生物炭添加对丘陵酸性黄壤线虫群落结构与功能的剂量依赖效应研究

《Scientific Reports》：Effects of maize straw-derived biochar on soil nutrient dynamics and nematode community structure in upland yellow soil

　　

摘要

生物炭是一种富含碳的土壤改良剂，在提高土壤肥力、促进碳固存、减少温室气体排放和支持农业可持续发展方面具有巨大潜力。然而，在丘陵酸性黄壤地区，土壤线虫群落结构、功能组成和生态指标对生物炭添加的响应尚不明确，特别是在田间尺度和剂量-响应关系方面。本研究基于为期三年的田间试验，设置五个生物炭添加量（0、5、10、20和50 t·ha?1），检测了土壤理化性质和酶活性的变化，分析了线虫群落组成、结构和生态指标的变化，并进一步探讨了生物炭对线虫群落的剂量依赖效应及其通过土壤性质介导的内在机制。结果表明，生物炭添加显著提高了土壤pH值、电导率(EC)、土壤有机碳(SOC)、有效氮(AN)、有效磷(AP)和脲酶活性(URE)，所有变量平均增幅超过10%。土壤酶活性和某些养分参数呈非线性响应，在10 t·ha?1添加量时达到峰值。生物炭显著增加了细菌食性线虫的相对丰度（增加19.8%–35.2%），同时降低了杂食-捕食性线虫的丰度（减少18.2%–31.9%）。此外，在10 t·ha?1生物炭处理下，植食性线虫有减少趋势。生物炭添加对线虫多样性指数没有统计显著影响；然而，Wasilewska指数和Basal指数在10 t·ha?1处理下达到最高值。冗余分析和路径分析表明，SOC、AN、AP、AK和脲酶活性是推动线虫营养级结构变化的关键因子。生物炭通过改变这些土壤性质间接调节线虫群落，而非产生直接效应。综上所述，10 t·ha?1的生物炭添加量在提高丘陵黄壤肥力和优化线虫群落结构与功能方面最为有效。