《Plant and Soil》：Co-composted biochar compost for enhancing juvenile growth of hop plants in copper-contaminated soils
编辑推荐：
为解决长期施用铜基杀菌剂导致土壤铜积累，进而抑制啤酒花幼苗生长的问题，研究人员在铜污染啤酒花园开展了为期两年的田间试验。研究发现，施用含5%生物炭的共堆肥（5BC）能显著缓解叶片黄化坏死症状，使植株总生物量增加约30%，并有效提升土壤微生物呼吸活性。该研究为铜污染土壤的生态修复及啤酒花产业的可持续发展提供了低成本、高效率的解决方案。
在啤酒花（Humulus lupulus L.）的种植历史中，铜基杀菌剂曾扮演着“救世主”的角色，有效抵御了霜霉病等真菌病害的侵袭。然而，这种长期依赖也带来了沉重的环境代价。由于铜在土壤中难以降解且移动性差，经过数十年的累积，许多老啤酒花园的表层土壤铜含量已远超背景值，成为制约产业可持续发展的“隐形杀手”。
对于新定植的啤酒花幼苗而言，其根系尚未深入土壤深层，只能“被迫”在铜污染严重的表层土壤中汲取养分和水分。这导致植株在定植初期极易出现叶片黄化、坏死等铜毒害症状，严重影响其早期建植和长期产量。面对这一困境，传统的土壤置换或淋洗修复方法成本高昂且不切实际。因此，开发一种经济、高效且能就地取材的土壤改良策略，成为啤酒花种植者亟待解决的难题。
近日，一项发表在《Plant and Soil》上的研究，为这一难题提供了新的解决方案。来自德国慕尼黑工业大学和魏恩施蒂芬-特里斯多夫应用技术大学的研究团队，利用啤酒花生产过程中产生的副产物——啤酒花藤，与生物炭进行共堆肥，成功研发出一种能够有效缓解铜毒害、促进啤酒花幼苗生长的土壤改良剂。
关键技术方法
该研究在德国哈勒陶地区一个长期铜污染的啤酒花园中，设计了一个为期两年的田间试验。研究人员将啤酒花藤与不同体积比例（5%和20%）的生物炭进行共堆肥，制备出两种生物炭共堆肥（5BC和20BC），并与不含生物炭的啤酒花藤堆肥（0BC）进行对比。试验设置了8个处理，包括不施用任何改良剂的对照、施用石灰的对照，以及两种生物炭共堆肥和一种无生物炭堆肥，每种处理均设高、低两个施用水平。改良剂被直接施入定植穴中，随后定植啤酒花幼苗。研究通过定期评估植株的视觉损伤指数、测定叶片和根系中的铜及其他营养元素浓度、测量植株生物量，以及监测土壤微生物呼吸速率，全面评估了不同改良剂对啤酒花生长和土壤健康的修复效果。
研究结果
1. 植株评估
- •
定植后第一生长季
在定植后仅三周，未施用改良剂的对照处理植株便出现了典型的铜毒害症状，表现为叶片黄化和坏死。施用生物炭共堆肥，特别是含5%生物炭的5BC处理，能显著减轻这些症状。相比之下，施用石灰和未添加生物炭的堆肥效果较差。然而，叶片中的铜浓度分析并未显示出各处理间的显著差异，表明植株可能通过将铜截留在根系中，限制了其向地上部的转运，从而保护了敏感的地上组织。
- •
定植后第二生长季
在第二生长季，叶片损伤症状再次出现，但其发生时间和部位与典型的铜毒害特征不符。营养元素分析揭示，植株普遍存在严重的钼（Mo）缺乏。这主要是由于试验地土壤pH值较低，限制了钼的有效性。此时，施用石灰和堆肥均能通过提高土壤pH值，缓解钼缺乏症状，但生物炭共堆肥的效果更为显著。
2. 生物量生产
在第二生长季末的收获期，施用生物炭共堆肥的处理表现出色。特别是高剂量（6 t ha-1）的5BC处理，使啤酒花藤和总生物量分别增加了32%和27%。相比之下，施用石灰和未添加生物炭的堆肥对生物量没有显著提升作用。这表明，生物炭共堆肥不仅能缓解植株的生理胁迫，更能直接转化为生产力的提升。
3. 土壤呼吸
土壤微生物呼吸是反映土壤健康的重要指标。在定植后的第一生长季，所有堆肥处理均显著提高了土壤呼吸速率，其中无生物炭的堆肥（0BC）效果最强，这与其含有更多易被微生物降解的有机碳有关。然而，到了第二生长季，这种刺激效应普遍减弱，仅在高剂量的0BC处理中仍保持显著。这表明，堆肥对土壤微生物的短期刺激作用会随着时间推移而减弱。
结论与讨论
本研究证实，在铜污染土壤中定植啤酒花时，施用生物炭共堆肥是一种行之有效的修复策略。它能显著改善植株的早期生长状况，并提高生物量产量。值得注意的是，研究揭示了不同生长季植株损伤症状的主导因素存在差异：第一生长季主要由铜毒害引起，而第二生长季则主要归因于钼缺乏。
研究还发现，生物炭的添加比例并非越高越好。含5%生物炭的共堆肥（5BC）在促进植株生长方面表现最佳，而含20%生物炭的共堆肥（20BC）效果稍逊。这可能是由于5BC在堆肥过程中经历了更彻底的腐熟，形成了更高质量的堆肥产品。此外，无生物炭的堆肥虽然对土壤微生物活性有更强的短期刺激作用，但在促进植株生长方面效果有限。
基于以上发现，研究人员建议，在铜污染啤酒花园进行重植时，优先选择含5%生物炭的共堆肥，并以较高剂量（6 t ha-1）施入定植穴。这不仅能为啤酒花幼苗提供一个健康的生长环境，还能实现农业废弃物的资源化利用，为啤酒花产业的绿色可持续发展提供了科学依据。
