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为了明确生物炭与土壤微生物相互作用对农作物生长的影响,以探讨生物炭提高农业生产效率的作用机理,我们在实验室条件下,分析比较了不同生物炭及其水溶性成分对土壤有益微生物生长的影响,并采用盆栽试验技术,在灭菌的土壤中引入生物炭和解磷/钾微生物,通过生物炭和土壤微生物对土壤理化特性和作物生长影响的差异性分析,探究生物炭与微生物互作对作物生长促进作用的机理,随后从生物炭改良土壤中分离获得一株能够合成吲哚乙酸植物激素的土壤微生物,说明生物炭在土壤改良过程中能够通过对土壤微生物的差异性影响,调节土壤微生物菌群结构和微生物活性,形成有利于作物生长的土壤微生物环境并提升土壤肥力,促进农作物生长,提高农业生产效率。1.虽然已有文献表明生物炭能够诱导改变科及以上水平的微生物菌群分布,但在属或种的水平上生物炭是如何影响单一菌种变化的相关研究还非常有限,为此,本文在实验室条件下研究了生物炭及其水溶性化合物对细菌个体生长的影响。结果证明生物炭对不同细菌的生长有不同的影响,不同原料来源的生物炭对同一细菌的生长也有不同的反应。玉米芯来源生物炭能够极大促进大多数被测试细菌的生长,但其中的4种细菌Bacillus pumilus ACCC04306、B.licheniformis、B.cereus和Kitasatospora viridis的生长却被稻壳来源的生物炭所抑制。所有被测试的3种不同来源的生物炭都能够极大地支持B.mucilaginosus菌的生长,但却抑制K.viridis菌的生长。更为重要的是,同一种生物炭对于不同种的细菌生长呈现差异性的影响,即使当2株菌属于同一个种时可能也有不同的影响作用,说明生物炭对细菌微生物生长的影响具有种属特异性。玉米芯来源的生物炭对B.thuringiensis菌表现出最强烈的吸附作用,但其呈现最大生长促进作用的细菌却是B.mucilaginosus菌,表明生物炭的多孔结构不是影响细菌生长的唯一因素。由于生物炭中的水溶性化合物对被测试细菌生长的促进或抑制作用,当水洗处理后的生物炭用于细胞生长促进作用研究时,其对被测试菌生长的影响也可能会发生相应的变化。未经水洗处理的生物炭促进细菌的细胞生长,但水洗处理后的生物炭则转变为抑制细胞生长,说明新鲜生物炭中的水溶性化合物在微生物生长过程中扮演重要作用,且这种影响是种属依赖型的。生物炭也能够通过促进某些土壤微生物细菌的生长,强化微生物的解钾/解磷活性,以帮助提高土壤肥力,增加农作物产量,其中,生物炭的吸附作用可使胶质芽孢杆菌B.mucilaginosus的活性提高5.9倍。更有意思的是,生物炭的吸附作用不仅能够影响细菌微生物的生长,而且,微生物细胞的生长活性还能通过生物炭的吸附作用得到极大的改善。2.为了考查生物炭与微生物互作对土壤理化特性的影响,我们采用盆栽试验方法,分析比较了分别添加生物炭和土壤微生物后土壤理化性质的变化。多孔结构和吸附性赋予生物炭改良土壤的能力,通过在种植有小白菜的土壤中添加生物炭发现,虽然生物炭能够提高土壤p H值,但是当土壤中同时引入微生物时,则由于生物炭与土壤微生物的相互作用,导致p H值的增幅加大。当将生物炭与土壤微生物同时添加到土壤中后,土壤有机质的含量不仅比未添加生物炭的土壤高,而且也比仅添加生物炭的土壤含量高,而且这种改变具有生物炭剂量相关性。因为在土壤中引入土壤微生物时发现,生物炭能够促进相关微生物的生长活性,而且还提高了土壤中氮磷钾的含量,与未添加生物炭的对照试验相比,分别增加了6.8%、45.5%和46.%。因此,生物炭在土壤中能够通过促进土壤微生物的生长和活性,提升土壤肥力,有利于农业生产。3.为了证实生物炭与微生物互相能够提升土壤肥力,我们将生物炭和土壤微生物引入种植有小白菜的土壤中,分析比较了不同土壤处理时小白菜的生长情况。结果发现,无论是单独添加生物炭或土壤微生物,还是合并添加生物炭与土壤微生物,小白菜的株高都没有明显改变。但是与未添加生物炭的土壤相比,在添加有生物炭土壤中生长的小白菜鲜重最高增加了13.1%,而同时添加生物炭和微生物土壤中生长的小白菜鲜重最大增加了14.8%。这种生物炭与土壤微生物的互作,使得小白菜鲜重比单独添加微生物的土壤提高了7.7%,说明生物炭与土壤微生物的互作能够促进小白菜的生长。而且这种生物炭与微生物互作对小白菜生长的影响,不仅与生物炭自身的多孔结构和吸附性有关,而且还与生物炭制备过程中形成的水溶性化合物密切相关。通过对小白菜中氮磷钾元素含量的分析发现,生物炭与土壤微生物的互作能够将小白菜中的氮元素含量提高33.3%,磷元素含量提高1.4倍,但对小白菜中的钾元素含量没有显著影响。所以,生物炭与微生物互作能够促进小白菜生长,增加小白菜中氮磷元素含量。4.吲哚乙酸可以作为一种植物激素调控植物的生长与发育,因此科学家们一直在持续寻找吲哚乙酸生产菌,并研究其在促进植物生长方面的潜在应用价值。本文从生物炭改良大田的玉米根际土壤中分离得到一株吲哚乙酸生产菌,该菌株为革兰氏染色阴性的兼性厌氧杆菌。表型分析和16S r RNA基因序列分析表明该菌株应该是肠杆菌属Enterobacter中的一个新菌。我们将其定名为Enterobacter sp.LX3。LX3菌在营养肉汤培养基中能够产生高达200 mg/L的吲哚乙酸,并能够促进大麦发育和提高植物叶绿素水平,说明LX3菌具有生物肥开发的巨大潜力。