有机-微生物联合修复技术对盐碱化土壤的协同改良效应及综合评价模型构建

本研究针对全球盐碱化土壤退化加剧威胁粮食安全的问题，通过系统评估石膏(G)、硫磺(S)、蚯蚓粪(VC)、生物炭(B)与微生物接种的协同修复效应，开发了基于全数据集(TDS)和最小数据集(MDS)的综合土壤退化指数(CSDI)。结果表明G+VC组合使CSDI-T降低84-85%，小麦产量提升400%，为盐碱地治理提供了低成本可持续解决方案。

　　

随着全球人口增长和气候变化加剧，盐碱化土壤正以每年约200万公顷的速度扩张，导致全球近20%灌溉农田生产力下降。这类土壤具有高pH值、电导率(EC>4 dS m^-1)和交换性钠百分比(ESP>15%)等特征，造成土壤结构破坏、养分失衡和作物减产，每年造成273亿美元经济损失。传统单一改良方法存在成本高、效果不稳定等问题，亟需开发综合修复策略。

中国研究人员通过为期5个月的田间试验，系统比较了石膏(G)、元素硫(S)、蚯蚓粪(VC)、生物炭(B)单独及组合施用对盐碱土的改良效果。创新性地构建了包含12项指标的综合土壤退化指数(CSDI)，发现G+VC组合使CSDI-T降低84-85%，小麦生物量提升403%，相关成果发表于《International Soil and Water Conservation Research》。

研究采用随机完全区组设计(RCBD)，设置7种处理（含微生物接种/非接种两组），通过柱淋洗实验测定盐分淋失效率，运用主成分分析(PCA)确定关键土壤指标。采用EPIC模型计算土壤可蚀性因子(K)，通过湿筛法测定平均重量直径(MWD)，并建立CSDI与小麦生长的回归模型。

【土壤退化化学指标】结果显示：G+VC处理使pH降低1.45单位，EC下降142%，SAR和ESP分别减少1.87倍和1.77倍。微生物接种使OM含量提升2.4倍，证实有机-无机协同改良可显著改善盐碱土化学性质。

【土壤退化物理指标】数据表明：组合处理使土壤容重(BD)降低9.5%，MWD提升70%，K因子下降17%。其中CROSS指数与CDR呈显著正相关(r=0.93)，证实钙离子对钠离子的置换效应是改善土壤结构的关键机制。

【土壤退化指数】通过PCA确定的MDS包含MWD、K因子、OM、CROSS和ESP 5项核心指标。CSDI-T与CSDI-M高度相关(R²=0.94)，且均能解释29-87%的小麦产量变异，其中根体积(RV)与CSDI的回归斜率最大(-19.13)。

【小麦生长特征】G+VC处理使根长(RL)增加264%，生物量干重(DBW)提高403%。微生物接种使各处理效果提升6-16%，但未达显著水平，暗示微生物群落重建需要更长时间。

该研究首次建立了适用于盐碱土的CSDI评价体系，证实G/S+VC组合能通过三重机制发挥作用：(1)石膏提供Ca²⁺置换Na⁺；(2)蚯蚓粪增加有机质促进团聚体形成；(3)微生物分泌胞外多糖增强结构稳定性。提出的MDS模型仅需测定5项指标即可准确评估修复效果，为发展中国家盐碱地治理提供了可推广的技术框架。未来研究需关注长期施用对土壤微生物组的影响及区域适应性优化。