高碳基肥對烤煙生長及土壤微生物碳代謝多樣性特征的影響

張志浩，陳思蒙，任天寶，丁松爽，李 陽，王歡歡，云 菲，劉國順

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，國家煙草栽培生理生化研究基地，煙草行業(yè)煙草栽培重點實驗室，河南 鄭州 450002）

烤煙是我國重要的經(jīng)濟作物之一，但長期以來烤煙種植大量不合理施用化肥，加之烤煙規(guī)模化和集約化生產(chǎn)，煙田連作現(xiàn)象愈加突出［1-2］。長期大量施用化肥和連作造成植煙土壤板結(jié)酸化［3］、肥力下降［4］、微生物區(qū)系改變［5］和病蟲害加劇［6］等諸多問題，最終導(dǎo)致烤煙生長發(fā)育受阻、產(chǎn)質(zhì)量降低等問題持續(xù)加重。微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組成部分，對影響作物生長的物質(zhì)循環(huán)、氧化分解和生理生化代謝等過程有重要作用［7］，微生物碳源代謝多樣性也是衡量土壤質(zhì)量、能量流動和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要生態(tài)學(xué)指標(biāo)。大量研究表明，土壤微生物群落調(diào)控失衡、數(shù)量減少和多樣性降低是影響土壤連作障礙的重要因子之一［8-9］，因此就如何改善植煙土壤微生態(tài)環(huán)境以調(diào)控微生物群落構(gòu)成和多樣性對植煙土壤改良具有重要意義。生物炭是指由木頭、秸稈或動物糞便等生物有機材料在低氧或缺氧環(huán)境中經(jīng)高溫裂解后形成的產(chǎn)物，由于其含碳量豐富、高度的穩(wěn)定性和較強的吸附能力，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用一直是研究熱點［10］。國內(nèi)外研究表明，生物炭能通過改善土壤酸堿度等物理性質(zhì)、提高土壤養(yǎng)分和對有毒物質(zhì)的吸附等途徑增加土壤微生物量和群落功能多樣性［11-12］。高碳基肥是一種以生物炭為主要原料的新型有機肥料，從現(xiàn)階段的研究成果來看，高碳基肥在改良植煙土壤理化性狀、提高養(yǎng)分含量、促進烤煙生長和改善烤煙品質(zhì)等方面成績斐然［13-14］。近年來，高碳基肥的應(yīng)用研究大多在烤煙生長生理特性和產(chǎn)質(zhì)量等方面開展，“土壤-生物炭-微生物”系統(tǒng)中碳源代謝及影響鮮有報道，而生物炭介導(dǎo)的土壤微生態(tài)環(huán)境調(diào)控正是植煙土壤改良的關(guān)鍵。為此，本文以典型濃香型烤煙和許昌煙區(qū)植煙土壤為研究對象，采用Biolog-ECO微平板法研究了高碳基肥對植煙土壤微生物碳代謝多樣性特征的影響，并結(jié)合烤煙生長、土壤理化性質(zhì)和烤后煙葉產(chǎn)質(zhì)量等指標(biāo)，探討施用高碳基肥對植煙土壤碳代謝影響的生物學(xué)機制，為高碳基肥改良植煙土壤微生態(tài)環(huán)境的應(yīng)用提供依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌試驗農(nóng)場進行，當(dāng)?shù)睾０?9 m，地理坐標(biāo)為34°7′56.38″N，113°48′19.95″E。試驗地地勢平坦，土壤肥力均勻，前茬作物為煙草。供試土壤類型為褐土，質(zhì)地為砂壤土，其基礎(chǔ)理化性質(zhì)為pH值6.28，有機 質(zhì) 20.79 g/kg， 堿 解 氮 69.04 mg/kg， 有 效 磷10.59 mg/kg，速效鉀 138.89 mg/kg。供試烤煙為煙草品種“中煙100”，由許昌煙葉工作站提供。供試用高碳基肥為實驗室自主研制，主要成分為生物炭≥200.00 g/kg，有機質(zhì)≥45.00%（主要為油料餅肥），N∶P2O5∶K2O=2∶1∶2。

1.2 試驗設(shè)計

采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，共4個處理：不施用高碳基肥（CK）；施用高碳基肥0.9 t/hm2（T1）；施用高碳基肥1.5 t/hm2（T2）；施用高碳基肥1.8 t/hm2（T3）。每個處理重復(fù)3次，共12個小區(qū)，每小區(qū)面積約0.067 hm2。每處理小區(qū)均以施純氮80 kg/hm2計，氮磷鉀比為1∶1.5∶3，其中對照處理施用煙草專用復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=10∶10∶20）300 kg/hm2，芝麻餅肥（N∶P2O5∶K2O=3∶2∶1）450 kg/hm2，硫酸鉀（K2O 50%）150 kg/hm2，硝酸鉀（N∶P2O5∶K2O=13.5∶0∶44.5）75 kg/hm2，磷酸二銨（N∶P2O5∶K2O=18∶46∶0）75 kg/hm2，高碳基肥處理按照氮素施用量一致的原則做相應(yīng)調(diào)整，磷鉀不足的以重過磷酸鈣（P2O544%）和硫酸鉀（K2O 50%）補齊。煙苗于4月25日移栽，肥料于移栽前一天起壟時條施，其它田間管理措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙栽培技術(shù)規(guī)范［15］進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 烤煙生長指標(biāo)測定

烤煙進入成熟期（移栽后75 d）進行煙株農(nóng)藝性狀指標(biāo)調(diào)查，參照 YC/T 142-2010標(biāo)準(zhǔn)［15］，隨機選擇每小區(qū)代表性煙株5株測定株高、莖圍、節(jié)距、最大葉長和最大葉寬等農(nóng)藝性狀指標(biāo)，最大葉面積=最大葉長×最大葉寬×0.634 5，0.634 5為烤煙葉面積指數(shù)。將所選煙株整株挖出，用自來水將根系沖洗干凈后把地上部和根系分開，于105 ℃殺青15 min，后在65 ℃烘干至恒重測定部位干重。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)測定

將調(diào)查農(nóng)藝性狀煙株挖出后，輕輕抖落根系周邊土壤，對根際土壤進行剔除石塊、雜物等簡單處理后置于低溫箱內(nèi)迅速帶回實驗室，土壤樣品置于4℃冰箱內(nèi)保存。使用自動pH計（Mettler-Toledo，瑞士）測定土壤pH值；采用烘干法［17］測定土壤含水率；參照陳安強等［18］方法，采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定土壤有機碳和微生物量碳氮指標(biāo)。

1.3.3 土壤微生物多樣性測定

根際土壤微生物碳源代謝多樣性測定采用Biolog-ECO微平板法進行，具體操作流程及相關(guān)指數(shù)計算參照文獻［19］，微生物群落多樣性指數(shù)和碳源利用能力計算選取培養(yǎng)120 h的各孔在590 nm波長下的光吸收值。

Biolog-ECO微平板中平均顏色變化率（AWCD）表示土壤微生物代謝活性，計算公式如下：

AWCD=∑（Ci-Ri）/n。

式中：Ci為有碳源孔吸光值，Ri為對照孔吸光值，n為培養(yǎng)基孔數(shù)，此處n為31。

采用豐富度指數(shù)、多樣性（Shannon-Winner）指數(shù)、優(yōu)勢度（Simpson）指數(shù)和均勻度（McIntosh）指數(shù)表征土壤微生物群落功能多樣性。計算公式如下：

式中：Pi為第i孔相對吸光值與整板相對吸光值總和的比值（Ci-Ri）/∑（Ci-Ri）；ni為第i孔相對吸光值（Ci-Ri）。

以每一類碳源平均吸光值表征碳源利用率，計算公式如下：

式中：（Ci-Ri）為在j類碳源中，第i種碳源的相對吸光值；nj為所有屬于j類碳源的孔數(shù)量。

1.3.4 烤后煙葉化學(xué)成分測定

采烤結(jié)束后，選取每小區(qū)C3F等級烤后煙葉進行常規(guī)化學(xué)成分含量和協(xié)調(diào)性測定。使用San++連續(xù)流動分析儀（Skalar，荷蘭）測定煙葉總糖、還原糖、總氮、煙堿和氯含量；使用火焰光度計（FP6432，上海）測定煙葉鉀含量；化學(xué)協(xié)調(diào)性指標(biāo)糖堿比=總糖/煙堿，氮堿比=總氮/煙堿，鉀氯比=鉀/氯。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行整理，利用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件進行方差分析和主成分分析（PCA），數(shù)據(jù)多重比較采用Duncan法，結(jié)果采用 Sigmaplot 12.0 及 Origin 9.0 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 高碳基肥對烤煙生長指標(biāo)的影響

烤煙農(nóng)藝性狀是生長發(fā)育狀況和協(xié)調(diào)性的直觀體現(xiàn)，不同處理下烤煙生長指標(biāo)如表1所示。與對照相比，施用高碳基肥處理下烤煙各生長指標(biāo)均有不同程度提高。除節(jié)距和根系干重外，不同處理下烤煙生長指標(biāo)均呈現(xiàn)出T2>T1>T3>CK的趨勢，而且施用高碳基肥處理下烤煙株高、莖圍、最大葉面積和根系干重等指標(biāo)均顯著高于對照處理（P＜0.05）。不同高碳基肥施用量下，以T2處理各指標(biāo)表現(xiàn)最高，烤煙株高、莖圍、最大葉面積、節(jié)距、地上部干重和根系干重等指標(biāo)較對照處理分別顯著提高了18.44%、5.76%、10.59%、9.73%、10.91%和81.67%。T3處理下烤煙各生長指標(biāo)相對于T2處理均有所降低，且兩處理間各指標(biāo)差異均顯著（P＜0.05）。從以上分析可以看出，施用高碳基肥能顯著促進烤煙生長，但不同施用量下對烤煙生長的促進效果不盡相同。隨著高碳基肥施用量的增加，烤煙生長指標(biāo)大體上表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，說明高碳基肥對烤煙生長的促進具有劑量效應(yīng)，高碳基肥施用量以T2處理為宜。

表1 高碳基肥對烤煙生長指標(biāo)的影響

2.2 高碳基肥對植煙土壤理化性質(zhì)的影響

土壤理化性質(zhì)及微生物量碳氮是影響土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)換、能量流動和生物化學(xué)循環(huán)的重要因子，是土壤利用后養(yǎng)分結(jié)構(gòu)變化和微生態(tài)進程的指示計［20］。從表2可以看出，與對照處理相比，施用高碳基肥處理下植煙土壤pH值、可溶性有機碳、微生物量碳和微生物量碳氮比均有不同程度提高，而含水率和微生物氮有所降低。施用高碳基肥的T1、T2和T3處理下土壤pH值較對照分別提高了0.22、0.23和0.26，且差異均顯著（P＜0.05），但不同施肥量處理之間差異并不顯著；隨著高碳基肥施用量的增加，土壤含水率較對照分別減少了1.88%、1.98%和1.28%，但不同施肥量處理之間差異并不顯著；施用高碳基肥后土壤微生物量碳雖有增加，可能由于重復(fù)間誤差較大導(dǎo)致各處理間差異并不顯著；土壤微生物量氮隨著高碳基肥施用量的增加而逐漸降低，而T1和T2處理與對照相比差異并不顯著，但T3處理下土壤微生物量氮含量較對照顯著降低了43.47%；隨著高碳基肥施用量的增加，土壤微生物量碳氮比呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，與對照相比，T1處理微生物量碳氮比增加差異并不顯著，而T2和T3處理較對照分別顯著提高了64.31%和78.66%。以上分析說明，施用高碳基肥對植煙土壤理化性質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在pH值、含水率和微生物量碳氮比等指標(biāo)上，對土壤有機碳、微生物量碳和微生物量氮含量的影響只有在高碳基肥施用量較高時才有顯著作用。

表2 高碳基肥對植煙土壤理化性質(zhì)的影響

2.3 高碳基肥對植煙土壤微生物多樣性的影響

2.3.1 高碳基肥對土壤微生物AWCD的影響

Biolog-Eco微平板中31孔平均吸光度值變化（AWCD）是反映土壤微生物碳源利用能力和活性的有效指標(biāo)［21］。從圖1可以看出，隨著培養(yǎng)時間的增加，不同處理下土壤微生物AWCD值呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。自培養(yǎng)開始至120 h為AWCD值迅速上升期，說明土壤微生物對碳源的利用率快速增加，120 h以后各處理平均顏色變化率逐漸保持穩(wěn)定，變化不大。在整個培養(yǎng)期內(nèi)，各處理AWCD值表現(xiàn)為T2>T1>CK>T3的格局且一直存在。在120 h時，T1和T2處理下AWCD值較對照分別顯著提高了11.18%和14.91%，但T1和T2處理間AWCD值差異并不顯著。而T3處理下AWCD值則顯著低于對照處理，降幅達10.56%。說明施用高碳基肥能顯著影響植煙土壤微生物代謝活性，而且其效應(yīng)與高碳基肥的施用量關(guān)系密切。在適量高碳基肥施用條件（T1和T2）下，土壤微生物代謝活性顯著高于對照，但較高施用量（T3）下土壤微生物代謝活性較對照顯著降低，說明使用高碳基肥對土壤微生物碳源利用能力的提高并非施用量越高效果越好，需要控制在合理范圍內(nèi)施用。

圖1 高碳基肥對土壤微生物AWCD的影響

2.3.2 高碳基肥對土壤微生物群落多樣性指數(shù)的影響

根據(jù)圖1所示不同處理碳源利用情況和變化趨勢，選取120 d的AWCD值進行土壤微生物群落碳源代謝多樣性分析。豐富度指數(shù)能夠反映不同處理下土壤微生物所利用的碳源數(shù)目狀況，Shannon-Winner指數(shù)能夠反映微生物群落分布均勻程度，Simpson指數(shù)能夠反映微生物群落中物種的優(yōu)勢度，McIntosh指數(shù)是衡量微生物群落物種均一性的指標(biāo)［22］。從表3可以看出，施用高碳基肥對植煙土壤微生物群落多樣性指數(shù)影響較大，整體上呈現(xiàn)出T2>T1>CK>T3的趨勢。與對照相比，T1和T2處理下土壤微生物群落豐富度指數(shù)和McIntosh指數(shù)及T2處理下Shannon-Winner指數(shù)均顯著增高，而T3處理下除Simpson指數(shù)均顯著低于對照處理。在Simpson指數(shù)上，不同高碳基肥施用量間雖呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，但與對照處理相比差異均不顯著，說明施用高碳基肥對植煙土壤微生物群落Simpson指數(shù)的影響并未達顯著水平。而在豐富度指數(shù)、Shannon-Winner指數(shù)及McIntosh指數(shù)上均以T2處理最高，T3處理顯著較低。以上分析結(jié)果說明，適宜施用量的高碳基肥添加對植煙土壤微生物群落多樣性指數(shù)有顯著的促進作用，但施用量過高會造成豐富度指數(shù)、Shannon-Winner指數(shù)及McIntosh指數(shù)銳減，對植煙土壤微生物群落多樣性產(chǎn)生抑制作用。

表3 高碳基肥對土壤微生物群落多樣性指數(shù)的影響

2.3.3 高碳基肥對土壤微生物群落碳源利用率的影響

Biolog-ECO微平板由對照孔和31種不同單一碳源孔組成，其中碳源被分為碳水化合物類、氨基酸類、羧酸類、胺類、聚合物類和酚類6大類，通過不同類碳源吸光度值變化可以探明土壤微生物對不同類碳源的利用特征［23］。從圖2可以看出，對照處理中各類碳源中以聚合物類、碳水化合物類和羧酸類碳源利用率最高，說明此類碳源是土壤微生物的偏好類型。施用高碳基肥后，土壤微生物對各類碳源的利用特征發(fā)生了改變，而且不同高碳基肥施用量對土壤微生物碳源利用的影響規(guī)律不盡相同。低施用量高碳基肥（T1和T2）處理下，土壤微生物對碳水化合物類、氨基酸類和胺類碳源利用率較對照處理均有顯著提高。與對照相比，高施用量高碳基肥（T3）處理下土壤微生物所利用碳源類型中僅有氨基酸類顯著升高，而碳水化合物類、羧酸類、胺類、聚合物類和酚類碳源利用率均顯著降低，說明施用高碳基肥對土壤微生物碳源利用率的提高在不同施用量處理間有明顯差異，整體上以T2處理下微生物碳源利用率提高最為顯著，而T3處理下則較對照顯著降低。在不同碳源利用特征上，施用高碳基肥后土壤微生物利用率較高的碳源依次為氨基酸類、聚合物類、碳水化合物類和羧酸類，說明適量施用高碳基肥對土壤微生物碳源利用率的提高是通過上述類型碳源實現(xiàn)的。與對照相比，施用高碳基肥后土壤微生物對碳源的利用特征有所改變，且因高碳基肥的施用量不同有一定差異。整體而言，適宜施用量的高碳基肥能有效促進土壤微生物碳源利用率，而較高施用量高碳基肥對土壤微生物碳源利用有顯著的抑制作用。

圖2 高碳基肥對土壤微生物群落碳源利用率的影響

2.3.4 土壤微生物對碳源代謝的主成分分析

Biolog-ECO微平板上包含了6大類共31種碳源，有較多變量，選用主成分分析探究高碳基肥對植煙土壤微生物碳源利用模式和代謝特征。采用培養(yǎng)120 h后的各處理AWCD值對不同處理土壤微生物碳源代謝特性進行分析，通過PCA轉(zhuǎn)換將不同處理的多元向量置換為互不相關(guān)的主元向量，利用各處理在空間位置上的差異與聚集形象直觀地反映出不同微生物群落對碳源的代謝特點，客觀準(zhǔn)確地解釋不同處理土壤微生物對碳源利用的多樣性［24］。如圖3所示，在31種因子中共提取了3個主成分因子，第一主成分（PC1）、第二主成分（PC2）和第三主成分（PC3）分別可解釋所有變量的35.25%、27.86%和23.64%，3個主成分累積方差貢獻率達到85%以上，可以用來概括31個變量的特征。從圖3可以看出，不同處理中以T1和T2處理以及CK和T3處理得分接近，T2處理和CK得分距離相差較大。說明T1和T2處理以及CK和T3處理土壤微生物對碳源利用特征相似，而T2處理和CK處理土壤微生物碳源利用多樣性相差較大。而且與CK相比，T1、T2和T3處理得分間均有較好的分散，在得分上表現(xiàn)為T2>T1>CK>T3的格局分布?？梢?，施用高碳基肥對土壤微生物碳代謝功能群結(jié)構(gòu)和特征有較大影響，低施用量（T1和T2）處理下微生物對碳源的利用方式比較接近，而對照和高施用量（T3）處理碳源利用特征相似。從不同施用量處理得分空間位置可以看出，高碳基肥的施用改變了土壤微生物對碳源種類的利用模式，而且T1和T2處理下得分較高，說明適宜施用量的高碳基肥增強了土壤微生物對碳源的利用，而高施用量高碳基肥處理得分相比于對照更低，說明土壤微生物活性有所減弱。

圖3 土壤微生物對碳源代謝的主成分分析

2.4 高碳基肥對烤后煙葉化學(xué)成分的影響

烤煙是一種嗜好類葉用經(jīng)濟作物，烤后煙葉內(nèi)各種化學(xué)成分的數(shù)量和協(xié)調(diào)性是影響烤煙內(nèi)在品質(zhì)的重要因素。常規(guī)化學(xué)成分作為鑒定煙葉品質(zhì)的指標(biāo)要有適宜含量，一般認(rèn)為，優(yōu)質(zhì)烤煙C3F等級煙葉總糖含量在22%～28%之間，還原糖含量在15%～20%之間，總氮含量在2.5%左右，煙堿含量在2%左右，鉀含量在2%以上，氯含量控制在1%以下［25］。從表4可以看出，與對照相比，施用高碳基肥處理下烤煙總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀和氯含量均有不同程度提高，但不同施用量間各指標(biāo)增加存在一定差異。隨著高碳基肥施用量的增加，煙葉總糖、還原糖和鉀含量顯現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，而總氮、煙堿和氯含量均為逐漸升高的趨勢?？偺恰⑦€原糖和鉀含量最高的T2處理較對照分別顯著提高了22.81%、35.72%、25.61%，總氮、煙堿和氯含量最高的T3處理較對照分別顯著提高了29.78%、74.74%和28.57%。但從常規(guī)化學(xué)指標(biāo)適宜含量上看，T3處理下烤煙還原糖和煙堿含量較適宜范圍均較高，相對來看以T1和T2處理下烤煙常規(guī)化學(xué)成分較適宜。在化學(xué)成分協(xié)調(diào)性上，一般認(rèn)為糖堿比在6～10之間，氮堿比在0.8～0.9之間，鉀氯比大于4較適宜［25］。從表4可以看出，與對照相比，施用高碳基肥處理下烤煙糖堿比和氮堿比均有不同程度降低，鉀氯比在不同施用量間表現(xiàn)不一致，具體表現(xiàn)為T1和T2處理下鉀氯比升高，而T3處理下鉀氯比降低。從化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的適宜性來看，T1和T3處理下煙葉氮堿比較低，而T3處理下鉀氯比又相對較低，高碳基肥施用處理下煙葉糖堿比都較適宜。從以上分析可以看出，施用高碳基肥對改善烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量和協(xié)調(diào)性有顯著作用，但不同施肥量間差異較大，以T2處理下烤后煙葉化學(xué)成分指標(biāo)表現(xiàn)最好。

表4 高碳基肥對烤煙常規(guī)化學(xué)成分的影響

3 討論

3.1 高碳基肥對烤煙生長和土壤理化性質(zhì)的影響

土壤營養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境是煙株正常生長的基礎(chǔ)，高碳基肥是一種以生物炭為主要成分的新型有機肥料，在改良土壤理化性質(zhì)、促進煙株生長等方面研究較多。張子穎等［14］研究表明，施用適量高碳基肥能顯著提高烤煙株高、莖圍、葉面積和生物量，這與本試驗結(jié)果一致。高碳基肥料能有效提高土壤肥力，促進作物根系下扎，改善煙株農(nóng)藝性狀，而過量施用則對煙株生長發(fā)育具有一定的負效應(yīng)［26］。有研究認(rèn)為，生物炭特殊的孔狀結(jié)構(gòu)能降低土壤水分流失，從而提高土壤含水率［27］。但也有研究指出，高碳基肥料對土壤含水率的影響很大程度上由土壤類型和本身條件所決定。本試驗中，施用高碳基肥造成植煙土壤含水率有所降低，可能是由于試驗地土壤含水率較高，高碳基肥料施入后造成土壤物理結(jié)構(gòu)改變，從而導(dǎo)致含水率下降［28］。研究表明，高碳基肥料本身含有一定的灰分元素，施用后能夠有效提高土壤酸性鹽基飽和度，進而降低交換性陽離子含量，提高土壤pH值［29］。本試驗中施用高碳基肥料顯著降低了土壤微生物量氮含量，并提高了微生物量碳氮比，說明高碳基肥料的施用導(dǎo)致了土壤微生物群落發(fā)生變化，對土壤碳氮循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)有一定影響［30］。

3.2 高碳基肥對土壤微生物碳源代謝多樣性的影響

通過Biolog-ECO微平板培養(yǎng)法，研究不同處理下土壤微生物碳源利用方式和代謝特征。在216 h培養(yǎng)期間，不同處理下AWCD值均表現(xiàn)為低施用量>對照>高施用量的格局，說明施用適量高碳基肥能有效提高土壤微生物代謝活性和碳源利用效率［31］。施用適量高碳基肥能有效提高土壤微生物群落碳源利用豐富度、群落均勻度和均一性，而施用量過高會造成豐富度指數(shù)、Shannon-Winner指數(shù)及McIntosh指數(shù)銳減。施用適量高碳基肥提高土壤微生物碳源利用率主要通過氨基酸類、聚合物類、碳水化合物類和羧酸類碳源實現(xiàn)，而高施用量處理顯著降低了土壤微生物碳源利用率?？赡苁鞘┯眠m量高碳基肥提高了土壤肥力，同時生物炭提供的碳源促進了土壤微生物的代謝活性［32］，但隨著施用量的增加，微生物群落間的競爭導(dǎo)致部分不能充分利用碳源的微生物種群活性降低［33］。主成分分析結(jié)果表明低施用量（0.9和1.5 t/hm2）處理下微生物對碳源的利用方式比較接近，而對照和高施用量（1.8 t/hm2）處理碳源利用特征相似，而且低施用量處理得分較高，說明高碳基肥的施入顯著改變了土壤微生物活性，但土壤微生物活性和對碳源的利用在高施用量處理下反而降低，這與鄧嬌嬌等［24］研究結(jié)果一致。施用適量高碳基肥能有效提高土壤微生物活性和豐度，可能是由于其多孔結(jié)構(gòu)為土壤微生物提供了良好的棲身場所，同時生物炭表面含有的功能基團能有效吸附土壤易礦化有機碳和NH4+，而高施用量的高碳基肥可能由于乙稀、重金屬和多環(huán)芳烴等物質(zhì)含量較高不利于土壤微生物生長，抑制其生長和定殖［34-35］。

3.3 高碳基肥對烤后煙葉品質(zhì)的影響

烤后煙葉內(nèi)在品質(zhì)與常規(guī)化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性關(guān)系密切。葉協(xié)鋒等［26］研究認(rèn)為，施用適宜量生物炭能有效提高烤后煙葉煙堿、鉀和氯含量，而在高施用量下反而不利于烤后煙葉品質(zhì)的形成。這與本試驗結(jié)果類似，同時本試驗中煙葉總糖、還原糖和總氮含量亦隨著高碳基肥的施用量增加有所提高，這與鄭加玉等［36］研究結(jié)果有一定差異，可能是由于生物炭材料不同及土壤自然環(huán)境差異造成的?？竞鬅熑~化學(xué)成分對內(nèi)在品質(zhì)的影響并不僅僅由其含量所決定，各化學(xué)成分之間的關(guān)系調(diào)節(jié)往往決定著烤后煙葉風(fēng)格和質(zhì)量。本試驗中，施用高碳基肥對改善烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性有顯著作用，但不同施肥量間差異較大，以1.5 t/hm2施用量下化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)。

4 結(jié)論

綜上所述，施用高碳基肥對烤煙生長、土壤微生物多樣性及煙葉品質(zhì)有顯著影響，但高碳基肥對烤煙生長和品質(zhì)的影響存在“抑制濃度”，許昌煙區(qū)最適宜施用量為1.5 t/hm2。高碳基肥的施用可能主要是通過改變植煙土壤理化性質(zhì)，間接作用于土壤微生物群落組成，進一步影響煙株生長和產(chǎn)質(zhì)量形成，但“土壤-生物炭-微生物”這一系統(tǒng)容易受到土壤自然條件、高碳基類型及試驗條件的影響，高碳基肥對土壤微生物、煙株生長的相互聯(lián)系和影響機制仍需要進一步探討。