于靜靜，蔡德寶，陳秀文，張 君，陳吉寶

（南陽師范學(xué)院/河南省南水北調(diào)中線水源區(qū)生態(tài)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 南陽 473061）

長期檢測數(shù)據(jù)表明，丹江口水庫水體中除氮磷含量在雨季或者局部水體區(qū)域暫時(shí)性超過Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以外，其他水質(zhì)指標(biāo)均維持在Ⅱ類水質(zhì)以內(nèi)[1]。丹江口水庫水體中的氮磷主要來源于內(nèi)源性析出[2]、大氣氮沉降[3]及核心水源區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過剩匯入的氮磷[4]。因此，減少含氮磷水體的匯入是確保南水北調(diào)中線工程水質(zhì)安全的首要任務(wù)。南水北調(diào)中線工程核心水源區(qū)屬于低山丘陵地貌，可耕農(nóng)田大部分屬于坡耕地，不僅土地肥力偏低而且易形成水土流失[5]。在高產(chǎn)利益驅(qū)動(dòng)下，大量化肥被施用到農(nóng)田，過量氮磷隨水土流失進(jìn)入水體，這是造成水庫水體氮磷超標(biāo)的主要原因之一[6]。土壤團(tuán)聚體組成是土壤肥力的基礎(chǔ)，高產(chǎn)田一般都具有合理的土壤團(tuán)聚體組成，特別是>1 mm 團(tuán)聚體的數(shù)量明顯高于低產(chǎn)田[7]。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性（水穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性）能反映土壤的抗侵蝕能力，其中土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體是制約土壤抗沖蝕性的重要因子，常被用作土壤抗蝕性指標(biāo)[8]。土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的含量與土壤可蝕性呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，特別是>0.25 mm 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量是反映土壤抗蝕性最佳指標(biāo)之一[9]。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的下降往往暗示土壤潛在可蝕性增長及土壤肥力水平下降[10]。因此，培育農(nóng)田土壤團(tuán)聚體的形成，特別是提高>0.25 mm 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量將有助于培肥地力、提高土壤抗蝕能力，進(jìn)而有助于減少化肥用量，減少氮磷流入水體的數(shù)量。

土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定性主要與土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤微生物的種類和數(shù)量，以及土地利用方式等相關(guān)[11]。其中，土壤有機(jī)質(zhì)，特別是有機(jī)碳含量對土壤團(tuán)聚體形成及其穩(wěn)定性較重要[12]。對旱地紅壤土長期定位的研究表明，>0.25 mm 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)，土壤團(tuán)聚體破壞率則與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)[13]。生物炭是秸稈、糞便等有機(jī)物料在低氧環(huán)境下，經(jīng)過高溫?zé)峤馓炕a(chǎn)生的一種穩(wěn)定難溶、高度芳香化的固態(tài)產(chǎn)物[14]。生物炭的碳含量在60%～85%，其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、芳香化程度高，且表面含有大量的含氧、含硫、含氮等官能團(tuán)，施入土壤不僅可以固持水分和氮磷[15]，而且可以顯著提高土壤有機(jī)碳含量，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，改良土壤結(jié)構(gòu)[16‐17]。動(dòng)、植物殘?bào)w通過生物、非生物的降解、聚合等各種作用形成的腐植酸，約占土壤中腐植酸總量的85%～90%，是土壤有機(jī)質(zhì)的主要組成部分，對促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成至關(guān)重要[18]。

前人就單獨(dú)使用生物炭或腐植酸改善土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了卓有成效的研究[19‐20]，但是有關(guān)兩者混合后對土壤改良作用的研究鮮有報(bào)道。鑒于此，采用土柱培養(yǎng)試驗(yàn)，分析南水北調(diào)中線工程核心水源地（河南省淅川縣）農(nóng)田土添加生物炭和腐植酸對土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)形成的影響，為改良庫區(qū)土壤結(jié)構(gòu)，減少水土流失提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試土壤為南水北調(diào)中線工程核心水源地（淅川縣）坡耕地農(nóng)田土，采集20 cm 土層土壤樣品，自然風(fēng)干后備用。生物炭為700 ℃高溫?zé)o氧條件下生產(chǎn)的椰殼生物炭，磨細(xì)過1 mm 篩子后作為試驗(yàn)材料。供試腐植酸選用的是成都華夏化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的腐植酸，主要成分為C9H9NO6，相對分子質(zhì)量為227。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用土柱培養(yǎng)的方法，將風(fēng)干的農(nóng)田土除去石塊和植物殘?bào)w，碾碎并過5 mm 篩后與生物炭和腐植酸混合裝入圓塑料桶（高35 cm、內(nèi)徑25 cm，每個(gè)桶底部開直徑2 mm滲水孔3個(gè)）內(nèi)，土柱高30 cm。

生物炭（B）設(shè)置3 個(gè)水平，分別為0、750、1 500 kg/hm2，依次標(biāo)記為B0、B1、B2；腐植酸（H）設(shè)置3 個(gè)水平，分別為0、150、300 kg/hm2，依次標(biāo)記為H0、H1、H2。共組成9個(gè)處理，3次重復(fù)。

土柱培養(yǎng)于2018年10月5日開始，將裝好土的塑料桶放置于空曠的室外，并于當(dāng)日向每個(gè)桶澆蒸餾水4 L，保證每個(gè)桶內(nèi)土壤達(dá)到飽和吸水狀態(tài)，在隨后的培養(yǎng)過程中不再人為澆水，培養(yǎng)期間除撥出雜草外，不翻動(dòng)土壤。

1.3 試驗(yàn)土壤樣品采集

土柱培養(yǎng)12 個(gè)月后，先將表層3 cm 土鏟除掉，露出新鮮土壤層，再用環(huán)刀法采集土壤樣品，每桶采集4點(diǎn)。將采集的新鮮土樣順著自然斷裂面輕輕掰成10 mm 大小的土塊，混勻后采用四分法取20 g鮮樣進(jìn)行可培養(yǎng)微生物的測定，剩余土壤樣品自然風(fēng)干后測定土壤中>5.0、2.0～5.0、1.0～2.0、0.5～1.0、0.25～0.5、<0.25 mm 粒級機(jī)械團(tuán)聚體含量和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量。

1.4 測定指標(biāo)與方法

>0.25 mm 機(jī)械團(tuán)聚體含量（MR0.25）、>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（WR0.25）、團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（Mean weight diameter，MWD）和團(tuán)聚體破壞率（Proportion of aggregate destruction，PAD）分別通過下面公式計(jì)算[16]：

式中，Di是對應(yīng)于Xi的機(jī)械穩(wěn)性團(tuán)聚體（干基）質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）；Wi是對應(yīng)于Xi的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體（干基）質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）；Xi為團(tuán)聚體粒級，本研究共分6 級（i=1、2、3、4、5、6），粒級直徑從大到小依次為>5.0、2.0～5.0、1.0～2.0、0.5～1.0、0.25～0.5、<0.25 mm；i為第i級團(tuán)聚體平均直徑，在數(shù)值上等于兩級篩孔的平均值，本研究各粒級團(tuán)聚體平均直徑依次為5、3.5、1.5、0.75、0.375、0.125 mm。

采用稀釋平板計(jì)數(shù)法進(jìn)行土壤可培養(yǎng)微生物的分離和計(jì)數(shù)，并計(jì)算干土中的微生物數(shù)量（cfu/g）。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基培養(yǎng)，放線菌采用高氏1 號培養(yǎng)基培養(yǎng)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 24.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，采用最小顯著極差法（LSD法）進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭和腐植酸配施對土壤機(jī)械團(tuán)聚體組成的影響

與未添加生物炭和腐植酸的對照處理（B0H0）相比，添加生物炭和腐植酸顯著改變土壤機(jī)械團(tuán)聚體組成（表1）。隨生物炭和腐植酸添加量的增加，>5.0 mm 和<0.25 mm 的機(jī)械團(tuán)聚體含量表現(xiàn)為下降趨勢，0.25～0.5 mm 機(jī)械團(tuán)聚體含量表現(xiàn)為上升趨勢。

單獨(dú)施用生物炭處理（B1H0、B2H0），>5.0、<0.25 mm 的機(jī)械團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）下降34.9%、29.1%，2.0～5.0、1.0～2.0、0.5～1.0、0.25～0.5 mm 的機(jī)械團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）增加28.9%、93.7%、62.7%、60.3%。與對照（B0H0）相比，單獨(dú)施用生物炭可顯著降低>5.0 mm 和<0.25 mm 的機(jī)械團(tuán)聚體含量，對0.25～2.0 mm 機(jī)械團(tuán)聚體有顯著促進(jìn)作用（表1）。單獨(dú)施用腐植酸處理（B0H1、B0H2），>5.0、<0.25 mm 的機(jī)械團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）下降5.0%、6.0%，2.0～5.0、1.0～2.0、0.5～1.0、0.25～0.5 mm 的機(jī)械團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）增加11.5%、12.7%、0.7%、5.1%。與對照（B0H0）相比，單獨(dú)施用腐植酸處理對于>5.0 mm 和<0.25 mm 的機(jī)械團(tuán)聚體整體上有顯著降低作用，對0.25～1.0 mm機(jī)械團(tuán)聚體的形成整體上有促進(jìn)作用，但促進(jìn)作用不顯著，對5.0～1.0 mm的機(jī)械團(tuán)聚體整體上有顯著增效作用。

表1 不同生物炭（B）和腐植酸（H）施加量下土壤機(jī)械團(tuán)聚體組成Tab.1 Composition of soil mechanical-stable aggregates under different addition amounts of biochar（B）and humic acid（H）

耦合處理下，>5.0、<0.25 mm 的機(jī)械團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）下降42.0%、32.3%，2.0～5.0、1.0～2.0、0.5～1.0、0.25～0.5 mm 的機(jī)械團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）增加35.2%、106.0%、79.7%、66.9%。與對照（B0H0）相比，生物炭和腐植酸耦合施用對>5.0 mm 和<0.25 mm 機(jī)械團(tuán)聚體形成具有顯著降低作用，對0.25～5.0 mm 機(jī)械團(tuán)聚體形成具有顯著促進(jìn)作用。

2.2 生物炭和腐植酸配施對土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的影響

與未添加生物炭和腐植酸的對照（B0H0）相比，添加生物炭和腐植酸顯著改變水穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成（表2）。隨生物炭和腐植酸添加量的增加，>0.5 mm 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量表現(xiàn)為上升趨勢，<0.5 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量表現(xiàn)為下降趨勢。

表2 不同生物炭（B）和腐植酸（H）施加量下土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成Tab.2 Composition of soil water-stable aggregates under different addition amounts of biochar（B）and humic acid（H）

單獨(dú)施用生物炭處理（B1H0、B2H0），>5.0、2.0～5.0、1.0～2.0、0.5～1.0 mm 的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）增加126.0%、177.8%、125.3%、74.2%，0.25～0.5、<0.25 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）下降34.3%、41.2%。其中，>0.5 mm 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均含量比對照（B0H0）增加115.5%。 單獨(dú)施用腐植酸處理（B0H1、B0H2），>5.0、2.0～5.0、1.0～2.0、0.5～1.0 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）增加30.0%、37.8%、19.5%、23.7%，0.25～0.5、<0.25 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）下降2.1%、11.5%。其中，>0.5 mm 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均含量比對照（B0H0）增加25.4%。耦合處理下，>5.0、2.0～5.0、1.0～2.0、0.5～1.0 mm 的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）增加156.0%、207.8%、146.6%、86.8%，0.25～0.5、<0.25 mm 的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均含量分別比對照（B0H0）下降41.6%、47.8%。其中，>0.5 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均含量比對照（B0H0）增加135.9%。B2H2 耦合處理對>0.5 mm 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成具有最大促進(jìn)作用，比對照（B0H0）提高183.3%。單獨(dú)施用生物炭、腐植酸或者生物炭與腐植酸耦合施用整體上均顯著促進(jìn)>0.5 mm 粒級水穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成，降低<0.5 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成。

2.3 生物炭和腐植酸配施對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）、>0.25 mm 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（WR0.25）、團(tuán)聚體破壞率（PAD）常用來評價(jià)土壤團(tuán)聚度和穩(wěn)定性，MWD 和WR0.25值越大說明土壤團(tuán)聚體的團(tuán)聚度越高，PAD 值越小說明土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性越高。本研究中，無論是單獨(dú)使用腐植酸、生物炭，或者是將二者耦合施用，MWD和WR0.25均隨著施用量的增加而增加，PAD 則隨著施用量的增加而降低（表3）。

表3 不同生物炭（B）和腐植酸（H）施加量下土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性評價(jià)Tab.3 Evaluation of soil aggregates stabilization under different addition amounts of biochar（B）and humic acid（H）

單獨(dú)添加B1、B2 生物碳下，土壤MWD 比對照（B0H0）分別提高56.3%、129.7%，平均提高93.0%。單獨(dú)添加H1、H2 用量腐植酸下，土壤MWD 比對照（B0H0）分別提高12.5%、26.6%，平均提高19.5%。生物炭和腐植酸的耦合處理，土壤MWD 的均值為1.35 mm，顯著高于單獨(dú)施用腐植酸處理（均值為0.77 mm）和生物炭處理（均值為1.24 mm）。生物炭和腐植酸耦合處理下，土壤MWD 比對照（B0H0）平均提高110.2%，最大提高154.7%（B2H2），最小提高67.2%（B1H1）。

單獨(dú)添加B1、B2 用量生物碳下，土壤PAD 比B0H0 分別降低了34.1%、60.5%，平均降低47.3%。單獨(dú)添加H1、H2 用量腐植酸下，土壤PAD 比B0H0分別降低了8.0%、20.2%，平均降低14.1%。生物炭和腐植酸的耦合處理下土壤PAD 比對照（B0H0）平均降低55.2%，最高降低73.3%（B2H2），最低降低38.8%（B1H1）。

單獨(dú)添加B1、B2 用量生物碳下，土壤WR0.25分別比對照（B0H0）提高了29.1%、57.5%，平均提高43.3%。單獨(dú)添加H1、H2 用量腐植酸下，土壤WR0.25分別比對照（B0H0）提高了6.4%、17.6%，平均提高12.0%。生物炭和腐植酸的耦合處理下土壤WR0.25比對照（B0H0）平均提高50.5%，最大提高68.1%（B2H2），最小提高33.1%（B1H1）。

2.4 生物炭和腐植酸配施對土壤可培養(yǎng)微生物菌群的影響

由表4可以看出，3種微生物數(shù)量幾乎都隨生物炭和腐植酸使用量的增加逐漸增加（表4）。對照（B0H0）處理土壤中細(xì)菌、放線菌、真菌的數(shù)量分別為121.5×103、80.6×103、15.7×103cfu/g，而單獨(dú)施用腐植酸、單獨(dú)施用生物炭或兩者耦合施用下土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量幾乎全部顯著高于對照（B0H0）。單獨(dú)添加腐植酸，土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、真菌的數(shù)量整體上均隨著腐殖酸用量的增加逐漸增加，平均數(shù)量分別達(dá)到126.6×103、90.8×103、19.0×103cfu/g，比各自對照（B0H0）處理增加4.2%、12.7%、20.7%。單獨(dú)添加生物炭，土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、真菌的數(shù)量均隨著生物炭用量的增加逐漸增加，平均數(shù)量分別達(dá)到279.2×103、143.3×103、27.9×103cfu/g，比各自對照（B0H0）處理增加129.8%、77.8%、77.7%，比各自腐植酸處理增加120.6%、57.8%、47.2%。生物炭和腐植酸耦合處理，土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、真菌的平均數(shù)量分別達(dá)到291.4×103、160.7×103、28.3×103cfu/g，比各自對照（B0H0）處理增加139.8%、99.3%、80.4%，比各自腐植酸處理增加130.3%、76.9%、49.5%，比各自生物炭處理增加4.4%、12.1%、1.5%，其中B2H2 耦合處理對細(xì)菌、放線菌和真菌的生長具有最大促進(jìn)作用，分別比對照（B0H0）提高199.8%、121.2%、88.5%。以上結(jié)果說明，土壤添加生物炭和腐植酸均能促進(jìn)土壤微生物的生長，耦合處理效果比單獨(dú)施用促進(jìn)作用更顯著。

表4 不同生物炭（B）和腐植酸（H）施加量下土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量Tab.4 Soil cultured microbial quantity under different addition amounts of biochar（B）and humic acid（H） ×103 cfu/g

2.5 團(tuán)聚體穩(wěn)定性與土壤微生物菌群的相關(guān)分析

對單獨(dú)施用腐植酸、單獨(dú)施用生物炭或者兩者耦合施用處理下土壤可培養(yǎng)微生物和土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)（MWD、WR0.25和PAD）進(jìn)行皮爾遜相關(guān)分析，結(jié)果見表5。兩者存在顯著相關(guān)性，且不同指標(biāo)間相關(guān)顯著性存在一定差異。在不同類型處理下，3 種微生物數(shù)量與PAD 均呈負(fù)相關(guān)，與MWD 和WR0.25均呈正相關(guān)。在腐植酸+生物炭處理下3 種微生物數(shù)量均與PAD、MWD 和WR0.25顯著相關(guān)，腐植酸和生物炭單獨(dú)施用處理下3 種微生物數(shù)量與PAD、MWD 和WR0.25大部分相關(guān)性不顯著。除單獨(dú)施用生物炭處理，細(xì)菌與PAD、MWD 和WR0.25相關(guān)系數(shù)絕對值較小之外，其他處理下3 種微生物數(shù)量與PAD、MWD 和WR0.25相關(guān)系數(shù)的絕對值均在0.9以上。說明微生物的數(shù)量與土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性關(guān)系密切，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性越高，越有利于微生物生長。在腐植酸、生物炭或腐植酸與生物炭耦合施用下，可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量與MWD 相關(guān)系數(shù)的大小順序分別表現(xiàn)為腐植酸>生物炭+腐植酸>生物炭、腐植酸>生物炭>生物炭+腐植酸、腐植酸>生物炭>生物炭+腐植酸；與WR0.25相關(guān)系數(shù)的大小順序分別為腐植酸>生物炭+腐植酸>生物炭、腐植酸>生物炭>生物炭+腐植酸、腐植酸>生物炭+腐植酸>生物炭。說明在微生物生長和土壤團(tuán)聚體形成的關(guān)系中，腐植酸比生物炭起更積極的作用。單獨(dú)生物炭處理下，3種微生物與>0.5 mm粒徑團(tuán)聚體的相關(guān)系數(shù)均值趨勢表現(xiàn)為放線菌>真菌>細(xì)菌。不同處理雖然水穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成的分布與微生物生長之間的相關(guān)系數(shù)大小不同，但>0.5 mm粒徑以上團(tuán)聚體組成均與3種微生物的生長呈正相關(guān)，<0.5 mm 粒徑的含量與3 種微生物的生長呈負(fù)相關(guān)。說明微生物數(shù)量的增長有利于促進(jìn)>0.5 mm粒徑團(tuán)聚體的形成，減少<0.5 mm 粒徑團(tuán)聚體的形成。

表5 不同生物炭（B）和腐植酸（H）施加量下土壤可培養(yǎng)微生物與土壤團(tuán)聚體組成及穩(wěn)定性的相關(guān)性Tab.5 Correlation between soil microbial quantity and soil aggregate composition and stability under different addition amounts of biochar（B）and humic acid（H）

3 結(jié)論與討論

土壤團(tuán)聚體是指在土壤中形狀大小不一，具有不同孔隙度、機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)單位[21‐26]，而粒徑>0.25 mm 的結(jié)構(gòu)單位稱為土壤大團(tuán)聚體，<0.25 mm 的結(jié)構(gòu)單位稱為土壤微團(tuán)聚體。因?yàn)楦叻柿Α⒖骨治g能力強(qiáng)的土壤都含有較高比例的大團(tuán)聚體，所以大多數(shù)研究均將大團(tuán)聚體（>0.25 mm）數(shù)量作為判斷土壤團(tuán)聚程度的指標(biāo)，認(rèn)為大團(tuán)聚體數(shù)量越高，土壤團(tuán)聚程度也越高，土壤結(jié)構(gòu)越合理，越有利于植物的生長[27‐29]。本研究結(jié)果也顯示，單獨(dú)施用腐植酸、生物炭或腐植酸與生物炭耦合施用處理下，土壤WR0.25較對照分別平均增加12.0%、43.3%、50.5%，其中>0.5 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體平均含量分別比對照增加25.4%、115.5%、135.9%，這與ZHANG 等[30]和李倩倩等[17]的研究結(jié)果類似。這說明，通過添加生物炭和腐植酸這類高含碳量的有機(jī)碳，可以顯著提高丹江口庫區(qū)土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量，特別是兩者耦合施用對提高土壤團(tuán)聚體效果更佳。生物炭和腐植酸是2 種重要的有機(jī)碳，其與有機(jī)肥[30]、餐廚垃圾[31]、作物秸稈[32]、畜禽糞便[33]一樣，施入土壤可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成。土壤中添加有機(jī)碳能提高土壤團(tuán)聚體形成的原因，一是有機(jī)碳本身就是一種膠結(jié)物，可以將細(xì)小的礦物土粒黏結(jié)在一起形成較大的團(tuán)聚體；二是有機(jī)碳是微生物和植物賴以生長的物質(zhì)，添加有機(jī)碳可以借助于微生物和植物根系加速土壤團(tuán)聚體的形成[16，28，34‐35]。

本研究結(jié)果表明，單獨(dú)添加生物炭、單獨(dú)添加腐植酸或者生物炭和腐植酸耦合處理，土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、真菌的數(shù)量幾乎全部顯著高于對照。其中，生物炭和腐植酸耦合處理促進(jìn)作用最明顯，土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、真菌的平均數(shù)量分別達(dá)到291.4×103、160.7×103、28.3×103cfu/g，比各自空白對照處理增加139.8%、99.3%、80.4%，比各自腐植酸處理增加130.3%、76.9%、49.5%，比各自生物炭處理增加4.4%、12.1%、1.5%。在本研究的施用量下，生物炭對3 種微生物的促進(jìn)作用顯著高于腐植酸，生物炭處理下細(xì)菌、放線菌和真菌的平均數(shù)量分別比各自腐植酸處理增加120.6%、57.8%、47.2%。土壤中添加腐植酸和生物炭對微生物生長的促進(jìn)作用在其他研究中也被證實(shí)。例如，陳偉等[36]的研究發(fā)現(xiàn)，稻殼炭處理的褐土真菌、細(xì)菌、放線菌分別為對照的4.94、4.62、1.97倍；何玉亭等[37]的研究發(fā)現(xiàn)，煙稈碳和桑樹碳處理下真菌、放線菌、細(xì)菌數(shù)量分別為對照的4.1、4.0、1.5 倍和3.2、3.7、1.4倍。生物炭和腐植酸促進(jìn)微生物生長的原因，可能源于兩者都具有較大的比表面積，特別是生物炭具有更大的微孔結(jié)構(gòu)，給微生物的生長提供了有利的生存環(huán)境[38‐39]，同時(shí)生物炭和腐植酸表面吸附的營養(yǎng)物質(zhì)給微生物提供了更加豐富的營養(yǎng)[40‐41]，促使微生物數(shù)量的增長。至于在添加生物碳和腐植酸的情況下，哪一類微生物數(shù)量增長的多，可能與研究所使用的生物炭類型、土壤母質(zhì)類型等因素有關(guān)[41‐42]。本研究結(jié)果顯示，生物炭和腐植酸的施用，對細(xì)菌、放線菌、真菌的生長均起促進(jìn)作用。

關(guān)于土壤微生物數(shù)量和團(tuán)聚體分布之間的關(guān)系，許多學(xué)者證實(shí)了微生物的存在有利于團(tuán)聚體的形成[43‐44]，特別是真菌在團(tuán)聚體的形成中發(fā)揮著重要的作用[18]，因?yàn)檎婢木z可以將土壤纏繞在一起而形成團(tuán)聚體[30，45]。本研究結(jié)果顯示，3種處理下可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量與MWD 相關(guān)系數(shù)的大小順序分別為腐植酸>生物炭+腐植酸>生物炭、腐植酸>生物炭>生物炭+腐植酸、腐植酸>生物炭>生物炭+腐植酸。這些結(jié)果說明，在微生物生長和土壤團(tuán)聚體形成的關(guān)系中，腐植酸比生物炭起更加積極的作用。這可能是由于腐植酸比生物炭具有更多的營養(yǎng)物質(zhì)，能夠促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的增加，為微生物的生長提供更多的養(yǎng)分。在單獨(dú)生物炭處理下，3種微生物與>0.5 mm粒徑團(tuán)聚體的相關(guān)系數(shù)均值大小依次為放線菌>真菌>細(xì)菌，說明單獨(dú)施用生物炭時(shí)，放線菌對>0.5 mm 粒徑團(tuán)聚體的形成起主導(dǎo)作用，真菌次之，細(xì)菌最小。RAHMAN 等[18]比較了真菌和細(xì)菌抑制劑對砂姜黑土團(tuán)聚體形成的影響，結(jié)果表明，真菌與團(tuán)聚體的相關(guān)系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)菌。以上結(jié)果說明，土壤類型不同，微生物在團(tuán)聚體形成中扮演的角色也不同。

本研究結(jié)果表明，在丹江口庫區(qū)農(nóng)田土添加生物炭和腐植酸可以提高水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的含量，其中>0.5 mm 粒級水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量隨施用量的增加逐漸增加，<0.5 mm 粒級水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量隨施用量的增加逐漸降低，生物炭和腐植酸耦合施用比單獨(dú)施用對提高>0.5 mm 粒級水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量的效果更顯著；添加生物炭和腐植酸可以提高土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量，耦合施用下細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量與MWD 呈顯著正相關(guān)，與PAD呈顯著負(fù)相關(guān)。