生物炭与盐生植物间作的联合应用通过改善连续种植系统的土壤性质，提高了黄瓜的产量和品质

《Frontiers in Plant Science》：Combined application of biochar and halophyte intercropping enhances cucumber yield and quality by ameliorating soil properties in a continuous cropping system

土壤退化缓解：生物炭与 halophyte 间作协同效应研究。采用盆栽实验，设置CK、B（生物炭）、S（halophyte间作）、BS（两者结合）四处理，分析对黄瓜生长及土壤微生物的影响。结果表明BS处理显著提升土壤有机碳（+6.3%）、pH（+1.28）和有效磷钾（AP+32.08%，AK+21.47%），降低可溶性氮（-27.93%）、盐离子（Na+、SO4^2-、Cl-分别降低27.93%、45.45%、31.75%）及酚酸含量（总酚酸-29.66%）。黄瓜产量在BS下达27.12%增幅，且果实中可溶性糖（+11.59%）、维生素C（+15.25%）及蛋白质（+37.73%）含量显著提升，硝酸含量降低至74.44 mg/kg。微生物多样性（Shannon指数+19.6%）及群落结构（Actinobacteriota、Gemmatimonadota富集）在BS中表现最优。PLS-PM模型显示土壤pH和养分平衡是黄瓜提质增产的主因（贡献率>60%），而微生物多样性为次要驱动因素。

　　本研究聚焦于温室系统中土壤退化问题的缓解，特别是由连作引起的二次盐碱化和自毒效应。温室种植为蔬菜生产提供了稳定的环境，满足了全球对蔬菜的需求，成为现代农业体系中广泛采用的栽培方式。然而，这种高利润的种植模式往往伴随着连作和过量施肥，这导致了土壤质量的下降，进而引发一系列问题，如土壤酸化、盐碱化、自毒效应以及土壤中病原菌的积累。这些问题严重限制了温室作物的产量和品质，因此，实施有效的土壤管理策略对于维持温室作物的生产能力和品质至关重要。

为了应对这些问题，本研究提出了一种结合生物炭改良和盐生植物间作的综合策略。生物炭因其强大的吸附能力和碱性特性，被认为是改善土壤健康的重要手段。它可以吸附土壤中的酚类物质，提高养分的可利用性，并优化微生物的生长环境。然而，生物炭的使用也可能带来一定的风险，例如其本身可能含有盐离子，当使用高盐原料制备时，可能会加剧土壤盐碱化。此外，随着生物炭的老化，其吸附能力可能会下降，从而导致之前被固定的盐离子重新释放到土壤中。因此，单独使用生物炭可能不足以解决温室连作带来的土壤盐碱化问题。

相比之下，盐生植物作为一种低成本的植物修复策略，已被广泛应用于农业中以改善盐碱土壤。例如，与耐盐植物如芦苇草（*Paspalum vaginatum*）间作已被证明能够减轻盐胁迫，提高作物质量和产量，并增强土壤养分的可利用性。尽管盐生植物在控制盐碱化方面表现出色，但其在快速改善土壤酸化或养分固定等问题上的能力可能有限。因此，研究者们提出了一个假设：将生物炭改良与盐生植物间作相结合，可能会形成一种协同效应，以应对温室连作带来的多重土壤问题。

本研究通过一个盆栽实验来验证这一假设。实验中，研究人员比较了四种处理方式：不进行任何改良的对照组（CK）、仅使用生物炭改良（B）、仅进行盐生植物间作（S），以及生物炭改良结合盐生植物间作（BS）。实验结果表明，BS处理在提高土壤有机碳含量、pH值、总氮含量、有效磷和有效钾方面表现出最高的提升幅度，且这些提升具有统计学意义（p < 0.05）。与此同时，BS处理显著降低了土壤中的有效氮、电导率、钠离子（Na?）、硫酸根（SO?2?）和氯离子（Cl?）的含量，而总磷含量则未受影响。此外，BS处理显著提升了黄瓜的产量，分别比B和S处理高出11.50%和27.12%，而S处理则未显示出显著效果。在果实品质方面，BS处理的提升效果最为显著，其次是B和S处理。

在土壤盐分方面，所有改良处理均显著降低了黄瓜根系土壤的电导率，其中BS处理的降低幅度最大（14.09%），其次是B处理（13.41%）和S处理（8.86%）。此外，BS处理显著降低了钠离子、硫酸根和氯离子的浓度，同时增加了钙离子（Ca2?）和镁离子（Mg2?）的含量。这些离子的减少和增加可能是由于生物炭对土壤中盐离子的吸附作用，以及盐生植物对盐离子的吸收和储存能力。BS处理中观察到的离子变化趋势表明，这种组合可能通过协同作用更有效地缓解土壤盐碱化问题。

在土壤化学性质方面，生物炭和间作处理显著改变了土壤的化学特性。例如，生物炭的使用不仅提高了土壤的pH值和有机碳含量，还增强了有效磷和有效钾的可利用性，同时减少了硝酸盐（NO??）的含量。这表明生物炭能够有效调节土壤中的氮素循环，减少硝酸盐的积累，从而改善土壤的养分平衡。间作处理则通过盐生植物的根系活动，促进了土壤中养分的释放，改善了土壤的理化性质。此外，BS处理在降低土壤中的酚类化合物含量方面表现出最佳效果，这可能与生物炭的吸附能力和间作植物对酚类物质的分解有关。

从微生物群落的角度来看，BS处理显著提高了土壤细菌的多样性。通过使用PLS-PM模型分析，研究发现土壤的理化性质改善，特别是pH值和养分可用性，是促进作物生长和提高果实品质的主要因素。而土壤细菌多样性在作物生长和品质提升中起到了次要但重要的作用。BS处理不仅增加了某些有益细菌的相对丰度，如*Actinobacteriota*、*Gemmatimonadota*和*Chloroflexi*，还通过增强微生物的代谢能力和功能多样性，提高了土壤的生态功能。这些有益细菌的增加可能有助于抑制土壤中的病原菌，促进作物的健康生长。

此外，研究还发现，BS处理对黄瓜果实的品质有显著影响。例如，BS处理显著提高了黄瓜果实中的可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C的含量，同时显著降低了硝酸盐的含量。这表明，生物炭和间作处理能够通过改善土壤环境，促进作物对养分的吸收和利用，从而提高果实的营养价值和安全性。而单独使用生物炭或间作处理的效果则相对有限，BS处理的协同作用在提升作物品质方面表现更为突出。

本研究的发现表明，结合生物炭改良和盐生植物间作是一种有效的策略，能够缓解温室连作导致的土壤退化问题。这种综合方法不仅改善了土壤的理化性质，还通过促进有益微生物的生长，提高了土壤的生态功能。然而，尽管盆栽实验提供了有力的证据支持这一策略的可行性，但其在实际农业生产中的应用仍需进一步验证。未来的研究应关注这种策略在大田环境中的长期效果，优化其应用参数，如生物炭的添加量和间作植物的密度，以确保其在不同土壤条件下的适用性和经济性。此外，还需要评估这种策略对温室蔬菜生产的可持续性影响，以及其在实际农业生产中的推广潜力。