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【目的】探究碳化石墨烯对朝天椒产量、品质及其根区土壤养分、酶活性、重金属含量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。【方法】以鲜用型朝天椒为研究对象，在基础施肥（CK）的基础上分别在定植后的朝天椒根区淋施0.07%石墨烯水溶液（A8处理）、0.35%石墨烯水溶液（B8处理）和1.75%石墨烯水溶液（C8处理），测定不同浓度石墨烯处理的朝天椒果实产量、营养指标和不同器官中重金属含量，以及朝天椒根区土壤养分、酶活性和重金属含量，分析不同浓度石墨烯处理的土壤微生物群落结构。【结果】不同浓度石墨烯处理对朝天椒的产量和品质存在一定影响，其中B8处理的产量、维生素C和辣椒素含量分别较CK显著增加6.40%、25.27%和20.45%（P＜0.05，下同）；蛋白质含量无显著变化（P＞0.05，下同），可溶性糖含量显著减少，而硝酸盐含量显著增加。各处理的朝天椒根区土壤全磷、全氮、全钾和土壤水解性氮含量无显著差异，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处理的略低于CK。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。在朝天椒生长中期，3个石墨烯处理的根区土壤铅和铬含量均低于CK，镉和砷含量高于CK，不同处理间的汞含量差异不大。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%。对不同浓度石墨烯处理下的朝天椒根区土壤微生物测序结果显示，CK、A8、B8和C8处理的土壤微生物OTU总数分别为2016、2074、2182和2063，其中共有的OTU数为1106，特有的OTU数分别为218、224、445和221。对各处理的土壤微生物组成分析结果显示，土壤中的优势菌群为变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、绿弯菌门（Chloroflexi）和放线菌门（Actinobacteriota），均为农田土壤常见类群。【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。