核農(nóng)學(xué)報 2024 38 5 0943 0954 Journal of Nuclear Agricultural Sciences 蚯蚓原位堆肥與不同比例生物炭對基質(zhì)理化性質(zhì)及 番茄品質(zhì)的作用研究 李文慧 1 王繼濤 2 安明遠 1 徐廣亞 3 尹 翠 3 游宏建 1 曹云娥 1 1 寧夏大學(xué)葡萄酒與園藝學(xué)院 寧夏 銀川 750021 2 寧夏回族自治區(qū)園藝技術(shù)推廣站 寧夏 銀川 750001 3 寧夏共享人力集團有限公司 寧夏 銀川 750027 摘 要 設(shè)施園藝生產(chǎn)中傳統(tǒng)基質(zhì)品類繁多 養(yǎng)分組成復(fù)雜 而生物炭與蚯蚓原位堆肥養(yǎng)分充足 更易大 范圍投入標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn) 據(jù)此 本研究以番茄品種粉得力為試材 設(shè)置蚯蚓原位堆肥 CK 蚯蚓原位堆肥 1 生物炭 C1 蚯蚓原位堆肥 2 生物炭 C2 蚯蚓原位堆肥 3 生物炭 C3 蚯蚓原位堆肥 5 生 物炭 C4 蚯蚓原位堆肥 10 生物炭 C5 共6個處理 探究不同比例生物炭對蚯蚓原位堆肥理化和微 生物特性 番茄品質(zhì)和產(chǎn)量的影響 結(jié)果表明 生物炭的施用整體顯著提高了蚯蚓原位堆肥的養(yǎng)分含量 和酶活性 生物炭對真菌群落多樣性無顯著影響 而顯著提高了細菌群落多樣性 P0 05 表2 生物炭對蚯蚓原位堆肥物理性質(zhì)的影響 Table 2 Effect of biochar on the physical properties of in situ vermicomposting 處理 Treatments CK C1 C2 C3 C4 C5 含水量 Water content 53 96 3 47a 51 10 3 43a 49 97 4 34a 56 28 6 16a 52 51 4 15a 49 99 4 77a 容重 Bulk density g cm 3 0 67 0 03a 0 66 0 02a 0 65 0 06a 0 65 0 01a 0 64 0 05a 0 58 0 01a 總孔隙度 Total porosity 47 63 3 23a 47 98 1 44a 49 96 1 56a 53 14 4 86a 56 04 1 79a 56 13 3 27a 注 數(shù)據(jù)為平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 同列不同小寫字母表示處理間差異顯 著 P 0 05 下同 Note Data are means standard deviation SD Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0 05 level among treatments The same as following 945 核 農(nóng) 學(xué) 報 38 卷 由表3可知 與CK相比 添加生物炭能顯著提高 蚯蚓原位堆肥的pH和EC值 P 0 05 并且隨著生物 炭添加比例的增大 pH和EC值呈持續(xù)上升趨勢 有 機質(zhì)含量也表現(xiàn)出相同趨勢 從121 50 g kg 1 增加到 310 50 g kg 1 添加生物炭提高了蚯蚓原位堆肥的養(yǎng) 分含量 并且隨著生物炭添加比例的增大 蚯蚓原位堆 肥中全氮 速效氮 速效磷 全磷和速效鉀含量均呈現(xiàn) 先增加后降低趨勢 其中 全磷 速效磷和速效鉀含量 以C3處理最高 分別較CK顯著提高了46 27 10 10 和68 43 全氮和速效氮含量以C4處理最高 分別較 CK顯著提高了15 96 和92 20 2 2 不同比例生物炭對蚯蚓原位堆肥酶活性的影響 由圖1可知 添加生物炭能提高蚯蚓原位堆肥中的 酶活性 并且隨著生物炭添加比例的增大 過氧化氫酶活 性呈持續(xù)增大趨勢 蔗糖酶 脲酶 堿性磷酸酶活性均呈 先增大后減小趨勢 其中 蔗糖酶和堿性磷酸酶活性以 C3處理最高 分別較CK顯著提高了52 09 和18 66 脲酶活性以C4處理最高 較CK顯著提高了86 49 2 3 不同比例生物炭對蚯蚓原位堆肥微生物多樣性 的影響 由圖2可知 細菌群落中各處理共產(chǎn)生5 567個 OTU 其中共有OTU數(shù)量為2 422 占總數(shù)的43 51 CK C5處理特有OTU數(shù)分別為41 46 44 65 51 68 相較CK C1 C5處理特有OTU數(shù)量均有不同程度增 加 以C5處理特有OTU數(shù)量最多 這可能是因為生物 炭多孔的結(jié)構(gòu)有利于微生物的生長發(fā)育 由此表明 生物炭能增加蚯蚓原位堆肥中的特有細菌數(shù)量 對細 菌的產(chǎn)生可能具有一定的促進作用 真菌群落中各處理共產(chǎn)生1 671個OTU 其中共有 OTU數(shù)量為400 占總數(shù)的23 94 CK C5處理特有 OTU數(shù)分別為70 91 67 83 125 89 除C2處理外 其 他處理的特有OTU數(shù)量均高于CK 變化趨勢與細菌 基本一致 以C4處理特有OTU最多 C5處理特有 表3 生物炭對蚯蚓原位堆肥化學(xué)性質(zhì)的影響 Table 3 Effect of biochar on the chemical properties of in situ vermicomposting 處理 Treatments CK C1 C2 C3 C4 C5 pH值 pH value 7 89 0 01d 7 92 0 01c 7 95 0 02c 8 01 0 02b 8 04 0 02b 8 13 0 01a 電導(dǎo)率 EC mS cm 1 1 82 0 00f 1 88 0 00e 1 94 0 00d 1 96 0 00b 2 05 0 00c 2 14 0 01a 全氮 Total N g kg 1 7 27 0 17c 7 51 0 18bc 7 58 0 19bc 7 82 0 11b 8 43 0 12a 7 97 0 07b 速效氮 Available N mg kg 1 160 44 1 91d 174 25 6 39d 193 95 4 11c 204 03 2 79c 308 37 3 09a 220 73 6 75b 速效磷 Available P mg kg 1 579 67 4 03b 582 68 14 51b 621 88 10 83a 638 20 5 17a 622 19 1 67a 594 05 5 33b 全磷 Total P g kg 1 4 02 0 18d 4 15 0 16cd 4 99 0 17b 5 88 0 22a 5 30 0 18b 4 47 0 20c 速效鉀 Available K mg kg 1 2 450 87 34 94e 3 044 86 60 52c 3 149 69 60 52c 4 128 02 92 44a 4 071 42 92 44b 2 730 40 60 52d 有機質(zhì) Organic matter g kg 1 121 50 3 86e 162 00 10 20d 179 36 3 86cd 190 93 7 71cd 219 86 3 86b 310 50 6 68a 注 不同小寫字母表示處理間差異顯著 P1 的細菌菌門 其中優(yōu)勢菌門為放線菌門 Actinobacteria 變形菌門 Proteobacteria 綠彎菌門 Chloroflexi 和厚壁菌門 Firmicutes 共占到全部菌門 相對豐度的87 44 89 51 CK C5處理的綠彎菌門 Chloroflexi 相對豐度分別為12 69 15 87 13 93 17 85 16 39 和26 87 變形菌門 Proteobacteria 和厚壁菌門 Firmicutes 相對豐度較CK均有所 降低 以C3處理最低 分別為17 56 和11 76 圖3 A 在屬水平上 共有11個優(yōu)勢細菌屬 相對 豐度 2 其中相對豐度排名前三的細菌屬分別為 norank f norank o Actinomarinales unclassified f Intrasporangiaceae 和沉積巖桿菌屬 Ilumatobacte 相較于CK 生物炭處理中的 norank f norank o Actinomarinale相對豐度下降了0 03 0 58個百分點 unclassified f Intrasporangiaceae 相對豐度增加了 0 29 0 59個百分點 以C4處理相對豐度最大 圖3 B 在真菌菌落中 不同處理檢測出7個相對豐度 1 的真菌菌門 其中優(yōu)勢菌門為子囊菌門 Ascomycota 被 孢 霉 菌 門 Mortierellomycota 和 羅 茲 菌 門 Rozellomycota 各處理中子囊菌門 Ascomycota 相 對豐度為48 05 56 43 相較CK 生物炭的添加 使被孢霉菌門 Mortierellomycota 相對豐度減少 除 C4處理外 其他處理的羅茲菌門 Rozellomycota 相對 豐度均高于CK 此外 隨著生物炭添加比例的增加 油 壺菌門 Olpidiomycota 作為潛在的優(yōu)勢菌門 其相對豐 度在C4和C5處理中均高于CK 圖3 C 在屬水平上 共有18個優(yōu)勢真菌屬 相對豐度 2 其中相對豐度排 名前三的真菌屬為未分類菌屬 unclassified k Fung 被孢霉屬 Mortierella 和羅茲菌屬 Rozellomycota 相 較CK 生物炭處理降低了被孢霉屬 Mortierella 相對 豐度 降幅為1 4 4 09個百分點 除C4處理外 其他 處理的未分類真菌屬 unclassified k Fung 和羅茲菌 屬 Rozellomycota 相對豐度較均高于CK 圖3 D 2 5 相關(guān)指標(biāo)的冗余分析 將細菌和真菌門 屬水平相對豐度前10的種群與 基質(zhì)理化性質(zhì)進行RDA分析 結(jié)果表明 圖4 基質(zhì) 理化性質(zhì)對細菌群落豐度解釋度為40 23 門 和 表4 生物炭對蚯蚓原位堆肥細菌和真菌群落Alpha多樣性指數(shù)的影響 Table 4 Effect of biochar on Alpha diversity index of biochar on Alpha diversity index of in situ vermicomposting with bacterial and fungal communities 群落 Community 細菌 Bacteria 真菌 Fungi 處理 Treatments CK C1 C2 C3 C4 C5 CK C1 C2 C3 C4 C5 覆蓋度 Coverage 96 72 96 65 96 57 96 65 96 67 96 73 99 79 99 79 99 82 99 82 99 77 99 83 Chao1指數(shù) Chao1 index 4 019 60 41 35a 4 122 27 33 11a 4 138 65 21 59a 4 071 04 12 92a 4 063 10 51 68a 4 034 30 92 31a 628 85 52 39a 670 11 27 10a 632 74 23 02a 617 87 35 92a 656 46 26 99a 596 37 25 71a Ace指數(shù) Ace index 4 322 36 229 57a 4 197 15 59 20a 4 673 79 212 92a 4 217 01 36 86a 4 373 26 236 69a 4 131 21 81 49a 615 80 50 13a 668 41 26 66a 633 48 19 20a 602 99 34 47a 660 66 23 55a 589 79 23 90a 香農(nóng)指數(shù) Shannon index 6 37 0 01ab 6 36 0 02ab 6 34 0 02bc 6 29 0 01c 6 35 0 01bc 6 41 0 03a 4 04 0 11a 4 23 0 09a 4 23 0 05a 4 32 0 06a 4 00 0 26a 4 31 0 04a 辛普森指數(shù) Simpson index 0 005 7 0 000 2bc 0 005 9 0 000 4c 0 006 6 0 000 4ab 0 006 7 0 000 5a 0 006 6 0 000 3ab 0 005 6 0 000 6c 0 043 7 0 008 3a 0 032 5 0 003 6a 0 033 3 0 001 8a 0 030 4 0 002 1a 0 054 9 0 022 5a 0 028 2 0 001 6a 947 核 農(nóng) 學(xué) 報 38 卷 注 A 門水平細菌群落相對豐度 B 屬水平細菌群落相對豐度 C 門水平真菌群落相對豐度 D 屬水平真菌群落相對豐度 Note A Relative abundance of bacterial community at phylum level B Relative abundance of bacterial communities at genus level C Relative abundance of fungal community at phylum level D Relative abundance of fungal community at genus level 圖3 生物炭對蚯蚓原位堆肥細菌和真菌群落組成的影響 Fig 3 Effect of biochar on the relative abundance of microorganisms of in situ vermicomposting at the phylum and genus level 圖4 細菌和真菌群落門 A C 屬 B D 水平與理化性質(zhì)的冗余分析 Fig 4 Redundancy analysis of physical and chemical properties of bacterial and fungal communities at phylum A C genus B D levels 948 5 期 蚯蚓原位堆肥與不同比例生物炭對基質(zhì)理化性質(zhì)及番茄品質(zhì)的作用研究 32 58 屬 真菌群落豐度解釋度為60 54 門 和 40 39 屬 在門水平上 影響細菌群落相對豐度的主要環(huán)境因 子是全磷 TP 速效鉀 AK 和速效磷 AP 其中 放線 菌門 Actinobacteria 綠彎菌門 Chloroflexi 相對豐度與 TP AP AK含量呈正相關(guān) 變形菌門 Proteobacteria 相對 豐度與TP AP AK含量呈負(fù)相關(guān) 圖4 A 影響屬水 平細菌群落相對豐度的主要環(huán)境因子是全氮 TN 速 效鉀 AK 和全磷 TP 沉積巖桿菌屬 Ilumatobacte unclassified f Intrasporangiace相對豐度與AK含量呈 正相關(guān) norank f norank o Vicinamibacterales 相對 豐度與AK含量呈負(fù)相關(guān) 圖4 B 對門水平的真菌群落變化產(chǎn)生關(guān)鍵作用的環(huán)境因 子為全氮 TN 速效氮 AN 和速效鉀 AK 其中 子 囊菌門 Ascomycota 相對豐度與TN AN和AK含量呈 正相關(guān) 被孢霉菌門 Mortierellomycota 羅茲菌門 Rozellomycota 相對豐度與AK AP含量呈負(fù)相關(guān) 圖4 C 影響屬水平真菌群落相對豐度的主要環(huán)境因子是 全氮 TN 速效氮 AN 和速效鉀 AK 枝孢菌屬 Cladosporiu 相對豐度與TN含量呈正相關(guān) 瓶毛殼屬 Lophotrichus 相對豐度與TN含量呈負(fù)相關(guān) unclassified p Rozellomycota相對豐度與AK含量呈負(fù)相關(guān) 圖4 D 2 6 蚯蚓原位堆肥與不同比例生物炭對番茄品質(zhì)和 產(chǎn)量的影響 由表5可知 生物炭處理整體顯著增加了番茄植株 地下部生物量 P 0 05 與CK相比 C1 C5處理植株地 下部生物量整體顯著增加16 84 112 19 隨著生物 炭添加比例的增大 番茄植株地下部生物量呈先增大后 減小趨勢 其中 C2處理番茄植株地下部生物量達到最 大值 同時 生物炭處理整體顯著提高了番茄的產(chǎn)量 P0 9 模型預(yù) 測指數(shù) Q 2 0 5 表明處理之間存在顯著差異 模型具 備較好的穩(wěn)定性 獲得的數(shù)據(jù)可繼續(xù)進行后續(xù)分析 此外 潛在結(jié)構(gòu)判別分析 orthogonal partial least squares discriminant analysis OPLS DA 建模的監(jiān)督正交投影 也揭示了兩樣本的顯著差異 由圖6可知 通過變量重要性投影 variable importance in projection VIP 1 P值1或1 2種差異代謝物下調(diào) fold change 1 由表6可知 相較于CK C3處理中上調(diào)物質(zhì)包括 1 己醇阿拉伯糖基葡糖苷 L 4 羥基谷氨酸半醛 4 羥基雙苯喹啉 5 甲氧基水楊酸等 下調(diào)物質(zhì)包括反 式祖馬林和L 谷氨酰胺 為進一步了解代謝途徑中差異代謝物的變化 將篩選出的差異代謝物映射到KEGG通路上進行注釋 和通路富集分析 由圖7可知 生物炭的施用對氨 酰tRNA生物合成 ABC轉(zhuǎn)運體蛋白 ATP binding 表5 蚯蚓原位堆肥與不同比例生物炭對番茄品質(zhì)及產(chǎn)量的影響 Table 5 Effect of in situ vermicomposting with different ratio of biochar on quality and yield of tomatoes 處理 Treatments CK C1 C2 C3 C4 C5 維生素 C Vitamin C mg 100 g 1 10 23 0 48b 10 92 0 28b 11 62 0 37b 11 76 0 74b 13 85 0 50a 14 26 0 70a 可溶性固形物 Soluble solids 5 47 0 03c 5 67 0 09abc 5 73 0 12abc 5 87 0 03a 5 80 0 12ab 5 57 0 07bc 可溶性糖 Soluble sugar 11 00 0 38c 12 63 0 29bc 13 89 0 78ab 14 92 0 78a 14 56 0 95ab 11 72 0 30c 硝酸鹽 Nitrate mg g 1 0 08 0 01a 0 08 0 01a 0 09 0 03a 0 08 0 01a 0 08 0 00a 0 10 0 02a 有機酸 Organic acids 1 25 0 01a 1 23 0 01a 1 25 0 01a 1 25 0 01a 1 26 0 01a 1 27 0 00a 地上部生物量 Aboveground biomass g 134 47 14 94b 136 42 8 55b 193 82 10 24a 152 84 20 13b 136 01 17 10b 125 74 6 40b 地下部生物量 Subsurface biomass g 9 68 0 12d 17 62 1 08b 20 54 1 38a 16 76 0 28b 13 29 0 25c 11 31 0 23d 產(chǎn)量 Yield kg 667 m 2 6 902 35 208 90c 7 722 96 214 71bc 8 447 40 534 84ab 9 411 72 574 85a 9 197 89 156 53a 8 624 01 295 48ab 949 核 農(nóng) 學(xué) 報 38 卷 圖5 番茄果實的LC MS評價 n 3 Fig 5 Evaluation of LC MS of tomato fruits n 3 圖6 番茄果實差異代謝物火山圖 A 和熱圖 B 代謝途徑分析 Fig 6 Volcano map A and heat map B of tomato fruit differential metabolites 表6 番茄果實差異代謝物 Table 6 Differential metabolites of tomato fruit 代謝物名稱 Metabolite name 1 己醇阿拉伯葡萄糖苷 1 Hexanol arabinosylglucoside 尿苷 5 二磷酸葡萄糖醛酸 Uridine 5 diphosphoglucuronic acid L 4 羥基谷氨酸半醛 L 4 Hydroxyglutamate semialdehyde L 絲氨酸 L Serine 4 羥基雙苯喹啉 4 Hydroxydebrisoquine 5 甲氧基水楊酸 5 Methoxysalicylic acid 異戊烯腺苷 Isopentenyladenosine 尿苷 Uridine L 谷氨酰胺 L Glutamine 6 甲氧基吡咯烷 6 Methoxymellein 黃嘌呤 Xanthine 甲苯 Toluene 環(huán)己酮 Cyclohexanone 反式祖馬林 Trans grandmarin 苯甲醛 Benzaldehyde 7 甲基腺嘌呤 7 Methyladenine 差異倍數(shù) Fold change 1 03 1 28 1 02 1 03 1 03 1 05 1 04 1 07 0 95 1 02 1 03 1 02 1 02 0 89 1 02 1 07 上調(diào) 下調(diào) Up Down 變量重要性投影VIP Variable importance in projection 1 07 3 07 1 08 1 22 1 05 1 38 1 39 1 77 1 87 1 07 1 35 1 09 1 11 1 92 1 12 2 12 P值 P value 0 037 0 037 0 014 0 022 0 008 0 011 0 041 0 033 0 000 0 040 0 026 0 022 0 013 0 045 0 049 0 003 950 5 期 蚯蚓原位堆肥與不同比例生物炭對基質(zhì)理化性質(zhì)及番茄品質(zhì)的作用研究 cassette 乙醛酸和二羧酸代謝 嘌呤代謝和嘧啶代謝 等代謝途徑有極顯著影響 P 0 01 由表7可知 參 與乙醛酸和二羧酸代謝 氨酰tRNA生物合成途徑的 差異代謝物為L 絲氨酸和L 谷氨酰胺 參與ABC轉(zhuǎn) 運蛋白途徑的差異代謝物為L 絲氨酸 L 谷氨酰胺和 尿苷 參與嘌呤代謝途徑的差異代謝物為L 谷氨酰胺 和黃嘌呤 參與嘧啶代謝途徑的差異代謝物為尿苷 3 討論 研究表明 容重在0 1 0 8 g cm 3 總孔隙度在 54 96 氣水比在0 25 0 50范圍內(nèi)的基質(zhì)最適宜 植物生長 20 本研究所有處理的容重和總孔隙度均 滿足上述要求 生物炭的施入整體顯著提高了蚯蚓原 位堆肥中的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量 原因可能是生物炭較 高的比表面積和吸附能力能固持蚯蚓原位堆肥中的 氮 磷 鉀離子 減少養(yǎng)分的流失 增加其可利用養(yǎng)分的 總量 且生物炭能夠延緩養(yǎng)分的釋放 使肥效變緩 補 充作物后期生長發(fā)育所需的養(yǎng)分 21 23 但隨著生物炭 施用量的增加 蚯蚓原位堆肥養(yǎng)分含量呈先上升后下 降的趨勢 并且酶活性的變化趨勢與之相似 其潛在原 因是過量生物炭會吸附更多酶分子 抑制酶促反應(yīng)進 行 導(dǎo)致酶活性降低 24 25 適量生物炭對蚯蚓原位堆肥中的細菌豐富度有顯 著影響 且細菌 多樣性指數(shù)大于真菌 這歸因于生物 炭結(jié)構(gòu)疏松多孔 自身呈弱堿性 配施蚯蚓原位堆肥能 夠刺激微生物的代謝 促進細菌群落多樣性的提升 這 與程揚等 26 的研究結(jié)果相吻合 赤子愛勝蚓腸道內(nèi) 的細菌類群主要為放線菌門 綠彎菌門和厚壁菌門等 上述菌群也被認(rèn)為是蚯蚓堆肥中常見的優(yōu)勢微生 物 27 28 這與本研究的結(jié)論相似 但各處理間菌群的 相對豐度存在差異 一方面 綠彎菌門是一種兼性厭 氧菌 可通過反向三羧酸循環(huán)來固定碳 氧化硫化物和 Fe 2 等物質(zhì) 促進土壤養(yǎng)分循環(huán)和碳固定 29 添加生物 炭提高了綠彎菌門的相對豐度 這表明生物炭能增加 蚯蚓原位堆肥的碳匯 提升有機碳的固持能力 另一 方面 生物炭的添加降低了變形菌門和厚壁菌門的相 對豐度 變形菌門作為細菌中最大的門類 包括如 T Escherich 1885 沙門氏菌等在內(nèi)的諸多病原菌 施 加生物炭會抑制變形菌門活性 進而降低相關(guān)病原菌 的相對豐度 30 此外 Cleveland等 31 發(fā)現(xiàn)土壤穩(wěn)定碳 含量的增加會導(dǎo)致 變形菌門和厚壁菌門相對豐度 的減弱 真菌類群中的優(yōu)勢菌門為子囊菌門 其次是 被孢霉菌門和羅茲菌門 子囊菌門的主要功能是參與 土壤有機質(zhì)分解 尤其具有分解木質(zhì)纖維素的能力 因 此子囊菌門相對豐度的提高有利于有機質(zhì)的礦化和養(yǎng) 分釋放 32 被孢霉菌門中含有一些具有溶磷作用的 真菌種群 可以溶解土壤中難以利用的磷元素 33 此 外 隨著生物炭施用量的增加 油壺菌門的相對豐度提 高 這可能是由于生物炭中某種微量物質(zhì)的積累刺激 了油壺菌門的繁殖 但具體原因有待進一步研究 表7 差異代謝物的代謝途徑歸屬 Table 7 Metabolic pathway attribution of differential metabolites 代謝物 Metabolite L 絲氨酸 L Serine L 谷氨酰胺 L Glutamine 尿苷 Uridine 黃嘌呤 Xanthine 分子式 Formula C 3 H 7 NO 3 C 5 H 10 N 2 O 3 C 9 H 12 N 2 O 6 C 5 H 4 N 4 O 2 KEGG通路ID KEGG compound ID C00065 C00064 C00299 C00385 代謝通路 Metabolic pathway 乙醛酸和二羧酸代謝 氨酰tRNA生物合成 ABC轉(zhuǎn)運蛋白 乙醛酸和二羧酸代謝 嘧啶代謝 氨酰 tRNA 生物合成 嘌呤代謝 ABC 轉(zhuǎn)運蛋白 嘧啶代謝 ABC 轉(zhuǎn)運蛋白 嘌呤代謝 注 富集率表示該代謝途徑中富集到的代謝物數(shù)目與注釋到代謝途徑 的代謝物數(shù)目的比值 比值越大 表示富集的程度越大 柱子顏色梯度 表示富集的顯著性 顏色越深 代表該KEGG term越顯著富集 其中P 0 001的標(biāo)記為 P 0 01的標(biāo)記為 P 0 05的標(biāo)記為 Note Enrichment rate is the ratio of the number of metabolites enriched in the pathway to the number of metabolites annotated to the pathway the larger the ratio the greater the enrichment The column color gradient indicates the significance of enrichment the darker the default color the more significantly enriched the KEGG term is where P 0 001 is marked as P 0 01 is marked as and P 0 05 is marked as 圖7 番茄果實差異代謝物途徑 Fig 7 Differential metabolite pathways in tomato fruits 951 核 農(nóng) 學(xué) 報 38 卷 蚯蚓原位堆肥中添加生物炭提高了番茄的產(chǎn)量和 品質(zhì) 生物炭可加速蚯蚓原位堆肥的腐殖化過程 生 物炭的表面也可以被堆肥中的微生物群落和腐殖質(zhì)氧 化 兩者的協(xié)同作用增加了基質(zhì)中可用營養(yǎng)物質(zhì)的數(shù) 量 促進了番茄植株的生長 改善了番茄的產(chǎn)量和品 質(zhì) 34 然而 隨著生物炭添加比例的增大 番茄產(chǎn)量 可溶性固形物和可溶性糖含量呈先增大后減小趨勢 以C3處理最高 因此 生物炭對作物增產(chǎn)效應(yīng)存在峰 值 35 此外 本研究通過LC MS測定番茄果實代謝 物 結(jié)果表明 當(dāng)生物炭添加比例為3 時 KEGG通路 富集產(chǎn)生了5條差異極顯著代謝途徑 P 0 01 以氨 酰tRNA生物合成代謝富集率最高 L 絲氨酸和L 谷 氨酰胺參與了此過程 絲氨酸作為生糖氨基酸可參與 糖異生途徑轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?而L 絲氨酸又是由糖酵解 中間體3 磷酸甘油酸酯通過三個催化步驟從頭合成的 谷氨酰胺可經(jīng)過代謝轉(zhuǎn)化為三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物 酮戊二酸 進而實現(xiàn)氨基酸與糖類之間的轉(zhuǎn)化 此外 本研究還確定了尿苷 5 二磷酸葡萄糖醛酸 1 己醇阿 拉伯葡萄糖苷等差異代謝物 尿苷 5 二磷酸葡萄糖醛 酸可在UGlc AE酶的作用下轉(zhuǎn)化生成尿苷二磷酸半乳糖 醛酸 進入高爾基體內(nèi)參與果膠的生物合成 同時 它還 可生成尿苷二磷酸木糖 間接形成木酮糖 36 這些物 質(zhì)的轉(zhuǎn)化可能是C3處理糖類物質(zhì)含量顯著高于CK的 主要原因 表5 綜上 生物炭的施用可能促進了果 實中氨基酸與糖類之間的轉(zhuǎn)化 從而提高了果實品質(zhì) 4 結(jié)論 本研究結(jié)果表明 生物炭可提高蚯蚓原位堆肥中 的養(yǎng)分含量和酶活性 優(yōu)化蚯蚓堆肥菌群結(jié)構(gòu) 進而達 到改善番茄品質(zhì) 提高番茄產(chǎn)量的目標(biāo) 其中 當(dāng)生物 炭替代比例為3 時 蚯蚓原位堆肥中的全磷 速效 磷 速效鉀含量及蔗糖酶和堿性磷酸酶活性最高 上 述營養(yǎng)狀況的改變增加了細菌群落的豐富度和多樣 性 促使綠彎菌門 Chloroflexi 相對豐度提高 變形菌 門 Proteobacteria 厚壁菌門 Firmicutes 和被孢霉門 Mortierellomycota 相對豐度降低 此外 LC MS分析 發(fā)現(xiàn) 生物炭通過改變番茄果實尿苷 5 二磷酸葡萄 糖醛酸 L 絲氨酸 L 谷氨酰胺等的代謝水平而影響 果實中糖類物質(zhì)含量 從而保證其品質(zhì)與產(chǎn)量保持在 高水平 參考文獻 1 儲霞玲 鄭林秀 葉高松 陳俊秋 我國露地與設(shè)施番茄生產(chǎn)的 溫室氣體排放比較 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報 2023 42 8 1870 1881 2 李旺雄 張洋 唐中祺 郁繼華 平衡施肥對設(shè)施基質(zhì)栽培番茄 生長 品質(zhì) 礦質(zhì)元素含量與產(chǎn)量的影響 J 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報 2022 34 8 1648 1660 3 張娜 微生物菌劑對設(shè)施番茄連作障礙的防治效果 J 蔬菜 2022 11 29 31 4 周道明 孫濤 趙玉紅 賈媛婕 楊銘菲 屈鋒 胡曉輝 基于品 質(zhì) 產(chǎn)量與水肥利用效率的基質(zhì)栽培辣椒水肥管理優(yōu)化 J 中 國農(nóng)業(yè)科學(xué) 2023 56 12 2354 2366 5 毛麗萍 趙婧 張劍國 設(shè)施番茄有機基質(zhì)配方篩選試驗 J 農(nóng) 業(yè)科技通訊 2021 8 187 190 193 6 孫錦 李謙盛 岳冬 高洪波 康云艷 田婧 李晶 郭世榮 國 內(nèi)外無土栽培技術(shù)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景 J 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué) 報 2022 45 5 898 915 7 He X Zhang Y X Shen M C Zeng G M Zhou M C Li M R Effect of vermicomposting on concentration and speciation of heavy metals in sewage sludge with additive materials J Bioresource Technology 2016 218 867 873 8 Yuvaraj A Thangaraj R Ravindran B Chang S W Karmegam N Centrality of cattle solid wastes in vermicomposting technology A cleaner resource recovery and biowaste recycling option for agricultural and environmental sustainability J Environmental Pollution 2021 268 Pt A 115688 9 Roghayeh R Shiva K Gholamreza H Ali M B Vermicompost and zeolite improve yield nutrient uptake essential and fixed oil production and composition of Nigella sativa L J Frontiers in Sustainable Food Systems 2023 7 1214691 10 張頔 李龍威 王鑫 王彥靖 劉海燕 崔彥如 高星愛 李忠 和 郎洪彥 生物炭對畜禽糞便好氧堆肥的影響研究進展 J 玉 米科學(xué) 2022 30 6 138 148 11 王欣 尹帶霞 張鳳 譚長銀 彭渤 生物炭對土壤肥力與環(huán)境 質(zhì)量的影響機制與風(fēng)險解析 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2015 31 4 248 257 12 Huang K Chen J Y Guan M X Xia H Lin L Effects of biochars on the fate of antibiotics and their resistance genes during vermicomposting of dewatered sludge J Journal of Hazardous Materials 2020 397 122767 13 Natalie H Mufidat M Hajara T Ahmed A Chuxia L Effects of softwood biochar on the status of nitrogen species and elements of potential toxicity in soils J Ecotoxicology and Environmental Safety 2018 166 383 389 14 史多鵬 葉子壯 李惠通 呂慎強 王林權(quán) 周春菊 生物炭和氮 肥配施對夏玉米 冬小麥輪作體系耕層土壤質(zhì)量的影響 J 應(yīng) 用生態(tài)學(xué)報 2023 34 2 442 450 15 馬全會 張娟 劉義飛 劉文科 河沙 甘草渣混配基質(zhì)理化性狀 及其對草莓生長的影響 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019 47 21 185 188 16 鮑士旦 土壤農(nóng)化分析 M 北京 中國農(nóng)業(yè)出版社 2000 17 王香生 連延浩 郭輝 任永哲 辛澤毓 林同保 王志強 小麥 紅花間作系統(tǒng)根際微生物群落結(jié)構(gòu)及功能分析 J 中國生態(tài)農(nóng) 業(yè)學(xué)報 中英文 2023 31 4 516 529 18 高俊鳳 植物生理學(xué)實驗指導(dǎo) M 北京 高等教育出版社 2006 952 5 期 蚯蚓原位堆肥與不同比例生物炭對基質(zhì)理化性質(zhì)及番茄品質(zhì)的作用研究 19 吳晴陽 周子維 倪子鑫 楊云 胡清財 黃慧清 賴鐘雄 孫 云 代謝組學(xué)在烏龍茶品質(zhì)形成過程中的研究進展 J 食品安 全質(zhì)量檢測學(xué)報 2022 13 7 2129 2136 20 文中華 劉喜雨 孟軍 劉遵奇 史國宏 生物炭和腐熟秸稈組 配基質(zhì)對水稻幼苗生長的影響 J 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2020 51 1 10 17 21 張琪 生物炭和炭基肥施用對綠地土壤性質(zhì)及大葉羅勒生長特 性的影響 J 中國土壤與肥料 2022 10 81 88 22 王智慧 唐春雙 趙長江 楊克軍 李佐同 王洪義 殷大偉 生 物炭與肥料配施對土壤養(yǎng)分及玉米產(chǎn)量的影響 J 玉米科學(xué) 2018 26 6 146 151 159 23 莊曄 王娟 生物炭和肥料配施對土壤理化特性和作物生長影響 的研究綜述 J 水利與建筑工程學(xué)報 2021 19 4 186 193 24 姚佳 劉加欣 蘇焱 蘇小娟 煙桿炭配施氮肥對玉米苗期生長 及土壤特性的影響 J 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報 2023 25 3 140 151 25 杜倩 黃容 李冰 王昌全 文登鴻 謝云波 陳玉藍 馮浪 生 物炭還田對植煙土壤活性有機碳及酶活性的影響 J 核農(nóng)學(xué) 報 2021 35 6 1440 1450 26 程揚 劉子丹 沈啟斌 楊小瑩 肖曉月 張?zhí)?秸稈生物炭施 用對玉米根際和非根際土壤微