减氮条件下高碳基肥对烤烟土壤真菌群落结构及烟叶质量的影响

    【研究意义】我国南方烟区分布着大量的酸性土壤，受降雨、灌溉等因素的影响，会造成化肥淋失严 重和烟叶产质量降低。在烟叶种植过程中又长期偏重和过渡使用化肥，进一步导致植烟土 壤质量和耕性下降，而氮肥是我国消费量最大的化学肥料，约占化肥总量的 2/3，过量使 用会造成土壤酸化、板结严重、有机质减少、碳氮比失衡和微生物结构失调，严重影 响我国南方烟叶的可持续发展，因此，减少氮肥的施用量成为了我国农业中需解决的问题。土壤微生物是 土壤质量变化的重要衡量指标。研究表明，土壤微生物群落组成，尤其是功能类真菌 微生物群落结构的变化，对土壤质量提升及作物高效生产效果密切相关。高碳基肥是利用生物炭与多种有 机物料复配并添加多种矿物质原料复合而成的一种新型碳基有机肥料。施用高碳基肥 会引起土壤理化性质、养分和微生物结构等一系列的变化，进而对烟叶质量产生影响。因此，针对我国南 方植烟土壤特点，深入研究减氮条件下高碳基肥对土壤微生物群落结构及烟叶质量的影响，对南方烟区增 加土壤肥力、土壤微生物群落调控及提高烟叶质量具有重要意义。【前人研究进展】土壤肥力对作物品质 的形成具有重要意义，而微生物群落功能多样性是评价土壤肥力的重要指标（祖韦军等，2022），与土壤 理化性质和养分含量密不可分。高碳基肥作为一种新型有机肥料，对土壤理化性质、养分、微生物和烟叶 产质量均有显著的影响。倪超等（2017）研究表明，高碳基肥可显著提高烟叶钾含量、总糖含量、还原糖 含量以及糠醛、糠醇、茄酮、新植二烯和大马酮等中性香气物质含量，可协调烟叶化学成分，增加香气量， 提高烟叶品质。刁朝强等（2018）研究表明，高碳基肥可以增加烟叶株高、茎围、最大叶面积和叶片数， 改善烟株农艺性状。李文渊研究表明，高碳基肥能够提高土壤 pH，增加土壤的碱解氮、速效 磷和速效钾含量，有效改善土壤质量和增强对养分的固持作用。施河丽等（2019）研究表明，施用高碳基 肥可增加土壤细菌多样性，改善功能性微生物类群及相对丰度。苏梦迪等（2022）研究了减氮条件下施加 高碳基肥后，提高了土壤养分含量、改变了细菌群落结构。杨立均等（2020）研究了高碳基土壤修复肥对 连作烟田土壤改良及烤烟生长发育的影响，结果表明，高碳基土壤修复肥降低了土壤真菌超指数和香浓指 数，减少土壤真菌多样性和丰富度，可调节土壤真菌群落结构。刘福童等（2022）研究表明施加高碳基肥 可以显著增加了烟叶均价、上等烟率、产值和产量，提高了烟叶经济效益。【本研究切入点】高碳基肥在 土壤固碳培肥、调节土壤微生物群落结构及改善作物品质等方面具有良好效果，但在减氮条件下施用高碳 基肥对我国南方烟稻轮作土壤真菌群落结构及烟叶质量的影响尚不明确。【拟解决的关键问题】以湖南郴 州烟区为研究对象，采集烟稻轮作土壤和烟叶样本，测定土壤理化性质和养分含量、真菌群落结构、烟叶 化学成分和中性香气物质。探究高碳基肥对烟稻轮作土壤真菌群落结构和烟叶质量的影响，为南方烟区增 加土壤肥力、微生物群落调控及提高烟叶质量提供理论参考。

3讨论
1 减氮条件下高碳基肥对土壤理化性质和真菌群落结构的影响
      根际作为植物根系—土壤—微生物共同存在的场所影响着植物的生态环境，其中 理化性质、养分、微生物结构及微生物量碳氮是评价土壤质量和土壤肥力的重要指标。前人研究表明，施 加高碳基肥可以增加土壤 pH、含水率、有机质和碱解氮含量，如刁朝强、杨营月等研 究发现施用高碳基肥不同程度的提高了土壤 pH、含水率、有机质和碱解氮含量。
    真菌作为土壤微生物的重要组成之一，它在土壤中承担着分解有机物质、养分循环和调节土壤碳氮的 作用。在本研究中，施加高碳基肥显著降低了土壤真菌多样性和丰富度，与杨立均等 研究结果相同，但在殷全玉等研究结果中，施加高碳基肥则降低了土壤真菌多样性，增 加了土壤功能性真菌丰度，造成这种现象的原因可能是由于高碳基肥施加量不同所导致的。高碳基肥可以 为微生物提供了丰富的碳源，导致不能充分利用碳源的部分真菌活性降低，随着高碳基肥施用量的增加， 加剧了这种现象，致使其土壤真菌丰富度和多样性降低。
     研究表明，微生物多样性与群落结构是评价土壤质量重要的指标，二者关系密切且存在差异。在本研 究中，施加高碳基肥对真菌相对丰度有所影响，如增加了担子菌门和子囊菌门等真菌的相对丰度，减少了 毛霉菌门和油壶菌门等真菌的相对丰度。在土壤中，担子菌门和子囊菌门作为腐生菌，均对土壤生态系统 中木质纤维素降解起主导作用，主要功能是分解植物残体和降解有机质（陈惠君等， 2021），高碳基肥增加了功能微生物的相对丰度，促进了土壤碳循环；毛霉菌门适于在 通风不良、高温高湿的环境中生长繁殖，施加高碳基肥后，土壤中毛霉菌门的相对丰度 有所减少，这与高碳基肥改善土壤透气性有关；油壶菌门在土壤中具有双重作用，一方面能侵染宿主，导 致植物感染褐斑病，另一方面与子囊菌门相同，对纤维素具有良好的分解作用，有研究 表明，油壶菌门与子囊菌门的丰度呈负相关，因此，油壶菌门相对丰度的减少可能是由于 在生长繁殖过程中与子囊菌门之间竞争所导致。
     土壤微生物量碳和微生物量氮是土壤生物肥力的重要指标。良好的土壤环境和充足 的营养物质是微生物生长发育繁殖的基础，可以增强微生物的活性，进而增加了土壤微生物量碳和微生物量氮含量。在本研究中，高碳基肥增加了土壤微生 物量碳和微生物量氮含量。表明了高碳基肥可以为微生物营造一个良好的土壤生态环境。
2 减氮条件下高碳基肥对烟叶质量的影响
      糖对烤烟的品质形成有重要的作用，因为它可以通过产生酸来增强总体的味道和 香气，此外，糖是通过美拉德反应形成香味的关键，与氨基酸反应形成一系列香气前提物质，对烟叶的吃 味和香气均有显著的作用。研究显示，施入高碳基肥可显著提升烟叶内 蔗糖代谢、光合作用和叶绿素 II 代谢过程中碳固定效率，促进烟叶碳积累及酶活性的提高，显著增加烟叶 糖含量 23.75%。高碳基肥的施用显著提高了烟叶糖含量，使烟气吃味更为醇和，这是因为高碳基肥具有很 高的碳含量，可以补充土壤碳含量，促进土壤中的氨基酸、碳水化合物、化学能代谢，同时可提高土壤 C/N 比，平衡土壤养分，影响微生物群落结构，间接或直接影响根系，促使根系发生 一系列反应，进而影响烟叶代谢，使烟叶中糖含量增加。香气物质是衡 量烟叶品质的重要指标。施用高碳基肥显著提高了新植二烯、棕色化反应产物和西柏烷 类降解产物等香气组分含量。新植二烯是叶绿素降解产物，也是重要的中性香气物质。高碳基肥的施用引 起了叶绿素代谢途径的重大变化，导致叶绿素的积累量增加，进而使新植二烯含量得到显著提高。糖含量 的提高也使得酮类、醛类、呋喃类等糖降解产物含量增加，同时糖与氨基酸发生的美拉德反应也进一步提 高了烟叶中香气组分含量。

结论
      在减氮条件下施用高碳基肥可以改善烟稻轮作土壤生态环境和提高烟叶品质，在烟株根际土壤方面， 高碳基肥改善了土壤理化性质，如含水率、pH 值、有机质含量等；调节了土壤真菌群落结构，如担子菌 门、子囊菌门和毛霉菌门等菌门的相对丰度；在烟叶质量方面，协调了烟叶化学成分，如总糖和还原糖含 量等；提高了中性香气物质含量，如棕色化反应产物和叶绿素降解产物含量等，在烟叶经济方面，提高了 烟叶均价、产量和产值。在减氮条件下施用高碳基肥可以调节真菌群落结构和提高烟叶质量。