1. 引言

在实施乡村振兴的时代背景下，烟叶行业是推动贫困地区[1]、业态创新、提高农业产业质量效益的必经之路。土壤是种出优质烟叶的基础，只有通过作物养分需求规律和土壤养分的原则，同时坚持“绿色、生态、低碳、循环”的烟叶发展理念，以技术创新为重点的技术路线，可将现代植烟模式应用在实际过程中。在这一理念的引领下，研究者科学研制出新型烟肥产品，确保养分供给既满足烟叶生长需求，又避免过度施肥导致的土壤污染和生态退化[2]。同时，推广生物防治、物理防治等绿色防控技术，减少化学农药的使用[3]，保护生物多样性，维护生态平衡[4]。截至目前，已有一千多种微生物菌肥产品被广泛应用于烟草、粮食等农业生产领域，体现了其在现代农业中的重要性和广泛应用价值[5]。张煜[6]的研究配制出了高效微生物菌肥，能够提高土壤肥效、改善土壤细菌群落数量、为东北地区烟草品质量和产量提供一种微生物菌肥堆肥。国家烟草专卖局研发部门正式推广并应用了“保德”与“天力宝”两款微生物菌肥土壤改良剂。这两款产品经过科学验证，已证实对烟草植株的生长状况及整体产量具有显著的促进作用[7]。

微生物菌剂通常是一种利用工业化生产方法制成的活菌制剂[8]，它可以用于改善土壤和农作物质量，同时也具有预防病害和降解土壤有毒物质的功能。近年来，随着现代烤烟种植技术及大力推广绿色肥料的应用，对比传统有机肥料，微生物菌剂有助于激活土壤中微生物群落的活跃度，克服土壤板结和增加土壤通透性有重要作用[9]，而且对抗烟叶根部病害、病毒病及根结线虫病的发生有一定防治效果[10]，还能为烟叶减少化学肥料与农药的施用量[11]，对促进烤烟的生长发育及提高优良品质的烟草产品有重要作用。但是，目前在市面上的微生物菌剂类型众多，并且不同的微生物菌剂效用各异，需要进一步依据当地的生态环境进行微生物菌剂的对比筛选。

尽管施加微生物肥料在促进烟草生长及提升烟叶产量与质量方面具有积极作用，但在不同试验条件下，微生物肥料的种类及其施用量对烟株产量和质量的影响呈现出显著差异。因此，本研究在山东农业大学烟草试验田进行3种微生物菌剂种类和用量的试验，通过比较其对烤烟生长发育、根际微生物群落及烤后烟叶化学成分的影响，筛选出适宜山东地区生态环境的微生物菌剂类型，旨在为当地科学使用微生物菌剂，促进烟叶优质生产提供理论依据与技术支持。

2. 材料与方法

2.1. 研究地点及材料

本次实验于2022~2023年在我国山东农业大学烟草试验田进行。实验所用土壤为砂壤土，其基本理化性质为pH值为6.42，有机质含量为2.68%，碱解氮为90.13%，有效磷为52.15%，速效氮为168.57%。试验所用烤烟品种为云烟87和云烟301。供试微生物菌剂的菌剂名称、产品规格和生产厂家信息见表1。

Table 1. Information of microbial agent for test

表1. 供试微生物菌剂信息

2.2. 实验设计

本次研究采用单因素随机区组设计，针对三种微生物菌剂处理模式，设有8个处理组，包括播可润C918 (T1/T4)、三矩灌金液(T2/T5)以及台丰一号(T3/T6)，以及正常施肥为对照(CK1/CK2)各处理组均喷施于云烟87和云烟301。试验中，每个小组重复3次，植烟每6行20株，供计24个小区，且有效烤烟叶片均为12~15片。此外，其他栽培措施及田间管理均按照当地常规栽培管理方式进行。

2.3. 测定项目及方法

2.3.1. 农艺性状

采集烤烟叶片按照相关行业和国家标准，每处理选取有代表性烤烟5株作定株调查，分别于团棵期和打顶期进行农艺性状调查，包括株高、茎围、叶长、叶宽、有效叶片数/片、最大叶面积[12]。

2.3.2. 土壤理化性质

采集烤烟根际新鲜土壤风干后，过30~50目筛后测定土壤理化性质。解碱氮测定采用碱解扩散法[13]；速效钾测定采用醋酸铵浸提–火焰光度法[14]；有效磷的测定采用0.05 mol/L NaHCO₃法[15]；有机质的测定则采用重铬酸钾容量法[15]。使用玻璃电极法(1:2.5土水比)测定pH值。

2.3.3. 烤烟化学成分含量

成熟烤烟叶片采收烘烤后，烟叶按照GB263592《烤烟》的分级标准进行烟叶分级，统计烟叶产量、上中等烟比例，每个处理分别选取100片烟叶制成B2F、C3F和X3F等级样品，采用王瑞新《烟草化学》的方法测定烟叶氮、钾、烟碱、总氮以及还原糖含量[16]。

2.3.4. 土壤微生物群落成分

采用五点取样法在烟株根际5~20 cm范围内采集土样。每个处理所采集的土样均经过充分混匀后，置入无菌自封袋内。存放于超低温冰箱中以备后续使用。对采集的土样中提取基因组DNA，进行16S rRNA建库基因测序，进而对土壤微生物多样性进行深入分析。

2.4. 数据处理

实验数据于Microsoft Excel 2019软件中进行汇总和整合处理。采用SPSS19.0进行Duncan差异性显著分析，Origin9.0绘制图像，显著性数据呈现为平均值 ± 标准差。

3. 结果与分析

3.1. 不同微生物菌剂对烟株农艺性状的研究

3.1.1. 不同微生物菌剂对烤烟团棵期农艺性状的影响

由表2和表3可知，增施微生物菌剂对烟株团棵期的农艺性状有显著影响。针对云烟87处理，微生物菌剂效果表现为T1 > T2 > T3。相较于CK1，T1处理的叶长、叶宽、株高和最大叶面积分别提高了8.3%、11.0%、30.8%、13.2%和20.2%。针对云烟301处理，微生物菌剂效果表现为T5 > T4 > T6。相较于CK2，T4处理的叶宽，最大叶面积分别提高了5.4%、7.0%。

Table 2. The agronomic traits of Yunyan 87 flue-cured tobacco during the rosette stage under various experimental treatments

表2. 云烟87在不同试验处理下团棵期烤烟农艺性状

注：同列数据后带有不同小写字母者表示差异达到显著(p < 0.05)水平。

Table 3. The agronomic traits of Yunyan 301flue-cured tobacco during the rosette stage under various experimental treatments

表3. 云烟301在不同试验处理下团棵期烤烟农艺性状

注：同列数据后带有不同小写字母者表示差异达到显著(p < 0.05)水平。

3.1.2. 不同微生物菌剂对烤烟平顶期农艺性状的影响

如表4和表5所示。增施微生物菌剂对烟株平顶期的农艺性状有显著影响，针对云烟87处理，微生物菌剂效果表现为T2 > T1 > T3。相较于CK1，T2处理的叶长、叶宽、株高和最大叶面积分别提高了11.1%、5.0%、8.3%、17.7%。针对云烟301处理，微生物菌剂效果表现为T5 > T4 > T6。相较于CK2，T5处理的叶长、叶宽、最大叶面积分别提高了11.9%、9.4%、29.8%。

Table 4. The agronomic traits of Yunyan 87 during the topping period under different experimental treatments

表4. 云烟87在不同试验处理下平顶期烤烟农艺性状

注：同列数据后带有不同小写字母者表示差异达到显著(p < 0.05)水平。

Table 5. The agronomic traits of Yunyan 301flue-cured tobacco during the rosette stage under various experimental treatments

表5. 云烟301在不同试验处理下团棵期烤烟农艺性状

注：同列数据后带有不同小写字母者表示差异达到显著(p < 0.05)水平。

3.2. 不同微生物菌剂对烟株土壤理化性状的分析

3.2.1. 不同微生物菌剂施用对烤烟土壤解碱氮的影响

如图1所示，研究结果显示，在云烟87处理中，T2的生长促进效果最为显著，相较于CK1提高了27.6%。而在云烟301处理中，T5的生长促进效果表现最佳，与CK2相比，其增长幅度达到了37.1%。

Figure 1. The content of alkali-hydrolysable nitrogen in the soil. (a) Yunyan 87; (b) Yunyan 301

图1. 土壤解碱氮含量。(a) 云烟87；(b) 云烟301

3.2.2. 不同微生物菌剂施用对烤烟土壤速效磷的影响

如图2展示，在云烟87的处理中，T2的促进作用最为显著，相较于CK1提升了36.1%。而在云烟301的处理中，T5的提升效果最为明显，与CK2相比，提高了22.5%。

Figure 2. Available soil phosphorus content. (a) Yunyan 87; (b) Yunyan 301

图2. 土壤速效磷含量。(a) 云烟87；(b) 云烟301

3.2.3. 施用不同微生物菌剂施用对烤烟土壤速效钾的影响

如图3所示，在云烟87的处理中，T3的促进效果最为显著，相较于CK1提高了17.2%。然而，在针对云烟301的处理中，各菌剂的效果并不明显。

Figure 3. Available soil potassium content. (a) Yunyan 87; (b) Yunyan 301

图3. 土壤速效钾含量。(a) 云烟87；(b) 云烟301

3.2.4. 不同微生物菌剂对烤烟土壤有机质的影响

如图4展示，在云烟87处理中，T2的提升效果最为显著，相较于CK1提高了71.4%；而在云烟301处理中，T5的提升效果最佳，与CK2相比提升了37.3%。

3.2.5. 不同微生物菌剂施用对烤烟土壤pH值的影响

由图5可知，尽管增施微生物菌剂，但土壤的酸碱度并未因此显著改善，土壤pH值在施用微生物菌剂后并无明显变动。

3.3. 不同微生物菌剂施用对烟株根际微生物群落的影响

3.3.1. 土壤微生物的Venn图分析

图6的Venn图展示了物种群落独特和共享的OTU分布状况。从图6(a)中分析，三个处理中根际细菌群落共有656个OTU，同时T2和CK分别具有62个特异性OTU。根际真菌群落的OTU分布如图6(b)展示，三个处理中共有200个OTU，其中对照组CK和T2分别具有18个和40个特异性OTU。

Figure 4. Soil organic matter content. (a) Yunyan 87; (b) Yunyan 301

图4. 土壤有机质含量。(a) 云烟87；(b) 云烟301

Figure 5. Soil pH value. (a) Yunyan 87; (b) Yunyan 301

图5. 土壤pH值。(a) 云烟87；(b) 云烟301

Figure 6. Venn diagrams of rhizosphere bacteria (a) and rhizosphere fungi (b) based on OTU levels under different treatments

图6. 不同处理下基于OTU水平的根际细菌(a)及根际真菌(b)的维恩图

3.3.2. 土壤微生物的Alpha及Beta多样性的影响

作为衡量群落生物组成关键指标的物种多样性，可通过Alpha多样性分析探究根际微生物群落的丰度和多样性，并借助相关指数对环境群落的物种丰度和多样性进行估算。Chao1、Ace、Sobs指数可用于计算群落分布的丰度，预测群落中OTU的数量；Simpson、Shannon指数则表征微生物群落分布的多样性；Shannoneven指数则体现物种个体数在群落中的分配均匀性。因此，我们对不同处理条件下根际细菌和根际真菌的这六个指数进行了统计分析。

不同处理组对根际细菌的α多样性的影响如图7所示，与CK相比，T2的Chao1和Ace指数下降，说明T2处理降低了微生物群落中根际细菌的相对丰度。CK的Sobs指数要高于T2处理，表明CK处理实际观测到的OTU数目最多。T2处理与CK相比，Simpson指数增加、Shannon指数下降，说明T2处理中根际细菌的群落多样性减少。CK的Shannoneven指数要高于T2处理，说明CK处理中根际细菌群落的均匀度要高于T2处理。

Figure 7. Alpha-diversity index of rhizosphere bacteria under different treatments

图7. 不同处理根际细菌的α多样性指数

图8展示了不同处理对根际真菌α多样性的影响。对比CK，T2处理的Chao1和Ace指数上升，这意味着T2处理增加了群落中根际真菌的OTU数量，提升了微生物中真菌菌群的相对丰度。T2的Sobs指数高于CK，说明CK处理实际观测到的OTU数目少于T2。然而，T2的Simpson指数相较于CK有所降低，Shannon指数则有所上升，这表明T2处理提升了群落的多样性。此外，CK处理的Shannoneven指数低于T2处理，说明T2处理的根际真菌菌群分布均匀度高。

Figure 8. Alpha-diversity index of rhizosphere fungi under different treatments

图8. 不同处理根际真菌的α多样性指数

3.3.3. 土壤微生物PCA分析

如图9所示，为了研究不同处理条件下细菌群落和真菌群落组成的差异及分布距离，我们对不同处理的细菌和真菌群落进行了基于OTU水平的PCA分析。分析结果表明，细菌群落的PC1和PC2轴分离率分别为84.593%和6.141%。T2处理与CK相对集中，说明各处理间物种组成差异较小，物种组成相似度较高。而对于真菌群落，其PC1和PC2轴分离率分别为52.744%和33.242%，各处理之间相对集中，物种组成结构明显。T2与CK处理距离相近，表明两者之间物种组成更为相似。

Figure 9. PCA analysis of bacterial (a) and fungal (b) communities under different treatments at OTU levels

图9. 不同处理在OTU水平下的细菌(a)及真菌(b)群落的PCA分析

3.3.4. 土壤微生物门水平

为了进一步探究各处理之间在门水平上的物种组成差异，对细菌和真菌进行多种比较分析，对P值在前25的细菌物种和P值在前7的真菌物种进行了比较。从图10(a)可以看出，与CK相比，T2处理减少了变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)及绿湾菌门(GloroFlexi)的相对丰度，增加了(Candidate division WPS-2)。真菌群落在门水平上的物种组成差异如图10(b)所示，T2处理与CK相比，增加了子囊菌门(Ascomycota)及球囊菌门(Glomeromycota)的相对丰度，减少了unclassified_Fungi、担子菌门(Basidiomycota)及(Fungi_unidentified)的相对丰度。

3.3.5. 土壤微生物属水平

对不同处理在属水平上的细菌及真菌物种组成进行分析，如图11(a)所示，在细菌群落中优势菌属主要为unclassified_Bacteria、未分类的厌氧菌门科(unclassified_Anaerolineaceae)、拟杆菌门(Ohtaekwangia)、链球菌(Streptophyta)、(unclassified_Cytophagales)以及未分类的蛋白细菌(unclassified_Gemmaproteo bacteria)。优势细菌属的平均相对丰度依次为10.02%、7.93%、3.89%、2.2%、3.86%及3.57%。从图11(b)看出，真菌群落在属水平的优势菌属主要为unclassified_Sordariales、未分类的子囊菌门(unidentified_Ascomycota)、Fungi_unidentified_1_1、unclassified_Fungi、未确认的子囊门菌(unclassified_Sordariomycetes)以及unclassified_Agaricales。分别占总菌数的31.69%、15.34%、13.44%、12.88%、5.9%及5.12%。

对不同处理在属水平上细菌及真菌群落的物种组成差异分析如图12所示，在细菌属水平，T2明显减少了未分类的生丝微菌科(unclassified_Hphomicrobiaceae)、苔夫菌(Fluviicola)、未分类的丛毛单胞菌科(unclassified_Comamonadacea)、未分类的嗜甲基菌科(unclassified_Methylopilaceae)、根裂菌属(Rhizorhapis)、

Figure 10. Comparative analysis of phylum level bacterial community (a) and fungal community (b) under different treatments

图10. 不同处理在门级细菌群落(a)及真菌群落(b)比较分析

Figure 11. Species composition analysis of dominant bacteria (a) and fungi (b) in different treatments at genus level

图11. 不同处理在属水平上的优势细菌(a)及真菌(b)物种组成分析

鞘氨醇杆菌目(Sphingobacteriales)、根瘤菌(Rhizzobium)、干燥杆菌(Aridibacter)及硝化菌属(Nitrolancea)。对于真菌属水平，T2明显较少了子囊菌门(unidentified_Ascomycota)、波氏假阿利什菌(Pseudllescheris)、Fungi_unidentified_1_1的相对丰度。

3.4. 微生物菌剂施用对烟叶化学成分影响的分析研究

烘烤后烟叶按等级分，对B2F、C3F和X3F进行化学成分测定。由表6可知，施用三种类型微生物菌剂对烟叶中化学成分有显著影响。综合三种等级来看，与CK相比，各处理中的C3F等级钾含量均有所增加，且T2和T5处理差异显著，较CK分别平均增加13.11%和13.71%；烟碱含量各处理较CK均有所降低，且B2F等级较CK平均显著降低53.14%；氮含量各处理均有所下降，C3F总糖、还原糖的含量均有所提高，且T2和T5处理差异显著，较CK总糖分别增加14.72%、14.34%；还原糖含量较CK分别增加13.75%、14.01%。结果证明，不同微生物菌剂施用可降低烤烟上部叶片的烟碱、氮含量，提高了还原糖、总糖的含量，协调糖碱比，其中T2和T5处理效果较好。

Figure 12. Comparative analysis of genus level bacterial community (a) and fungal community (b) under different treatments

图12. 不同处理在属级细菌群落(a)及真菌群落(b)比较分析

Table 6. The analysis of chemical composition of tobacco leaves

表6. 烟叶化学成分分析

4. 讨论

在烟草种植整个生产期中，施用的有机肥多以绿肥、堆肥及厩肥等为主，黄光祥等人研究表明[17]，与传统有机肥相比，微生物菌剂作为提高烟草产量和质量的一种新型有机肥料。微生物菌剂可以产生高活性酶，并与其他微生物间通过相互作用有效改善烟草根际土壤环境进而促进烟草生长发育和产量。本研究结果表明，不同微生物菌剂对烤烟不同时期农艺性状的促进效果为；团颗期为播可润 > 三矩灌金液 > 台丰一号，平顶期则为三矩灌金液 > 播可润 > 台丰一号。这可能是由于微生物菌剂含有不同的微生物种类与功能，这些微生物在土壤中能够分泌不同的生长激素和活性酶，从而促进烤烟生长和提高产量。

研究表明[18]，微生物菌剂的应用能有效提升土壤微生物的丰富度，有利于增进土壤中的解碱氮、速效磷、速效钾及有机质含量，从而累积烟田肥力，助于进一步提高烟草品质和烤烟性状。本试验研究通过Alpha多样性分析和相关指数表明，与对照组相比，施用微生物菌剂的处理显著提升了烤烟根际环境群落物种的丰度和多样性，与郭慧[19]等人研究结果一致。在三种微生物菌剂喷施效果中，三矩灌金液喷施能提升土壤解碱氮、速效磷和有机质含量，播可润喷施则有利于提高速效钾含量，台丰一号的效果次之。其原因之一是因为微生物菌剂中的活性有益菌在土壤中生长繁殖，分泌大量有机物和酶类物质，为根际微生物的生长和繁殖提供了营养来源。另一方面，不同微生物菌剂中所含有益菌种在土壤生长繁殖和物种群落之间的差异，可能影响了参与代谢活动、改善土壤物理化学性质、分解和释放土壤中有机物质的功效。

此外，在本研究还发现，施用不同微生物菌剂对烤烟等级的化学成分显著下降了烟叶的烟碱、氮含量，提高了还原糖、总糖的含量，整体效果表现为三矩灌金液 > 播可润 > 台丰一号。这很可能是因为施用微生物菌剂改善了土壤环境，促进了烤烟的生长和品质提升，进而协调了钾氯比和糖碱比等指标，这与王鹏等人[20]的研究发现基本一致。

5. 结论

本研究发现，微生物菌剂的应用能改善烟株叶长、叶宽、株高、茎围、有效叶片数等农艺特性、土壤解碱氮、速效钾、速效磷等土壤理化性质、根际微生物群落以及烤烟后化学成分的优化。本研究中，使用微生物菌肥明显促进烟株的生长发育，提高烟叶产量和产值，促进烟民总体收入。然而，烟叶最终质量还受各产地品种、施肥、气候、温湿度、土壤类型及栽培管理措施等多方面的影响。因此，在不同产区施用微生物菌剂，烤烟的农艺性状、土壤理化性质及烟叶化学成分可能会存在差异，需要具体深入探究，灵活调整。

基金项目

山东潍坊烟草有限公司科技项目(2024-34)、山东省自然科学基金(ZR202211230214)。

NOTES

^*通讯作者。

参考文献