连作障碍是烟叶优质生产面临的重要挑战,严重影响了烟叶产质量的稳定和提高。烟草连作会使烟株生长发育迟缓,农艺性状和生理指标变差,产质量降低,病虫害严重,给烟叶生产和烟农造成严重损失。为探究连作烟草根系微生态特征,找寻有效的绿色修复措施,本研究利用土壤基本性质检测、微生物多样性检测和代谢组学等技术手段,对烟草连续种植1-4年植株和土壤进行分析,统计烟株生长状态,衡量土壤基本性质,研究土壤微生物群落结构及变化趋势,解析土壤代谢物质组成,探究连作烟草根系土壤微生态特征。在此基础上,探索外施枯草芽孢杆菌和烟草轮作修复的可行性,评估修复措施效果。主要研究成果如下:1.连作对烟草生长状态的影响烟草生长状态受连作年限影响十分明显。研究发现,烟草株高、有效叶数、最大叶长和叶绿素含量在4年间关系为连续种植2年＞种植1年＞连续种植3年＞连续种植4年,而最大叶宽、茎围、净光合速率从种植1年到连续种植4年持续下降。烟草病情指数随着连作年限增加逐年递增,土传病害尤为明显,烟草黑胫病、青枯病、根黑腐病病情指数在连续种植第三年开始爆发式增长,并且增长速度有加大趋势。TMV、CMV、PVY病毒病病情指数虽然逐年递增,但未达到显著水平。2.连作对烟草根系土壤基本性质的影响连作影响烟草根系土壤基本性质稳定性。大量元素受种植年限影响相对弱于微量元素受到的影响。土壤中大量元素含量虽表现出不同程度的降低,但实际差值不大;4种所测金属微量元素、有效硼和有效硫含量均随连作年限的增加而降低;有效硅含量则随连作年限增加,呈先增加后下降趋势。除蔗糖酶活性外,过氧化物酶、脲酶、脱氢酶、多酚氧化酶活性随连作年限增加而不同程度增大。3.连作对烟草根系土壤微生物群落结构的影响烟草连作显著影响根系土壤微生物群落结构和多样性。随着连作年限增加,土壤中的细菌总丰富度呈上升趋势,短年限连作使土壤细菌均匀度增加、多样性增加;随着连作年限增加,土壤细菌群落结构越发相似,发生趋同化。烟草连作后土壤真菌物种丰富度与多样性都呈现出先降低后升高的变化趋势,土壤原有真菌群落结构存在破坏后重塑的过程,烟草连作对根系土壤真菌的影响持续存在。烟草连作对有益土壤微生物和病原微生物产生不同的影响。随着连作年限增加,芽孢杆菌属（Bacillus）相对丰度呈现先上升后下降趋势;炭疽菌属（Colletotrichum）相对丰度逐渐上升,而镰孢属（Fusarium）呈现先降低后升高趋势;丛枝菌根真菌纲水平相对丰度呈现先增加后下降趋势,属水平上,隔球囊霉属（Septoglomus）、类球囊霉属（Paraglomus）和根孢囊霉属（Rhizophagus）相对丰度均呈现上升-下降趋势。4.连作对土壤代谢物的影响烟草连作对土壤代谢物影响显著。烟草连作土壤正负离子模式下分别鉴定到8,367个和3,555个代谢物。正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）构建了一个R~2Y均大于0.99,Q~2Y均大于0.97的出色评价模型;运用此模型,Cc＿2 vs Cc＿1、Cc＿3 vs Cc＿1和Cc＿4 vs Cc＿1比较组合分别鉴定到了5,875、7,932和8,059个差异代谢物。随着连作年限的增加,共有43种代谢物显著富集至3条代谢通路中,其中包含2种植物激素和2种自毒物质。5.连作烟草根系微生态特征连作烟草土壤微生物群落结构与代谢物组成受不同环境因子影响;土壤酶活性和土壤理化性质对微生物群落结构影响大于对代谢物组成的影响。对土壤细菌与真菌群落结构影响较大的11个因子及其与群落结构的相关性是相同的;土壤酶活性与土壤微生物群落结构呈正相关,株高、速效钾、速效氮、速效磷、有效铁、有效硫和土壤有机质含量,共计7个因素与之呈负相关关系。土壤中大量元素含量对细菌群落结构的影响小于微量元素的影响。子囊菌门真菌显著影响土壤细菌群落结构和土壤代谢物组成,而厚壁菌门（Firmicutes）细菌对土壤真菌群落结构影响最大,且均为芽孢杆菌属（Bacillus）细菌。对单年度土壤代谢物组成影响较大的因素共计有5个土壤真菌扩增子、2个土壤细菌扩增子和1个土壤理化性质指标（有效锌含量）。6.外源施入枯草芽孢杆菌效果衡量外源施入处理促进烟草的营养生长,有效降低烟草病害发生率,改善土壤基本性质,优化土壤微生物群落结构,提高烟叶产量产值。盆栽试验中3种外源施入处理,均可促进烟草农艺性状的提升,其中,单独施用枯草芽孢杆菌效果最好。枯草芽孢杆菌单独施用或与农用EM菌液配施对黑胫病的病情指数降低效果最好。单独施用枯草芽孢杆菌的植株利用了更多的有效硫和有效锰。枯草芽孢杆菌单独施用最有利于土壤过氧化物酶、脱氢酶、多酚氧化酶活性的提高;配施枯草芽孢杆菌和农用EM菌液的土壤中脲酶活性最高。外源施入枯草芽孢杆菌使土壤细菌群落结构发生演化,逐渐趋于单一;真菌物种丰富度变化不显著,但是多样性显著降低,引起真菌群落结构的均匀度发生变化,群落开始向单一化方向演变,进而使真菌群落多样性下降。外源施入枯草芽孢杆菌大田试验在烟草农艺性状,病害发生率和土壤理化性质方面取得了与盆栽试验相同的结果。大田试验中,外源施入枯草芽孢杆菌显著降低了过氧化物酶活性,但提高了脱氢酶和多酚氧化酶活性。外源施入枯草芽孢杆菌抑制了田间土壤放线菌门（Actinobacteria）以及MND1属的生长繁殖,促进鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）定殖;同时增加了细菌群落物种多样性,使微生物群落结构定向演化至单一化结构。外源施入加速了大田土壤被孢霉门（Mortierellomycota）的定殖,减缓连作带来的担子菌门（Basidiomycota）相对丰度上涨趋势,使得真菌群落结构可以维持土壤真菌群落稳定在较低连作年限水平,与连作真菌群落结构走向不同的演化方向。外源施入枯草芽孢杆菌明显提高小区产量、收购均价、小区产值和亩产值。7.烟草轮作治理能力衡量轮作有效了改善烟草连作导致的土壤基本性质变化,单子叶作物是烟草轮作的合适选择。与烟草连续种植两年相比,单子叶植物与烟草的轮作种植可以有效提高土壤p H;旱稻-烟草轮作显著提高交换性钙和有效硅含量;烟草-小米轮作显著增加土壤有效铁和有效铜含量。轮作处理显著影响土壤酶活性,各酶活性受作物种类影响显著。轮作处理作物显著影响土壤微生物多样性。旱稻轮作种植有利于增加土壤细菌丰富度,其余轮作组合方式均不利于土壤细菌丰度增加。随着轮作作物的改变,根际土壤也筛选或招募不同的细菌定殖。烟草-旱稻轮作土壤中的真菌物种丰富度最高,同时,物种多样性也是最高的,说明烟草-旱稻轮作土壤中的菌群结构是相对良好的。结合土壤基本性质和土壤微生物群落结构可以得出,旱稻适宜与烟草进行轮作,在改良土壤基本性质的同时,优化了微生物群落结构。本研究解析了连作烟草根系微生态特征,并针对性提出并衡量了烟草轮作和外源施用枯草芽孢杆菌措施的治理能力。研究结果为烟草连作障碍机理解析和连作障碍克服提供了理论和应用基础,有利于优化烟区土地利用方式,提高单位面积内经济效益,保证烟叶绿色、生态、可持续生产。