摘要
干旱及连作自毒引起紫花苜蓿(Medicago sativa L.)产量和品质的下降，严重制约苜蓿产业的发展。因此，在干旱胁迫下缓解苜蓿连作自毒成为亟待解决的问题。生物炭可以通过保持土壤水分、改善土壤质量等途径促进植物生长，在缓解连作自毒方面具有巨大潜力，但对生物炭缓解紫花苜蓿连作障碍的效果及机制还知之甚少。本研究采用种子萌发试验研究干旱胁迫和植株浸提液对紫花苜蓿种子萌发的影响，采用盆栽试验研究不同控制条件下生物炭添加对紫花苜蓿植株生长、土壤理化性质、微生物群落及三者间的相互关系的影响。研究结果表明: (1)对照(CK)和干旱(D)处理苜蓿种子发芽指标均随浸提液浓度的升高而降低。CK处理发芽势和发芽率在70 g/L时分别降低21.93％和17.99％(P＜0.05),D处理则在10 g/L时就产生显著下降，发芽势和发芽率分别降低57.96％和50.31％(P＜0.05)。当浸提液浓度相同时,D处理下紫花苜蓿幼苗芽长和根长较0 g/L的降低幅度均高于CK。紫花苜蓿植株浸提液对其种子萌发有显著抑制作用，干旱胁迫增强了自毒作用对种子萌发的抑制。 (2)不同控制土壤下，紫花苜蓿地上生物量在添加生物炭后均显著降低，降低幅度随茬次逐渐降低，第四茬地上生物量降幅最小。原始土壤(Original soils)添加生物炭对紫花苜蓿抑制作用最明显，灭菌(Sterile)土壤次之，接种(Inoculation)土壤最小。地下生物量未受到添加生物炭影响，但根冠比显著增高，生物量分配向地下部倾斜。添加生物显著促进了紫花苜蓿根系的形态建成。 (3)添加生物炭后，土壤有机质(SOM)、速效磷(AP)和速效钾(AK)含量显著增加，可溶性有机碳(DOC)含量则显著降低。生物炭显著降低了β-1,4葡萄糖苷酶(BG)和多酚氧化酶(PPO)活性。原始土壤添加生物炭降低了 L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)酶活性，灭菌和接种土壤添加生物炭增加了 LAP酶活性。 (4)添加生物炭显著改变了土壤细菌群落，生物炭对Simpson和Shannon指数影响并不一致，灭菌后添加生物炭显著增加了 Simpson和Shannon指数。细菌群落的优势菌门(相对丰度＞5％)为变形菌门(Proteobacteria),酸杆菌门(Acidobacteriota),拟杆菌门(Bacteroidota)和放线菌门(Actinobacteria)。添加生物炭增加了变形菌门、放线菌门的相对丰度，降低了厚壁菌门(Firmicutes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadota)、髌骨细菌门(Patescibacteria)和硝化螺旋菌门(Nitrospira)的相对丰度。添加生物炭降低了细菌群落中氮循环相关功能丰度。 添加生物炭对真菌群落影响较小，仅ACE指数在添加生物炭后显著增加。真菌群落中的优势菌门为子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)。添加生物炭显著增加了子囊菌门、球囊菌门(Glomeromycota)和被孢霉菌门(Mortierellomycota)的相对丰度，降低了担子菌门和罗兹菌门(Rozellomycota)的相对丰度。原始土壤添加生物炭降低了壶菌门(Chytridiomycota)的相对丰度，灭菌和接种土壤添加生物炭增加了壶菌门的相对丰度。添加生物炭增加了植物病原菌和菌根真菌功能丰度。 (5)紫花苜蓿地上生物量与土壤N、AP、NH4+-N、NO3--N含量显著正相关，根系生物量与N、AP、NO3--N含量显著正相关。根系性状与土壤SOM和AK含量显著正相关，与DOC含量显著负相关。RDA和Mantel检验结果显示，土壤N、K、P、AP和SOM是驱动土壤细菌群落变化的主要因素，SOM、AK、DOC、N、AP是驱动土壤真菌群落变化的主要因素。随机森林结果表明芽单胞菌门、硝化螺旋菌门、变形菌门是紫花苜蓿地上生物量显著的预测变量，真菌群落中则为壶菌门、子囊菌门和球囊菌门。 综上所述，添加生物炭抑制了紫花苜蓿地上部分的生长，但生物量的分配向地下部分倾斜，有助于紫花苜蓿根系形态的建成。土壤中限制苜蓿生长的养分含量增加，微生物群落结构和功能发生改变，真菌群落中球囊菌门丰度增加，土壤氮循环受到限制。
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