-18，且均为子囊菌门真菌。聚类分析结果表明，
33、T0 和 T1单独成一个族群，T2 在相似系数为 0.82 处与 T0 和 T1 聚成一族群。T3 和 T4 单独聚成一族群，相似系数为 0.79。DGGE 图谱、聚类分析和测序结果表明了生物炭用量较低时对根际微生物群落结构影响较小，但提高生物炭用量能显著改变根际微生物群落结构，即 T3 和 T4 处理对根际微生物的影响作用最为显著。图 4 不同处理根际真菌和细菌 DGGE 图谱（A）及聚类树状图（B）Fig.4 DGGE profiles (A) and cluster analysis (B) of the bacterial and fungal communities in rhizo
34、sphere soil relative to treatment表 5 DGGE 图谱条带的序列比对结果Table 5 Sequence of bands in DGGE profile条带Band序列长Sequence length( bp)NCBI 数据库中最相似菌种（登录号）Strains of bacteria the highest in identity inNCBI (Accession)同源性Homology( %)门PhylumB1 184 Uncultured Papillibacter sp. KM108639 99 FirmicutesB2 199 Unculture
35、d Nitrosomonas sp. DQ857300 99 ProteobacteriaB3 191 Uncultured actinomycete clone JX242820 100 ActinobacteriaB4 199 Uncultured bacterium clone JN048172 98 B5 200 Uncultured Tumebacillus sp. HQ018500 99 FirmicutesB6 195 Uncultured bacterium clone KT835507 99 B7 189 Uncultured Alphaproteobacteria clon
36、e CU922792 99 ProteobacteriaB8 198 Uncultured actinobacterium sp. JX240800 99 ActinobacteriaB9 174 Uncultured Chloroflexi clone JQ402149 98 ChloroflexiB10 174 Uncultured Rhizobiales bacterium LN614987 100 ProteobacteriaB11 199 Pseudomonas sp. KR181836 100 ProteobacteriaB12 184 Sphingomonas sp. NR_13
37、3861 99 ProteobacteriaB13 194 Flavobacterium sp. LC024957 100 BacteroidetesF1 347 Uncultured Lecythophora isolate FJ748585 99 AscomycotaF2 347 Uncultured soil ascomycete isolate AJ515948 99 AscomycotaF3 347 Uncultured soil ascomycete isolate DQ837573 99 AscomycotaF4 349 Ascobolus crenulatus AY544721
38、 99 AscomycotaF5 351 Uncultured Ascobolus clone KC922272 99 AscomycotaF6 349 Cladosporium cladosporioides NG_016492 99 AscomycotaF7 348 Aspergillus oryzae HM536621 99 AscomycotaF8 347 Aleuria aurantia NG_013139 99 AscomycotaF9 352 Phaeomyces dubiosus strain KF830077 98 AscomycotaF10 349 Uncultured B
39、asipetospora clone KC922230 99 AscomycotaF11 346 Uncultured fungus clone KR906041 99 A BF12 347 Uncultured Chaetothyriales clone JQ071732 99 AscomycotaF13 349 Uncultured Ascobolus clone KC922272 98 AscomycotaF14 352 Psilocybe sylvatica DQ851583 99 BasidiomycotaF15 347 Uncultured Chaetothyriales clon
40、e JQ071732 99 AscomycotaF16 351 Uncultured fungus isolate HM004632 99 F17 347 Uncultured Pulchromyces clone KC922295 99 AscomycotaF18 350 Uncultured soil ascomycete isolate AJ515925 99 AscomycotaF19 352 Cerrena sp. GQ899199 98 Basidiomycota 2.6 不同用量生物炭对土壤微生物碳源利用能力的影响平均颜色变化率（AWCD ）表征微生物群落碳源利用率，反映了土壤微
41、生物活性和微生物群落生理功能多样性等 17。图 5 中各处理 AWCD 值整体趋势表现为 T3T2T0T4T1。说明用量为 0.66%和 1.33%时促进了根际微生物群落对碳源的利用能力，而用量过高（ 2%）和用量过低（0.33% ）对根际微生物群落碳源利用能力均无显著的影响。shannon 多样性指数反应微生物群落物种的丰富度， shannon 均匀度指数是微生物群落物种均一性的度量，Simpson 优势度指数反应微生物群落物种集中度。T2 和 T3 的多样性指数明显高于其余处理，而均匀度指数则表现为 T3 和 T4 显著或较显著高于其余处理。优势度指数表明 T2、T3 和T4 微生物群落物
42、种集中度小于 T0 和 T1。因此 T3 处理根际功能多样性最高，其次为 T2 和 T4。0 1 2 3 4 5 6 7 800.20.40.60.811.2 T0T1T2T3T4时 间 Time(d)平均颜色变化率AWCD图 5 不同处理土壤平均颜色变化率（AWCD ）Fig.5 Temporal variation of average well color development (AWCD) (A) of rhizosphere soil relative to treatment表 6 不同处理根际土壤微生物功能多样性指数(96h)Table 6 Functional diversi
43、ty indices of the microbial communities in rhizosphere soil relative to treatment指数 Index T0 T1 T2 T3 T4H 2.9530.044b 2.9450.038b 3.0530.029a 3.0720.007a 2.9460.075b E 0.9000.013b 0.9010.008b 0.9130.002b 0.9360.009a 0.9190.014ab D 0.0600.004a 0.0630.002a 0.0520.001b 0.0530.002b 0.0570.006ab 2.7 辣椒疫病
44、发生率、土壤主要性状与生物炭用量间的相关性分析 生物炭用量、土壤性状和辣椒疫病发生率三者间关系密切，见表 7。土壤化学性状方面，生物炭用量与 EC、有机质、有效磷、速效钾含量呈极显著正相关，发病率则与 EC、有机质、有效磷、速效钾含量呈极显著负相关。土壤生物学性状方面，生物炭用量与细菌数量、真菌数量、芽孢杆菌数量、木霉数量等呈极显著正相关，与假单胞菌数量和微生物均匀度呈显著正相关。发病率则与真菌数量、假单胞菌数量、微生物均匀度呈极显著负相关，与细菌数量和 AWCD 值呈显著负相关。另外，生物炭用量（0-2%）和发病率呈极显著负相关。可见，不同用量生物炭处理的发病率与其对土壤性状的影响关系紧密。
45、表 7 生物炭用量及发病率与土壤性状的相关性Table 7 Relationships of biochar content and disease incidence with soil properties生物炭用量 biochar content 发病率 disease incidence生物炭用量 biochar content - -0.708*发病率 disease incidence -0.758* -pH 0.558* -0.227EC 0.921* -0.802*有机质 OM 0.961* -0.851*有效磷 Available P 0.939* -0.713*速效钾 Av
46、ailable K 0.984* -0.711*芽孢杆菌 Bacillus 0.792* -0.447假单胞菌 Pseudomonas 0.584* -0.647*链霉菌 streptomyces 0.409 -0.274木霉菌 Trichoderma 0.721* -0.471细菌 bacteria 0.747* -0.601*真菌 fungi 0.713* -0.648*辣椒疫霉 P.capsici 0.054 -0.39平均颜色变化率 AWCD 0.198 -0.589*多样性指数（H） 0.129 -0.348均匀度指数（E） 0.633* -0.792*注：* ，*分别表示显著 (
47、p0. 05) 和极显著 ( p0. 01 ) 相关 Note: * and* stands for significant correlation at the 5% and 1% levels, respectively3 讨论本研究结果展示了生物炭用量与防效并非简单的线性关系，而是倒 U 型曲线关系，即随着生物炭用量的增加，防效先上升后下降，这与前人 7-8的研究结果一致。生物炭通过改善土壤理化和生物学性状进而防控辣椒疫病，因此这种倒 U 型效应应与不同用量生物炭对土壤性状的影响密切相关。生物炭富含 P、K、Mg 、Ca 等矿质元素，施入土壤后可明显改善土壤中的养分状况 27。与之相符，
48、本试验中随着生物炭用量的增加，土壤有效磷和速效钾含量迅速增加。磷可以促进植株体内糖和蛋白质的正常代谢，刺激植物根系生长，增进根吸收，有效缓解根部病害 28。钾可通过参与植株的酚、碳、氮及活性氧代谢调控植株的抗病性能，进而提高植物的抗病能力 28。因此，土壤有效磷和速效钾含量的增加可能有利于提高植株抗病性。多项研究报道生物炭能显著提高土壤 pH，本研究中土壤 pH 随用量逐步升高，这可能在一定程度上减缓辣椒疫病的发生。生物炭有机质含量极高，因此随着用量的增加土壤有机质含量呈上升趋势，有机质含量的增加可为微生物和作物生长提供更多的养分和能源 29，进而促进了土壤抑病性和植株抗病性。根际微生物碳源代谢能力、FDA 酶活和蔗糖酶活数据显示，随着生物炭用量的增加，土壤微生物活性呈先上升后下降的趋势，高用量下微生物活性降低可能与生物炭含有的毒性物质密切相关7。微生物活性与土壤抑病性呈正比 20，因此适当增加用量能提高土壤抑病性，但高用量则会产生负作用。脲酶活和 -葡糖苷酶活数据显示，生物炭对土壤碳氮循环具有一定的抑制作用，且随着用量的增加而逐步增大，因此高用量会产生其它的负面效应。这些可能与高用量生物炭防效降低息息相关
