改性生物炭与功能性微生物剂协同促进机制在盐碱土改良中的应用

《Environmental Technology & Innovation》：Synergistic promoting mechanism of modified biochar combined with functional microbial agent on saline-alkali soil improvement

本研究通过协同应用oxalic acid改性生物炭与耐盐芽孢杆菌（Bacillus marisflavi 3A-2和Bacillus velezensis C35），显著提升滨海盐碱土中小麦生长及土壤质量。改性生物炭增强孔隙结构及表面官能团，提高微生物固定效率，协同降低pH和SAR达4.36±0.05，提升有机质含量152.31%。同时激活抗氧化酶（SOD 58.06%↑，POD 57.15%↑），减少MDA损伤87.10%。结构方程模型揭示协同效应通过改良土壤理化性质及重塑微生物群落实现，为盐碱地可持续修复提供新策略。

　　该研究聚焦于通过一种新型复合材料——草酸改性生物炭负载耐盐植物生长促进根际细菌（PGPR）来改善沿海盐碱土壤的性质，从而促进小麦的生长。研究团队探讨了生物炭与微生物联合应用的协同效应，发现这种组合在多个方面表现出显著优势。在实验设计中，研究人员通过六种不同的处理方案进行对比，其中第五种处理（T5）效果最为显著，不仅提升了小麦的株高、叶绿素含量、地上部分鲜重和干重，还显著改善了土壤质量。通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等技术手段，研究人员详细分析了改性生物炭的物理和化学特性，发现其具有更高的比表面积和更多的微孔结构，为微生物提供了良好的吸附位点和保护环境。

改性生物炭的表面富含酸性官能团，如羧基和羟基，这不仅增强了其对钠离子的吸附能力，还为耐盐PGPR提供了更适宜的生存条件。研究结果表明，T5处理下的小麦植株表现出更强的抗氧化能力，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性分别提升了58.06%和57.15%，同时膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）含量减少了87.10%。这表明，该复合材料能够有效缓解盐碱胁迫引起的氧化损伤，从而提高植物的抗逆性。

在土壤性质改善方面，T5处理显著降低了土壤pH值和钠吸附比（SAR），同时提升了土壤有机质（SOM）含量，达到152.31%的增幅。此外，该处理还增加了土壤中的总氮（TN）和有效磷（AP）含量，进一步优化了土壤的肥力。通过土壤酶活性分析，研究人员发现T5处理对土壤酶活性的提升效果优于其他处理，表明其对土壤微生物代谢活动的促进作用。

在微生物群落结构方面，T5处理显著提升了土壤细菌的α多样性，并且通过主坐标分析（PCoA）发现其微生物群落结构与对照组差异最大。研究还发现，T5处理显著增加了厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度，这与土壤中有机质和养分的增加密切相关。厚壁菌门中的某些菌属，如芽孢杆菌属（Bacillus），在改善土壤肥力和促进植物生长方面具有重要作用。这些细菌不仅能够分解有机物，还能参与营养循环，并与植物形成共生关系，提高植物对盐碱胁迫的抵抗力。

研究还通过共现网络分析，揭示了微生物群落之间的相互作用关系。结果显示，T5处理下的微生物网络结构更加复杂，节点数量和模块性显著增加，表明该处理促进了微生物之间的协作关系，增强了土壤生态系统的稳定性。通过冗余分析（RDA）和典范对应分析（CCA），研究人员进一步验证了土壤理化性质与微生物群落结构之间的密切联系。这些分析表明，土壤中有机质和有效磷的增加与微生物群落的多样性提升存在正相关，而高盐度则与微生物群落的多样性减少存在负相关。

此外，研究还探讨了生物炭与微生物协同作用的机制。首先，草酸改性提高了生物炭的吸附能力，使其能够更有效地去除土壤中的钠离子，改善土壤的盐分状况。其次，改性生物炭的高比表面积和丰富的官能团为微生物提供了良好的生存环境，提高了其在土壤中的存活率和活性。最后，该复合材料能够通过释放养分（如氮和磷）来改善土壤肥力，同时促进有益微生物的增殖，从而形成一个良性的土壤微生物生态系统。

研究的结论强调了这种新型复合材料在盐碱土壤改良中的应用潜力。通过生物炭与耐盐PGPR的协同作用，可以有效提升作物的生长性能和土壤质量，为可持续农业提供了一种高效且可靠的解决方案。未来的研究应进一步探索改性生物炭的微观结构与其微生物功效之间的关系，同时评估该复合材料在不同盐碱环境和作物系统中的长期效果和生态影响。这种结合了物理和生物手段的综合策略，有望为全球盐碱化问题的解决提供新的思路和方法。