土地整理后根际土壤性质并非决定烟草生长的关键因素

《Scientific Reports》：Rhizosphere soil properties may not determine tobacco growth after land consolidation

　　本研究针对土地整理后烟草生长差异的根际土壤机制展开，通过分析土壤生化特性、酶活性及微生物养分限制，发现Good与Bad生长表型间土壤质量指数(SQI)、碳氮磷获取酶活性(C/N/P_acq)及生态系统多功能性(EMF)均无显著差异，微生物普遍受磷限制。结果表明烟草生长更可能受微生物群落及管理措施调控，为土地整理后农业优化提供了新视角。

　　

土地整理作为提升耕地利用效率的重要手段，在烟草种植区被广泛实施，旨在扩大可用耕地面积并促进烟草生产的可持续性。然而，机械作业和深层翻耕等整理措施会破坏原有土壤结构，导致土壤紧实度增加、透气性下降，并引发土壤有机碳损失和微生物网络结构的紊乱。这些变化可能进一步造成土壤肥力不均、养分供应能力减弱，从而在短期内降低烟草田的适种性。尽管土壤健康对烟草的高产优质至关重要，但土地整理后根际土壤特性如何影响烟草生长仍不清楚。

烟草作为一种高经济价值作物，对其生长环境极为敏感，根际土壤的生化性质（如有机质、pH和质地）和酶活性直接影响养分循环和微生物功能，进而可能调控植物表现。现有研究多聚焦于土壤微生物活动对作物性能的作用，但土壤生化特性与酶活性的具体贡献尚未系统阐明。因此，探究土地整理后根际土壤特性与烟草生长表型的关系，对优化农业生产具有重要意义。

本研究于2023年在贵州省三个烟草田（青底和蕉勒站点）展开，所有田块均实施土地整理不超过3年。研究人员根据烟草生长表型（植株高度、有效叶数及叶片尺寸）将样本分为Good（良好生长）和Bad（不良生长）两组，每组设置5个重复。分别采集根际土壤样本，测定其pH、电导率(EC)、土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、溶解有机碳(DOC)、有效磷(AP)和有效氮(AN)等生化指标，并采用氟ometric法检测碳（β-葡萄糖苷酶(BG)、β-木糖苷酶(BX)、β-纤维二糖水解酶(CE)）、氮（β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)）和磷（酸性磷酸酶(ACP)）获取酶活性。通过计算土壤质量指数(SQI)、酶化学计量向量（长度与角度）及生态系统多功能性(EMF)评估土壤健康状况，并利用Mantel检验分析土壤参数与烟草性状的相关性。

土壤生化特性与SQI

烟草生长良好植株的株高、有效叶数及叶片长宽均显著高于不良植株（表1）。然而，除Site2中Bad组的AN显著高于Good组（38.24%），以及Site3中Bad组的SOC和AN分别高出17.01%与70.03%外，其余生化参数在两组间均无显著差异（图1a-c；表2）。SQI分析显示，仅Site2中Good组显著高于Bad组（21.10%），其他站点无显著变化（图1d）。这表明根际土壤特性并非导致烟草生长差异的主因，微生物群落及管理措施可能更具影响力。

酶活性与化学计量分析

酶活性检测显示，绝大多数C/N/P获取酶在两组间无显著差异，仅Site2的CE活性在Good组较高（86.33%），而Site3的CE活性在Bad组较高（69.71%）（表2；图3a）。酶化学计量向量分析表明，所有站点微生物代谢均受磷限制（向量角>45°），但Good与Bad组间在碳限制（向量长度）或磷限制（向量角）上均无显著差异（图2b-c）。微生物碳与磷限制间无显著相关性（图2d），暗示微生物群落可能已适应土壤养分环境。

生态系统多功能性(EMF)与相关性

EMF计算显示，两组间无显著差异（图3b）。Pearson与Mantel检验进一步证实，土壤生化特性和酶活性与EMF及烟草性状间缺乏显著关联（图4），强化了烟草生长受其他因素（如微生物群落和管理实践）主导的结论。

本研究通过多站点比较揭示，土地整理后烟草生长的差异并非由根际土壤生化特性、SQI或酶活性直接驱动。尽管微生物普遍面临磷限制，但Good与Bad组间养分限制程度无显著区别。土壤特性与EMF或烟草性状均无显著关联，表明微生物动态、环境条件及农业管理措施可能在调控烟草生长中发挥更重要作用。这些发现强调，未来研究需聚焦于多因素交互作用，以制定土地整理后烟草生产的优化策略。论文发表于《Scientific Reports》，为农业土壤健康管理提供了理论依据和实践方向。