摘要
生物炭和甘蔗渣是较好的土壤改良剂，均可显著改善乳源瑶族自治县植烟土壤质量。为了探究生物炭和甘蔗渣配施对植烟土壤养分、土壤结构和微生物的影响，设置 2 个因素：1）生物炭（B），B1：生物炭 0 kg/hm2 ，B2：生物炭 12000 kg/hm2 ，B3：生物炭 24000 kg/hm2 ；2）甘蔗渣（C），C0：甘蔗渣量 0 kg/hm2 ，C1：甘蔗渣量 11250 kg/ hm2 ，共 C0B0、C0B1、C0B2、C1B0、C1B1、C1B26 个处理。结果表明：在同一 C 水平下，B2 处理显著增高土壤 pH，施用生物炭显著降低土壤容重，高剂量生物炭施入会显著增加土壤全氮和全磷含量。生物炭和甘蔗渣配施改变了土壤团聚体粒级、平均重量直径（MWD）和水稳性团聚体（WSA）百分比，C1B1 和 C1B2 处理大团聚体比例、 MWD、WSA 均显著增加，小团聚体和微团聚体比例显著减少。甘蔗渣施入后显著提高了土壤有机碳含量，在同一 C 水平下，B2 处理显著高于其他处理。甘蔗渣施入后微生物量碳含量较不施用甘蔗渣显著增加。甘蔗渣施入后土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶的活性增强。其中，在 C1 处理下，B2 处理的过氧化氢酶含量最高， B1 处理下脲酶、蔗糖酶活性最高。生物炭和甘蔗渣投入下土壤中优势细菌为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteriota）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）等； 优势真菌门类为子囊菌门（Ascomycota）、被孢菌门（Mortierellomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、罗兹菌门 （Rozellomycota）等。旺长期下 C1 处理茎围、株高和有效叶片数显著大于 C0 处理。C1B1 和 C1B2 处理的中上等烟比例显著高于其他处理，理论产值 C1B1 处理最高。综上所述，生物炭和甘蔗渣配施可显著提高植烟土壤养分和土壤结构稳定性，提高土壤酶活性，改善土壤微生物群落，其中 12000 kg/hm2 生物炭配施 11250 kg/hm2 甘蔗渣效果更优，这为乳源瑶族自治县植烟土壤施肥措施提供了一种可行方案。
Abstract
Biochar and sugarcane bagasse are good soil amendments，both of which can significantly improve the quality of tobacco-planting soils in Ruyuan Yao autonomous county．The effects of the combined application of biochar and sugarcane bagasse on the nutrients，soil structure and microorganisms of tobacco-planting soils were explored by an experiment which set up two factors，including：1）Biochar（B），B1：0 kg/hm2 of biochar，B2：12000 kg/hm2 of biochar；B3：24000 kg/hm2 of biochar；2）Sugarcane bagasse（C），C0：0 kg/hm2 of sugarcane bagasse，C1：11250 kg/hm2 of sugarcane bagasse．There was a total of six treatments：C0B0，C0B1，C0B2，C1B0，C1B1，C1B2．The results showed that， under the same C level，the B2 treatment significantly increased the soil pH．The application of biochar significantly reduced the soil bulk density．The application of high-dose biochar significantly increased the contents of total nitrogen and total phosphorus．Biochar combined with sugarcane bagasse application changed soil aggregate grain size，average weight diameter（MWD），and percentage of water stable aggregate（WSA），with the C1B1 and C1B2 treatments significantly increasing the percentage of large aggregates，MWD，and WSA，and significantly decreasing the percentage of small aggregates and microaggregates．The application of sugarcane bagasse significantly increased the soil organic carbon content． Under the same C level，the B2 treatment was significantly higher than other treatments．After the application of sugarcane bagasse，the microbial biomass carbon content was significantly increased，compared with that without the application of sugarcane bagasse．After the application of sugarcane bagasse，the contents of soil catalase，urease，invertase and alkaline phosphatase were enbanced．Among them，under the C1 treatment，the catalase content in the B2 treatment was the highest，and the activities of soil urease and invertase were the highest under the B1 treatment．Under the application of biochar and sugarcane bagasse，the dominant bacteria in the soil were Proteobacteria，Acidobacteriota，Chloroflexi， Actinobacteriota，Gemmatimonadota and other bacteria；the dominant fungal phyla were Ascomycota，Mortierellomycota， Basidiomycota，Rozellomycota and other fungi．The stem circumference，plant height，and number of effective leaves of C1 treatment were significantly higher than those of C0 treatment．The proportion of middle and superior tobacco in C1B1 and C1B2 treatments was significantly higher than that in other treatments，and the theoretical output value of C1B1 treatment was the highest．In conclusion，the combined application of biochar and sugarcane bagasse could significantly improve the nutrients of tobacco-planting soils and the stability of soil structure，enhance soil enzyme activities，and improve the soil microbial community．Among them，the combination of 12000 kg/hm2 of biochar and 11250 kg/hm2 of sugarcane bagasse had a better effect，which provided a feasible scheme for the fertilization measures of tobacco-planting soils in Ruyuan.
生物炭是由动植物的有机质通过在缺氧环境下热解而成[1]。它包含着一些多孔结构和一系列的含碳官能团，如具有稳定的芳香碳结构[2]。生物炭有许多细小孔隙，能够为微生物提供附着位点和生存环境[3]。生物炭还能提供微生物所需养分，这些影响将导致微生物丰度、活性和群落结构的变化[4]。研究表明，将生物炭与氮磷钾肥料组合使用能改善土壤结构和微生态环境[5]。然而，尽管生物炭对土壤改良有积极作用，但其对土壤根际微生物群落的影响尚未得到充分了解，需要进一步研究。最近的研究中，生物炭在土壤修复方面的应用越来越多[6-7]，生物炭作为土壤改良剂用于提高不同土壤、作物和农业生态系统的生产力[8]。不同类型生物炭对土壤的改良效果会因不同土壤类型和生物炭原料而不同。
甘蔗渣是甘蔗加工过后的废弃物料，容易得到、富含纤维素和木质素等较难分解的有机物[9]，通过堆肥腐熟，作为有机物料来改善烟田土壤[10]。有研究表明，甘蔗渣添加后对土壤酶活性也有显著增加，从而促进玉米生长[11]；甘蔗渣腐熟产生大量有机物，有利于微生物的生存[12]；Xu 等[10]研究指出，单次施用甘蔗渣可使甘蔗生物量和加工糖产量增加 23%。但是，甘蔗渣在土壤方面的研究还很少。
乳源瑶族自治县（简称乳源）地处广东北部石灰岩地区，乳源烟区植烟土壤容重高、土壤团聚体水稳性差、微生物群落区系紊乱[13]。导致烟草生长发育受阻，随着烟草的大规模化种植，农药和化肥的不恰当使用，造成了土壤酸化、板结、土壤养分失调。通过施用生物炭和甘蔗渣，对乳源植烟土壤进行物理结构改良及土壤微生态的改变。
1 材料与方法
1.1 试验地概况与供试材料
试验于 2024 年 2 月 15 日开展，试验地点位于广东省乳源瑶族自治县侯公渡镇（113.308122°E， 24.76136°N）。该地属于亚热带季风湿润气候区，阳光充足，雨量充沛，生态条件属于烤烟生长适宜区，年平均气温 19.60℃，年日照时数 1852.4 h，年平均总降水量 1530.6 mm，年平均积温 7186.0℃， ≥ 10℃年有效积温 6369.1℃，无霜期 293 d。烤烟品种为粤烟 97（广东省烟草科学研究所提供）。化学肥料为烟草专用复合肥（N∶P2O5 ∶K2O=13%∶8%∶15%）、硝酸钾（N∶K2O=13.5%∶44.5%）、硫酸钾（K2O 50%）。土壤为红火泥地，土壤 pH 值为 7.86，容重（BD）为 1.24 g/cm3，有机质（SOM） 含量为 39.27 g/kg，全氮（TN） 含量为 1.12 g/kg，全磷（TP） 含量为 2.09 g/kg。
1.2 试验设计
本试验采用甘蔗渣（C）、生物炭（B） 双因素进行大田试验，共设 6 个处理，分别是 C0B0：甘蔗渣量0 kg/hm2，生物炭 0 kg/hm2； C0B1：甘蔗渣量0 kg/hm2，生物炭 12000 kg/ hm2；C0B2：甘蔗渣量0 kg/hm2，生物炭 24000 kg/hm2；C1B0：甘蔗渣量 11250 kg/hm2，生物炭 0 kg/hm2；C1B1：甘蔗渣量 11250 kg/hm2，生物炭 12000 kg/hm2；C1B2：甘蔗渣量 11250 kg/hm2，生物炭 24000 kg/hm2。每个处理 3 个重复，采用随机区组排列，每个小区 67 m2。其中，水稻秸秆生物炭（N，1.046%；P2O5，0.368%；K2O 2.695%；CaO 0.019%；MgO 0.003%），pH=9.38，含碳量 25%。甘蔗渣为腐熟甘蔗渣（N 1.15%；P2O5 1.57%；K2O 2.01%），有机质59.22%，pH=8.49。所有物料施入后再翻耕，肥料基追比为 7∶3，在整个生育期，不喷施任何杀菌剂及杀虫剂，按需浇水及人工除草。其栽培及管理措施按照当地习惯进行。
1.3 样品采集及分析
1.3.1 土壤取样以及基础理化性质分析
烟草收获后，对试验地进行了 0～20 cm 土层的土壤取样，样本被密封在塑料袋中，进行进一步分析。土壤样品风干后，通过 2、1 和 0.25 mm 筛，在室温下储存，以测定其物理和化学性质。土壤 pH（土水比为 1∶2.5）用 pH 计测定。土壤 BD 用 100 cm3 体积的环刀（ 直径 5 cm，高 5.1 cm）采集的原状土样测定。有效磷（AP）用 NaHCO3 （pH=8.5）萃取测定。TN 用凯氏定氮消化法测定。速效钾（AK）首先用 1 mol/L NH4OAc 萃取，并用火焰原子吸附光谱法（FP-6410；信义仪器，上海，中国）测定。
1.3.2 土壤团聚体取样及分级
土壤样品（0～20 cm）密封在塑料盒中，避免压碎和震动，保持原有土壤的自然结构。在不破坏土壤结构的前提下，将新鲜土样风干，沿自然断裂点微破碎，测定土壤团聚体的分级。土壤团聚体分级用湿筛法[14]，将风干土壤（100 g）湿筛，分多次置于孔径依次为 5、2、0.25 mm 的套筛顶部，人工摇动套筛 3～5 min，摇筛结束后静置 1 min，分离出 3 种粒径的团聚体：（1）大团聚体 （>2 mm），（2） 小的大团聚体（0.25～2 mm）， （3）微团聚体（<0.25 mm）。收集各层筛面上的土壤团聚体于烘箱烘干（65℃），称重后储存。土壤团聚体稳定性用平均重量直径（MWD）和水稳性团聚体（WSA）表示。
MWD 公式：
WSA 公式：
式中，Xi 是 4 个团聚体大小的平均直径；Wi 是每个筛子上剩余的团聚体尺寸分数的质量比。Wr>0.25 为粒径 r>0.25 mm 团聚体累计质量，W 是集料中所有大小部分的总质量。i=1、2、3 分别代表粒径 >2、0.25～2、<0.25 mm。
1.3.3 土壤有机碳和微生物量碳的测定
通过 1 和 0.25 mm 筛子的土壤用 K2Cr2O7-H2SO4 消解法测定土壤有机碳（SOC）。微生物量碳（MBC） 采用氯仿熏蒸浸提方法测定[14]。
式中，MBC 单位为 mg/kg，其中 2.64 为 MBC 系数，表示 MBC 浸提测定的比例；Ec 为熏蒸和未熏蒸土壤 K2SO4 提取溶液中碳含量的差值。
1.3.4 土壤酶活性测定
过氧化氢酶（S-CAT）活性测定采用紫外分光光度法，脲酶（S-UE）活性采用苯酚钠次氯酸钠比色法测定，蔗糖酶（S-SC）活性采用 3，5-二硝基水杨酸比色法测定，碱性磷酸酶（S-ALP）活性采用磷酸苯钠比色法测定[15]。
1.3.5 土壤微生物分析
将土壤样本从冰箱中取出，尽快取出适当的量样本（0.2～0.5 g），加入到盛有提取裂解液的离心管中进行研磨处理。根据 E.Z.N.A.® soil DNA kit（Omega Bio-tek，Norcross，GA，U.S.） 说明书进行微生物群落总 DNA 抽提，使用 1% 的琼脂糖凝胶电泳检测 DNA 的提取质量，使用 NanoDrop2000 测定 DNA 浓度和纯度；使用 338F （5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′）和 806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′）对 16S rRNA 基因 V3～V4 可变区进行 PCR 扩增。真菌选用长度约为 250 bp 左右的真菌 ITS_V1 基因来测序。 PCR 扩增选用真菌 ITS_V1 区特异性引物，ITS5F （5 ′-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3 ′），ITS1R （5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′）。扩增程序： 95℃ 预变性 3 min，27 个循环（95℃ 变性 30 s， 55℃退火 30 s，72℃延伸 30 s），然后 72℃稳定延伸 10 min，最后在 4℃进行保存（PCR 仪：ABI GeneAmp®9700 型）。PCR 体系为：5×TransStart FastPfu 缓冲液 4 μL，2.5 mmol/L dNTPs 2μL，上游引物 （5μmol/L）0.8 μL，下游引物（5 μmol/L）0.8 μL， TransStart FastPfuDNA 聚合酶 0.4μL，模板 DNA10 ng，补足至 20 μL。每个样本 3 个重复。
将同一样本的 PCR 产物混合后使用 2% 琼脂糖凝胶回收 PCR 产物，利用 AxyPrep DNA Gel Extraction Kit（Axygen Biosciences，Union City，CA，美国）进行回收产物纯化，2% 琼脂糖凝胶电泳检测，并用 QuantusTM Fluorometer（Promega，美国） 对回收产物进行检测定量。使用 NEXTflexTM Rapid DNA-Seq Kit（Bioo Scientific，美国） 进行建库： （1）接头链接；（2）使用磁珠筛选去除接头自连片段；（3）利用 PCR 扩增进行文库模板的富集； （4）磁珠回收 PCR 产物得到最终的文库。利用 Illumina 公司的 Miseq PE300 平台进行测序（武汉百奥维凡生物科技有限公司）。
1.4 农艺性状的调查方法
按照中华人民共和国烟草行业标准《烟草农艺性状调查测量方法》（YC/T142—2010）对烤烟进行农艺性状测定和记载，分别在烟草生长的团棵期、旺长期、成熟期测量烟株的最大叶长、最大叶宽和有效绿叶数，测定各处理烟株最大叶长和叶宽。
1.5 烤后烟叶产量和质量指标
按小区挂牌烘烤，初烤烟叶下杆后，按标准 《烤烟》（GB 2635—1992）对烟叶进行分级，依据当地当年烤烟收购价格统计其产量、产值、均价、上等烟和中上等烟比例，每公顷产量和产值由小区数据折算。
1.6 数据处理与分析
试验数据采用 SPSS 24.0、Excel 2016 进行统计分析，Origin 2024 进行绘图。采用最小显著性差异法，以 P<0.05 为显著水平衡量各处理间的显著性差异。
2 结果与分析
2.1 生物炭与甘蔗渣配施对植烟土壤基础理化性质的影响
如表1所示，在相同 C 水平下，B2 处理显著增高土壤 pH，在同一生物炭不同甘蔗渣水平下无显著性差异。施用甘蔗渣处理的 BD 显著小于不施用甘蔗渣；在同一 B 水平内，施用生物炭显著降低土壤 BD，其中在 C1 处理下，B2 较 B0 处理降低了 3.45%。在相同 C 水平下，土壤 TN 含量呈现随着生物炭量的增加而增加的趋势，其中在 C1 处理下， B2 较 B0 处理的 TN 含量增加了 7.38%。高量的生物炭施入会显著增加 TP 含量，其中在 C1 处理下，B2 较 B0 处理提高了 23.22%。同时甘蔗渣施入后，TP 的含量也会显著增加。在 C1 处理下，与 B0 处理相比，B1 处理 AP 含量提高了 30.45%。施用甘蔗渣的 AK 含量显著高于不施用甘蔗渣的处理，且在不同生物炭水平下呈显著性差异（P<0.05）。
2.2 生物炭与甘蔗渣配施对植烟土壤团聚体的影响
生物炭和甘蔗渣处理改变了土壤团聚体的粒级（ 图1a）。所有处理的 >2、0.25~2、<0.25 mm 团聚体组分的百分比分别为 18.67%～38.33%、 39.99%～51.80%、20.11%～29.92%（ 图1a）。施用甘蔗渣后大团聚体的比例显著增加，同时降低了微团聚体和小团聚体比例，其中在 C1 处理下，B1 和 B2 处理较 B0 处理显著增加大团聚体比例，增幅分别为68.18% 和 77.27%。在C1 处理下，与 B0 处理相比，B1 和 B2 处理的 MWD 分别显著增加了 35.29% 和 30.88%（P<0.05）（图1b）；在 C1 处理下，与 B0 处理相比，B1 和 B2 处理 WSA 的百分比分别显著增加了6.31% 和 10.12%（P<0.05）（图1c）。主成分分析表明，PC1 和 PC2 对土壤组成总变化的贡献率分别为 89.7% 和 10.3%（图1d）。
表1生物炭与甘蔗渣配施对土壤理化性质的影响
注：数据以平均值 ± 标准差表示。不同小写字母表示同一甘蔗渣量下生物炭投入量之间存在显著差异（P<0.05）。不同大写字母表示同一生物炭投入量不同甘蔗渣投入量之间存在显著差异（P<0.05），下同。
图1生物炭与甘蔗渣配施对植烟土壤团聚体的影响
注：图1d 中 WSA、MWD 分别为水稳性团聚体、平均重量直径。
2.3 生物炭与甘蔗渣配施对植烟土壤有机碳和微生物量碳的影响
甘蔗渣施入后显著提高了 SOC 含量（P<0.05），在同一 B 水平下，C1 处理显著高于其他处理，其中较 C0 处理增幅为 19.50%。甘蔗渣施入后 MBC 含量较不施用甘蔗渣显著增加，其中在 C1 处理下 B1 处理增幅最为明显，较 C0 处理提升了 1.98%。
图2生物炭与甘蔗渣配施对土壤有机碳和微生物量碳的影响
2.4 生物炭与甘蔗渣配施对植烟土壤酶活性的影响
施用生物炭和甘蔗渣可改善烤烟根际土壤酶活性，从图3可看出对各土壤酶活性有不同影响。甘蔗渣施入后提高了 S-CAT、S-UE、S-SC 和 S-ALP的活性。其中，在 C1 处理下，B2 处理的 S-CAT 含量最高，较 B0 处理显著增加了 5.23%；B1 处理下 S-UE、S-SC 活性最高，较 B0 处理分别显著增加 1.82%、6.36%。S-ALP 在同一 B 水平下无显著性差异。
图3生物炭与甘蔗渣配施对土壤酶活性的影响
2.5 生物炭与甘蔗渣配施对植烟土壤微生物的影响
生物炭和甘蔗渣配施土壤细菌门和真菌门水平群落结构如图4所示。细菌门水平物种注释表明，变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门 （Acidobacteriota）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteriota）、Bacteria_uncultured、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）、拟杆菌门（Bacteroidota）、厚壁菌门（Firmicutes）、黏球菌门（Myxococcota） 和甲烷氧化菌（Methylomirabilota）是相对丰度大于 2% 的优势菌门类，占全部注释的 86.34%～89.54%。与 C0B0 处理相比，C0B1、C1B0、C1B1、C1B2 处理均提高了变形菌门的相对丰度，其中 C1B1 处理最高。C0B1 处理酸杆菌门相对丰度最低。与 C0B0 处理相比，C0B2 处理绿弯菌门相对丰度增加，其他处理均减少。生物炭和甘蔗渣配施处理均降低了芽单胞菌门相对丰度。C0B2 处理的拟杆菌门相对丰度最低。生物炭和甘蔗渣配施处理增加了厚壁菌门的相对丰度。与 C1 处理相比， C0B1、C0B2、C1B0、C1B2 处理的黏球菌门相对丰度都有所增加。C0B2 处理的甲烷氧化菌相对丰度最高。
图4生物炭与甘蔗渣配施土壤细菌（a）和真菌（b）不同门水平下的相对丰度
真菌门水平物种注释表明，子囊菌门 （Ascomycota）、被孢菌门（Mortierellomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、罗兹菌门（Rozellomycota）、油壶菌门（Olpidiomycota）和壶菌门（Chytridiomycota） 是优势菌门类，占全部注释的 95.81%～99.13%。 C1B0、C1B2 处理子囊菌门相对丰度高于 C0B0 处理，而 C0B1、C0B2 和 C1B1 处理被孢菌门相对丰度高于 C0B0 处理。C0B2、C1B0、C1B1 和 C1B2 处理担子菌门相对丰度较 C0B0 处理分别提高 56.91%、117.82%、252.66% 和 156.12%。C0B1、 C0B2、C1B1 和 C1B2 处理罗兹菌门相对丰度较 C0B0 处理增加。C1B0、C1B1 和 C1B2 处理的油壶菌门和壶菌门相对丰度较 C0B0 处理均有一定的下降。
由图5所示，Good’s_coverage 样本覆盖率指数都超过 0.97，说明测序结果可以代表样本中微生物的真实情况。生物炭和甘蔗渣处理对土壤细菌群落 Alpha 指数影响如图5（a）所示，C0B2 和 C1B2 处理 Richness 物种丰富度指数和 Chao1 菌种丰富度指数显著高于 C0B0 处理。生物炭和甘蔗渣处理的 Shannon 和 Simpson 微生物多样性指数与 C0B0 处理都增加，但没有显著差异。Pielou 均匀度指数 C1B1 处理最大。
图5生物炭与甘蔗渣配施土壤细菌（a）和真菌（b）Alpha 多样性指数
生物炭和甘蔗渣处理对土壤真菌群落 Alpha 指数影响如图5（b）所示，C1B0 和 C1B2 处理 Richness 物种丰富度指数和 Chao1 菌种丰富度指数显著高于 C0B0 处理，分别高出 37.91% 和 35.08%、30.27% 和 26.55%。生物炭和甘蔗渣处理的 Shannon 和 Simpson 微生物多样性指数与 C0B0 处理都有所增加，只有 C0B2 和 C1B0 处理显著增加。Pielou 均匀度指数 C1B0 处理最高。
2.6 生物炭与甘蔗渣配对烤烟农艺性状的影响
由表2可知，团棵期，同一 B 水平下茎围没有显著差异（P>0.05），而同一 C 水平下 B2 处理显著大于 B0 处理，其中在 C1 处理下 B2 处理较 B0 处理增加了 6.16%。甘蔗渣施入后株高、叶长和有效叶片数显著大于不施用甘蔗渣，而不同生物炭处理间无显著性差异。叶宽各处理间没有显著差异。
表2生育期内生物炭与甘蔗渣配施对烤烟农艺性状的影响
旺长期，在甘蔗渣施用后显著增加植株茎围和株高，此外 B2 处理的茎围和株高显著大于其他处理，其中在 C1 处理下 B2 处理较 B0 处理增幅分别为 2.79% 和 10.83%。生物炭施入后叶长和叶宽显著大于不施用生物炭，而不同甘蔗渣处理间无显著性差异。叶宽各处理间没有显著差异。
成熟期，茎围和有效叶片数各处理 2 个水平间均无显著性差异。甘蔗渣施入后株高显著增加。甘蔗渣和生物炭的施用会显著提升株高，其中生物炭施入后叶长和叶宽显著大于不施用生物炭，而不同甘蔗渣处理间无显著性差异，其中，在 C1 处理下， B1、B2 处理最高，较 B0 处理增幅分别为 6.5% 和 9.28%、14.25% 和 11.4%。
2.7 生物炭与甘蔗渣配施对烤烟产量的影响
烤烟经济性状如表3所示，烤烟理论产量变幅在 1527.93～1974.85 kg/hm2 范围内，在 C 水平下， B1、B2 处理显著大于 B0 处理；在 B 水平下，C1 处理显著大于 C0 处理；其中 C1B1 处理理论产量最高，并且相较于 C0B0 处理显著提高 29.25%。各处理烤烟上等烟比例变幅在 55.01%～65.61% 之间，生物炭和甘蔗渣处理显著提高上等烟比例，在 C 水平下，B1、B2 处理显著高于B0 处理；在 B 水平下，C1 处理显著高于 C0 处理；其中 C1B2 处理最高。中上等烟比例在 C 水平下，B1 处理显著大于 B0 处理；在 B 水平下，C1 处理显著大于 C0 处理；C1B1 和 C1B2 处理的中上等烟比例显著高于 C0B0 处理，分别显著提高 4.83% 和 4.99%。各处理烤烟理论产值在 4.53～6.34 万元 /hm2 之间， C1B0、C1B1 和 C1B2 处理的理论产值显著高于 C0B0 处理，其中 C1B1 处理最高。
表3生物炭与甘蔗渣配施对烤烟产量及品质的影响
2.8 相关性分析
2.8.1 土壤理化性状与土壤酶活性相关性
为明确生物炭和甘蔗渣配施下，土壤理化性质和团聚体稳定性与土壤酶活性之间的关系，对各指标进行相关性分析，结果如表4所示。土壤 BD 与 S-CAT、S-ALP、S-SC 呈极显著负相关。土壤 TN、TP、SOC、MBC、MWD、WSA 与 S-CAT 呈极显著正相关；而 S-UE 只与AP 和 MBC 呈极显著正相关。S-ALP 与 TN、AP、MWD 呈极显著正相关；S-SC 与 TN、AP、AK、MBC 呈极显著正相关。
2.8.2 土壤理化性质与土壤微生物相关性
通过冗余分析（图6），探讨了生物炭和甘蔗渣配施对微生物多样性与土壤理化特征之间的关系。图6a冗余分析结果表明：第一、二轴解释率分别为 32.72%、23.09%，累计解释率达 55.81%。土壤细菌门水平菌群变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteriota）与土壤 AP、TN、TP、 MBC、MWD、WSA 及土壤酶活性呈正相关。酸杆菌门（Acidobacteriota）与土壤AK、SOC、MWD、 WSA 呈正相关，其中 SOC 影响最大。图6b冗余分析结果表明：第一、二轴解释率分别为 43.06%、 25.56%，累计解释率达 68.62%。土壤真菌门水平菌群子囊菌门（Ascomycota）与土壤 TP、TN、S-ALP、 S-CAT 呈正相关。被孢菌门（Mortierellomycota）和油壶菌门（Olpidiomycota）与土壤 TP、TN、S-ALP、 S-CAT、WSA、MWD、SOC、pH 呈负相关，与 S-UE、 S-SC、MBC 呈正相关。担子菌门（Basidiomycota）与土壤理化性质除 BD 外都呈正相关，其中 MWD 和 SOC 影响最大。
表4土壤理化性质与土壤酶活性的相关性分析
注：* 表示 P<0.05；** 表示 P<0.01。BD、TN、TP、AP、AK、SOC、MBC、MWD、WSA、S-CAT、S-UE、S-ALP、S-SC 分别为容重、全氮、全磷、有效磷、速效钾、有机碳、微生物量碳、平均重量直径、水稳性团聚体、过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶。图6 同。
图6不同处理下细菌（a）和真菌（b）群落结构和土壤理化性质和酶活性的冗余分析
3 讨论
3.1 生物炭和甘蔗渣配施对土壤理化性质和微生物的影响
根际作为植物根系—土壤—微生物共同存在的场所影响着植株的生态环境[16]，土壤理化性质、土壤团聚体、土壤酶活性、微生物结构及 MBC 是评价土壤质量重要指标[17]。甘蔗渣有机肥和稻壳生物炭的施用，细菌多样性富集，优势菌在养分循环和有机物降解相关成员中呈现明显的聚集趋势，甘蔗渣复合生物炭肥具有速效和长效 2 种作用[18]。在本研究中，生物炭和甘蔗渣配施使土壤 pH 显著增加，土壤 BD 显著降低，C1B1 和 C1B2 处理显著增加了土壤养分含量。C1B1 和 C1B2 处理团聚体稳定性 MWD 和 WSA 显著增加。生物炭和甘蔗渣处理能显著增加土壤养分及团聚体稳定性，可能是由于生物炭具有很多细小孔隙，可以吸附很多阳离子，对形成团聚体有积极作用[19]，而腐熟甘蔗渣含有很多有机物质，可以增加土壤养分[20]。两者相互作用，土壤团聚体稳定性增强。
土壤各种生物化学的过程和强度是由土壤酶活性决定，其活性能够有效评估土壤肥力[21]。施用 2% 生物炭可增加土壤有机质，提高 S-UE 和 S-ALP 活性[22]。本研究中，生物炭和甘蔗渣处理都显著增加 S-CAT、S-UE、S-ALP 和 S-SC 活性，在单施生物炭处理 C0B1 和 C0B2 中，各种酶活性与 C0B0 处理相比没有显著差异，其中生物炭和甘蔗渣配施的 C1B1 处理的 4 种酶活性最高。这可能是由于生物炭本身含有养分含量较低，只能为酶提供“场所”[23]，其相关性也表明，酶活性与团聚体稳定性有显著正相关；而甘蔗渣可以为微生物提供养分，丰富了微生物群落，与生物炭一起提升了土壤酶活性，从表2中表明酶活性与土壤养分有显著正相关。
细菌和真菌是土壤微生物的重要组成之一，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[24]。本研究中，生物炭和甘蔗渣增加了土壤细菌和真菌多样性、丰富度，造成这种现象的原因是生物炭可为微生物提供“框架”，甘蔗渣能为微生物提供碳源及其他养分，致使其土壤微生物多样性增加。在细菌群落组成结构门水平下，C1B1 处理变形菌门的相对丰度最高，许多变形杆菌被认为是贫营养的，具有相对较快的生长速度和使用各种底物的能力[25]，说明该处理下有许多微生物利用的各种底物。酸杆菌门与土壤 SOC 呈正相关，说明可能在分解特定类型的有机碳，尤其是那些在酸性条件下更稳定或更难分解的有机分子中起着关键作用[26]。在真菌门水平下，C1B0 处理子囊菌门最高，而 C1B0 处理是单施甘蔗渣处理，说明腐熟甘蔗渣更能提高有益真菌的比例。C1B1 处理的担子菌门（Basidiomycota）相对丰度最高，担子菌门在土壤木质素含量较高的环境中占优势地位，是木质化植被碎屑最主要的分解者之一[27]，说明 C1B1 处理下的木质素含量很高，造成了担子菌门的相对丰度很高。生物炭和甘蔗渣处理能增加细菌和真菌多样性及群落组成丰度。
3.2 生物炭和甘蔗渣配施下对烤烟产量的影响
烤烟的质量与农艺性状相关[28]。在本研究中，团棵期 C1B1 处理株高和叶长显著高于其他处理，且为各处理中的最大值。旺长期 C1B2 处理株高和茎围最高，C1B1 处理叶长和有效叶片数相比其他处理最高。成熟期生物炭处理的叶长和叶宽显著大于不施生物炭处理。农艺性状的表现进一步说明了生物炭和甘蔗渣配施通过对土壤性状的改善，促进了烤烟的养分吸收，使烤烟的农艺性状有更好的品质表现。烤烟产值主要由烟叶质量影响[29]。在本研究中，理论产量最高的处理 C0B2、C1B1 和 C1B2，与农艺性状趋势一样。生物炭和甘蔗渣配施处理理论产值、上等烟比例、中上等烟比例显著增加。这是因为生物炭具有很强的吸附能力，减少了土壤中养分的流失，提高了土壤中养分的有效性，从而改善土壤结构[30]。腐熟甘蔗渣具有很多大分子养分，提高土壤养分及促进微生物生存[31]。先是促进烤烟根系生长，对养分吸收增强，改善烤烟地上部分的生长，烟叶质量提升。
4 结论
乳源烟区土壤问题，限制了该地区植烟土壤质量提升及生态系统稳定。生物炭和甘蔗渣可提高植烟土壤 pH、养分含量和酶活性，增加土壤细菌和真菌主要门水平丰度，改善微生物多样性。和其他处理比较，生物炭和甘蔗渣配施的 C1B1 处理更好地改善土壤结构和增加土壤养分，增加土壤酶活性，改善微生物多样性，促进烤烟生长。