2025, Vol. 62
表1(Table 1)
红壤是我国重要的农业资源，面积约218 万km2，占全国土地总面积的22.7%，其中旱地农田占红壤耕地总面积的40%[1]。然而，旱地红壤酸化形势严峻、有机质含量低、氮磷养分贫瘠，严重制约土壤生物功能和生态系统生产力[2-3]。建立旱地红壤固碳培肥协同提升技术对促进红壤生物多样性和耕地地力水平、保障健康红壤生态系统和粮食安全具有重要意义。作物秸秆和畜禽粪便等有机物料还田是实现农业废弃物养分循环的主要途径之一。作物秸秆、畜禽粪便含丰富的碳源和矿质营养元素，一方面可减少化肥投入，另一方面对提高土壤养分、改善水热条件和促进作物产量与品质提升具有重要作用[4-6]。然而，短期内秸秆和畜禽粪便直接还田提升土壤有机质的潜力有限，且易引起土壤病原菌滋生，并促进温室气体排放。因此，亟需探索适宜的配施改良剂来改善土壤微生物区系和功能，以更好地促进红壤固碳培肥和作物健康。
将作物秸秆热解成生物质炭并施加到土壤是增进土壤碳固持的有效途径之一[7]。生物质炭通常具有较高的pH、极大的比表面积、丰富的惰性碳组分和孔隙结构，可显著降低土壤酸度、改善土壤结构和提高养分固持能力[8]。鉴于生物质炭的特殊结构和化学性质，其作为一种物料配施剂或土壤增效剂也日益受到广泛关注。研究表明，相比化肥和有机物料单施，其与生物质炭配施可减少养分淋失，增加肥料利用率[9]，另一方面可抑制有机碳分解酶的活性和微生物碳源代谢能力，从而提高土壤稳定性碳库，减少土壤碳排放[5，10-11]。因此，生物质炭与有机肥配施可克服各自的弊端，更全面地提升土壤碳库储量和养分含量。
细菌和真菌群落是土壤生态系统的重要组成部分，在调控土壤养分循环、促进植物健康等方面发挥着关键作用[12]，其群落丰度和多样性变化一定程度上反映土壤功能稳定性和健康状况。关于施用有机物料对微生物多样性的影响已有大量研究，秸秆、畜禽粪便等有机物料施用总体上可增加碳源供应，提高微生物活性和微生物群落多样性[13-14]，但其对细菌和真菌群落的影响存在显著的分异[15]。研究[16]表明，畜禽粪便施用能提高土壤微生物多样性，有利于某些异养型细菌的生长繁殖，并且在一定程度上抑制潜在病原性真菌的生长。也有研究表明，与秸秆直接还田相比，秸秆炭化还田能促进细菌和真菌群落显著分异，增加土壤微生物群落多样性，改善微生物的群落结构及生态功能[17]。然而，生物质炭与有机物料配施对旱地红壤微生物群落组成、丰度和功能的影响尚缺乏系统研究。
本研究旨在探究有机物料与生物质炭配施对旱地红壤化学性质和微生物群落特征变化的影响。假设：（1）有机物料与生物质炭配施相比有机物料单施可进一步提高土壤pH和有机碳含量；（2）由于细菌和真菌生存策略的差异，在有机物料施用条件下，细菌和真菌群落的多样性和组成可不同程度响应生物质炭配施处理；（3）有机物料与生物质炭配施可能主要通过养分有效性调控细菌和真菌的群落结构和功能。为了验证上述假设，本研究设置粉砂岩母质发育形成的旱地红壤田间试验，通过定量PCR和高通量测序技术比较有机物料（玉米秸秆和羊粪）单施及其与生物质炭配施对土壤肥力、微生物群落结构和功能的影响，探究驱动土壤微生物群落变化的关键环境因子，旨在为提高旱地红壤生态系统多功能性和保障土壤健康发展提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验区概况试验地位于浙江省杭州市临安区锦北街道（30°15′ N，119°43′ E）。研究区属亚热带季风气候，年均降水量1 420 mm，年均气温15.9℃。试验地土壤类型为粉砂岩母质发育形成的红壤，土壤基础性质为：pH 4.74，有机碳4.55 g·kg–1，全氮0.45 g·kg–1，有效磷1.58 mg·kg–1，速效钾89.00 mg·kg–1，碱解氮63.10 mg·kg–1。土壤机械组成为：砂粒104.0 g·kg–1，粉粒435.0 g·kg–1和黏粒461.0 g·kg–1。
1.2 试验设计试验设置有机物料（OA）和生物质炭（B）双因子，共6个处理：对照（CK，不施有机物料，又分为施用和不施用生物质炭两个处理）、单施玉米秸秆（S）、单施羊粪（M），以及分别与生物质炭配施处理（记为+B，前3者无生物质炭处理记为-B）。本研究玉米秸秆采用全量还田，还田量为10.2 t·hm–2（即碳3.6 t·hm–2）。羊粪和生物质炭的用量与玉米秸秆处理保持等碳量输入，其中羊粪用量为33.5 t·hm–2，生物质炭添加量为8.5 t·hm–2。各处理按随机区组设计，每个处理设置3个重复，小区面积为6.6 m2。田间试验始于2017年4月，每年4月根据用量将玉米秸秆、羊粪、生物质炭撒施至各小区，并与0~15 cm土壤充分混匀。本试验中，玉米秸秆于自然风干后切碎至1 cm左右备用。生物质炭由玉米秸秆在特制炭化炉450~500 ℃厌氧热解2 h制备而成，并过2 mm筛。玉米秸秆全碳占352.6 g·kg–1，全氮9.2 g·kg–1，碳氮比38.32。羊粪含水量为0.63 g·g–1，pH 8.2，全碳294.3 g·kg–1，全氮21.7 g·kg–1，全磷10.6 g·kg–1，全钾11.2 g·kg–1。生物质炭性质为pH 9.3，全碳424.2 g·kg–1，全氮10.16 g·kg–1，全磷1.6 g·kg–1，全钾2.6 g·kg–1，碳氮比为41.74。试验期间每年种植一季玉米，期间不施化肥，以避免化肥施用可能对有机物料与生物质炭的相互作用产生干扰。
1.3 样品采集与处理经过连续2年物料处理后，于2018年12月采集各小区土壤样品。按照五点法使用土钻采集0~15 cm表层土壤，充分混匀形成一个混合样，低温带回实验室。土壤样品剔除根系、植物残体和石砾等杂物后过2 mm筛混匀，分成三份，一份存储于4 ℃冰箱用于土壤微生物生物量等指标测定，一份风干后用于测定化学性质，剩余土壤冷冻干燥后保存于–70℃。
1.4 土壤化学性质测定参考鲁如坤[18]的方法测定土壤pH、有机质、全氮、铵态氮、硝态氮、有效磷以及速效钾。土壤pH按土水比1︰2.5测定；采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质含量；凯氏定氮法测定土壤全氮含量；土壤经NH4OAc浸提后采用火焰光度法测定速效钾含量；用NH4F-HCl浸提比色法测定有效磷含量；采用全自动间断元素分析仪（CleverChem 380，德国）测定铵态氮和硝态氮含量。
1.5 高通量测序分析土壤DNA采用MoBio PowerSoil ™ DNA提取试剂盒（MoBio Laboratories，CA，美国）按操作说明提取。采用ABI GeneAmp® 9700型PCR仪以338F和806R为引物对细菌16S rRNA序列进行扩增，以ITS1F和ITS2R为引物扩增真菌ITS序列。将纯化后的扩增子进行高通量测序（Illumina Miseq平台，Illumina Corporation，San Diego，美国）。测序得到的PE reads根据overlap关系进行拼接、质控和过滤，获得优化序列。将优化序列按USEARCH7-uparse方法根据大于邓源97%的序列相似度进行操作分类单元（OTU）划分。在进行数据分析之前进行样本序列抽平，保证数据分析的准确性。序列分析使用QIIME（Version 1.7.0）软件进行多样性分析。
1.6 荧光定量PCR分析荧光定量PCR分析采用引物338F/518R[19]和NS1F/FungR[20]分别对细菌16S rRNA和真菌18S rRNA基因丰度进行扩增。反应体系设置如下：土壤DNA模板1 μL，2×SYBR Premix Ex Taq反应液10 μL，上、下游引物（10 μmol·L–1）各1 μL，无菌水7 μL。反应在CFX96 Touch TM荧光定量PCR检测系统上进行，扩增程序如下：95 ℃预变性3 min；95 ℃变性30 s，55℃（细菌）或57℃（真菌）退火30 s，72 ℃延伸30 s，35个循环后72 ℃延伸5 min。熔解曲线条件：以0.5 ℃·s–1温度递增速率从65℃增至95 ℃。所有反应均设置3个重复，以无菌dd H2O作为阴性对照，每轮反应结束后将样品与标准曲线的Ct值进行比较，确定目标基因的初始拷贝数。
1.7 数据处理有机物料（OA）与生物质炭（B）处理及两者互作效应采用双因素方差分析（Two-way ANOVA）检验，采用单因素方差分析（One-way ANOVA）邓肯（Duncan）多重比较法比较不同处理间的显著性（显著性水平设置为P=0.05）。微生物多样性指数与环境因子相关性采用皮尔森（Pearson）双尾检验。土壤微生物群落结构差异采用Bray-Curtis距离的非度量多维尺度分析（NMDS）进行表征，置换多元方差分析（PERMANOVA）检验差异显著性。运用PICRUSt 2（2.2.0）和FUNGuild（1.0）软件对微生物群落结构功能进行预测分析。
2 结果 2.1 土壤化学性质变化相比对照（CK），羊粪单施显著（P < 0.05）提高了土壤pH、有机碳、全氮、硝态氮、有效磷和速效钾含量，而单施秸秆对其无影响（表 1）。相比单施有机物料处理，生物质炭与秸秆和羊粪配施处理有机碳含量分别显著提高了133.5%、81.47%，且均显著提高了C/N，但生物质炭配施羊粪显著降低了土壤硝态氮含量。双因素方差分析结果显示，有机物料（OA）和生物质炭（B）对土壤pH、有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量均有显著影响；而生物质炭仅对C/N呈极显著影响（P < 0.001），有机物料仅对全氮和硝态氮呈显著影响，但两者无显著交互作用（表 1）。
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表 1 不同处理的土壤化学性质 Table 1 Soil chemistry properties of different treatments |
与对照相比，单施羊粪处理细菌、真菌丰度分别显著提高了448.9%、1 709%（图 1）；单施秸秆显著（P < 0.05）增加了真菌丰度和真菌细菌比值（F/B），但对细菌丰度无显著影响。相比单施羊粪，羊粪与生物质炭配施显著提高了细菌的丰度，提高幅度为35.34%。相比单施秸秆，其与生物质炭配施显著降低了F/B。双因素方差分析表明，有机物料对土壤细菌和真菌丰度、F/B均有显著（P < 0.05）影响；有机物料和生物质炭对F/B有显著交互效应（图 1）。
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注： FOA：有机物料因子的F值；FB：生物质炭因子的F值；FOA×B：有机物料和生物质炭交互效应的F值。不同字母表示不同处理间存在显著差异（P < 0.05），*表示P < 0.05，**表示P < 0.01，***表示P < 0.001。下同。 Note: FOA: F value of organic matter factor; FB: F value of biochar factor; FOA×B: F value of organic matter and biochar interaction. Different letters indicate significant differences between different treatments(P < 0.05), * P < 0.05, ** P < 0.01, *** P < 0.001. The same as below. 图 1 不同处理土壤细菌、真菌丰度及比值 Fig. 1 Soil bacteria, fungi abundance and ratio under different treatments |
相比对照，单施秸秆或生物质炭显著（P < 0.05）降低了细菌群落丰富度指数、Chao1和香农指数；有机物料单施或与生物质炭配施对真菌群落多样性指数均无显著影响（表 2）。双因素方差分析表明，有机物料对细菌多样性指数均有显著（P < 0.05）影响，且有机物料和生物质炭之间有显著的交互作用；而生物质炭仅对细菌群落香农指数有显著影响（表 2）。
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表 2 不同处理下土壤微生物α多样性指数 Table 2 The α diversity index of soil microorganisms under different treatments |
非度量多维尺度（NMDS）分析表明，不同有机物料处理的细菌和真菌群落结构图谱存在明显区别，单施羊粪及其与生物质炭配施（图 2a）样品沿X轴方向分离，而不同处理下真菌群落结构差异不如细菌明显（图 2b）。置换多元方差分析（PERMANOVA）表明，有机物料和生物质炭均极显著（P < 0.01）改变了土壤细菌和真菌群落组成，且二者存在显著的交互作用。土壤pH、有机碳（SOC）、全氮（TN）、速效钾（AK）和有效磷（AP）含量是影响土壤细菌和真菌群落的重要因素。
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注 Note： Stress：胁强系数。 图 2 不同处理下土壤细菌（a）和真菌（b）群落非度量多维尺度（NMDS）分析 Fig. 2 Non-metric multidimensional scaling(NMDS)analysis of soil bacterial(a)and fungal(b)communities under different treatments |
本研究中细菌优势菌门主要为变形菌门（Proteobacteria，22.44%）、酸杆菌门（Acidobacteriota，18.89%）、绿弯菌门（Chloroflexi，20.63%）、放线菌门（Actinobacteriota，17.68%），占样本细菌群落组成的85%以上；而真菌主要门类包括子囊菌门（Ascomycota，73.22%）、担子菌门（Basidiomycota，15.90%）、被孢菌门（Mortierellomycota，5.40%）（图 3）。与对照相比，单施秸秆显著（P < 0.05）增加了变形菌门、罗兹菌门（Rozellomycota）的相对丰度，单施羊粪显著增加了厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度，两者均显著增加了黏球菌门（Myxococcota）的相对丰度，但降低了绿弯菌门的相对丰度；而单施生物质炭显著提高变形菌门的相对丰度，显著降低了绿弯菌门的相对丰度。与单施秸秆相比，秸秆与生物质炭配施显著降低了罗兹菌门的丰度。与单施羊粪相比，生物质炭与羊粪配施显著提高变形菌门、黏球菌门的相对丰度。双因素方差分析表明生物质炭、有机物料分别显著（P < 0.05）影响厚壁菌门、罗兹菌门的相对丰度；两者均极显著（P < 0.01）影响了变形菌门、绿弯菌门、黏细菌门的相对丰度，对罗兹菌门的相对丰度有极显著的交互作用（图 3）。
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图 3 不同处理下土壤微生物在门水平上优势群落的相对丰度 Fig. 3 Relative abundance of dominant communities of soil microorganisms at the phylum level under different treatments |
与对照相比，单施秸秆、羊粪均显著（P < 0.05）增加了Ellin6067的相对丰度，显著降低了弯孢菌属（Curvularia）的相对丰度（表 3）。而单施秸秆或生物质炭显著增加了慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）、Candidatus_Solibacter、苔藓杆菌属（Bryobacter）、热酸菌属（Acidothermus）的相对丰度；此外，单施秸秆显著增加了Burkholderia-Caballeronia- Paraburkholderia、被孢霉属（Mortierella）、裂壳属（Schizothecium）的相对丰度。单施羊粪显著增加了芽单胞菌属（Gemmatimonas）、Haliangium的相对丰度却显著降低了康奈斯氏杆菌属（Conexibacter）、热酸菌属、Acidomelania相对丰度。与单施秸秆或羊粪相比，生物质炭与两者配施均显著降低了热酸菌属、镰刀菌属（Fusarium）、裂壳属的相对丰度，却显著增加了Acidomelania的相对丰度；生物质炭与羊粪配施却显著增加了Ellin6067、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、毛壳属（Chaetomium）的相对丰度。双因素方差分析结果（表 3）表明，有机物料显著影响了Candidatus_Solibacter、苔藓杆菌属、康奈斯氏杆菌属、Haliangium、Burkholderia-Caballeronia- Paraburkholderia、蓝状菌属（Talaromyces）、裂壳属的相对丰度，生物质炭显著影响了鞘氨醇单胞菌属的相对丰度，两者均显著影响了慢生根瘤菌属、热酸菌属、Ellin6067、芽单胞菌属、毛壳属、镰刀菌属、弯孢菌属、Acidomelania的相对丰度。有机物料和生物质炭对慢生根瘤菌属、Candidatus_Solibacter、热酸菌属、鞘氨醇单胞菌属、毛壳属、弯孢菌属、Acidomelania的相对丰度有显著的交互作用。
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表 3 不同处理下土壤微生物在属水平下主要群落的相对丰度 Table 3 Relative abundance of major communities of soil microorganisms at genus level under different treatments/% |
碳水化合物代谢（9.14%）、氨基酸代谢（8%）、能量代谢（4.51%）、辅助因子和维生素的代谢（4.17%）、转运（2.81%）为主要二级功能层（图 4）。相比对照，单施秸秆显著（P < 0.05）降低代谢功能（除氨基酸代谢外）菌的相对丰度，单施生物质炭显著降低了碳水化合物代谢和翻译功能菌的相对丰度。相比单施羊粪，羊粪与生物质炭配施显著降低了碳水化合物代谢功能菌的相对丰度。双因素方差分析结果表明，有机物料和生物质炭均对细菌碳水化合物代谢和转运有显著影响，且有机物料对能量代谢、辅助因子和维生素的代谢有极显著（P < 0.01）影响。
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图 4 不同处理下土壤微生物群落功能菌的相对丰度 Fig. 4 The relative abundance of functional microbes of soil microbial community under different treatments |
木质腐生真菌（17.28%）、植物病原菌（5.71%）、粪腐生菌（4.24%）、植物内生菌（1.56%）和动物病原菌（1.25%）为主要的真菌功能类群（图 4）。与对照相比，单施秸秆、羊粪或生物质炭均显著（P < 0.05）降低了植物病原菌的相对丰度，而单施羊粪显著增加了粪腐生菌和动物病原菌的相对丰度。相比单施秸秆，秸秆与生物质炭配施显著增加了植物内生菌和动物病原菌的相对丰度，而相比单施羊粪，其与生物质炭配施显著降低了粪腐生菌和动物病原菌的相对丰度。双因素方差分析结果表明，有机物料对真菌功能类群均有显著影响，而生物质炭仅对植物内生菌相对丰度有显著影响，两者对植物内生菌和动物病原菌均有显著交互作用。
3 讨论 3.1 有机物料与生物质炭配施对土壤化学性质的影响本研究（表 1）表明，有机物料和生物质炭单施及其配施对土壤pH和养分含量均有显著影响，但改良效果存在差异。相比对照和秸秆处理，单施羊粪及其与生物质炭配施处理显著提高了土壤pH，表明羊粪在提高酸性红壤pH方面优于秸秆和生物质炭。已有研究证明有机肥相对于秸秆还田更有利于缓解土壤酸化[11]，主要是因为有机肥一方面能增加土壤中盐基离子的输入量，另一方面有机肥中丰富的腐殖酸可提高土壤的酸碱缓冲容量，从而提高土壤pH[21–22]。梁栋等[23]研究表明生物质炭提高土壤pH的效果优于有机肥，然而本研究结果（表 1）与此相反，这主要是因为本研究中生物质炭输入量（8.5 t·hm–2）要远低于其生物质炭用量（30 t·hm–2），导致生物质炭降低土壤酸度的效果低于羊粪。与前期假设相反，有机物料和生物质炭配施对pH的影响与有机物料单施无显著差异（表 1），这可能也与生物质炭较小的施用量有关。有机物料和生物质炭施用均显著提高了土壤有效磷和速效钾含量，但羊粪提升效果更好（表 1），说明在等碳量输入的情况下羊粪含有更多的速效养分，相比秸秆和生物质炭处理更能提升旱地红壤肥力[11]。秸秆单施两年并未显著提高土壤有机碳含量，而单施羊粪显著提高了土壤有机碳含量，表明施用羊粪更能促进土壤有机碳积累。此外，与有机物料单施相比，生物质炭配施均大幅度提高了土壤有机碳含量（表 1）。一方面，可能与生物质炭本身的碳输入直接提高了土壤有机碳有关；另一方面生物质炭的多孔结构和惰性碳组分抑制了微生物介导的有机碳分解作用，从而提高了土壤有机碳积累有关[5]。基于13C的同位素示踪技术研究表明，生物质炭添加可进一步促进植物生长，提高凋落物碳输入以及光合碳沉积，并通过负激发效应促进矿质结合态碳和颗粒态碳的形成及土壤碳固存[24-25]。本研究中生物质炭本身对土壤有机碳有一定贡献，但生物质炭配施有机物料引起的有机碳提升与生物质炭对植物碳输入的固持效应也有密切关系，尚需进一步验证。综上所述，羊粪与生物质炭配施更能降低土壤酸度，促进土壤肥力提升和提高有机碳积累。
3.2 有机物料与生物质炭配施对土壤微生物群落结构及多样性的影响本研究（图 1）发现，单施羊粪可同时提高土壤细菌和真菌的丰度，而单施秸秆仅提高真菌丰度，说明有机物类型和碳源质量是影响微生物丰度的重要因素[26]。李德近等[27]研究发现，羊粪含有丰富的易分解有机碳，且腐解速率较低，可长期作为底物被微生物分解利用，有利于提高土壤中细菌数量。此外，有机肥对土壤pH良好的改良效果可能为真菌的生长提供了适宜的土壤环境，有利于增加有益真菌的丰度，并且抑制了致病真菌的生长[28]。与羊粪相比，秸秆中的速效养分含量较少，并且秸秆中较高的纤维素成分和较高的C/N更适合真菌的生长繁殖[15]。相对于单施羊粪，羊粪配施生物质炭进一步促进了细菌的生长，这可能是因为生物质炭较大的比表面积和丰富的孔隙结构为微生物增殖提供了更合适的栖息地[8]。
有机物料单施及其与秸秆配施也显著调控微生物的群落结构及其多样性（表 2，图 2）。羊粪及其与生物质炭配施对细菌和真菌的α多样性无影响，但单施秸秆或其配施生物质炭均显著降低了细菌Chao1指数和香农指数，而对真菌多样性指数无影响，表明土壤细菌群落的丰富度和多样性对秸秆和生物质炭的添加更加敏感。Ge等[15]研究结果表明秸秆添加降低细菌的多样性和复杂性，可能是因为参与秸秆降解的细菌类群之间存在强烈的竞争作用，导致优势类群的增长，而其他类群细菌受到抑制。本研究（表 2）表明单施生物质炭也显著降低了细菌群落多样性，这可能与其含有较高的碱性和芳香性物质抑制微生物的活性有关[8]。
变形菌门属于革兰氏阴性菌，具有较快的生长速度和不同类型底物的利用能力[29]，而厚壁菌门属于革兰氏阳性菌，生长缓慢，更适应营养贫乏的生态位，并能有效地矿化惰性碳[30]。单施有机物料显著增加了变形菌门和厚壁菌门的相对丰度（图 3），表明有机物料的施用能促进富营养型和寡营养型菌群的生长。羊粪与生物质炭配施可进一步提高变形菌门丰度（图 3），这可能与生物质炭的施用促进土壤碳源底物多样性有关[8]。鲜文东等[31]研究表明绿弯菌门营养方式极为多样并随环境条件发生变化。本研究（图 3）中，有机物料与生物质炭的施用均降低了绿弯菌门的丰度，可能是因为有机物料显著提高了土壤pH和底物有效性，提高了富营养优势菌群的丰度，进而对绿弯菌门等寡营养型微生物产生了较强的竞争作用[32]。相比细菌群落，有机物料和生物质炭施用对真菌群落结构影响较小（图 2），这可能与真菌具有较强的环境适应能力和底物利用类型多样有关[28]。
3.3 有机物料与生物质炭配施对土壤微生物群落功能的影响有机物料单施及其与生物质炭配施改变了细菌群落代谢功能和真菌功能类群的丰度（图 4）。微生物碳水化合物和能量代谢与有机质分解、固氮、溶磷等作用密切相关，其中间产物可为物质合成提供原料[33]。单施秸秆显著降低了碳水化合物、能量和转运等代谢功能菌丰度，而单施羊粪对其无影响（图 4），这可能由于本研究土壤样品采集于秸秆分解末期，单施秸秆处理可能在秸秆分解后期难以提供充足的碳源底物，从而降低了微生物的碳水化合物、能量和转运等代谢。相比单施有机物料，生物质炭与其配施对细菌代谢功能无影响，但显著降低了碳水化合物代谢（图 4），表明生物质炭的配施进一步限制了微生物的碳水化合物代谢活性，从而可能对细菌介导的有机质分解、碳水化合物代谢有抑制作用[34]，本研究结果（图 4）进一步支持了Wu等[11]关于生物质炭配施可降低有机物料对土壤呼吸的促进作用。单施羊粪及其与生物质炭配施显著增加了粪腐生菌的相对丰度（图 4），表明施用羊粪等有机物料可能促进腐生类真菌生长，有利于增强土壤中有机物料的分解。此外，秸秆、羊粪及其与生物质炭配施均显著降低了植物病原菌丰度（图 4），表明短期的有机物料添加可降低旱地红壤潜在病原菌数量。
3.4 有机物料与生物质炭配施调控土壤微生物群落结构的驱动因子土壤有效磷含量（其次是pH、速效钾和全氮）是影响土壤细菌和真菌群落丰度和结构变化的主导因子（图 2），该结果与Liu等[35]研究报道一致，也进一步支持了本文的科学假设。尽管较多研究报道pH和土壤有机碳是调控土壤中微生物群落变化的重要因素[6，12]，然而本试验中羊粪及其与生物质炭配施对土壤有效磷的提升幅度要高于pH和土壤有机碳（表 1）。羊粪及其与生物质炭配施处理对土壤微生物丰度、群落结构有显著的调控效应（图 1，图 2），在等碳输入的情况下羊粪相较于秸秆含有更多的有效磷，可被微生物快速利用，进而改变微生物的群落结构。单施羊粪显著增加了参与土壤磷酸盐和次磷酸盐代谢的优势菌属—芽单胞菌属的相对丰度（表 3），进一步印证了土壤有效磷在调控磷转化菌群方面的作用。实际上，羊粪及其与生物质炭配施显著提高的土壤pH也能进一步提升土壤磷、钾有效性，两者协同影响了土壤微生物群落结构[5]。因此，添加有机粪肥及其与生物质炭配施可显著提升旱地红壤有效磷，进而促进微生物多样性，改变微生物群落组成[35]。
4 结论连续2年单施羊粪较单施秸秆更能提高旱地红壤pH和速效养分含量，而与生物质炭配施可显著提高土壤有机碳和全氮含量。相比秸秆施用，羊粪及其与生物质炭配施能更显著增加细菌群落丰度，并维持群落多样性。有机物料和生物质炭均能不同程度改变微生物群落结构，且影响了土壤微生物的碳水化合物和能量代谢等功能，降低了潜在植物病原菌的丰度。土壤有效磷是影响土壤微生物群落组成的关键因子。因此，羊粪与生物质炭配施可有效提升土壤肥力，提高微生物丰度，降低潜在病原菌数量，因而可作为改善旱地贫瘠红壤生产力和维护土壤健康的有效措施。
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