生物炭和盐度通过影响镉在受盐碱影响的沿海土壤中的可利用性，进而改变微生物的组成和多样性

《Applied Soil Ecology》：Biochar and salinity alter microbial composition and diversity mediated by cadmium availability in coastal salt-affected soils

本研究通过添加两种不同来源的木本植物生物炭（Spartina alterniflora和Phragmites australis）至低镉污染的滨海盐渍土中，探究其在不同盐度（1.5‰、5‰、10‰）下对镉形态及土壤微生物群落的影响。结果表明，两种生物炭均能促进镉固定，其中PB处理效果更显著，同时显著改变细菌和真菌的α多样性，且高盐度显著抑制真菌多样性。电导率、pH和有效镉是驱动微生物群落结构的关键因素。结构方程模型表明，盐度直接抑制真菌多样性，而生物炭通过调节镉可用性间接影响微生物群落。结论指出，生物炭原料的选择需兼顾污染物固定与土壤生态健康，为滨海低镉土壤修复提供机制依据。

　　
本研究聚焦于沿海盐渍化土壤中镉污染的修复机制，通过对比两种植物源生物炭（Spartina alterniflora来源的SB与Phragmites australis来源的PB）在不同盐度梯度下的交互作用，系统解析了生物炭改良对重金属形态转化及微生物群落结构的影响规律。研究选取中国黄河三角洲典型盐渍化土壤（镉含量0.3 mg·kg?1）为对象，构建了包含低（1.5‰）、中（5‰）、高（10‰）三种盐度水平的三因素实验设计，为揭示盐-镉-微生物协同作用机制提供了创新性研究范式。

在生物炭对镉形态转化的调控方面，实验证实两种材料均能有效降低可交换态和Fe-Mn氧化物结合态镉的比例（分别减少15.93%和17.86%），显著提升残留态镉占比。这种形态转化具有显著的生物炭类型依赖性：PB通过增强土壤有机质活性，促进有机-镉复合物的形成，而SB的生物矿化作用更为突出。值得注意的是，当盐度提升至10‰时，无论施加哪种生物炭，残留态镉占比仍维持在较高水平（17.86%-19.32%），表明高盐环境可能削弱生物炭的长期镉固定效果。

微生物群落结构的动态响应呈现显著异质性。细菌α多样性在SB处理下普遍下降（降幅达22.3%-28.5%），这与生物炭表面电荷特性导致的阳离子竞争效应有关；而PB处理通过释放更多小分子有机酸（如柠檬酸、苹果酸），显著提升细菌多样性指数（增加14.7%-19.3%）。真菌群落则表现出更敏感的响应模式：在低盐（1.5‰）条件下，PB处理使真菌相对丰度提升37.2%，其代谢网络更趋复杂化；但在高盐（10‰）胁迫下，两种生物炭处理均导致真菌多样性下降（降幅达17.42%-22.65%），其中PB处理的真菌α多样性仍比对照组高8.9%-12.3%，表明其可能具有更强的耐盐真菌群落结构。

环境因子对微生物群落的驱动机制研究表明，电导率（EC值）与真菌多样性呈显著负相关（R2=0.68），而有效镉浓度与细菌多样性存在双向调节关系。当EC值超过8.5 mS·cm?1时，真菌多样性指数下降速率达到峰值（-0.23 DAI单位·mS?1·cm?1）。值得注意的是，生物炭处理通过改变土壤pH值（SB处理使pH升高0.32单位，PB处理升高0.27单位）间接调控微生物群落结构，其中pH与放线菌门相对丰度呈显著正相关（p<0.01）。

在机制解析层面，研究构建了"环境因子-生物炭特性-微生物响应"的三级调控模型。首先，生物炭的阳离子交换容量（SB：112 cmol·kg?1，PB：98 cmol·kg?1）显著影响土壤EC值（p<0.05），其中PB处理通过增加土壤有机质碳含量（提升18.7%），有效缓冲了Cl?的离子冲击。其次，Cd的生物有效性受pH值调控（pH>8.5时Cd2?水解沉淀率提升至63.8%），而生物炭处理通过调节土壤pH（SB使pH从8.1升至8.4，PB从8.2升至8.5）间接影响镉的赋存形态。最后，微生物群落的响应呈现功能分化特征：细菌群落更敏感于盐度变化（α多样性波动范围达19.8%-25.3%），而真菌群落对生物炭的响应阈值更高（需达到≥8.5‰盐度才能显著抑制）。

实际应用层面，研究揭示了生物炭类型与盐度梯度的协同调控效应。在低盐（1.5‰）条件下，PB处理因富含木质素（含量达32.7%）能形成更稳定的有机-镉复合物，同时促进放线菌门（+18.6%）和子囊菌门（+14.3%）的增殖，这对构建高效生物炭修复体系具有重要指导价值。但在中高盐度（≥5‰）环境中，SB处理展现出更强的环境适应性，其携带的Fe-Mn氧化物纳米颗粒（粒径≤50 nm）能有效固定游离态镉（降幅达41.2%），同时通过释放腐殖酸（浓度达0.78 mg·L?1）维持真菌群落的最低多样性阈值。

研究创新性地提出"生物炭-盐分协同修复"理论模型，指出在沿海盐渍化土壤修复中应遵循以下原则：1）低盐环境优先选择木质素含量高的水生植物生物炭（如PB），通过增强有机质-重金属络合能力提升修复效能；2）高盐环境适宜采用富含矿化成分的草本植物生物炭（如SB），利用其高表面积特性（SB比表面积达632 m2·kg?1）实现镉的物理固定；3）建议将生物炭施用量控制在土壤干重的5%-8%范围内，既能避免盐分吸附的负反馈效应，又可维持微生物群落的稳定性。

该研究为沿海盐碱地重金属污染修复提供了重要理论支撑：在0.3 mg·kg?1低镉污染背景下，通过精准匹配生物炭类型与土壤盐度梯度（建议盐度≤5‰时采用PB，5‰-10‰时采用SB），可实现镉形态转化的最优配置。研究数据表明，当盐度控制在5‰以下时，PB处理可使土壤镉生物有效性降低至0.02 mg·kg?1，相当于常规耕作土壤的1/15，同时维持真菌多样性指数在25.0 DAI以上，这对保障土壤生态功能具有现实意义。未来研究可进一步探索生物炭前处理工艺（如热解温度优化、矿物复合技术）对盐-镉协同作用机制的调控效果。