碳富集改良剂提升不同土壤条件下黄瓜产量及土壤生态系统多功能性

推荐：针对土壤质量退化导致的作物减产问题，研究人员通过添加秸秆(SC)、蚯蚓粪(VC)和腐殖酸(HC)三种碳富集改良剂(CRAs)，系统评估其对土壤多功能性(如碳循环、养分周转、病原抗性)和黄瓜产量的影响。结果表明，VC提升效果最显著，使土壤多功能性平均提高38.1%，产量最高增加87.2%。研究揭示了土壤理化性质(SOC、孔隙度、CEC)而非生物特性是驱动功能改善的关键，为土壤健康管理提供了理论依据。

　　

土壤质量退化已成为威胁全球粮食安全的重大挑战，长期集约化农业导致土壤碳库流失、功能衰退，直接影响作物产量。面对这一难题，中国农业大学园艺学院蔬菜作物生长发育调控北京市重点实验室的研究团队在《Soil and Tillage Research》发表重要研究，系统揭示了碳富集改良剂如何通过调控土壤理化性质提升生态系统多功能性。

研究采用跨年度田间试验，采集酸性(pH 5.83)、中性(pH 7.37)和碱性(pH 8.30)三种典型土壤，设置秸秆(SC)、蚯蚓粪(VC)和腐殖酸(HC)三种等碳量(5.18 t ha^-1)处理。通过整合40项土壤指标建立最小数据集(MDS)，创新性采用雷达图面积法(SQI-area)量化土壤质量，并结合高通量测序(细菌16S rRNA、真菌ITS、线虫18S rRNA)、Biolog微平板技术(碳源利用)等多维分析手段，解析了CRAs对土壤功能网络的调控机制。

3.1 CRA显著改善土壤理化性质

VC处理表现最优，使土壤容重(BD)降低7.4-12.1%，孔隙度提升9.8-15.3%，有机碳(SOC)含量增加28.6-61.2%。值得注意的是，SC引起酸性土壤pH下降0.5-0.8单位，而HC可缓解碱性土壤的钠吸附问题。

3.2 生物群落响应有限

尽管CRAs处理使线虫食细菌类群(#bacnem)增加23.5-41.7%，但微生物α多样性(Hbac、Hfun)和病原菌丰度变化不显著。NMDS分析显示细菌群落组成(NMDS1轴)仅解释12.3%的变异，证实生物因子非主导因素。

3.3 多功能性与产量协同提升

VC处理使土壤多功能性指数提高38.1%，显著高于SC(20.2%)和HC(28.9%)。产量响应呈现土壤特异性：酸性土中VC增产87.2%，而碱性土中SC增产31.3%。SQI-area与多功能性呈强正相关(R²=0.82)。

3.4 理化性质主导功能调控

随机森林模型(R²=0.62)和结构方程模型(SEM)共同证实，SOC、孔隙度和阳离子交换量(CEC)是驱动功能改善的核心因子，其标准化路径系数分别达0.73、0.68和0.61，远高于生物指标。

这项研究颠覆了传统认知，首次证实土壤功能提升主要依赖物理化学而非生物学机制。特别是蚯蚓粪(VC)通过其稳定的有机质结构和丰富的养分库，能同步实现土壤改良(孔隙度↑15.3%)、碳封存(SOC↑61.2%)和产量提升(87.2%)三重效益。研究建立的SQI-area评估体系为土壤健康诊断提供了新范式，而揭示的"理化性质-功能"耦合规律为精准施用有机改良剂提供了理论支撑，对实现农业可持续发展具有重要实践价值。