秸秆还田是推进农业可持续性的重要措施，在提高土壤健康方面发挥着关键作用。作为重要的有机资源，秸秆的施用不仅有效增加了土壤有机质含量，改善了土壤团聚体结构和孔隙度，还显著增强了土壤微生物活性和多样性（Chen et al., 2020; Zhou et al., 2020; Mu et al., 2024）。这些效果对于缓解长期连作引起的土壤退化尤为重要（Jiang et al., 2021）。在连作系统中，秸秆还田可以调节土壤微环境，促进有益微生物群落的定殖，并抑制土壤传播病原体的繁殖（Li et al., 2019）。因此，它有效地改善了根际生态，增强了土壤缓冲能力，并有助于从根本上克服连作障碍（Huo et al., 2024）。然而，秸秆还田的效果在很大程度上取决于管理措施，包括秸秆类型、施用量以及是否进行了预处理（如发酵）（Cates et al., 2016）。不当的管理，如直接施用未发酵的秸秆，可能导致碳氮比（C/N）过高，使土壤微生物与作物竞争养分。此外，未发酵的秸秆还可能引入病原体和害虫，对作物生长产生负面影响（Li et al., 2018）。研究表明，经过充分发酵后，秸秆的理化性质得到改善，使其更易于被土壤微生物利用（Wang et al., 2018）。以适当的速率施用发酵秸秆可以更有效地增强有益土壤微生物群的多样性，促进养分循环，改善土壤微生态平衡，从而显著提高作物产量和经济效益（Qiao et al., 2024）。因此，推广适量施用发酵秸秆是优化秸秆资源利用、提升农田土壤质量和实现可持续农业发展的有效策略。
菊芋（Helianthus tuberosus L.）是一种菊科多年生草本植物，由于其耐旱性和在贫瘠土壤中生长的能力，在中国西北部的干旱半干旱地区以及寒冷高海拔地区广泛种植（Qiu et al., 2018）。其茎高1至3米，地上生物量可达60–70吨/公顷（Liu et al., 2012; Puangbut et al., 2022）。然而，目前关于菊芋的研究主要集中在其块茎的多种用途上，包括生产菊粉、生物燃料和耐盐碱性（Gunnarsson et al., 2014; Sawicka et al., 2020; Mystkowska and Dmitrowicz, 2024），而其地上生物量通常被作为农业废弃物丢弃。研究表明，菊芋叶片含有丰富的抗真菌化合物和酚酸提取物，可抑制灰霉病和炭疽病等病害（Chen et al., 2013）。此外，菊芋叶片还对杂草生长具有抑制作用（Tesio et al., 2012）。菊芋秸秆可以抑制番茄根结线虫的侵染（Zhang et al., 2006）。适量施用菊芋秸秆可通过化感作用促进黄瓜幼苗生长（Jin et al., 2019）。这种效果可能是由于适量菊芋秸秆的分解释放了低浓度的化感代谢物，影响了根系生长、土壤微生物、酶活性以及碳、氮和磷的循环。这些变化改善了土壤环境，促进了主作物的生长（Cheng et al., 2025）。然而，当施用大量秸秆时，化感代谢物的释放会干扰生理过程，如酶活性、光合作用和细胞膜通透性，进一步破坏土壤微生物群落结构、养分循环和氧化还原代谢过程（Wang et al., 2022b），最终抑制作物生长和发育。因此，在农业生产中，使用作物秸秆进行土壤还田以缓解连作障碍和恢复土壤健康时，必须谨慎考虑秸秆的类型和用量，以促进作物生长和增强土壤生态系统。
菊芋秸秆在缓解连作障碍方面显示出独特的潜力。与主要作物的秸秆不同，其施用不会延续特定宿主病原体的循环（Ninkuu et al., 2025）。然而，目前尚缺乏关于菊芋秸秆通过调节土壤微环境来缓解连作障碍的机制的系统研究，特别是其对土壤细菌群落和关键代谢产物的早期影响。鉴于细菌在有机物质早期分解和养分矿化中的核心作用，以及它们对环境扰动的快速响应（Wang and Kuzyakov, 2024），本研究选择了连续种植五年的辣椒土壤。通过添加不同比例的发酵菊芋秸秆，系统评估了其对辣椒生长和土壤肥力的影响，并重点研究了土壤细菌群落结构和代谢产物的动态变化。本研究的目标是：（i）确定促进辣椒生长和土壤肥力的最佳秸秆施用量；（ii）阐明不同施用量对土壤细菌群落和代谢谱的影响；（iii）识别驱动细菌群落变化的关键代谢物。研究结果旨在为菊芋秸秆的资源利用提供科学依据，并为通过秸秆还田缓解连作障碍的做法提供理论支持。
