不同农业废弃物对烤烟连作土壤土传病害防控的潜力研究

Study on the potential of difference agricultural wastes to the prevention and control of soil-borne diseases in flue-cured tobacco continuous cropping

摘要

为筛选出适宜云南大理州且对烤烟连作障碍有消减效果的农业废弃物，首先从Web of Science和中国知网数据库中检索与消减烤烟连作障碍研究相关的文献，通过Meta分析筛选出对烤烟连作障碍有消减效果的3大类农业废弃物；其次从这3大类中各选取1种云南大理州易获取的农业废弃物，通过实验室培养试验，进一步探究选取的3种农业废弃物对云南大理州不同连作年限（1年和5年）烟田土壤理化性质和致病菌的影响。结果表明：1）Meta分析结果表明，施加生物炭、豆饼油枯和畜禽粪便3大类农业废弃物能够明显提高连作烤烟产量（增幅分别为15.78%、9.78%、7.43%），提升连作烟叶化学成分协调性，显著增加连作土壤有机质（增幅分别为31.61%、24.37%、13.41%）和速效钾（增幅分别为27.95%、26.35%、20.02%）的含量；2）与不添加农业废弃物相比，在连作1年和连作5年的植烟土壤中，添加干牛粪（畜禽粪便）、菜籽饼粕（豆饼油枯）和玉米秸秆炭（生物炭）3种农业废弃物降低了土壤pH，提高了土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾的含量；3）施加3种农业废弃物能够改变真菌的多样性和的群落结构，显著降低了烤烟根腐病致病菌——镰刀菌属（Fusarium）的相对丰度，增加了生防菌毛壳菌属（Chaetomium）的相对丰度，对烟草根腐病有一定的抑制效果。因此，施加干牛粪、菜籽饼粕和玉米秸秆炭均能够有效改善云南大理州植烟土壤的理化性质，有利于缓解烤烟连作产生的真菌性土传病害，在一定程度上能够缓解烤烟连作障碍。相较于干牛粪和玉米秸秆炭，施加菜籽饼粕消减烤烟连作障碍的效果更好。该研究可为研发消减烤烟连作障碍有机肥产品的原料选取提供理论支撑。

Abstract

The aim of this study is to select the agricultural wastes， which are suitable for Dali Prefecture of Yunnan Province and have the effect of reducing the continuous cropping of flue-cured tobacco. Firstly， literature related to the reduction of continuous cropping obstacles of flue-cured tobacco were retrieved from the Web of Science and CNKI databases， and three categories of agricultural wastes having the effect of continuous cropping of flue-cured tobacco were identified by Meta-analysis. One type of easy-to-obtain agricultural wastes from each category was then selected， and the effects of three agricultural wastes on the soil physical and chemical properties and pathogenic bacteria of tobacco fields with different continuous cropping years （1 year and 5 years） were further explored through laboratory culture experiments. The results showed that： 1 ） The meta-analysis revealed that the application of biochar， oil cake， livestock and poultry manure could significantly increase the yields of continuous-crop flue-cured tobacco by 15.78%， 9.78%， and 7.43%， enhance the harmonization of the chemical compositions of continuous cropping flue-cured tobacco， and significantly increase the contents of organic matter by 31.61%， 24.37%， and 13.41%， and available potassium in continuous-crop soils by 27.95%， 26.35%， and 20.02%， respectively； 2） Compared with the addition of no agricultural wastes， the addition of three kinds of agricultural wastes， namely dry cow dung （livestock and poultry manure）， rapeseed cake meal （oil cake）， and corn stover biochar （biochar） reduced soil pH and increased soil organic matter， total nitrogen， available nitrogen， available phosphorus， and available potassium contents in tobacco planting soils after 1 and 5 years of continuous cropping； 3） At the same time， the application of three kinds of agricultural wastes changed the diversity and community structure of soil fungi， significantly reduced the relative abundance of Fusarium， the causal agent of tobacco root rot， and increased the relative abundance of Chaetomium， the preventive fungus. Therefore， the application of dry cow dung， rapeseed cake meal， and corn stover biochar could effectively improve the physicochemical properties， microbial community structure， and diversity of the soil of tobacco planting in Dali Prefecture of Yunnan Province， which was conducive to mitigating the fungal soil-borne diseases produced by continuous cropping of flue-cured tobacco and reducing the barriers to the continuous cropping of flue-cured tobacco to a certain extent. Compared with dry cow dung and corn stover biochar， the application of rapeseed cake meal had the best effect on the reduction of the continuous cropping obstacle of tobacco in Dali Prefecture， Yunnan Province. This study provided theoretical support for the selection of raw materials for the development of organic fertilizer products for the reduction of continuous cropping obstacles in flue-cured tobacco.

Graphical abstract

关键词

Meta分析 / 农业废弃物 / 烤烟 / 连作障碍 / 土壤微生物 / 致病菌

Key words

Meta-analysis / agricultural waste / flue-cured tobacco / continuous cropping obstacle / soil microorganisms / pathogenic bacteria

在烟草种植中，烤烟是我国主要种植的烟草类型^［1］。根据《2023中国统计年鉴》^［2］数据，云南省烤烟种植面积和年产量均占全国烤烟总种植面积和产量的40%以上，是我国最大的烤烟种植和生产省域。烤烟是一种不耐连作的作物，但由于耕地面积的限制、高效益的驱使以及不合理的种植方式，同一块田地烤烟连作在国内外都是一种严重而普遍的现象^［3］。云南地势复杂多样，耕地面积十分有限，大理州现有耕地仅占云南省耕地面积7%左右，同时由于其他非烟经济作物的种植，大理州的烤烟种植难以安排合理的轮作，不可避免地存在烤烟连作现象。烤烟连作会导致土壤养分的流失和土壤中氮、磷、钾的不平衡^［4］。即使短期连作也会导致烟叶产量下降20%~100%，并伴随着卷烟品质的下降^［5］，造成了巨大的经济损失，严重影响了烤烟生产的可持续发展。农业废弃物是农业生产过程中产生的废弃有机物，主要包括作物秸秆、畜禽粪便、农作物加工过程中产生的废弃物等^［6］。废弃物秸秆富含氮、磷、钾等多种养分和有机质，畜禽粪便含有氮、磷、钾、钙、镁、锌等营养元素，都是可利用的有机生物资源^［7］。农业废弃物秸秆、畜禽粪便等进行肥料化利用，可减少化肥的施用，有助于提高作物产量，并且有效改善土壤状况^［8］。不同农业废弃物对烤烟的生长发育和产质量有着不同的影响^［9］，而烤烟的生长发育和产质量与土壤结构和肥力密切相关。有机肥料投入较少，会导致土壤板结和养分失衡，显著影响了烟株的生长发育，使得烟叶产量和品质下降^［10］。宗胜杰^［11］研究表明，施用农业有机废弃物生物炭能够有效改善连作土壤理化性状，促进烟株生长发育，提高烤后烟叶常规化学成分协调性，提升烟叶品质；施用有机肥料能够改善土壤的保水性、孔隙性、化学性和生物性等理化性质^［12］，还可以减轻连续种植对烟草生产造成的危害^［13］；段玉琪等^［14］研究发现有机肥料可以显著提高土壤中有机质含量，从而改善微生物和土壤酶活性，减少病虫害发生，提高烟草产量，合理施用能够有效减轻烟草连作障碍；施用合适的有机肥料不仅能够改善土壤理化性质，还能调控连作土壤细菌群落和功能代谢，从而提高烟草的产量与烟叶品质^［15］；金亚波等^［16］研究表明烟秆和鸡粪能够显著提高连作植烟土壤中有机质的含量，菌渣能够显著提高土壤有效磷和速效钾的含量，可见不同种类的有机废弃物对于土壤养分的提升效果不同。与不施加农业废弃物相比，施加农业废弃物或农业废弃物发酵的有机肥能够改善连作烟田土壤的质量，增加烤烟产量，提高烟叶品质，缓解烤烟连作障碍，但是不同类型的农业废弃物对烤烟连作障碍的消减效果存在差异，试验结果往往受到农业废弃物的施用量、烤烟品种、植烟土壤类型、烤烟连作年限等因素的影响。因此，有必要总结不同类型的农业废弃物的试验结果，对已有的试验结果进行综合分析后，对综合分析结果再进行试验验证。本研究拟在Web of Science和中国知网数据库中获得与消减烤烟连作障碍研究相关文献的基础上，采用Meta分析的理论与方法^［17-20］，探究施用不同农业废弃物和不同有机原料的有机肥对连作烟田土壤理化性质、烤烟产量与烟叶化学成分及协调性的影响，筛选出对烤烟连作障碍消减效果突出的农业废弃物；在此基础上，以云南大理州不同连作年限的植烟土壤为研究对象，进行实验室培养试验，研究不同农业废弃物对连作土壤理化性质和微生态的影响，从而筛选出对云南大理州烤烟连作障碍有消减效果的农业废弃物，以期为研发消减烤烟连作障碍有机肥产品的原料选取提供理论支持。

1　材料与方法

1.1　Meta数据收集及提取

通过检索“烤烟” “连作” “有机物料” “农业废弃物” “有机肥” “秸秆” “畜禽粪便” “生物炭” “大田试验”等关键词构成的检索式，查阅Web of Science和中国知网数据库2000年后公开发表的文献和学位论文。文献筛选标准如下：1）处理组施用秸秆、畜禽粪便、生物炭等有机废弃资源；2）处理组与对照组的管理措施相同；3）测定土壤理化性质、烟叶化学成分、烤烟农艺性状和经济性状；4）以盆栽试验和大田试验为基础。最终筛选得到符合标准的55篇中文文献及5篇英文文献，共60篇文献。优先从这些文献的表格和文本中提取数据，其次使用软件Origin 2022将图形数字化进行数据提取。本研究选择了土壤理化性质（pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾）、烤烟农艺性状（株高、茎围和有效叶片数）、烟叶产量、烟叶化学成分（烟碱、还原糖、总氮、总糖、钾（K₂O）、氯（Cl）、糖碱比、氮碱比、钾氯比）作为解释变量，以研究不同农业废弃物对烤烟连作障碍的消减效果。

1.2　土壤培养试验供试材料

试验于2023年11月在中国农业大学西校区进行。供试土壤于2023年10月采自云南大理州洱源县三营镇，连作年限分别为1年（26.20°E；99.99°N）和5年（26.20°E；99.98°N），土壤风干后进行过筛处理备用。供试农业废弃物为干牛粪、菜籽饼粕和玉米秸秆炭，均为市售农业废弃物。其中：干牛粪来自于曹县恒健生态农业社，基础理化性质为有机碳 45.08%、总碳14.51%、全氮2.00%、全磷1.45%、全钾621.03 ppb、pH 6.22^［21］；菜籽饼粕来自于娄底市娄星区天之原榨油坊，基础理化性质为有机碳377 g/kg、全氮55.0 g/kg、全磷1.04 g/kg、全钾1.2 g/kg^［22］。玉米秸秆炭来自于巩义市升翔活性炭经营部，基础理化性质为有机碳42.21%、全氮8.34%、全磷2.31%、全钾16.12%、pH 9.46。本研究供试土壤基础理化性质详见表1。

1.3　土壤培养试验设计

试验共设8个处理：1Y-CK，1年连作土壤，不添加农业废弃物；1Y-T1，1年连作土+牛粪；1Y-T2，1年连作土+菜籽饼粕；1Y-T3，1年连作土+玉米秸秆炭；5Y-CK，5年连作土壤，不添加农业废弃物；5Y-T1，5年连作土+牛粪；5Y-T2，5年连作土+菜籽饼粕；5Y-T3，5年连作土+玉米秸秆炭。分别称取50 g风干处理后的不同连作年限土样于200 mL塑料培养瓶中，每个处理设置3个重复。设置土壤含水量为40%田间持水量（WHC），在室温条件下进行预培养3 d，以恢复土壤的生物学活性。预培养过程中用黑色塑料布遮盖以防止土壤水分散失。预培养结束后，将农业废弃物与土样混合均匀，m（农业废弃物）︰m（土壤）=3%^［23-25］，补充水分至60%土壤含水量，进行正式培养。每2~3 d补充一次水分，培养21 d。

1.4　土壤样品采集

正式培养结束后，进行破坏性取样。每个土样混匀后，一部分样品在室温下风干，研磨并分别过筛，用于测定土壤理化性状；另一部分取2 g左右土样装入无菌自封袋中置于-80 ℃条件下保存用于DNA高通量测序分析。

1.5　土壤理化性质测定

参照《烟草栽培学实验指导》^［26］测定土壤养分指标，土壤pH采用酸碱度玻璃电极法测定；土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别采用硫酸-重铬酸钾容量法、碱解扩散法、氟化铵—盐酸浸提—钼锑抗比色法和醋酸铵浸提—火焰光度法测定。

1.6　土壤微生物群落多样性及结构分析

土壤样品DNA提取、PCR扩增、PCR产物鉴定、纯化及定量、测序文库构建和高通量测序均由上海美吉生物医药科技有限公司进行操作，利用Illumina PE300/PE250平台进行测序。使用UPARSE v7.1软件^［27-28］，根据97%的相似度对质控拼接后的序列进行操作分类单元（Operational Taxonomic Unit， OTU）聚类并剔除嵌合体，去除所有样品中注释到叶绿体和线粒体序列（如果样本存在叶绿体和线粒体污染，则建议剔除）。为了尽量减少测序深度对后续Alpha多样性数据分析的影响，将所有样本序列数抽平至20 000，抽平后，每个样本的平均序列覆盖度仍可达99.09%。利用RDP classifier^［29］比对Unite ITS基因数据库（v8.0）进行OTU物种分类学注释，置信度阈值为70%，并在不同物种分类水平下统计每个样本的群落组成。

1.7　数据分析

采用Meta分析方法来评估农业废弃物对烤烟连作障碍的影响，将Meta分析最常用的响应比（Response Ratio， RR）的自然对数（lnRR）作为效应量，分析不同类型农业废弃物对烤烟连作障碍的消减效果。lnRR计算方法如下：

\mathrm{l}\mathrm{n}\mathrm{R}\mathrm{R}=\mathrm{l}\mathrm{n}\frac{x_{\mathrm{e}}}{x_{\mathrm{c}}}=\mathrm{l}\mathrm{n}{x}_{\mathrm{e}}-\mathrm{l}\mathrm{n}{x}_{\mathrm{c}}

式中：x_c为各对照组（CK）的平均值；x_e为处理组的平均值。为了更加直观的表达，使用变化率来表示效应量：

\mathrm{E}\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{t}=\left({\mathrm{e}}^{\mathrm{l}\mathrm{n}\mathrm{R}\mathrm{R}}-\mathrm{1}\right)\times \mathrm{100}\mathrm{\%}

若农业废弃物施入连作烟田后，农业废弃物对烤烟连作障碍有一定的消减效果，则结果为正的百分值；反之，则结果为负的百分比值^［30］。

由于数据集中报道标准偏差的研究较少，因此为避免极端权重的影响，各效应量通过对应试验设置的重复数来进行附加权重（Weight）的分析^［31］，计算公式如下：

\begin{array}{c}w=\frac{n_{\mathrm{e}}\times n_{\mathrm{c}}}{n_{\mathrm{e}}+n_{\mathrm{c}}}\\ V=\frac{\mathrm{1}}{w}=\frac{n_{\mathrm{e}}+n_{\mathrm{c}}}{n_{\mathrm{e}}\times n_{\mathrm{c}}}\end{array}

式中：n_c为各对照组设置的重复数；n_e为各处理组设置的重复数。采用随机效应模型计算各处理后土壤理化性质（pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾）、烤烟农艺性状（株高、茎围和有效叶片数）、烟叶产量、烟叶化学成分（烟碱、还原糖、总氮、总糖、钾（K₂O）、氯（Cl）、糖碱比、氮碱比、钾氯比）的平均值，并通过随机抽样迭代4 999次的方式来获得95%置信区间（CIs）。

Meta分析使用Zotero软件完成文献的初步筛选，使用Microsoft Excel软件对提取的数据进行统计整理，构建数据库。使用Metawin软件完成上述数据分析和计算。图形使用Origin 2022软件进行绘制。

土壤理化性质数据经Microsoft Excel软件初步整理后，采用IBM SPSS Statistics 26软件先进行单因素方差分析，再进行组间相关性分析，最后采用Origin 2022软件进行图形绘制。

土壤微生物数据分析均在美吉生物云平台（https：//cloud.majorbio.com）上进行。具体如下：采用mothur软件^［32］计算Alpha多样性，包括Shannon和Chao1指数，并采用One-way ANOVA进行Alpha多样性的组间差异分析；使用Source tracker物种来源分析工具分析检验样本间微生物群落结构的相对丰度。最后利用R语言（version 3.3.1）工具作图。

2　结果与分析

2.1　不同农业废弃物的施用对连作烤烟产量及烟叶品质的影响

不同农业废弃物的施用对连作烤烟产量及烟叶品质的影响分析结果见图1。由图1（a）可见，与施用常规化肥相比，在连作条件下，施加秸秆、畜禽粪便、生物炭、豆饼油枯、菌菇渣和翻压绿肥对烤烟的产量有显著的提高效果，其中施加生物炭效果最佳，增加了15.78%（置信区间6.16%~27.60%）的烟叶产量。

烟叶品质更加注重烟叶化学成分之间的协调性。国际优质烟叶化学成分指标为：总氮含量范围为1.5%~3.5%；氮碱比（m（总氮）/m（烟碱））反映烟叶香气质量优势，并不是越大越好，一般以1或略<1为好。由图1（b）可以看出，与施用常规化肥相比，在连作条件下，施加秸秆、畜禽粪便和菌菇渣对烟叶总氮含量的增加均有显著的促进效果，其中，施加畜禽粪便效果最佳，增加了30.30%（置信区间10.06%~79.55%）的烟叶总氮含量。由图1（c）可见，在连作烟田中施加生物炭、豆饼油枯和有机酸肥对烟叶氮碱比均有显著影响，其中施加生物炭的效果最佳，增加了13.97%（置信区间3.27%~33.32%）的烟叶氮碱比。

2.2　不同农业废弃物的施用对连作植烟土壤理化性质的影响

不同农业废弃物的施用对连作植烟土壤理化性质的影响分析结果见图2。由图2（a）可知，与施用常规化肥相比，在连作条件下，施加秸秆、畜禽粪便、生物炭等农业废弃物均能够增加连作土壤有机质含量。其中：施用生物炭的效果最佳，增加了31.61%（置信区间18.01%~48.51%）的有机质含量；施加蚯蚓粪肥和豆饼油枯也显著增加了连作土壤有机质含量，分别增加了28.00%（置信区间6.08%~49.39%）和24.37%（置信区间8.34%~53.23%）的有机质含量。由图2（b）可以看出，在连作条件下，施加秸秆、畜禽粪便、生物炭等农业废弃物均能够增加连作土壤速效钾的含量。其中：绿肥翻压还田促进效果最明显，提高了95.48%（置信区间47.48%~163.82%）的速效钾的含量；施加农业废弃物菌菇渣、生物炭和豆饼油枯也显著增加了连作土壤速效钾的含量，分别增加了33.92%（置信区间23.65%~56.85%）、27.95%（置信区间15.25%~45.57%）和26.35%（置信区间6.85%~54.99%）的速效钾含量。由图2（c）可见，在连作条件下，施加畜生物炭、豆饼油枯和有机酸肥能够显著增加连作土壤的碳氮比。其中，生物炭的效果最好，增加了24.91%（置信区间7.01%~48.47%）的土壤碳氮比。

2.3　连作烤烟产量及烟叶品质与连作土壤理化性质的响应关系

在连作植烟土壤中施加不同农业废弃物，烤烟产量及烟叶品质与土壤理化性质的响应关系分析结果见图3~图5。由图3可见，连作土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷效应量与烤烟产量效应量无显著相关性（P>0.05）；速效钾效应量与烤烟产量效应量呈显著正相关（图3（f），P<0.05）。图4显示，连作土壤pH、有机质、有效磷、速效钾效应量与烤烟烟叶总氮效应量无显著相关性（P>0.05）； 全氮效应量与烟叶总氮效应量呈显著的负相关（图4（c），P<0.05）；碱解氮效应量与烟叶总氮效应量呈显著负相关（图4（d），P<0.05）。从图5可以看出，连作土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾效应量与烤烟烟叶氮碱比效应量无显著相关性（P>0.05）；全氮效应量与烟叶氮碱比效应量呈显著的正相关（图5（c），P<0.05）。

2.4　3种农业废弃物对大理州不同连作年限烟田土壤理化性质的影响

施用3种农业废弃物对大理州不同连作年限烟田土壤理化性质的影响分析结果见图6。与对照处理（CK）相比，各处理的土壤pH均显著降低（图6（a））；其中在1年连作土壤中，T1、T2、T3处理pH下降幅度分别为1.90%、9.06%、1.78%，在5年连作土壤中，T1、T2、T3处理pH下降幅度分别为1.52%、8.36%、1.08%。相较于CK，T1、T2、T3处理均显著提高有机质（图6（b））、全氮（图6（c））、有效磷（图6（e））和速效钾（图6（f））的含量，其中在1年连作土壤中，有机质含量的增幅分别为6.05%、13.05%、28.49%，全氮含量的增幅分别为5.84%、31.24%、3.73%，有效磷含量的增幅分别为79.26%、117.42%、30.66%，速效钾含量的增幅分别为62.66%、62.82%、87.85%；在5年连作土壤中，有机质含量的增幅分别为11.30%、20.46%、39.75%，全氮含量的增幅分别为11.34%、44.90%、9.80%，有效磷含量的增幅分别为37.33%、36.70%、20.28%，速效钾含量的增幅分别为31.82%、40.04%、54.85%。相较于CK，T1、T2、T3处理均提高碱解氮含量（图6（d）），在1年连作土壤中，T2处理显著提高碱解氮含量，T1、T3处理下碱解氮含量与CK无显著差异；在5年连作土壤中，T1、T2处理显著提高碱解氮含量，T3处理下碱解氮含量与CK无显著差异。

施用不同农业废弃物处理间比较，在连作1、5年植烟土壤中，T1、T3处理间pH差异不显著，T2处理的pH显著低于T1、T3处理（图6（a））。相较于T1、T2处理，T3处理显著提高了连作1、5年土壤有机质含量（图6（b））。与T1、T3处理相比，T2处理显著提高了连作1、5年土壤全氮和碱解氮含量（图6（c）和（d））。在连作1年土壤中，相较于T1、T3处理，T2处理显著提高了有效磷含量（图6（e））；在连作5年土壤中，相较于T3处理，T1、T2处理显著提高了有效磷含量（图6（e））。与T1、T2处理相比，T3处理显著提高了连作1、5年速效钾的含量（图6（f））。

2.5　3种农业废弃物对大理州连作烟田土壤真菌多样性的影响

施用3种农业废弃物对大理州不同连作年限烟田土壤真菌多样性的影响分析结果见图7。在连作1年植烟土壤中，T1、T2和T3处理的Shannon指数，和Chao1指数相较于CK无显著性差异。在连作5年土壤中，相较于CK，T2处理显著降低了真菌的Shannon指数，降低幅度为28.32%；T3处理显著提高了真菌的Shannon指数，增幅为7.23%。在Chao1指数上，T1、T3处理相较于CK显著提高了真菌的Chao1指数，增幅分别为57.95%和67.83%；T2处理相较于CK无显著性差异。

施用不同农业废弃物处理间比较，在连作1年土壤中，相较于T1、T3处理T2处理显著降低了真菌的Shannon指数，降低幅度分别为45.42%和46.82%，T1、T3处理间Shannon指数无显著性差异。在Chao1指数上，各处理间无显著性差异。在连作5年土壤中，T2处理在Shannon指数上显著低于T1、T3处理，T1和T3处理间Shannon和Chao1指数无显著性差异。以上结果表明，施用3种农业废弃物对连作1年土壤真菌群落多样性无显著影响；对5年连作土壤真菌群落多样性影响较大。

2.6　3种农业废弃物对大理州连作烟田土壤真菌群落结构的影响

施用3种农业废弃物对大理州连作1年和5年的植烟土壤真菌群落结构的影响分析结果见图8。由图8（a）可见：在连作1年土壤中，添加农业废弃物的T1、T2、T3处理枝鼻菌属（Cladorrhinum）的相对丰度均降低，分别降低了15.87%、17.76%和15.61%，其中T2处理降低幅度最大；与CK相比，T1、T2、T3处理增加了被胞霉属（Mortierella）的相对丰度，分别增加了7.96%、67.67%和8.79%，其中T2处理增幅最大； T1、T2、T3处理降低了假散囊菌属（Pseudeurotium）的相对丰度，分别降低了2.85%、6.39%和1.92%，其中T2处理降低幅度最大； T1和T3处理增加了镰刀菌属（Fusarium）的相对丰度，分别增加了0.19%和1.23%，T2处理降低了镰刀菌属的相对丰度，降低幅度为0.84%。T1、T2和T3处理增加了毛壳菌属（Chaetomium）的相对丰度，分别增加了1.24%、3.76%和2.39%，其中T2处理增幅最大。

由图8（b）可见：在连作5年的土壤中，添加农业废弃物的T2、T3处理相较于CK增加了被胞霉属的相对丰度，分别增加了54.02%和6.50%，T1处理降低了被胞霉属的相对丰度，降低幅度为4.64%；与CK相比，T1、T2、T3处理降低了unclassified_k__Fungi的相对丰度，分别降低了15.80%、17.85%和13.97%，其中T2处理降低幅度最大；相较于CK，T1、T2和T3处理降低了镰刀菌属的相对丰度，分别降低了1.75%、2.19%和1.21%，其中T2处理降低幅度最大；相较于CK，T1、T2和T3处理增加了毛壳菌属的相对丰度，分别增加了2.80%、1.93%和2.21%，其中T1处理增幅最大。由此可见，在连作条件下，添加3种农业废弃物对植烟土壤的真菌群落结构产生影响，且对的不同真菌属相对丰度的影响存在差异。

3　讨　论

3.1　施用农业废弃物对连作烟田土壤理化性质的影响

在连作条件下，植烟土壤的养分含量由于植烟区域^［33］、植烟土壤类型^［34］、连作年限^［35］而存在差异。有研究表明西南山区烤烟在连作种植条件下，土壤有机质、硝态氮和速效钾的含量随着连作年限的增加不断下降，有效磷呈先增加后下降的趋势，烤烟生长受到抑制^［36］。本研究结果表明，在云南大理州烟区，与连作1年相比，连作5年导致土壤pH下降，未出现酸化现象（pH>7），有机质含量减少，全氮、碱解氮含量呈下降趋势，而有效磷、速效钾的含量呈上升趋势（图6），与刘勇成等^［37］研究结果一致。

土壤养分是由土壤提供给植物生长所必需的营养元素，其中速效养分能够被植物直接吸收利用，反映土壤肥力，可以通过人为施加有机废弃物和有机肥来调节土壤养分含量，以满足作物对养分的需要。有研究发现，施用烟草秸秆生物炭显著提高了土壤pH，水稻秸秆生物炭与烟草秸秆生物炭和猪粪配施显著提高了土壤有机质、碱解氮和速效钾的含量^［38］。牛粪属于优质的有机资源，含有丰富的烤烟生长所需的氮、磷、钾等营养元素，能够显著提供土壤的养分状况^［39-40］。本研究结果表明，施加农业废弃物干牛粪、菜籽饼粕和玉米秸秆炭使得连作植烟土壤的pH下降，但仍未达到酸化水平（pH>7），土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾的含量增加，能够有效改善连作烟田土壤的理化性质。土壤有机质是烟草养分的重要来源，其含量直接影响着烟草的生长发育、产量及品质，同时在烟区土壤性状改良等方面起着重要作用^［41］。在连作土壤中施加有机废弃物可以提高土壤中有机质的含量，特别是活性有机质的含量来增强土壤养分循环，从而提高了连作土壤的pH，增加了碱解氮、速效钾的含量，促进烟株的生长，在一定程度上缓解了烤烟连作障碍^［42］。综合3种农业废弃物（干牛粪、菜籽饼粕和玉米秸秆炭）对不同连作年限的植烟土壤理化性质的改良效果来看，施加菜籽饼粕对云南大理州连作土壤理化性质的改善效果更好。

3.2　施用农业废弃物对连作烟田土壤真菌的影响

土壤微生物是土壤生态系统中重要的组成部分，在驱动土壤生态系统服务和功能方面发挥着关键的作用^［43］。有研究表明烤烟连作会提高土壤真菌多样性，烟田连作土壤真菌群落结构均会发生较大变化^［44］，这是由于连作使得根际次生代谢产生化感作用改变了真菌的群落结构，导致真菌繁殖^［45］。本研究中，与短期连作（连作1年）相比，中长期连作（连作5年）使得土壤真菌的多样性提高，改变土壤真菌群落结构，与饶德安等^［46］和齐虹凌等^［47］研究结果基本一致。

烤烟病害的发病率与连作年限呈正相关^［48］。有研究表明，随着烤烟连作年限的增加，烤烟根腐病有加重的趋势^［49］，根腐病是由镰刀菌属（Fusarium）真菌侵染引起^［50］。有研究表明这种病原菌会引发连作障碍^［51-52］。本研究中，与连作1年相比，连作5年使得土壤中镰刀菌属（Fusarium）相对丰度增加（图8），这将提高烤烟根腐病的发病率。毛壳菌属（Chaetomium）是一种重要的植物病原菌生防菌，这对后期促进烟株生长，防治烟草病害提供了一个很好的方向^［53-54］。本研究中相较于连作1年的植烟土壤，连作5年的植烟土壤中毛壳菌属（Chaetomium）相对丰度降低（图8），这不利于防治烟草病害。

有研究结果表明，在土壤中添加农业废弃物生物炭后，增加了土壤真菌的丰度，改变了真菌在属水平上的群落结构，降低了几种潜在作物病原菌的相对丰度，可能有利于抑制作物病害的发生^［55］。施加有机改良剂油枯和猪粪堆肥能够增加土壤微生物丰度，显著增加了真菌/细菌的比值^［56］。施加水稻秸秆生物炭促进了植烟土壤真菌群落多样性，影响微生物群落结构^［57］。本研究结果表明，施加干牛粪、菜籽饼粕和玉米秸秆炭对连作5年植烟土壤真菌的影响较为显著，能够提高真菌的多样性和丰富度，同时，改变了连作土壤真菌群落结构，降低了土壤镰刀菌属（Fusarium）相对丰度，增加了毛壳菌属（Chaetomium）相对丰度，在一定程度上缓解了烤烟病害，削减了烤烟的连作障碍。综合3种农业废弃物对不同连作年限的植烟土壤真菌的影响来看，施加菜籽饼粕对云南大理州连作土壤真菌性致病菌的抑制效果更为显著。

3.3　施加农业废弃物对连作烤烟产量及烟叶品质的影响

连作会降低烤烟的产量，使烟叶化学成分失衡，从而恶化烟草品质。短时间的烟田连作对烟叶产量影响较小，对烟叶品质影响轻微，表现为总氮和烟碱浓度升高，总糖和还原糖浓度降低^［58］。长期连作对烟叶化学成分的积累及评吸质量有很大的影响^［59］，使得烟叶中烟碱和总氮含量显著增加，总糖和还原糖的含量明显下降；烟叶中致香物质含量下降，香气质和香气量有所下降，降低烟叶的可用性^［60］。

烤烟农艺性状指标能够直观反映出烟株生长发育状况，与烤烟产量密切相关^［61］。有研究表明，与不施肥相比，在施加烟草专用肥的基础上施加腐熟鸡粪有机肥能够显著增加烟株的株高和有效叶片数，并且发现土壤养分与烟株的长势密切相关，即土壤的肥力越高，烟株的长势越好，产量越高^［62］。在连作烟田施用烟秆生物炭后，烟叶的产量和产值显著提高^［63］。牛粪与不同植物油粕（菜籽饼粕有机肥、豆粕有机肥、花生麸有机肥和芝麻粕有机肥）混施均能提高烟叶产量^［64］。本研究Meta分析结果表明，相较于其他农业废弃物，施加生物炭，能够显著提高烤烟的产量。生物炭除了能够直接提供植物生长所需要的养分，还因其独特的孔隙结构，吸附固定土壤中养分，促进植物生长^［65］。生物炭能够改变土壤结构及物理性状，进一步影响土壤的透气性和持水量，间接影响土壤中的养分循环^［66］。

已有研究表明，在连作烟田中施加有机废弃物能够有效改善烤烟的化学成分的协调性，增加烟叶中性香气物质含量，提高烟叶的感官质量^［67］。本研究Meta分析结果表明，在连作烟田中施加秸秆和畜禽粪便，能够显著增加烤烟烟叶总氮的含量，进而影响烟叶化学成分的协调性，这与李影等^［68］的研究结果一致，施加玉米秸秆能够提高烤烟生长前期的烟叶氮含量，施加猪粪能够提高烤烟生长中期的烟叶氮含量。张凤侠等^［69］研究发现施加牛粪降低了烤烟烟叶总氮含量，但是烟叶品质得到改善。这种不一致是由于烟叶品质是烟叶中多个化学成分共同决定的，烟叶总氮成分的升高和降低无法判断烟叶品质的优劣。整体而言，施加牛粪能增加致香物质的含量，促进烟叶化学成分趋于协调，从而提高烟叶品质^［70］。

因此，在连作烟田土壤中施加生物炭、畜禽粪便、菜籽饼粕等农业废弃物能够促进烟株发育，提高烟叶产量。同时，有助于改善烟叶的化学成分的协调性，提升烟叶品质。

4　结　论

本研究以云南大理州连作植烟土壤为研究对象，探究不同农业废弃物对云南大理州连作植烟土壤理化性质和微生态的影响，旨在筛选出适宜云南大理州且对烤烟连作障碍有消减效果的农业废弃物。主要结论如下：

1） 相较于其他农业废弃物，施加生物炭、畜禽粪便和豆饼油枯3大类农业废弃物能够增加连作烤烟产量，提升烟叶品质，改善连作土壤理化性质。

2） 在连作条件下，施加干牛粪、菜籽饼粕和玉米秸秆炭均能够有效改善云南大理州植烟土壤的理化性质和微生态环境，有利于缓解因烤烟连作而产生的真菌性土传病害，促进烟草生长发育，在一定程度上缓解烤烟连作障碍。

3） 相较于干牛粪和玉米秸秆炭，施加菜籽饼粕对于云南大理州连作土壤改良效果更好，有效抑制真菌性的土传病害。菜籽饼粕是易获取的农业废弃物，可作为研发消减烤烟连作障碍有机肥产品的主要原料。

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