图1 本研究概图
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科学问题，研究团队以生物炭为核心土壤改良剂，深入探索植烟土壤碳氮调节的新路径。
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，研究团队系统探究了生物炭对植烟土壤微生物群落的“靶向重塑”作用。结果表明，生物炭显著富集了具有生态功能的特定菌群。其中，细菌群落中芽孢杆菌纲（Bacilli）成为关键优势种群；真菌群落中，捕虫霉门（Zoopagomycota）和壶菌门（Blastocladiomycota）丰度显著激增，研究表明这类微生物在促进养分循环及增强植株抗逆性方面发挥关键作用。
研究发现一：揭示生物炭对土壤微生物共现网络（Co-occurrence Network）的差异化调控机制。基于复杂网络拓扑分析，研究团队证实长期施用生物炭显著增强烟株根际细菌网络的复杂性与稳定性，核心微生物类群数量明显增加。该研究从微生态系统“互作网络”的视角，明确了生物炭通过强化微生物协同关系、构建更稳定的土壤微生态结构，从而增强土壤对环境扰动的抵抗能力，为破解烟草连作障碍提供了新的土壤微生态学视角。
图2 大空间尺度下烟株根际土壤微生物共现网络稳定性响应
研究发现二：揭示“土壤碳–微生物–烟叶糖含量”级联增效路径。针对生物炭如何影响烟叶品质这一产业关键问题，研究团队应用结构方程模型（SEM），系统解析了多因子间的传导路径。研究发现，通过“提升土壤有机碳→优化功能微生物群落结构→富集核心功能菌群→调控次级代谢”的级联效应，显著提高烟叶可溶性糖含量和致香物质含量。该机制的阐明，不仅从理论层面夯实了土壤碳氮调节对烟叶提质增香的支撑作用，更为烟叶化学成分的精准调控提供了关键的量化依据。
图3 土壤碳–微生物–烟叶糖含量级联增效路径分析
此项研究不仅在大尺度水平上验证了以生物炭为核心的植烟土壤碳氮调节技术长期应用的土壤改良效应与生态安全性，更从微观机制上确立了其作为“土壤改良剂”与“作物品质提升器”的双重功能。未来，团队将持续推进生物炭与土壤微生态系统互作机制研究，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产品和肥料，实现对植烟土壤保育、抗病性能和烟叶香气的靶向提升，加速推动其在烟草及更广泛经济作物绿色优质高效栽培中的转化应用。
我院廖珠珠研究生为论文第一作者。刘国顺教授重要指导，时玉教授、任天宝副教授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。上海烟草集团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 图/魏跃伟 审核/孙丽婷）