甲壳素强化堆肥提升砂壤土持水性能与抗旱能力的机制研究

针对气候变化加剧西欧农业干旱的严峻挑战，比利时根特大学团队创新性地将甲壳素(chitin)与堆肥复合，通过8周温室盆栽实验(1-2?g?kg?1添加量)系统评估其对砂壤土水分保持的影响。研究发现甲壳素单独施用可使30?μm-0.2?μm孔隙(植物有效水)增加46%，复合堆肥处理在突发干旱情景(WR1)下显著改善大中孔隙度(macro-mesoporosity)，为可持续农业抗旱提供了新型生物改良方案。

　　

随着全球气候变化加剧，西欧地区正面临夏季干旱延长与暴雨频发的双重威胁。在比利时佛兰德斯地区，以砂壤土为主的农田尤其脆弱——这类土壤持水能力差，严重制约农作物产量。传统堆肥改良虽能改善土壤结构，但效果不稳定；而甲壳素(chitin)作为从甲壳类动物外壳提取的天然生物聚合物，其强吸湿性可能成为破解这一难题的新钥匙。根特大学(Ghent University)的研究团队在《Solid Earth Sciences》发表的研究，首次系统评估了甲壳素强化堆肥对土壤水文特性的协同增效作用。

研究采用双水分处理设计(WR1突发干旱/WR2周期性干旱)，通过盆栽实验结合水分特征曲线分析，比较了粗甲壳素(1-2?g?kg^?1)、三种堆肥(GC/VFGC/SMC)及其复合体系的效果。关键技术包括：使用压力膜仪测定30?μm-0.2?μm孔隙(植物有效水)分布；通过莴苣(Lactuca sativa)生物量评估农艺效应；采用多因素方差分析处理交互作用。

【主要结果】

1. 纯堆肥效应：所有堆肥类型在WR2下均扩大孔隙分布范围，但水分保持改善未达显著水平，验证了传统堆肥效果的局限性。

2. 纯甲壳素突破：WR1条件下，2?g?kg^?1甲壳素使30?μm-3?μm孔隙(易效水)增加36%，0.2?μm-30?μm孔隙(总有效水)提升46%，证实其直接改善土壤微结构的能力。

3. 复合增效机制：甲壳素强化堆肥在WR1下显著优于普通堆肥，表明甲壳素可能通过促进微生物分泌粘合物质(如胞外多糖)稳定堆肥形成的团聚体。

4. 水分调控特异性：WR2的周期性干旱中复合处理未显优势，揭示环境湿度波动会干扰甲壳素-微生物-有机质的协同网络。

这项研究开创性地证实：甲壳素不仅是缓释氮源，更是通过物理吸湿和生物调控双重途径改善土壤水文功能的"智能改良剂"。其与堆肥的复合使用可建立抗旱"双保险"——堆肥提供长效有机质框架，甲壳素则在干旱突发时快速锁住水分。该成果为发展气候智能型农业提供了可循环解决方案(甲壳素源自食品工业废料)，尤其适用于砂质土壤占60%以上的西欧农田系统。未来研究需进一步揭示不同降水模式下甲壳素-微生物互作机制，以优化田间施用策略。