木质源表层覆盖物(TSC)通过调控番茄根际细菌多样性及活性提升土壤可持续生产力

本研究针对塑料地膜污染和农业可持续需求，开发了基于木材副产物和黄原胶(XG)的可生物降解表层覆盖物(TSC)。通过温室实验证实TSC可使番茄植株茎长增加50%、根长提升100%-160%，生物量提高30%-50%，同时维持土壤理化性质和微生物群落稳定。该创新材料实现了木材废料循环利用与土壤碳封存的协同效应，为应对气候变化下的农业可持续发展提供了新方案。

　　

随着全球气候变化加剧，水资源短缺正对农业生产构成严峻挑战。传统塑料地膜虽能保墒抑草，却导致土壤中微塑料和纳米塑料污染，威胁生态系统服务功能。这一矛盾促使科学家将目光投向可生物降解替代材料，其中木材加工副产物因其丰富的木质素含量和缓慢降解特性，成为极具潜力的环保型覆盖物候选。然而，木质源材料对土壤微生物群落结构和功能的调控机制尚不明确，特别是其与作物根际微生物组的互作关系亟待解析。

意大利特伦托大学工业工程系的研究团队创新性地开发出木质纤维/黄原胶复合型表层覆盖物(TSC)，通过系统研究揭示了该材料对番茄根际微生物组和土壤生态功能的调控作用。相关成果发表在《Resources, Environment and Sustainability》期刊，为发展气候智能型农业提供了重要理论依据和技术支撑。

研究采用多组学联用技术路线：通过光学显微镜和力学测试表征TSC形态特征；利用Biolog EcoPlate?分析微生物群落功能多样性；结合Illumina MiSeq平台进行16S rRNA和ITS高通量测序；采用qPCR定量16S rRNA和nifH基因丰度；配套测定土壤理化参数和植物生长指标。实验设计包含土壤无覆盖(SC)、单纯TSC覆盖(ST)、种植番茄(PC)及TSC+番茄(PT)四组处理，在24天(T1)和52天(T2)两个时间点采样分析。

材料特性分析显示，TSC内源微生物以变形菌门(Proteobacteria)假单胞菌属(Pseudomonas)为主(>80%)，真菌以子囊菌门(Aspergillus)为优势种群。发芽实验证实TSC能有效抑制杂草，番茄种子在处理组延迟至第5天才萌发。机械测试表明TSC保持5-25N的穿透阻力，满足农田抗杂草需求。水接触角约30°的亲水特性使其具备良好保水能力，但随使用时间延长，含水率从357%升至744%，断裂时间从900小时缩短至250小时。

植物生长响应方面，TSC处理使番茄茎长从T1期6.5cm增至T2期36.8cm(p<0.005)，鲜重从1.8g增至9.6g，干重从0.14g增至1.8g(p<0.05)。值得注意的是，土壤理化参数保持稳定：pH维持在8.10-8.59，氧化还原电位-115至-79mV，碳氮比约50:1。T2期土壤呼吸速率显著下降，PC组从34.1降至29.7μg CO₂
/g·h，反映碳释放趋于平衡。

微生物群落分析揭示核心菌群保持稳定，细菌中Planctomycetes、Vicinamibacteria和Verrumicrobiae三类占比10%-25%，真菌以Sordariomycetes、Eurotiomycetes和Mortierellomycetes为主。Biolog检测显示T2期样品平均显色密度(AWCD)升至0.2-0.3，碳源利用模式更均衡。共现网络分析发现放线菌纲(Actinobacteria)与酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)存在强关联(ρ>0.7)，提示协同代谢作用。qPCR检测到nifH基因拷贝数随时间显著增加(p=0.0097)，表明固氮微生物活性增强。

该研究创新性地证实木质源TSC具有三重协同效应：材料本身作为缓释碳源维持微生物活性；木质素降解产物抑制杂草但不影响作物生长；根际微生物组重构促进氮素转化。这种"废料增值-土壤改良-碳封存"的闭环设计，完美契合联合国可持续发展目标(SDG 2,15)和欧盟共同农业政策(CAP)要求。特别值得注意的是，TSC对土壤真菌群落的选择性调控(子囊菌门增加)为理解木质素降解的微生物驱动机制提供了新视角。

相比传统生物炭覆盖，TSC在保持相似保水性能的同时，展现出更优的机械耐久性和可控降解性。研究建议未来应开展多气候区田间验证，并优化木质素/黄原胶配比以适应不同作物需求。这项成果为发展"碳中和"农业提供了可产业化的技术原型，其"以废治废"的理念对循环经济建设具有重要启示意义。