摘要
生物炭是农林废弃物资源化再利用的一种重要形式，因其具有较大的比表面积、发达的孔隙结构、丰富的活性官能团、良好的吸附性以及稳定的物理化学性质等优点而在改良土壤、促进植物生长发育和病害防治等方面具有巨大应用前景。不同种植作物、区域尺度以及土壤类型均会影响生物炭改土效果。烟草(NicotianatabacumL.)是我国广为种植的重要经济作物，目前关于生物炭改良土壤、提升烟叶品质的研究相对较多，但不同烤烟品种对生物炭改良土壤的生物学响应尚无系统研究，本文设置两因素随机区组试验，研究云烟87、K326、G28、NC82、红花大金元和净叶黄等六个烤烟品种对生物炭改良土壤的生物学响应，主要研究结果如下: 1烟株农艺性状。移栽后30d烟草株高、茎围、最大叶长与有效叶片数在不同品种间差异显著。云烟87株高最大为51.72cm，G28和净叶黄相对较低，分别是36.26cm和26.18cm;云烟87的茎围最大为5.4cm，NC82相对最低，仅有4.04cm;净叶黄的最大叶长在品种间相对最大为49.96cm，G28最小为35.64cm。施用生物炭可以显著增加不同烤烟品种的株高、最大叶长与有效叶片数。株高增幅在-2.58-18.8cm之间，平均增加了17.62cm，其中高抗黑胫病品种G28和NC82增幅较大，分别增加了31.33％和42.44％;最大叶长增幅在1.76-7.32cm之间，平均增加了3.38cm，其中高抗黑胫病品种G28增加了20.54％，达到显著水平;有效叶片数增幅在-0.4-2.2片之间，平均增加了1.07片，中抗品种云烟87增加明显，达到了16.18％。生物炭与品种的互作效应对烟草株高、最大叶宽和有效叶片数具有显著影响。 2叶片光合特性。移栽后35d烟草叶片净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率在不同烤烟品种间差异显著。从净光合速率来看，K326和G28相对较高，净叶黄较低;K326和云烟87的胞间CO2浓度相对较高，G28和NC82较低;净叶黄的气孔导度在品种间最低;蒸腾速率整体在0.08-0.11mmol·m-2·s-1之间，K326相对较高，G28和红花大金元较低;G28的水分利用效率在品种间最高。施用生物炭可以显著提高叶片净光合速率和水分利用效率。净光合速率总体上增幅为1.30-4.47μmol·m-2·s-1，平均增加了3.12μmol·m-2·s-1，高感黑胫病品种净叶黄、中抗品种K326和云烟87分别显著增加了30.22％、24.65％和26.93％;水分利用效率增幅在-10.52-102.59mmol·mol-1，平均增加了50.40mmol·mol-1，中抗品种K326和高抗品种G28分别显著增加了52.2％和46.61％。生物炭与品种的互作效应对净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率均具有显著影响。 3烟株根系发育。移栽后50d烟株总根长、根体积、平均根直径、微根数量和根表面积在不同烤烟品种间差异显著。生物炭的施用显著提高了高抗品种G28、NC82和高感品种净叶黄的根体积，分别提高了287.44％、438.1％和366.62％;生物炭提高了各品种的平均根直径，其中G28、NC82和净叶黄分别显著提高了156.77％、210.61％和175.17％;生物炭显著降低了高抗品种NC82品种的微根数量，根尖数、分支数与交叠数分别降低了43.94％、39.85％和51.52％。生物炭与品种的互作效应对烟草总根长、根体积、根表面积、平均根直径和微根数量具有显著影响。 4叶片细胞保护酶活性。移栽后45d叶片过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、硝酸还原酶(NR)和蔗糖转化酶(INV)活性在烤烟品种间差异显著。K326和NC82的CAT活性相对较高，G28较低;净叶黄的SOD活性在各品种中最高;G28的NR活性相对较高，NC82和净叶黄相对较低;NC82的INV活性在各品种间相对较高。施用生物炭显著提高了烟草叶片POD、SOD和INV活性。POD活性总体增幅为-5.46-117.62μg·g-1·min-1，平均增加了58.56μg·g-1·min-1，中抗品种K326、云烟87、高抗品种G28和高感品种净叶黄分别显著增加了188.57％、240.82％、204.76％和333.33％;SOD活性整体增幅为-1.28-20.68μg·g-1·min-1，平均增加了4.25μg·g-1·min-1，高抗品种G28与高感品种红花大金元分别显著增加了22.22％和49.17％，但净叶黄显著减少了17.69％;INV活性总体上增幅为-0.24-1.95mg·g-1·h-1，平均增加了0.87mg·g-1·h-1，高感品种红花大金元显著增加了29.32％。生物炭与品种的互作效应对叶片POD、SOD、NR和INV活性均具有显著影响。 5烟株光谱特征。用便携式地物光谱仪FieldSpec3检测了移栽后50d烟草叶片的光谱特性，不同品种的光谱总体形状和趋势一致，但是在不同波段内的特征反射率有一定差异。生物炭对不同品种烟草叶片光谱反射率的影响大致相同，光谱特征在特异波段差异明显。在750-1350nm波段内，施用生物炭降低了中抗品种K326和云烟87的光谱反射率;在1500-2500nm波段内，施用生物炭提高了高抗品种NC82和高感品种红花大金元的光谱反射率。 6烟株黑胫病发生情况。调查了各处理移栽后40d的黑胫病发生情况，烟草黑胫病发病率和病情指数在品种间差异达到显著水平，表现为红花大金元＞云烟87＞净叶黄＞NC82＞G28＞K326。生物炭的施用不同程度降低了烟草黑胫病的发生，其中中抗品种云烟87、高感品种红花大金元和净叶黄的黑胫病发病率和病情指数均有明显下降，发病率降幅分别为71.43％和75％，病情指数降幅分别为33.33％和71.43％。 7土壤理化特性。分析了烟草移栽后45d各处理根际土的pH和速效养分含量，根际土pH在品种间无显著性差异;根际土壤速效钾、速效磷和碱解氮在品种间存在显著差异，高感品种红花大金元和净叶黄、高抗品种G28和NC82的根际土速效钾含量相对较高，G28和NC82的速效磷相对较高，NC82的碱解氮显著高于其它品种。施用生物炭对土壤理化性质的影响不同，生物炭对各品种根际土的pH均有不同程度地升高作用;生物炭明显增加了各烤烟品种根际土的碱解氮含量，对各品种根际土速效磷含量无明显作用，对中抗品种K326和云烟87的根际土速效钾具有明显的促进效果。 8烤烟根际土壤细菌群落结构。移栽后45d烟草根际土细菌群落结构和多样性在烤烟品种间均存在显著差异，高抗品种NC82和高感品种净叶黄的根际土细菌多样性相对较高，中抗品种K326相对较低;中抗品种K326的根际土细菌群落结构与高抗品种NC82和高感品种净叶黄具有明显的分离效应。生物炭的施用对土壤细菌多样性无显著影响，但是生物炭与品种互作效应显著影响细菌丰富度。生物炭的施用影响不同品种根际土细菌优势门类和优势菌属，部分优势菌门和菌属的相对丰度排序发生改变生物炭对芽孢杆菌属(Bacillus)的相对丰度无明显影响;施用生物炭显著改变了土壤细菌群落结构。生物炭的输入影响了不同品种烟草根际土壤关键微生物的种群类别，中抗品种K326根际土壤的关键微生物是Gaiellales目及其下属、酸杆菌纲(Acidobacteriae)、Bryobacter属、苔藓菌科(Bryobacteraceae)和高温厌氧菌科(Thermoanaerobaculaceae);高抗品种NC82根际土壤的关键微生物是Blastocatellales科、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)、全噬菌纲(Holophagae)、空气芽孢杆菌属(Aeribacillus)和嗜盐菌属(Stenotrophobacter);高感品种净叶黄根际土壤无代表性关键微生物。以上微生物都在生物炭输入后显著增加且在维持土壤的生物功能中起到重要作用。 9烤烟根际土壤真菌群落结构。移栽后45d烟草根际土真菌群落结构和多样性在烤烟品种间均存在显著差异，高感品种净叶黄和中抗品种K326的根际土真菌多样性相对较高，高抗品种NC82相对较低;高感品种净叶黄根际土真菌群落结构与中抗品种K326和高抗品种NC82具有明显的分离效应。生物炭的输入对烤烟品种根际土真菌多样性无显著影响，但是明显增加了中抗品种K326和高感品种净叶黄根际土的真菌丰富度。不同烤烟品种主要菌门的种类相同，但丰度占比发生变化。生物炭的施用显著提高了被孢霉属(Mortierella)、毛壳菌属(Chaetomium)的相对丰度，显著降低了Gibellulopsis属的相对丰度。施用生物炭显著影响了土壤真菌群落结构，不同烤烟品种根际土壤关键微生物的种群类别发生明显变化:中抗品种K326根际土中子囊菌门(Ascomycota)、散囊菌目(Eurotiales)、曲霉科(Aspergillaceae)、小丛壳目(Glomerellales)和Paramyrothecium属高度富集;高抗品种NC82根际土中Mortierellales目、被孢霉科(Mortierellaceae)、Mortierellomycetes纲、金孢子菌属(Chrysosporium)和散囊菌目(Onygenales)高度富集;高感品种净叶黄根际土中高度富集的微生物有小不整球壳属(Plectosphaerella)、Cystofilobasidiales目、座囊菌纲(Dothideomycetes)、囊藻科(Cystofilobasidiaceae)、Cystofilobasidium属、分支孢子菌属(Cladosporium)、枝孢霉科(Cladosporiaceae)和节担菌属(Wallemia)。 综上所述，可以得到如下结论:(1)生物炭可以促进不同烤烟品种的生长发育，对高抗黑胫病品种的株高、有效叶片数促进效果更加明显，对高抗品种的根体积、平均根直径促进效果明显，而降低了其总根长和微根数量。(2)施用生物炭可以显著增加烤烟品种叶片净光合速率和水分利用效率。高感黑胫病品种净叶黄、中抗品种K326和云烟87叶片净光合速率增加更为显著，高抗品种叶片水分利用效率增加更为明显。(3)施用生物炭显著提升高抗黑胫病品种叶片硝酸还原酶和蔗糖转化酶活性。(4)生物炭可以显著降低烤烟品种黑胫病发生情况，对高感品种黑胫病发生率的降低效果更为明显，红花大金元和净叶黄的黑胫病发病率降幅分别为71.43％和75％，病情指数降幅分别为33.33％和71.43％。(5)生物炭明显增加了各烤烟品种根际土的碱解氮含量，对各品种根际土速效磷含量无明显提升作用，对中抗品种K326和云烟87的根际土速效钾具有明显的促进效果。(6)生物炭施入对烤烟根际土微生物多样性影响不明显，但显著改变了细菌和真菌群落结构，不同烟草黑胫病抗性品种根际土关键微生物类群对生物炭输入的响应不同。
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