我国农田土壤重金属镉污染形势严峻。研究报道，目前我国已有超过13万km2的耕地被Cd污染，包含11个省市，25个地区[1],污染范围广、规模大，对生态系统安全构成巨大的威胁。据近期调查显示，土壤Cd污染物含量呈现从西北到东南，从东北到西南逐渐升高的地理分布态势，且西南地区重金属超标范围较广[2].显然，重金属Cd污染使南方红壤生态系统已具风险性，治理Cd污染红壤迫在眉睫。生物、物理及化学多种常规方法被应用到污染土壤修复中。国外研究报道生物质炭施用到Cd污染土壤，Cd的生物有效性大幅降低，Cd浓度下降到原来的10%[3].本课题组前期研究也显示生物质炭输入到土壤后，Cd有效态下降，残渣态上升，水稻生物有效性降低[4].说明，生物质炭是一种具有潜在应用价值的化学钝化修复剂，但修复机制尚未有统一明确的说法。已有研究显示，生物质炭缓解重金属的负面环境效应受自身孔隙度、比表面积、含氧官能团等特性的影响，还和生物质炭改善土壤p H值、有机质含量等因素有关，此外也受制于生物质炭类型、添加量等因子[5-6].
微生物是土壤生命力不可或缺的部分，是土壤肥力、质量、健康的敏感性衡量指标之一它对重金属污染反应灵敏，当重金量超过临界值时微生物量、活性[7]、种群结构及多样性[8]受到胁迫降低。然而，某些种群微生物在重金属污染土壤中依然能长期生存，可见微生物凭借吸收、富集、溶解和沉淀手段反作用于重金属。柠檬酸细菌就能固定土壤中的Cd2+[9].生物质炭可提高土壤微生物的丰度、活性、改变群落结构和组分。已有研究证实了2种生物质炭添加到土壤后均可以增加各类菌群的含量，改变土壤的微生物群落结构[10].也有研究表明，生物质炭添加前后，土壤中固氮菌的群落结构差异显着[11].团聚体是土壤基本结构单元和组成部分。重金属Cd、微生物2者在不同粒级的土壤团聚体中表现出不同的空间行为。很早便有研究表明，大团聚体中细菌生物量明显比真菌低，并且大团聚体数量束缚着真菌生物量，与小团聚体相比，大团聚体的微生物量多[12].生物质炭-土壤-微生物3者之间交互影响关系错综复杂，目前关于生物质炭钝化重金属Cd的机理仍停滞在生物质炭本身和土壤理化性质2个方向，微生物这一因素却鲜有研究。基于以上背景，本文选取外加Cd处理过的红壤进行室内实验，对生物质炭输入后土壤团聚体中微生物种群在碳源代谢功能多样性方面上的响应机制进行研究，试图从团聚体角度揭示生物质炭钝化修复Cd污染土壤的微生物机制，以期为南方红壤土重金属污染防治及红壤生态系统安全保障提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 供试土壤本实验的供试土壤为云南农业大学后山的山原红壤，为云南典型红壤，是可种植水稻的非水稻土，因重金属含量接近本底值，对其进行模拟实验易探究Cd这一因素对红壤微生物区系的作用及生物质炭的恢复机制。p H值为5.35,电导率为420?s/cm,含有机质44.26g/kg,有效磷64.55mg/kg,碱解氮99.05mg/kg.
1.1.2 生物质炭本研究选取是河南三利公司生产的小麦商品秸秆生物质炭。 p H值为9.03,有机碳543.7g/kg,全氮1.98g/kg,全磷3.2g/kg,全钾28.65g/kg,比表面积23.26m2/g,阳离子交换量185.56mol/kg.
1.2 实验设计
实验为盆栽模拟实验，选用普通塑料桶，每桶装8kg土。配制Cd Cl2母液，与土壤反复混合均匀。秸秆生物质炭按照0%、2.5%、10%的质量比添加到上述混匀土壤中（因在前期项目实验中5%生物质炭添加量下Cd形态、土壤酶活性没有明显变化，所以本实验没按照梯度设置生物质炭添加量，选取了变化显着的2.5%、10%生物质炭添加量）并设置无任何添加的空白对照组，既得到4种不同的处理：Cd添加量为0mg/kg,生物质炭添加量为0%（简称为CK）；Cd添加量为2.5mg/kg,生物质炭添加量为0%（简称为B0）；Cd添加量为2.5mg/kg,生 物 质 炭 添 加 量 为2.5%（简 称 为B2.5）；Cd添加量为2.5mg/kg,生物质炭添加量为10%（简称为B10）。每种处理设置3个平行对照组，置于温室大棚中并种植水稻，调节并保持土壤湿度至田间持水量的70%,待水稻成长到分蘖期时采集（5点法）各处理土壤进行下一步实验。
1.3 土壤团聚体的分离方法
采用Elliott[13]的湿筛法分离不同粒径的团聚体。把清除石子和水稻根系的土壤放入孔径为5、2、1、0.5、0.25mm的套筛中。套筛中倒入灭菌水，使水刚没过最上层筛子，然后匀速上下移动套筛15min,便得到>5mm、5~2mm、2~1mm、1~0.5mm、0.5~0.25mm、<0.25mm 6种不同粒径团聚体。其中以0.25mm粒径为界限分类，大于它的为大团聚体，小于它的为微团聚体。
1.4 土壤微生物群落功能多样性测定方法
本研究采用Biolog-ECO板分析土壤微生物群落的代谢功能特征。ECO板接种液的制备采用Classen等[14]的方法。称取相当于5g烘干质量的新鲜土样置于无菌三角瓶，加入45m L浓度为0.85%的无菌生理盐水，200r/min振荡30min后静置15min,取5m L上清液至装有45m L无菌生理盐水的三角瓶中，重复稀释3次，制得1:1000的接种液。将ECO板提前预热到25℃，用八道移液抢取150?L接种液于每孔中。ECO板置于恒温培养箱中，25℃左右避光培养7d,分别于4、24、48、96、120、144、168h用Biolog微生物自动鉴定系统读取590nm处吸光值，每板重复读数3次。
1.5 数据处理
