蒋月喜，蒋 哲，王晓国，陈振东，张 力，郭元元，车江旅，陈 琴，宋焕忠，李 洋

（1广西农业科学院蔬菜研究所/广西蔬菜育种与新技术研究实验室，广西南宁 530007；2广西大学农学院，广西南宁 530004；3广西农业科学院微生物研究所，广西南宁 530007）

0 引言

【研究意义】辣椒（L.）为茄科辣椒属一年或多年生草本植物。我国是世界上辣椒栽培面积最大的国家，常年种植面积超过213.3万ha（王立浩等，2021）。目前，辣椒已成为我国种植面积最大的蔬菜和消费量最大的辛辣调味品（邹学校和朱凡，2022），产值居蔬菜作物之首（彭月等，2022）。辣椒果实中富含维生素C、可溶性糖、蛋白质及辣椒素等成分，具有较高的营养价值，同时也是重要的调味料和化工原料（王灿等，2020）。品种、气候、土壤肥力和栽培措施等是影响辣椒果实品质的重要因素（陈亮等，2020；宋静爽等，2020；蒋月喜等，2022；史建硕等，2022）。然而，辣椒产业在快速发展的同时，由于化学肥料的过量使用、土壤保肥保水能力下降、逆境胁迫及连作障碍等严重影响了其产量和质量，制约了辣椒产业的健康发展。通过提高肥料利用率，减少施肥量，施用缓/控释肥等方法是解决当前问题的主要技术途径之一，增施有机肥、微肥，控温补光能在一定程度上提高辣椒的产量和品质，但很难缓解土壤中过量的重金属对辣椒品质的影响。石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的平面二维晶体，属于纳米碳材料，近年来科学界掀起了对石墨烯的研究热潮，其具有独特的理化特性，在各领域广泛应用（翁轶能等，2020）。因此，探究石墨烯对辣椒生长的影响，对辣椒产业的健康发展具有重要意义。【前人研究进展】在农业方面，关于石墨烯对植物种子萌发、光合作用、植物代谢等过程的影响进行了大量研究。以卷心菜、番茄和红菠菜（Begum et al.，2011）、小麦和大麦（Caklr and Caklr，2015）、白豆和番茄（Caklr and Caklr，2016）为供试材料的研究发现，石墨烯对作物地上部生长具有抑制作用，表现为叶片数、株高、鲜重及物质量均减少，且石墨烯浓度越高，抑制作用越强；另有研究发现，低浓度的石墨烯对植物地上部生长无显著影响或存在促进作用，如0.1~0.8 mg/g氧化石墨烯促进高羊茅株高及生物量增加（王晓静等，2018），当氧化石墨烯浓度低于1 mg/L时，经处理的拟南芥植株表观形态未产生明显变化（Zhao et al.，2015），25~100 mg/L氧化石墨烯处理下甘蓝型油菜地上部鲜重随氧化石墨烯浓度增加而增加（吴金海等，2015）。石墨烯对种子萌芽的影响与植物种类、石墨烯类型及浓度有关，如Caklr和Caklr（2015）研究发现，在质量浓度为2000 mg/L的石墨烯处理下大麦种子几乎无发芽迹象；白豆种子的发芽率则降低88%，而番茄种子发芽率却提高87%（Caklr and Caklr，2016）。石墨烯对植物根系形态及地上部生长均存在一定影响，姚建忠等（2018）研究结果表明，适宜浓度的石墨烯能促进欧洲山杨组培苗不定根伸长、主根形成、不定根根数增加，促进植株分芽和苗高增长，植株叶片颜色深绿；郭绪虎等（2019）研究发现，特定浓度的石墨烯能促进藜麦根系生长和形态发育，在石墨烯质量浓度为2、4、8和12 mg/L的MS培养基上生长的藜麦幼苗生物量显著大于对照，其中8 mg/L的石墨烯对藜麦幼苗干物质积累具有明显的促进作用；胡晓飞等（2019）研究了不同浓度石墨烯对树莓组培苗苗势及其不定根发育的影响，结果表明，随着石墨烯浓度的增加，树莓的苗高、根长、根尖数、根比表面积均呈先增加后减小的变化趋势，石墨烯浓度为2 mg/L时树莓组培苗苗高达对照组的1.46倍，其根长、比表面积、根尖数及分叉数约为对照的2倍。研究发现，氧化石墨烯对土壤中微生物有一定的影响，能引起耐受菌数量的增加（李丽娜等，2016）；此外，添加石墨烯材料可明显促进植物根际细菌的数量和固氮菌数量，增强氮的有效性（张宁和王海雁，2019）。有关石墨烯材料在辣椒上的应用仅见李鹏等（2022a，2022b，2022c）的报道，研究发现，温室内悬挂石墨烯材料可明显增加辣椒果实内可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C等含量，提高辣椒的体积与产量（李鹏等，2022a）；石墨烯地膜覆盖能有效促进辣椒株高、茎粗、叶片数、胚根数等的增长，提高辣椒植株的生物积累量，提高辣椒果实中维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量，还能增加辣椒单果重和单株果实数，进而提高辣椒的产量（李鹏等，2022b）；辣椒在石墨烯远红外电暖加温处理下的萌芽率最高，苗龄期明显缩短，幼苗各项生理指标明显提高（李鹏等，2022c）。【本研究切入点】目前，已有石墨烯材料作为新型肥料在高羊茅、甘蓝型油菜、番茄和蚕豆等作物生长上使用的相关报道，但在辣椒上应用的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以鲜用型朝天椒为研究对象，在定植后的朝天椒根区淋施不同浓度碳化石墨烯（以下简称石墨烯），研究不同浓度石墨烯处理对朝天椒产量、品质及其根区土壤养分、酶活性、重金属和微生物群落结构的影响，为石墨烯碳肥在辣椒高产高效优质栽培上的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年8月在广西南宁市武鸣县双桥镇（东经107°49′26″、北纬22°59′58″）进行。该区域属亚热带季风气候，雨量充沛，阳光充足，年平均气温21.7 ℃，年均降水量1300 mm。供试辣椒品种为桂冠红，由广西农业科学院蔬菜研究所提供。供试土壤为砖红土，试验田土壤主要理化性质：有机质16.93 g/kg、水解性氮231.67 mg/kg、速效磷42.11 mg/kg、速效钾148.67 mg/kg、pH 6.5；土壤总砷9.797 mg/kg、总汞0.118 mg/kg、铅27.167 mg/kg、镉0.115 mg/kg、铬57.000 mg/kg。供试石墨烯浆料由广西清鹿生物科技股份有限公司提供。

1.2 试验方法

试验于露地进行，设4个处理。（1）对照（CK）：基础施肥；（2）A8处理：基础施肥基础上每1000 m用石墨烯原浆5.6 kg兑水8000 kg，即用浓度为0.07%石墨烯水溶液淋施（以下类推）；（3）B8处理：基础施肥基础上用0.35%石墨烯水溶液淋施；（4）C8处理：基础施肥基础上用1.75%石墨烯水溶液淋施。朝天椒于2020年10月13日定植，行距45 cm，株距50 cm。试验小区面积15 m，每处理3次重复，共12个小区，随机区组排列。施肥采取自动滴灌方法进行。石墨烯水溶液于2020年10月22日用喷雾器均匀淋施在朝天椒植株根部；对照施等量清水。试验小区施肥、病虫防治、除草、灌溉等田间管理按照统一标准进行。朝天椒于2021年6月7日全部收获并测定完毕。

1.3 样本采集及测定方法

1.3.1 朝天椒样本采集和品质指标测定 每小区标记5株朝天椒，于红果期采集朝天椒果实样本。分别于2021年2月6日、3月6日、4月7日、5月8日和6月7日共5次采摘标记的红果，其中第4次（5月8日）采收时测定果实维生素C（Vc）、辣椒素、可溶性蛋白、可溶性糖和硝酸盐含量。采用2,6-二氯靛酚滴定法测定Vc含量（以鲜重计）；高效液相色谱法（HPLC）测定辣椒素含量；考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量；蒽酮比色法测定可溶性糖含量；酚二磺酸分光光度法测定硝酸盐含量（以鲜重计）。朝天椒总产量按5次采收的样本重量累计。

1.3.2 土壤理化性质测定 于2021年3月11日用土壤取样器在每小区随机取辣椒根区0~20 cm表层土壤样品5份并混为1个样本。每个样本分为2份，1份暂存于-80 ℃冰箱用于土壤微生物群落组成分析，1份在室内风干后将根系、石块等杂物挑除，分别过1和0.12 mm孔筛后用于土壤理化性质分析。采用凯氏定氮法测定全氮含量、碱解扩散法测定有效氮含量；盐酸—氟化铵浸提比色法测定速效磷含量、乙酸铵提取—火焰光度计法测定速效钾含量、电位法测定pH，水和土的质量比为2.5∶1。采用高锰酸钾法测定过氧化氢酶活性、磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶活性、比色法测定蔗糖酶活性、靛酚蓝比色法测定脲酶活性、分光光度法测定硝酸还原酶和酸性蛋白酶活性。

1.3.3 土壤及朝天椒不同器官中重金属含量测定分别于2021年3月11日和4月2日用土壤取样器在每小区随机取1 kg朝天椒根区土壤混为1个样本测定重金属含量；于5月8日每小区取5株朝天椒的根、茎和果实分别混合测定各器官的重金属含量。土壤中的铅、镉、铬、汞和砷含量分别按GB/T 22105.2—2008《土壤质量 总汞、总砷、总铅的测定》、GB/T 23739—2009《土壤质量有效态铅和镉的测定 原子吸收法》、HJ 491—2019《土壤和沉积物 铜、锌、铅、镍、铬的测定 火焰原子吸收分光光度法》中的方法进行；朝天椒的根、茎、果实中镉和铬含量分别按GB 5009.15—2014《食品安全国家标准 食品中镉的测定》和GB 5009.123—2014《食品安全国家标准 食品中铬的测定》中的方法进行。

1.3.4 土壤微生物群落组成分析 参照天根生化科技（北京）有限公司的土壤微生物DNA提取试剂盒说明提取根区土壤微生物总DNA，所获得的DNA送至北京诺禾致源科技股份有限公司用于高通量测序，细菌群落组成所用引物为515F（5'-GTGCCAGC MGCCGCGG-3'）和907R（5'-CCGTCAATTCMTTT RAGTTT-3'）。利用Illumina NovaSeq平台进行高通量测序，测序得到的下机数据进行拼接和质控后，再进行嵌合体过滤，得到分布在410~420 bp长度的序列用于OTU分析。为研究各样本的物种组成，对所有样本的有效数据，以97%的一致性进行OTUs聚类，然后对OTUs的序列进行物种注释。

1.4 统计分析

所有数据采用SPSS 15.0进行数据处理和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度石墨烯处理对朝天椒产量和品质的影响

于第4次采摘标记株全部红果，抽取混合样用于朝天椒营养品质测定，结果见表1。与CK相比，石墨烯处理后朝天椒产量和Vc含量均得到明显提高，其中B8处理的产量最高，较CK显著增产6.40%（<0.05，下同），其次为C8和A8处理，分别较CK增产5.14%和4.35%，而3个石墨烯处理间无显著差异（>0.05，下同）；Vc含量也以B8处理最高，较对照显著增加25.27%，其次为C8和A8处理，分别较对照增加7.96%和1.56%。与CK相比，石墨烯处理朝天椒果实的蛋白质含量无显著变化，可溶性糖含量显著减少，而硝酸盐含量显著增加，但各处理硝酸盐含量均低于GB 19338—2003《蔬菜中硝酸盐限量标准》中≤440 mg/kg·FW的限量标准；A8处理的辣椒素含量显著低于CK，但随着石墨烯浓度的增加，B8处理的辣椒素含量较CK显著高20.45%，而随着石墨烯浓度的进一步增加，C8处理的辣椒素含量降至接近CK水平。比较朝天椒的产量和品质结果可知，一定浓度的石墨烯处理可有效提高朝天椒的产量，提高朝天椒果实的辣椒素和Vc含量，改善朝天椒果实品质。

2.2 不同浓度石墨烯处理对土壤养分的影响

第2次采收朝天椒后，采集朝天椒根区土壤测定理化性质。由表2可看出，各石墨烯处理的土壤全磷、全氮和全钾含量与CK无显著差异，但CK的速效磷和速效钾含量高于或显著高于各石墨烯处理。B8处理的有机质含量略高于CK，A8处理的有机质含量略低于CK，3个石墨烯处理间无显著差异，以C8处理的有机质含量最低，较CK显著减少10.8%；各处理的土壤水解性氮含量无显著差异，其中A8和B8处理略高于CK；B8处理的土壤速效磷含量略低于CK，二者间无显著差异，但A8和C8处理的土壤速效磷含量显著低于CK，分别较CK少14.6%和23.7%；3个石墨烯处理的土壤速效钾含量均显著下降，A8、B8和C8处理分别较CK下降35.7%、18.0%和25.5%；各处理的土壤pH存在一定差异，其中B8处理的pH显著下降，而随着石墨烯处理浓度的上升，C8处理土壤中pH呈升高趋势。总的来看，石墨烯处理对朝天椒根区土壤养分存在一定影响，特别是对有机质、速效磷和速效钾含量的影响较大。

2.3 不同浓度石墨烯处理对土壤酶活性的影响

石墨烯处理对朝天椒根区土壤酶活性的影响较大。由表3可知，与CK相比，A8和C8处理的蔗糖酶活性显著下降，分别较CK低32.1%和12.2%，而B8处理的蔗糖酶活性显著提高，较CK高38.1%；A8和B8处理的脲酶活性有所下降，分别较CK低4.1%和9.1%，而C8处理的脲酶活性明显提高，较CK高9.0%，3个石墨烯处理与CK间脲酶活性差异不显著；A8和B8处理的酸性磷酸酶活性均显著下降，分别较CK低16.8%和12.8%，C8处理的酸性磷酸酶活性略低于CK但无显著差异；B8处理的硝酸还原酶活性与CK无显著差异，而A8和C8处理的硝酸还原酶活性均高于CK，分别较CK高19.6%和7.7%；3个石墨烯处理的过氧化氢酶活性均低于CK，但各处理间差异不显著；A8、B8和C8处理的酸性蛋白酶活性均较CK显著提高，分别较CK高223.7%、622.6%和223.7%。比较不同土壤酶活性可知，石墨烯处理可显著增加土壤酸性蛋白酶活性，降低过氧化氢酶活性，并对蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和硝酸还原酶活性产生一定影响，从而影响土壤酶活性。

2.4 不同浓度石墨烯处理对土壤重金属含量的影响

分别于朝天椒生长前期（2021年3月11日）和中期（2021年4月2日）测定其根区土壤重金属含量。由表4可看出，朝天椒根区土壤铅含量3个石墨烯处理均较CK低，而朝天椒生长中期土壤中铅含量较生长前期高，CK较前期增加8.9%，3个石墨烯处理（A8、B8和C8）则分别较前期增加8.1%、7.0%和1.1%；土壤中镉含量3个石墨烯处理与CK的差异较小，朝天椒生长中期土壤中镉含量较生长前期高，其中生长前期A8和B8处理土壤中镉含量略低于CK，生长中期3个石墨烯处理的土壤镉含量略高于CK；各处理土壤中铬含量表现为朝天椒生长中期高于前期，其中生长前期A8和B8处理较CK低、C8处理较CK高，而在朝天椒生长中期，3个石墨烯处理的土壤铬含量均低于对照，分别较CK低7.8%、7.8%和15.6%；在朝天椒生长前期和中期，3个石墨烯处理的土壤汞含量与CK差异不大，但在朝天椒生长中期土壤汞含量较生长前期低，CK和3个石墨烯处理分别较前期降低31.4%、23.1%、22.8%和17.9%；在朝天椒生长前期，土壤中砷含量CK与3个石墨烯处理间差异不大，但在朝天椒生长中期，土壤中砷含量变化明显，CK砷含量较前期低47.5%，而3个石墨烯处理的砷含量分别较前期高12.4%、13.6%和13.9%。

2.5 不同浓度石墨烯处理对朝天椒不同器官中重金属含量的影响

于第4次采摘朝天椒红果时检测镉和铬2种元素在朝天椒根、茎及果实中的含量。由图1可知，在朝天椒根中，A8和B8处理下的镉含量分别较CK高230.23%和174.42%；A8和B8处理下的铬含量分别较CK高1.18%和10.59%；C8处理下镉和铬2种元素的含量均低于CK。在朝天椒茎中，A8和B8处理下的镉含量分别较CK高16.67%和16.67%；A8和C8处理下的铬含量分别较CK高58.62%和93.10%；C8处理下的镉含量较CK低25.64%；B8处理下的铬含量较CK低1.15%。在朝天椒果实中，3个石墨烯处理的镉和铬含量均比CK低，其中A8、B8和C8处理的镉含量分别较CK低18.52%、22.22%和19.75%，铬含量分别较CK低14.02%、39.25%和42.99%，表明土壤中添加石墨烯能降低朝天椒果实中的重金属含量。

2.6 不同浓度石墨烯处理下土壤微生物测序结果

为探讨土壤中浇灌不同浓度石墨烯后土壤中微生物菌落的变化，提取朝天椒根区土壤微生物总DNA进行高通量测序。利用Illumina NovaSeq高通量测序平台所扩增的16S区域特点建库，并进行OTU分析。由图2可知，CK、A8、B8和C8处理的OTU总数分别为2016、2074、2182和2063。其中，4个样本共有的OTU数为1106，表明CK与3个石墨烯处理的土壤微生物种类有一半以上相同；而CK、A8、B8和C8处理特有的OTU数分别为218、224、445和221，其中B8处理的特有微生物种类数最多，说明在B8处理下该样本的微生物种类发生了较大变化。

2.7 不同浓度石墨烯处理对土壤细菌群落的影响

采用二代高通量测序方法对不同石墨烯处理的土壤细菌群落结构进行分析，根据物种注释结果，选取每个样本或分组在门水平上丰度排名前10的物种，生成物种相对丰度柱形累加图（图3）。基于门水平的物种相对丰度柱形图可看出，土壤中的优势菌群为变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicuters）、拟杆菌门（Bacteroidota）、酸杆菌门（Acidobac‐teriota）、绿弯菌门（Chloroflexi）和放线菌门（Actino‐bacteriota），均为农田土壤常见类群。与CK相比，A8处理下的变形菌门和拟杆菌门相对丰度减少，而酸杆菌门的相对丰度明显增加；B8处理下的变形菌门、拟杆菌门和酸杆菌门相对丰度减少，厚壁菌门相对丰度增加；而C8处理下的厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门的相对丰度增加。

根据所有样本在属水平的物种注释及丰度信息，选取丰度排名前35的属，根据其在每个样本中的丰度信息，从物种和样本2个层面进行聚类，绘制热图（图4）。在前35个属中，有11个属来自于变形菌门，7个属来自于拟杆菌门，酸杆菌门和厚壁菌门各有5个属，而放线菌门、unidentified_Bacteri、芽单胞菌门、疣微菌门分别有3、2、1、1个。与CK相比，3个石墨烯处理处理中相对丰度均减少的有unidentified_Gemmatimonadaceae属、驹形氏杆菌属（）、朱氏杆菌属（）、假单胞菌属（）和鞘氨醇单胞菌属（）；相对丰度均增加的有属、Lachnospi‐raceae_NK4A136_group属和另枝菌属（）。

3 讨论

生物质炭与肥料配合使用对小白菜、辣椒、玉米、花生和烟草等作物具有明显的增产作用（刘世杰和窦森，2009；杨劲峰等，2015；陈淼等，2019；蒋欣梅等，2020；云菲等，2021）。石墨烯作为新型碳基质肥料具有使作物增产提质的特性（Zhang et al.，2012）。本研究中，与CK相比，施用石墨烯的朝天椒产量得到提高，与施用生物炭基肥促进辣椒增产的结论一致（陈淼等，2019）。硝酸盐含量是反应辣椒安全品质的重要指标之一；Vc则是权衡辣椒营养品质的必要指标之一；可溶性糖可为作物生长提供能量，其含量是衡量作物代谢水平的重要指标。辣椒素和Vc的合成受土壤理化条件的影响，土壤中水分、矿质元素均参与辣椒素和Vc合成。本研究结果显示，朝天椒果实的硝酸盐含量有随石墨烯施用量的增加而降低趋势，虽然3个石墨烯处理的硝酸盐含量均高于CK，但均在国家限量标准内，表明施用石墨烯会在一定程度上影响辣椒的安全品质；朝天椒的辣椒素含量和Vc含量随着石墨烯施用量的增加呈先增加后减少的趋势，其中B8处理的辣椒素和Vc含量最高，表明石墨烯可提高辣椒的品质，但添加量不是越多越好。

肥料利用率与土壤通气状况、含水量及微生物活性等影响土壤养分转化的因素密切相关（赵婉伊等，2017）。大量研究证明，生物炭施入土壤后对提高土壤肥力具有重要作用（殷金岩等，2015）。本研究中，随着石墨烯添加量的增加，土壤有机质含量呈先增加后减少的趋势，pH则呈先降低后上升的趋势，说明适当施入石墨烯材料对土壤有机质和pH具有一定的调节作用，与殷金岩等（2015）的研究结果一致。隋祺祺等（2019）研究表明，石墨烯作为一种碳纳米材料，具有较大的比表面积，对养分离子有较强的吸附作用，能增强土壤对养分的持留作用，减少养分随灌溉、降水等的淋溶损失。本研究中，A8和B8处理的水解性氮较CK高；3个石墨烯处理的全钾含量均较CK高，与隋祺祺等（2019）的研究结果相似。施入不同量的石墨烯可改变土壤的速效养分，本研究中A8和B8处理的水解性氮含量最高；B8处理的速效磷和速效钾较高，表明适量添加石墨烯材料可有效增加土壤速效养分含量。有研究表明，石墨烯具有的亲水性可提高土壤含水量，同时其优异的水传输性可为植物输送充足的水分，有利于提高植物对水分及养分的利用（何艺佳，2019）。本研究中，3个石墨烯处理的速效钾和速效磷含量均较CK低，同时对应的产量较CK高，说明添加石墨烯能促进植物对养分的吸收，与何艺佳（2019）的研究结果一致。

土壤酶参与土壤养分的物质循环，土壤酶活性可表征土壤养分转化过程、物质代谢程度及土壤肥力，是土壤质量水平的重要指标，其中土壤脲酶活性反映土壤对氮素的需求和利用，而磷酸酶活性高低则会影响土壤有机磷的分解转化及生物有效性。本研究3个石墨烯处理的土壤脲酶活性均与CK无显著差异，说明石墨烯处理对土壤脲酶活性无明显影响。研究表明，土壤酸性磷酸酶活性与土壤肥力的关系密切，酸性磷酸酶是酸性条件下能催化磷酸单酯裂解而释放无机磷酸根离子的水解酶，低磷胁迫能诱导植物体内和根系分泌的酸性磷酸酶活性显著增加（黄宇等，2008；刘攀道等，2019）。本研究3个石墨烯处理的酸性磷酸酶活性均较CK低，说明3个石墨烯处理中的磷含量较CK更适宜朝天椒生长。从土壤蔗糖酶活性看，B8处理对蔗糖酶的影响最大；石墨烯处理的土壤过氧化氢酶活性略低于CK，但差异不显著；随着石墨烯添加量的增多，硝酸还原酶活性呈先减少后增加的趋势，其中A8和C8处理的硝酸还原酶活性高于或显著高于CK，B8处理则略低于CK；3个石墨烯处理的酸性蛋白酶活性均显著高于CK。酸性蛋白酶是一种能催化蛋白质水解生成多肽及小分子氨基酸的酶（李雪等，2019），本研究3个石墨烯处理的酸性蛋白酶活性均显著高于CK，高活性的酸性蛋白酶加速了土壤中蛋白质的分解，尤其是对有机质含量高的土壤，更能促进植物对氨基酸的吸收，提升植株获取氮源的能力，从而促进朝天椒产量的提高。

土壤中重金属含量会直接影响土壤的理化结构，影响土壤中的酶活性，同时也会对土壤中微生物菌落产生影响。土壤中重金属离子可通过植物对土壤养分的吸收而进入植物的根、茎、叶和果实中，进而导致植物生理生化以及光合作用的改变，导致果实品质的改变。土壤中重金属离子主要来源于灌溉、农药和肥料的施用，在不同条件下，石墨烯对不同重金属元素的吸附能力不同。本研究中，在朝天椒生长中期，土壤中铅和铬的浓度均随着石墨烯施用浓度的增加而减少，原因可能是在当前环境下石墨烯对铅和铬的吸附能力较差，同时石墨烯浓度的增加促进了土壤孔隙度的提高，促使重金属离子通过流水离开耕作层，从而使土壤中重金属含量下降。影响土壤对重金属吸附能力的因素较多，土壤酸碱度、温度和孔隙度等均会对其产生影响，有待从生化、物理等方面进一步探究。Yin等（2018）研究发现，高浓度的石墨烯会粘附在植物的根上，促进植物吸收石墨烯吸附的镉离子。本研究中，随着石墨烯浓度的增加，A8和B8处理下朝天椒植株根中的镉及铬含量均较CK高，与Yin等（2018）的研究结果相似。同时，3个石墨烯处理下朝天椒果实中的镉和铬含量均较CK低，原因可能是石墨烯对重金属离子起到吸附作用，阻碍了重金属从根系转移至果实，促进了朝天椒果实品质的提高。

土壤微生物是土壤生态环境的重要组成部分，其中的根际促生菌是一类可促进植物生长、提高植物抗病性和作物产量的有益微生物。本研究结果显示，4个处理土壤样本中的变形菌门、厚壁菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和放线菌门的相对丰度较高，这几个菌门均为农田土壤常见类群（陈梅春等，2018；姜伟等，2021），说明添加石墨烯对土壤中的细菌在门水平上影响较小。变形菌门是细菌域中最大的一个种类，该门下多为革兰氏阴性菌，其中的一些属对植物的生长有益，如具有固氮能力的根瘤菌属可增加土壤中的氮素营养，促进植株生长（许艺等，2022）；厚壁菌门的成员芽胞杆菌可产生芽胞抵御外界的有害因子，增强植物的抗逆性（程扬等，2018）；酸杆菌门在土壤中可降解植物残体，同时还可参与光合作用和生态环境构建过程（程扬等，2018）；绿弯菌门能在绿体微囊中通过光合作用产生大量的能量（王礼伟等，2021）；放线菌能分解纤维素和木质素，丰富的放线菌有利于土壤中植物有机残体的分解（Kanokratana et al.，2011）；而针对拟杆菌门的研究则发现其具有潜在的生物防治能力（史亚晶等，2022）。在B8处理中，土壤中厚壁菌门的相对丰度在4个样本中最高，而变形菌门的相对丰度最低；同时，在丰度排名前35的菌属中，溶杆菌属（）、乳杆菌属（）和Lachnospiraceae_NK4A136_group等有益菌较CK有较大的提升，在4个处理中最高，这是B8处理下产量最高的原因之一。

本研究结果表明，在土壤中淋施一定量的石墨烯对改善土壤理化性质、提高土壤肥力、优化土壤微生物菌落结构、提高朝天椒产量和品质等具有明显作用，但其具体机理有待进一步探究。

4 结论

在朝天椒定植后淋施0.35%石墨烯水溶液可在一定程度上提高朝天椒根区土壤肥力和酶活性，改善土壤理化性质和微生物群落结构，提高朝天椒的产量和品质。石墨烯具有作为碳肥在辣椒高产高效优质栽培上应用的潜力。