哈茨木霉负载生物炭的微生态机制在缓解黄芪连作障碍中的作用：重塑根际微生物群落并减少化感物质的积累

《Applied Soil Ecology》：Microecological mechanisms of Trichoderma harzianum loaded-biochar in alleviating continuous cropping obstacles of Rehmannia glutinosa: Remodeling rhizosphere microbial communities and reducing allelochemical accumulation

地黄（R. glutinosa）连续种植导致土壤障碍，本研究通过负载Trichoderma harzianum孢子的木樨枝生物炭（BCTH）处理，发现3% BCTH显著提升光合速率（40%）、块茎产量（130%）及抗氧化酶活性，改善土壤钾（+24.5%）、磷（+89.6%）和硝态氮（+18%）含量，抑制病原菌积累并减少病害发生。

　　在当今农业和植物栽培领域，持续种植障碍（Continuous Cropping Obstacles, CCO）已成为一个日益严重的问题。CCO指的是在同一土壤中连续种植同一种或密切相关物种，导致植物生长发育异常，影响产量和质量的现象。这种现象不仅对传统农作物造成困扰，也对中药材的可持续种植提出了挑战。以*Rehmannia glutinosa*（地黄）为例，它是一种广泛种植的中药材，其块根富含多种生物活性化合物，具有降血糖、降血脂、补益、止血、抗炎和抗氧化等药理作用。然而，随着种植规模的扩大，地黄面临着由于CCO引起的土壤病害增加、产量下降超过60%、活性化合物浓度降低30%–50%等问题，严重影响其栽培效益和可持续发展。

为了应对CCO，传统方法包括大量施肥、间作、轮作以及土壤熏蒸等。然而，这些方法往往存在资源消耗大、生态破坏性强以及难以长期维持的问题。因此，寻找一种环保、经济且可持续的替代方案成为当务之急。近年来，生物炭作为一种富含矿物质、功能基团和多孔结构的土壤改良材料，受到越来越多的关注。生物炭在土壤中的应用主要体现在两个方面：一是提高土壤中必需营养元素（如磷、钾、钙、镁及微量元素）的可利用性；二是吸附土壤中的自毒物质，从而减少其对植物的抑制作用。研究表明，生物炭的这些特性有助于缓解CCO，提升作物产量和品质。

与此同时，微生物肥料，特别是*Trichoderma harzianum*（哈茨木霉菌）等生物控制菌，因其调节土壤微生物群落结构的能力而被广泛应用于农业。*Trichoderma*菌种通过与病原真菌竞争、分泌细胞壁降解酶（如几丁酶和β-葡聚糖酶）等机制，有效抑制病原菌的生长和繁殖。在一些研究中，单独使用*Trichoderma*能够显著提升作物的生长表现和抗逆能力，但在实际应用中，由于土壤环境复杂，*Trichoderma*的存活率和活性往往受到限制。因此，探索生物炭与*Trichoderma*的协同作用，成为解决CCO问题的新方向。

本研究旨在通过将*Trichoderma harzianum*的孢子负载在由樟树枝条制成的生物炭表面，提高其在土壤中的存活率和活性，从而缓解地黄的CCO问题。研究假设，这种负载方式能够通过三个主要机制改善地黄的生长状况：一是提高土壤中营养元素的可利用性，二是吸附土壤中的自毒物质，三是抑制土壤病原菌的积累。通过这些机制，*Trichoderma*与生物炭的结合有望克服单一因素干预的局限性，提供一种更稳定、更广泛适用的解决方案。

实验采用盆栽方式，模拟地黄的持续种植条件，评估负载*Trichoderma harzianum*的生物炭对地黄生长的影响。研究结果显示，持续种植显著降低了地黄的植物生物量、光合效率和抗逆能力。相比之下，使用负载*Trichoderma harzianum*的生物炭的处理则明显提升了地黄的生长表现和抗逆能力。其中，3%负载*Trichoderma harzianum*的生物炭处理在实验中表现出最佳效果，使净光合速率提高了40%，块根产量提高了130%。此外，该处理还增强了植物体内的抗氧化酶活性，进一步强化了植物的防御机制。

同时，研究发现，3%负载*Trichoderma harzianum*的生物炭处理有效减少了根际中苯酚酸类自毒物质（如对羟基苯甲酸、香草酸、对香豆酸、愈创木酸和阿魏酸）的积累。这些物质的减少有助于降低地黄对自身根系分泌物的敏感性，从而改善其生长环境。此外，该处理还提高了土壤中的可利用钾、磷和硝酸盐含量，分别增加了24.5%、89.6%和18.0%。这表明，负载*Trichoderma harzianum*的生物炭不仅能够改善土壤肥力，还能够促进植物对营养元素的吸收，从而提升其生长表现。

在微生物群落方面，研究发现，在1%和3%负载*Trichoderma harzianum*的生物炭处理中，*Trichoderma*成为土壤微生物群落中的优势菌属，分别占10.5%和12.7%。这一结果表明，负载*Trichoderma*的生物炭能够有效抑制土壤中的病原菌，如*Fusarium* spp.（镰刀菌）、*Aspergillus niger*（黑曲霉）和*Penicillium* spp.（青霉菌）等。这些病原菌的积累是导致CCO的重要原因之一，因此，通过抑制它们的生长，可以显著降低地黄的病害风险，提升其健康状况和产量。

此外，研究还发现，生物炭的多孔结构和粗糙表面为*Trichoderma*提供了良好的生长环境，有助于其在土壤中的存活和繁殖。这表明，通过合理的生物炭负载方式，可以提高*Trichoderma*的活性，使其更有效地发挥生物控制作用。因此，这种协同方法不仅能够改善土壤肥力和微生物群落结构，还能够通过生物炭的物理特性与*Trichoderma*的生物特性相结合，实现对CCO的综合缓解。

在实际应用中，这种负载*Trichoderma harzianum*的生物炭处理不仅具有环保优势，还能够降低农业生产成本。相比传统的化学肥料和土壤熏蒸方法，生物炭和*Trichoderma*的结合提供了一种更加可持续的解决方案。此外，该方法在提升作物产量的同时，还能够改善作物品质，使其更符合市场需求。因此，这种协同方法在中药材的可持续栽培中具有广阔的应用前景。

综上所述，本研究通过将*Trichoderma harzianum*的孢子负载在生物炭表面，成功缓解了地黄的CCO问题。实验结果表明，该处理在提升植物生物量、光合效率和抗逆能力方面表现出显著效果，同时有效抑制了土壤病原菌的积累，提高了土壤肥力。这些发现不仅为解决中药材栽培中的CCO问题提供了理论支持，也为实现农业的可持续发展提供了新的思路和方法。未来，随着对生物炭和微生物肥料协同作用机制的进一步研究，这种技术有望在更广泛的作物栽培中得到应用，为农业生产带来更多的生态和经济效益。