植烟土壤的"碳氮密码"：河南农业大学烟草学院刘国顺/任天宝团队在土壤碳氮调节与烟叶品质协同提升领域取得重要突破

当前，我国植烟土壤面临的核心挑战表现为长期过度施用化肥和连作导致的碳氮失衡、土壤微生态功能衰退，进而影响烟株根系健康发育与全量矿质养分吸收效率，制约我国特色优质烟叶的可持续高效生产。

针对这一烟草种植领域共性核心问题，依托在河南、福建、黑龙江、陕西、江西五大典型烟区建立的长期试验，2026年2月，河南农业大学烟草学院/河南省生物炭工程技术研究中心刘国顺教授、任天宝副教授课题组在土壤科学领域国际顶级期刊《Biochar》（连续四年影响因子位列土壤科学类期刊第一，IF=13.5）发表题为“Long-term peanut shell biochar application improves soil fertility and bacterial network stability across tobacco-growing regions in China”的重要研究论文。该研究系统揭示了长期施用生物炭对我国典型烟区土壤微生物群落结构、网络稳定性及烟叶品质的调控深层机制，为绿色低碳农业背景下植烟土壤改良与烟叶提质增香增效提供了新的理论依据与技术路径。

本研究以五个烟草种植生态区长期减氮条件下添加生物炭的根际土壤和烟叶样品为研究对象，采用土壤微生物组学分析，整合自然对数响应比、随机森林模型、线性混合模型及结构方程模型等多种分析方法，系统阐释了长期生物炭添加在未来农业可持续生产与烟草品质提升中的巨大潜力及内在调控机制。

1.添加生物炭后土壤化学性质的变化

方差分析表明，五个地点的土壤化学性质存在显著差异。具体而言，MDJ、SL、YC 和 YSZ 的土壤样本营养水平显著较高。与对照相比，生物炭的添加使 MDJ、SL、YC 和 YSZ 的土壤 pH 值和土壤养分含量均有所提高和改善（图1）。

图1 生物炭对植烟土壤理化特性的影响

2.不同研究点土壤微生物多样性及分类群分布

微生物组分析发现，在五个不同研究地点之间观察到了土壤微生物群落组成的显著差异（图 2a）。优势细菌门（酸杆菌门、放线菌门、变形菌门和芽单胞菌门）和真菌门（子囊菌门、担子菌门和毛霉菌门）的相对丰度在研究地点之间存在显著差异。随机森林模型表明土壤化学性质显著影响了各研究地点间优势细菌和真菌门的相对丰度。此外，方差分析显示，研究地点间细菌的 Ace和 Simpson指数以及真菌的 Ace指数存在显著差异。这些多样性指数也受到土壤化学性质的显著影响。

3.生物炭添加量与根际土壤微生物群落组成的相关性

生物炭添加量与根际土壤微生物群落组成的相关性，长期施用生物炭对五个主要烟草种植区根际土壤微生物Ace（物种丰富度）和Simpson（多样性）指数影响（图2），富集特定类群：细菌中异常球菌门、蛭弧菌门等5个类群，真菌中捕虫霉门、芽枝霉门等6个类群均被显著富集（图3）。 定量分析显示，厚壁菌门、芽枝霉门、捕虫霉门相对丰度分别显著提升30.63%、1959.75%、126.90%。真菌群落中，捕虫霉门和芽枝霉门丰度显著增加，分别占显著富集真菌的26.16%和71.99%，表明生物炭对真菌的富集具有类群特异性。

图3 生物炭对土壤细菌（a）和真菌（b）在门水平上的种类的影响

4.生物炭对根际土壤微生物共生网络的影响 

结果表明，不同采样位点间土壤微生物群落共现网络的拓扑结构（节点数、边数、平均邻接度、模块度、平均聚类系数及平均路径长度）存在显著空间差异。生物炭添加显著增加了细菌网络的节点数、边数、平均邻接度、连接密度与连通性，有效提升了根际土壤细菌群落的网络稳定性（图 5）。

图4 对照和生物炭处理组细菌（a）和真菌（b）群落共现网络

5.生物炭改变土壤微生物群落组成和影响烟叶含糖量的潜在机制分析

结果表明，土壤细菌群落对烟草叶片可溶性糖积累具有显著正向调控效应。土壤化学性质中，土壤有机质含量与烟叶可溶性糖含量呈显著正相关。值得关注的是，土壤有机碳对烟叶糖分积累的促进效应，显著高于 pH 升高所产生的影响（图 6）。

图6. 土壤碳–微生物–烟叶糖含量级联增效路径分析和结构方程模型

本研究在大尺度上首次系统验证了以生物炭为核心的植烟土壤碳氮调控技术长期施用的土壤改良效应与生态安全性。更重要的是，研究从微生物微生态机制层面，阐明了该技术兼具“土壤改良剂”与“作物品质提升器”的双重功能：一方面，它富集了参与养分循环与增强植株抗逆性的关键微生物类群；另一方面，通过植烟土壤“增炭减氮、以碳促氮”的调控途径，显著提升了土壤矿质养分效率，最终实现烟叶的提质增香和品质提升。

未来，植烟土壤碳氮调节研究团队将持续深化生物炭–土壤微生态互作机理研究，构建基于土壤碳氮平衡的烟叶增香理论体系，创制新型生物炭基功能材料与专用肥料，实现植烟土壤保育、抗病增效与烟叶香气品质的靶向调控与协同提升，加速推动该技术在烟草及特色经济作物绿色优质高效生产中的成果转化与示范应用，为生物炭技术在农业绿色高质量可持续发展中的规模化推广与产业化应用提供坚实理论依据与科学支撑。

烟草学院廖珠珠研究生为论文第一作者。刘国顺教授重要指导，时玉、任天宝等为论文共同通讯作者。孙忠科、殷全玉、魏跃伟等教师参与了文章的部分工作。蔡宪杰研究员对本研究提供了重要支持。该研究得到了国家重点研发计划、河南省科技攻关和上海烟草集团科技攻关等项目的资助。

文章引用：Liao, Z., Li, P., Cai, X. et al. Long-term peanut shell biochar application improves soil fertility and bacterial network stability across tobacco-growing regions in China. Biochar 8, 63 (2026). https://doi.org/10.1007/s42773-026-00576-1