李培培 仝昊天 韓燕來 姜 瑛 吳傳發(fā)

（河南農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，鄭州 450002）

華北平原是我國主要的糧食產區(qū)之一，實行冬小麥/夏玉米兩季輪作模式。為了提高作物產量，該地區(qū)氮肥施用量大，大量施肥在提高作物產量的同時，也會引起一系列的問題，如造成氮肥利用率低、土壤酸化、氮素損失和環(huán)境污染等[1-2]。硝態(tài)氮淋溶是華北平原主要的氮素流失途徑之一，該地區(qū)主要的土壤類型為石灰性潮土，該土壤具有較強的硝化作用[3]。此外，該區(qū)域作物產量高，秸稈作為糧食生產的副產品隨作物產量增加而增加，其量占全國秸稈總量的26.4%[4]，該地區(qū)秸稈利用的問題尤為突出，秸稈量過大難以有效利用，秸稈直接還田是最普遍的農業(yè)措施。在科學研究上，秸稈直接還田的利弊一直廣受爭議，不利因素如腐解緩慢、養(yǎng)分周轉時間長、影響出苗、易爆發(fā)病蟲害[5]及導致土壤有機酸積累等問題[5]，而生物質炭作為土壤改良劑對土壤理化性質改善、降低酸度、肥力提升和促進作物增產[6-9]等方面被眾多研究者認同。秸稈炭化還田作為一種新的還田模式在促進土壤碳氮元素及速效養(yǎng)分的累積[10]、有效調節(jié)土壤酸堿度[8]和提高陽離子交換量[11]等方面有顯著的效果。

硝化作用是在微生物作用下將銨態(tài)氮轉化成移動性較強的硝態(tài)氮的過程，是氮轉化過程中一個備受關注的環(huán)節(jié)，氨氧化古菌（Ammonia-oxidizing archaea，AOA）和氨氧化細菌（Ammonia-oxidizing bacteria，AOB）被認為是土壤中硝化作用的主要驅動者[12]。目前有大量添加生物質炭對不同類型土壤AOA 和AOB 群落結構變化的研究報道，以培養(yǎng)試驗居多，研究表明不同類型生物質炭及不同量的添加能影響硝化微生物結構，并能不同程度地刺激土壤硝化作用[13-15]；也有研究認為生物質炭抑制輕壤土的硝化作用，不同質地土壤表現(xiàn)出不同的使用效果[16]。綜上，添加生物炭對土壤理化性質硝化作用有顯著影響，但直接還田、炭化還田及混合還田對潮土硝化作用的影響程度尚不明確，研究不同還田方式的效應差異及土壤微環(huán)境的變化，探討理化性質變異、硝化功能與相應微生物群落之間的關系，有助于深入理解炭化還田土壤生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán)過程。本研究在施氮量較高的華北平原典型潮土上，分析不同還田模式對土壤理化性質、硝化作用及氨氧化微生物群落變化的影響，于大田條件下進行了連續(xù)3 a 的田間定位試驗，以期為華北地區(qū)秸稈資源化利用提供新的途徑和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設置在河南省中牟縣三官廟鄉(xiāng)姬莊村進行。該區(qū)地處黃河流域，季風氣候，四季分明。平均氣溫16.7℃。無霜期年平均233 d，年均降水量676.1 mm，最大降水量1 083 mm，6—9月份降水量占全年降水量的63%。種植模式采用華北典型的冬小麥/夏玉米一年兩熟制。土壤類型為砂質潮土，其基本理化性質為：有機碳（SOC）10.10 g·kg-1，堿解氮32.62 mg·kg-1，有效磷9.3 mg·kg-1，速效鉀45.0 mg·kg-1，pH 為7.2；0～60 cm 土壤機械組成為，砂粒783 g·kg-1，粉粒139 g·kg-1，黏粒78 g·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗用生物質炭購自商丘三利生物能源有限公司，原料為玉米秸稈，經厭氧450℃炭化而成。其基本性質為：總碳530.5 g·kg-1，C/N 為58.0，pH 為8.3。小麥品種為周麥17、玉米品種為鄭單958。

2014年10月玉米收獲后進行整地劃分小區(qū)。試驗設置①無秸稈還田（CK），②全量秸稈還田（S），③全量玉米秸稈炭化為生物質炭還田（B）；④半量秸稈半量生物質炭還田（SB）（一半秸稈炭化為生物質炭還田），共4 種不同物料還田方式。每處理設置3 個重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積為6 m×3 m= 18 m2。為阻斷水分和養(yǎng)分的移動，小區(qū)間用3 mm厚的塑料板隔開，隔板深度為60 cm。試驗開展后，在每年玉米收獲后小麥播種前，連續(xù)實施上述4 種還田處理，所用生物質炭為玉米秸稈定制生物質炭，根據得炭率折算每個小區(qū)需要的生物質炭量。各小區(qū)耕作方式均為旋耕15 cm 深，化肥施用量一致，均為每季純N 220 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2、K2O 60 kg·hm-2，磷鉀肥在作物播種時一次性底施，氮肥60%作基肥，40%作追肥，分別在小麥拔節(jié)期和玉米大喇叭口期追肥溝施。其他農田栽培管理措施與當地農民管理習慣一致。

采樣時間分別為2017年6月和2017年9月，即小麥、玉米收獲前1 周。采用“S”形取樣法采集試驗點0～15 cm 土層土壤樣品，每個小區(qū)采集10鉆作為待測樣品，然后用無菌袋密封保存帶回實驗室做后期的處理分析。用于微生物分析的土壤樣品帶回實驗室后凍干、-20℃保藏。

1.3 土壤理化指標與硝化潛勢測定

土壤含水量采用烘干法測定；土壤pH 采用pH計（Delta 320，Mettler-Toledo，上海）測定，水土比為2.5∶1。土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀測定參照《土壤農化分析》[17]；土壤銨態(tài)氮（NH+4-N）和硝態(tài)氮（3NO--N）用2 mol·L-1KCl 浸提后，用連續(xù)流動分析儀（SAN++，Skalar，荷蘭）測定其濃度。

土壤硝化潛勢（Potential nitrification rate，PNR）的測定采用氯酸鹽抑制法[18]，主要步驟：稱取5.0 g新鮮土壤樣品置于50 mL 的離心管中，加入20 mL磷 酸 鹽 緩 沖 液（8.0 g·L-1NaCl，0.2 g·L-1KCl，0.2 g·L-1Na2HPO4，0.2 g·L-1NaH2PO4），并 添 加1 mmol·L-1（NH4）2SO4和10 mg·mL-1的KClO3。將離心管置于室溫（25℃）下，180 r·min-1振蕩培養(yǎng) 24 h。培養(yǎng)結束后，加入 5 mL 濃度為2 mol·L-1的KCl 溶液提取 2NO--N，其濃度以對氨基苯磺酸和α-萘胺顯色，然后在酶標儀（Thermo Scientific Multiskan，GO，Thermo Fisher Scientific，美國）上545 nm 波長下比色。

1.4 土壤微生物總DNA 的提取

土壤微生物總 DNA 采用 MoBio PowerSoil Isolation Kit（MoBio Laboratories，Carlsbad，CA，美國）的試劑盒提取，操作步驟按試劑盒上的說明進行。用分光光度計（Nanodrop ND-2000c UV-Vis，NanoDrop Technologies，Wilmington，DE，美國）檢測濃度和純度后于-20℃保存待用，使用時DNA 稀釋至10 ng·μL-1用于后續(xù)PCR 擴增。

1.5 AOA 和AOB amoA 基因擴增

所用引物分別為 Arch-amoAF/Arch-amoAR[19]和amoA1F/amoA2R[20]擴增AOA 和AOBamoA基因。PCR 反應體系為25 μL，包含12.5 μL Premix Ex TaqTM（TaKaRa，日本），10 μmol·L-1正反向引物各0.5 μL，DNA 模板2 μL，其余用雙蒸水補至25 μL。每個樣品3 次重復，反應條件依據參考文獻[21]進行。獲取的PCR 產物用1%的瓊脂糖電泳檢測片段大小和單一性，冷凍避光保存用于后續(xù)分析。

1.6 末端限制性片段長度多態(tài)性（T-RFLP）和克隆文庫分析

同等PCR 條件下，正向引物均用標記物6-熒光素（6-FAM）標記的PCR 擴增產物經純化回收后進行酶切。酶切體系為10 μL，包括大約200 ng PCR產物、5 U 的限制性內切酶、0.1 μL 牛血清蛋白和1 μL 10×反應緩沖液（NEBuffer）。AOA 選用的內切酶是HpyCH4V，AOB 選用的內切酶是RsaI。酶切及分析方法參考文獻[22]進行：在 37℃條件下保持3 h，95℃內切酶失活，酶切產物片段在ABI3730xl DNA analyzer（Applied Biosystems，F(xiàn)oster City，加拿大）上進行測定。末端限制性片段（T-RFs）相對的豐度使用GeneMarkerV2.2（ABI，美國）軟件進行分析，分析電泳圖譜中各峰的片段長度和峰面積。每個樣品中低于最高峰值2%的峰從后續(xù)分析中剔除，片段長度差異小于等于1 bp 的兩個峰作為一個峰進行分析。依據圖譜中T-RFs 的數目及其相對豐度進行香農多樣性指數（Shannon 指數）的計算。

根據末端限制性片段多樣性結果，篩選T-RFs多樣性豐富度最高的3 個DNA 樣品構建AOA 和AOBamoA基因克隆文庫，不帶熒光標記的引物擴增的PCR 產物經過切膠純化后，連接到 pGEM-T Easy 載體上（Promega，Madison，WI，美國），然后將載體轉化入Escherichia coliJM109 活化細胞中。每個樣品文庫分別隨機挑選50 個白色克隆子，共150 個白色克隆子，送測序公司測序。所獲目的基因序列利用 QIIME 軟件進行序列分析，按照 97%同源劃分可操作分類單元（Operational Taxonomic Units，OTU），分別獲得19 個AOA 和16 個AOB 特異性序列，然后將每個OTU 的代表序列用序列檢索工具（BLAST）進行相似序列搜索比對，最后選擇代表性序列應用MEGA 7.0 軟件鄰接法（Neighbor-joining）構建AOA 和AOB 系統(tǒng)發(fā)育樹。本研究中獲取的代表性 AOA-amoA和 AOB-amoA基因已提交至美國國家生物技術信息中心（NCBI），其序列號分別為MK732036-MK732051 和MK732052-MK732066。

1.7 數據分析

所得試驗數據采用Excel 2007 軟件進行制表、繪圖，不同處理之間土壤基本性質、硝化潛勢和amoA基因T-RFs 的差異顯著性用單因素方差分析進行計算。所有統(tǒng)計分析使用 SPSS 19.0 軟件 （IBM Co，Armonk，NY，美國）實現(xiàn)。采用皮爾森（Pearson）相關分析土壤理化因子、硝化微生物多樣性指數和硝化潛勢之間的相關關系。P＜0.05 被認為具有顯著性差異。使用R 語言中的vegan 數據包對土壤理化性質和基于不同T-RFs 相對豐度的硝化微生物群落結構的關系進行冗余分析（Redundancy analysis，RDA）。

2 結 果

2.1 秸稈還田方式對土壤基礎理化性質的影響

由表1可知，連續(xù)進行3 a 秸稈和秸稈生物質炭還田后，B 和SB 處理土壤pH 較高，分別為7.25和7.20，但二者差異不顯著，與S 處理相比，僅B處理顯著增加（P＜0.05）；在小麥和玉米兩季，與S相比，B 和SB 處理土壤全氮、 NH+4-N 和 NO-3-N的含量均未顯著增加或降低，但與CK 相比各處理顯著增加（P＜0.05）。與S 相比，B 處理顯著提高了土壤SOC 含量（P＜0.05），在小麥和玉米兩個季節(jié)分別增加了19.6%和16.7%，而SB 提高并不顯著；B 處理還顯著提高了玉米季土壤水分含量（P＜0.05），但小麥季土壤水分含量無顯著提高。

表1 秸稈不同還田方式下小麥玉米兩季潮土理化因子 Table1 Soil properties under different straw and biochar application treatments in wheat and maize season

與常規(guī)秸稈還田相比，B 處理顯著提高了兩季土壤速效鉀含量、降低了小麥季土壤容重（P＜0.05），而SB 與S 差異不顯著。

2.2 秸稈還田方式對土壤硝化潛勢的影響

不同秸稈還田方式顯著影響了土壤硝化潛勢（圖1）。小麥季，PNR 的大小順序為：B＞SB＞S＞CK，B 和SB 處理分別為0.58 和0.49 μg·h-1·g-1（以 2NO-計，下同），顯著高于CK 處理（P＜ 0.05）；雖然秸稈還田也增加了PNR，但是與CK 相比未達到差異顯著水平，這表明生物炭替代秸稈還田顯著增加砂質潮土硝化潛勢。玉米季PNR 整體低于小麥季，但是各處理PNR與小麥季規(guī)律一致，最高值為B處理，為0.27 μg·h-1·g-1干土。

2.3 AOA 和AOB 的群落結構

圖1 不同處理小麥和玉米生長季土壤硝化潛勢（PNR） Fig.1 Soil potential nitrification rate（PNR）during the wheat and maize seasons relative to treatment

圖2 末端限制性片段長度多態(tài)性（T-RFLP）分析不同處理小麥玉米兩季氨氧化細菌（AOB）和古菌（AOA）的群落 結構 Fig.2 Relative abundance of Terminal-restriction fragments（T-RFs）of ammonia-oxidizing archaea（AOA）and ammonia-oxidizing bacteria（AOB）amoA gene during the wheat and maize seasons relative to treatment

對小麥和玉米兩季的AOA 和AOBamoA基因片段進行T-RFLP 分析（圖2），獲得AOA 的T-RFs片段長度10 個，主要的T-RFs依次為204 bp、365 bp、76 bp、258 bp 和250 bp，在各個處理中均能檢測到， 各處理組成比例存在差異，其中優(yōu)勢片段204 bp 占總片段的34.2%～49.6%；玉米季SB 處理的比例顯著降低，而片段258 bp 的占比在玉米季節(jié)較小麥季均顯著增加。共獲得8 個AOB 的T-RFs 片段長度，其中269 bp、255 bp、251 bp 為主要片段，分別占總片段的18.5%～35.8%，15.8%～31.7%，18.0%～ 37.9%；玉米季各處理間的變化較小麥季明顯，其中優(yōu)勢片段251 bp 在CK、S、B 和SB 處理占比為27.1%、37.9%、20.2%和24.3%。

2.4 不同處理間土壤理化因子對微生物群落結構的影響

利用RDA 方法分別分析不同作物生長季節(jié)土壤理化因子對硝化微生物群落組成的影響（圖3）可知，AOA 的群落結構在小麥和玉米兩個季節(jié)有較為明顯的區(qū)分（圖3a），空心符號代表的玉米季樣本和實心符號代表的小麥季樣本左右明顯分開，小麥季秸稈炭化還田處理B 和SB 的樣本傾向聚類在一起。AOB 的RDA 分析可以看出（圖3b），小麥、玉米兩季節(jié)的樣本混合在一起，無明顯的季節(jié)區(qū)分；施用生物炭處理B 和SB 處理群落聚在一起，表現(xiàn)極大的群落結構相似性。

土壤因子pH、SOC 和速效K（AK）依次分別顯著影響AOA 的群落結構，第一排序軸（Axis 1）解釋了樣本中51.5%的變異，第二排序軸（Axis 2）解釋了樣本 24.9%的變異，兩者合并解釋了樣本76.4%的總變異。速效K（AK）、pH、SOC 和土壤容重（BD）顯著影響AOB 的群落結構，第一排序軸（Axis 1）解釋了樣本中55.2%的變異，第二排序軸（Axis 2）解釋了樣本20.3%的變異，兩者合并解釋了樣本75.5%的總變異。

2.5 AOA 和AOB 基因序列的系統(tǒng)發(fā)育樹

克隆文庫序列經篩選和序列比對，獲得15 個AOA 的基因操作分類單元，系統(tǒng)發(fā)育樹結果（圖4）表明，AOAamoA基因序列大部分聚類在 Group1.1b（Nitrososphaera）類群中，優(yōu)勢片段204 bp、76 bp和258 bp 均屬于該類群；片段76 bp 屬于Group1.1a associated，在大部分處理中占比20%以下。獲得8個AOB 的基因操作分類單元，系統(tǒng)發(fā)育樹結果表明，AOBamoA基因序列聚類在Nitrosospira屬的Cluster 3a，優(yōu)勢片段269 bp 和255 bp 聚類在Cluster 3a.2，優(yōu)勢片段251 bp 和211 bp 聚類在Cluster 3a.1，還有少量片段聚類在Cluster 4 和Cluster 1。

圖3 土壤理化因子與硝化微生物群落多樣性的冗余分析（RDA） Fig.3 Redundancy analysis（RDA）of soil physio-chemical properties and microbial community of nitrifying microbes in the soil during the wheat and maize seasons relative to treatment

圖4 鄰接法構建AOB（a））和AOA（b））amoA 基因系統(tǒng)發(fā)育樹 Fig.4 Phylogenetic trees，build with the neighbor-joining method，of archaeal amoA sequences（a））and bacterial amoA sequences（b）） retrieved from the soil relative to treatments

2.6 土壤理化因子、硝化活性與硝化微生物菌群的相關性

相關性分析表明（表2），小麥季SOC、AK 與PNR 呈顯著正相關關系，而NH4+和土壤容重（BD）與PNR 呈顯著負相關，這4 個指標變化顯著影響了硝化作用，而在該季節(jié)，AOB 群落香農指數與理化因子、硝化作用之間均無顯著相關，AOA 群落香農指數與SOC 顯著負相關，AOA、AOB 群落結構與PNR 之間均無顯著相關。在玉米季，理化因子SOC 與PNR 顯著相關，而pH 與AOA 群落香農指數呈顯著正相關，SOC 與AOB 群落呈顯著正相關，該季節(jié)PNR 與AOB群落香農指數極顯著正相關，與AOA無顯著相關關系。

表2 不同還田處理土壤理化性質、硝化微生物群落與硝化潛勢（PNR）的相關系數（n=12） Table2 Correlation coefficient of potential nitrification rate（PNR）with of soil properties and nitrifier community relative to season and treatment

3 討 論

3.1 秸稈直接還田與炭化還田對潮土理化性質的影響

與秸稈相比，生物質炭有較穩(wěn)定的物理化學結構，其對土壤理化因子的影響因土壤類型、生物質炭數量和種類而不盡一致。無論是短期的室內培養(yǎng)試驗還是大田試驗，均有研究結果表明施用生物質炭能顯著提高土壤的有機質含量[7，16]，而本研究試驗潮土質地較輕，有機質含量低，秸稈炭化還田能有效增加有機質積累（表1）。秸稈直接還田導致土壤酸化加劇，添加生物質炭緩解酸性土壤酸化，調節(jié)土壤的緩沖能力[23]，本研究結果也證明了生物質炭替代秸稈還田當季能有效增加土壤pH（表1），克服秸稈直接還田的不利影響；相比于秸稈還田，秸稈炭化高溫殺滅病蟲害，生物質炭替代還田還可能會降低下茬作物病蟲害的發(fā)生[5]。因本研究生物質炭用量較小，按照玉米秸稈全量還田的生物質炭替代量，每年小麥播種季施入量折合僅2.0 t·hm-2的生物質炭，在生物質炭施入的當季顯著增加了pH，在玉米季pH 與對照無顯著差異（表1），可能是還田的生物質炭隨著時間受土壤緩沖作用的影響所致，說明全量秸稈轉化成生物質炭還田并不會導 致試驗潮土pH 強烈增加的風險。

田間條件下，前人研究所用生物質炭量一般較高，從幾噸到數十噸不等[13，16，24]，且多為一次施入，而本研究采用等量的玉米秸稈炭化還田，每年小麥播種季施入一次，用量相對較低，經過三年的連續(xù)試驗，生物質炭替代秸稈還田較常規(guī)秸稈還田顯著提高了土壤的有機碳含量，而半量秸稈炭化還田與常規(guī)秸稈還田之間無顯著差異（表1），這與本研究所有生物質炭量相對較低有關。本研究秸稈炭化還田與常規(guī)秸稈還田相比，并未顯著增加土壤的TN、NH+4-N 和 NO3--N 含量（表1），與一些生物質炭添加試驗研究結果一致[15，24-25]。有些施生物質炭的研究表明，在配合不同施肥條件下增施生物質炭提高了土壤全氮的含量[16，26]。有田間試驗表明，施用生物質炭能顯著提高土壤的保水性[16，24，27]。本研究中，全量秸稈炭化還田顯著提高了玉米季土壤水分，但并未顯著提高小麥季水分含量（表1），這可能與試驗地所在區(qū)域小麥生育期水分虧缺有關，該區(qū)域冬春少雨，土壤質地輕，水分容量小，玉米生育期夏季雨水多，土壤含水量相比較高，生物質炭在土壤水分含量較高的情況下增加了水分的吸持。本研究還測定了有效磷和速效鉀含量，因有效磷在4 個處理間無顯著差異，其數據并未列出，而秸稈炭化還 田顯著提高了土壤速效鉀含量（表1）。施生物質炭能提高土壤速效鉀量[28]，秸稈炭化還田增產的關鍵因素之一為AK 含量的增加[10]，在等秸稈量和等氮磷鉀養(yǎng)分條件下，秸稈炭化還田對提高土壤鹽基離子含量、有效陽離子交換量的效果明顯優(yōu)于秸稈直接還田[11]，本研究中小麥季AK 和PNR 顯著相關（表2），這與供試潮土沙粒含量高、質地輕、肥力低、相對缺鉀有關，秸稈炭化還田通過提高AK 含量，增強微生物的硝化活性。

3.2 秸稈直接還田與炭化還田對潮土硝化作用的影響

添加生物質炭影響土壤硝化作用，較高量的生物質炭添加刺激土壤硝化作用的增加[13，29]。Abujabhah 等[16]研究認為，添加中量生物質炭（10 t·hm-2）顯著增加輕質土壤硝化作用，并影響微生物群落結構和功能。生物質炭疏松多孔，有效降低土壤容重，土壤的透氣性增加，硝化微生物活性增強，進而提高硝化活性[30]。與前人研究結果一致，本研究發(fā)現(xiàn)，在玉米季，與常規(guī)秸稈還田相比，秸稈炭化還田顯著增加了土壤硝化作用，但半量秸稈炭化處理與常規(guī)處理無顯著差異（圖1）。生物質炭還田影響土壤容重，增加通氣性和SOC 含量，SOC與PNR 呈極顯著正相關，與小麥季的AOA 和玉米季的AOB 群落結構呈顯著相關關系（表2）。Muema等[31]研究表明，SOC 對硝化微生物群落結構起決定性作用。潮土是華北平原的主要農田土壤類型，在該類型農田土壤上的研究一致認為，AOB 主導氨的氧化[32]。與前人結果相似，本研究中玉米季AOB群落結構與PNR 顯著正相關，小麥季也有較高的相關系數，但未達到差異顯著水平；兩個季節(jié)AOA群落結構與PNR 均無顯著相關性（表2）。

3.3 土壤環(huán)境因子對AOA和AOB群落結構的影響

AOA 和AOB 群落結構與土壤理化因子的RDA分析表明，pH、SOC 和速效K 顯著影響AOA 和AOB 的群落結構（圖3），AOA 群落結構小麥季和玉米季分開，顯著受到季節(jié)的影響，且玉米季PNR整體低于小麥季也證明由微生物介導的硝化活性受季節(jié)影響。華北小麥/玉米輪作區(qū)多為季風氣候，小麥和玉米生長季節(jié)土壤養(yǎng)分及環(huán)境條件有較大差異，如玉米季土壤含水量高，生物質炭緩沖作用或根際分泌物的影響等導致的土壤pH 較低，溫度較高等因素的變化是AOA 群落結構季節(jié)分異的原因；全量和半量秸稈炭化還田處理與常規(guī)秸稈還田、不還田CK 相比，氨氧化微生物相似度較高，說明秸稈炭化還田影響了硝化微生物群落結構。系統(tǒng)發(fā)育顯示，大部分 AOA 基因序列聚類于土壤古菌Group1.1b（Nitrososphaera）， AOB 多 聚 類 于NitrosospiraCluster 3（亞硝化螺菌，簇3）（圖3），前人研究證明中性和堿性土壤中古菌組成以Group1.1b 類群為主，而AOB 組成以NitrosospiraCluster 3 占優(yōu)勢地位[33]。Group1.1a associated AOA主要分布于酸性土壤，本研究中性、偏堿性潮土中檢測到該嗜酸性古菌類群的存在，表明其對中性土壤有一定的適應性，前人[12]在河南封丘不同施肥潮土中也檢測到該類群AOA 的少量存在。綜合分析，秸稈炭化還田通過提高土壤SOC、增加pH、降低土壤容重和增加速效K 的含量，增強硝化作用，并影響硝化微生物群落結構。

潮土本身硝化作用強，施氮量大，推廣秸稈炭化還田會增強硝化作用，這可能意味著會加劇硝態(tài)氮的淋洗損失。有研究者通過在石灰性褐土上的一季試驗表明，秸稈直接和炭化還田相比，直接還田更能增加土壤微生物對肥料氮的固持，減少氮素損失[34]。因此在華北偏堿性的潮土上，需要進一步開展長期秸稈炭化還田對硝態(tài)氮淋洗風險的研究。此外，需注意本研究中硝化微生物群落結構的認識主要基于少量土壤樣品DNA 的提取，且生物質炭添加引起土壤性質的變化可能對DNA 提取質量及后續(xù)PCR 擴增的影響并未考慮，因此在后續(xù)的研究中，可改進DNA 提取方式及增加其他微生物研究手段，在繼續(xù)大田定位試驗的基礎上，深入開展秸稈炭化還田對土壤微生物生態(tài)的認識。

4 結 論

與直接秸稈還田相比，炭化還田明顯提高了試驗潮土的SOC 含量、pH 和速效鉀含量，降低了土壤容重，提高了試驗潮土的硝化活性、并影響了硝化微生物群落組成，顯著變化的土壤理化因子很大程度解釋了土壤氨氧化細菌和古菌群落變化。