生物炭对烤烟成熟期土壤养分及根际细菌群落结构的影响

      植烟土壤的质量直接决定了烟叶的质量.近些年来，由于大量化肥和农药的施用，土壤养分失衡、次生盐渍化和酸化现象严重，病原菌不断积累，土壤质量和生态环境不断恶化，烤烟成熟期的耐熟性和成熟度受到了很大的影响，造成烟叶品质下降，这些问题给烟草的可持续发展带来了极大的挑战。土壤微生物是土壤物质循环和能量流动的参与者和驱动者，在土壤环境中具有重要地位，其对土壤环境具有极强的敏感性，可以作为评价人为干扰土壤质量变化的的指标之一。
      生物炭是生物质在低氧条件下，经高温裂解产生的一种性质稳定的富碳物质。生物炭表面孔隙丰富，有极大的电荷密度和比表面积，生物炭富含活性基团，具有较强的阳离子交换能力 , 在土壤修复领域发挥着重要的作用。生物炭在自然条件下呈碱性 , 施入土壤后可以提高酸性土壤 pH。冯慧琳等研究了生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用 机 制 , 生 物 炭施用后土壤容重降低，pH值 、 速效磷、 速效钾、有机质含量和碳氮比均升高，且细菌多样性显著提升 , 尤其是增加了芽单胞菌门和变形菌门等促生菌的丰度。阎海涛等研究发现施加生物炭３a后显著提高了土壤 pH、 含水率 、 总有机碳 (TOC) 和总氮 (TN) 含量 , 而降低了土壤容重和溶解性有机碳 (DOC) 含量 . 曲晶晶等研究发现 , 在土壤中施加秸秆炭可以提高土壤 pH 和团聚体数量 , 并且环境因子的改变驱动土壤微生物群落的生态演替 . 生物炭通过改变土壤的理化性质 ,增加活性炭源和改善土壤水分环境 , 从而影响土壤微生物的群落结构。在土壤中添加生物炭能显著改变微生物的丰度和群落结构，随着生物炭施用量的增加 , 土壤中各类微生物的丰度和群落结构均显著提高， 生物炭施加到土壤后可以在短期内富集微生物类群。
      烤烟成熟期是影响烟叶质量的关键时期，因此，探究生物炭对烤烟成熟期烟株根际土壤细菌群落结构和土壤养分变化规律对优质烟叶生产具有重要的意义。本试验在江西宜春烟区进行，在植烟土壤中添加生物炭，采用高通量技术分析了土壤细菌群落结构和土壤养分变化规律，以期为烤烟土壤微生态的调控和我国优质烟叶生产提供理论依据。

　 讨 　 论
     生物炭对土壤养分的影响
      添加生物炭可以改善土壤的养分状况，促进植物生长，提高作物产量。本试验结果表明 , 与对照相比 , 施加生物炭显著提高了土壤的 pH，这是由于生物炭在自然条件下呈碱性，pH 值一般为7.0~10.5， 施加到土壤中后可以增加土壤的 pH，使烟株在适宜的 pH 条件下生长发育。氮素是影响植株生长发育的关键元素，直接决定了作物的产量。余其昌等研究发现 , 生物炭与菜籽饼配施可以有效增加烤后烟叶的氮含量，其中以生物炭750kg/hm^２＋菜籽饼1500kg/hm^２处理效果最佳；Steiner 等研究发现 , 在土壤中施入生物炭可以显著提高水稻、高粱的产量；邓霞在玉米 、黄瓜地块中施加生物炭，显 著 提 高了玉米和黄瓜的干质量。施加生物炭能有效提高土壤的持水能力 , 提升土壤氮的固持能力，可以降低氮素的淋失作用。
      本研究发现 , 施加生物炭可以显著提高土壤速效磷含量 , 与刘卉等试验结果一致 , 这可能是生物炭影响了土壤微生物的活性 , 促进了微生物对磷素的溶解和矿化效率 , 进而提高土壤中的速效磷含量。本研究中施加生物炭显著提高了土壤速效钾和有机质含量 , 有机碳能够降低土壤的固钾能力 ,从而提高土壤中钾元素的有效性 , 施加生物炭可以提高土壤温度 , 加速土壤中缓效钾的释放，提升速效钾含量。
　 生物炭对土壤细菌多样性及烟叶质量的影响
　　 生物炭独特的多孔结构为土壤中的微生物提供了良好的环境 , 促进微生物的生长发育。与常规施肥相比, 施加生物炭肥改变了放线菌门 (ActiＧnobacteriota)、 变形菌门 (Proteobacteria)、 绿弯菌门(Chloroflexi)、 酸杆 菌 门 (Acidobacteriota)、 厚壁菌门 (Firmicutes)、Myxococcota 和 Desulfobacterota等的相对丰度 . 说明生物炭显著影响了细菌群落结构。 施加生物炭后 , 土壤酸杆菌门 (AcidobacterioＧta) 和厚壁菌门 (Firmicutes) 丰度有明显的增加 , 这可能是因为生物炭的多孔性为细菌在土壤中生长及繁殖提供了更大的空间 , 从而增加了细菌的数量 , 同时还调节了土壤环境的物理和化学性质 , 影响土壤微生物生长、发育和代谢。聚类树图和 PCA 分析结果表明 , 生物炭可以促使土壤微生物结构向特定的方向发展 , 这与任天宝等的研究结果一致。相关性分析表明 , 土壤中优势细菌与土壤 pH、速效钾、速效磷和有机碳均存在一定的相关关系 , 其中厚壁菌门 (Firmicutes)、Myxococcota 和 DesulfobacteＧrota 与土壤 pH、 速效磷 、 速效钾和有机碳存在显著的正相关关系 (P＜0.05),Bacterdidota 与 PatesciＧbacteria 与土壤 pH、速效钾、速效磷和有机碳存在显著的负相关关系。施加生物炭有利于成熟期土壤养分固持 , 并驱动根际促生细菌群落增加 , 进而改善烟株根际矿质营养和微生物群落结构 , 促进营养的吸收和烟株的生长发育及代谢 , 进而提高烟叶产量 ,这与冯慧琳等生物炭对烤烟根际细菌群落的影响及其作用机制研究结果相一致。
      综上，生物炭可以改善土壤的化学性质 , 显著提高土壤 pH、速效磷 、速效钾和有机碳含量 . 生物炭对土壤养分的改变 , 促进了土壤细菌群落的变化 , 提高了功能微生物如土壤酸杆菌门 (Acidobacteriota)和厚壁菌门 (Firmicutes) 的丰度。本研究结果表明，pH 是影响细菌群落结构的关键因子 之 一。土壤微生态环境在作物的生长发育中起着重要的作用，施加生物炭对有利于改善烤烟成熟期土壤养分和根际细菌群落结构。