生物炭与石灰协同调控甘蔗根际微生物组并增强抗病性的机制研究

本研究针对土壤酸化加剧甘蔗梢腐病（PBD）危害的农业生产难题，通过联合施用生物炭（15 t ha-1）和石灰（1.5 t ha-1），显著提升酸性土壤pH值（最高46.7%）和有机碳（SOC）含量，驱动根际微生物群落重构。高通量测序揭示病原菌（Solirubrobacteraceae、Curvularia等）被抑制，而有益菌（Bacillus、Trichoderma等）显著富集。qPCR证实Fusarium丰度降低，植物防御酶（PAL、SOD）活性增强，MDA含量下降，最终使PBD发病率和严重度降低82.57%。该研究为酸化土壤中作物土传病害的绿色防控提供了微生物生态调控新策略。

　　

在广西甘蔗主产区，土壤酸化（pH 4.5-5.5）已成为制约农业可持续发展的关键障碍。酸性土壤不仅导致养分失衡、铝毒害加剧，更破坏微生物群落结构，使甘蔗梢腐病（Pokkah boeng disease, PBD）频发，造成严重经济损失。传统化学防治方法效果有限且环境风险高，亟需寻找能同时改良土壤特性和增强作物抗病性的绿色防控策略。在此背景下，生物炭和石灰作为两种常见的土壤改良剂，单独应用时已显示出改善土壤pH和微生物环境的潜力，但二者协同作用对根际微生态系统的调控机制及其对病害防控的效果尚未明确。

本研究通过田间试验，探究了生物炭与石灰联合施用对甘蔗根际微生物组结构、功能及植物抗病性的综合影响。研究人员在广西扶绥县亚热带农业科学试验基地开展为期两年的田间试验，采用完全随机区组设计，设置两个甘蔗品种（GT42和ZZ9）及不同处理组（对照、单施生物炭、单施石灰、生物炭+石灰联合）。通过测定土壤理化性质、酶活性、微生物群落结构（16S rRNA和ITS高通量测序）、病原菌绝对定量（qPCR）以及植物防御指标（PAL、SOD、MDA），系统评估了改良剂对土壤-微生物-植物系统的调控效应。

关键技术方法包括：1）田间试验设计采用随机区组，样本来源于广西甘蔗根际土壤；2）土壤DNA提取与高通量测序（Illumina MiSeq平台）分析细菌和真菌群落；3）qPCR绝对定量检测Fusarium含量；4）土壤酶活性检测采用比色法测定酸性磷酸酶（S-ACP）、脲酶（S-UE）、过氧化氢酶（S-CAT）和β-葡萄糖苷酶（S-β-GC）；5）植物防御酶活性通过商用试剂盒测定。

Response of Biochar and lime on soil functionalities

联合处理（GLB、ZLB）显著提高土壤pH（最高46.7%）和有机碳（SOC）含量，同时增加速效钾（AK）、速效磷（AP）和硝态氮（NO₃^--N）含量，但铵态氮（NH₄⁺-N）响应因品种而异。土壤酶活性分析显示，联合处理提升脲酶（S-UE）和过氧化氢酶（S-CAT）活性，但降低酸性磷酸酶（S-ACP）和β-葡萄糖苷酶（S-β-GC）活性。

Microbial community structure and composition

Alpha多样性分析表明，联合处理显著增加细菌和真菌群落的丰富度和多样性（Shannon、Chao1指数上升）。PCoA分析显示处理组微生物群落结构与对照分离。门水平上，细菌中Proteobacteria、Actinobacteria和Chloroflexi富集，真菌中Ascomycota和Mortierellomycota占主导。属水平上，有益菌如Sinomonas、Bacillus、Trichoderma显著增加，而潜在病原菌（Solirubrobacteraceae、Curvularia等）被抑制。

Ecological and soil health implications

冗余分析（RDA）表明，pH、SOC和酸性磷酸酶（S-ACP）是驱动微生物群落组装的关键环境因子。联合处理通过富集磷酸溶解菌（Bacillus、Penicillium）和抑制酸敏感病原菌，优化了养分循环和微生物生态功能。

Disease suppression and plant stress resistance

联合处理显著提升植物防御酶活性（PAL和SOD），降低膜脂过氧化产物MDA含量。qPCR证实根际Fusarium丰度下降。田间病害调查显示，PBD发病指数降低82.57%，品种GT42抗病性优于ZZ9。

研究结论表明，生物炭与石灰的协同应用通过快速提升土壤pH和养分有效性，驱动根际微生物群落向有益方向演替，抑制病原菌增殖，并系统激活植物免疫响应，最终实现甘蔗梢腐病的绿色防控。该策略不仅适用于酸化土壤的改良，也为作物土传病害的微生物生态调控提供了理论依据和实践路径。研究结果发表于《BMC Microbiology》，对可持续农业发展具有重要参考价值。