《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Sustainable Fertilization with an Organic By-product Compost Tea Produced Using the SEFEL System Improves Nutrient Uptake and Drought Tolerance in Solanum lycopersicum and Lactuca sativa
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水资源短缺条件下作物性能的提升需要既能供应养分又能强化土壤-植物互作的施肥策略。本研究评估了一种利用“生态液体肥料生产系统”（SEFEL）从回收有机副产物中获得的堆肥茶，作为番茄（Solanum lycopersicum）和生菜（Lactuca sativa）
水资源短缺条件下作物性能的提升需要既能供应养分又能强化土壤-植物互作的施肥策略。本研究评估了一种利用“生态液体肥料生产系统”（SEFEL）从回收有机副产物中获得的堆肥茶，作为番茄（Solanum lycopersicum）和生菜（Lactuca sativa）在充分灌溉（WW）和亏缺灌溉（WD）条件下的多功能生物肥料。研究人员探索了其在WW和WD条件下调节生理响应、代谢调整及土壤微生物群落的潜力。SEFEL堆肥茶的施用持续促进了植物生长。番茄植株在最佳灌溉下叶片干重增加63.9%，在WD条件下增加32.6%；根系生物量分别上升30.3%和53.3%。生菜叶片干重在WW下增加34%，在WD下增加23%。尽管干旱降低了两种物种的光合速率，但经SEFEL堆肥茶处理的植株在长期胁迫期间维持了更高的碳同化率和气孔导度，表明其生理适应性得到改善。这些响应伴随着水分亏缺下脯氨酸和可溶性碳水化合物的更高积累。有趣的是，研究人员在番茄和生菜中检测到棉子糖家族寡糖（RFOs）途径的不同激活模式，指向物种特异性的代谢策略。此外，SEFEL堆肥茶在两种灌溉制度下均改善了养分吸收，并促进了土壤微生物群落的转变，暗示土壤-植物连通性得以增强。研究结果表明，SEFEL堆肥茶作为一种整合型的土壤-植物生物刺激剂，能在促进有机废弃物资源化利用的同时增强养分获取和耐旱性，从而服务于可持续生产体系。
一、研究背景与科学问题
全球水资源短缺日益严峻，对农业生产构成重大威胁，尤其是在干旱和半干旱地区。水分胁迫严重抑制植物光合作用、扰乱代谢平衡并导致活性氧（ROS）积累，最终降低作物产量和品质。传统的化学肥料虽能短期增产，但长期使用易造成土壤退化、环境污染及温室气体排放等问题。在此背景下，开发兼具营养供给与逆境缓解功能的可持续施肥策略成为农业研究的重点方向。堆肥茶作为一种富含有益微生物、营养物质和生物活性物质的液态提取物，已被证明能够改善土壤健康、促进植物生长并增强对非生物胁迫的耐受性。然而，现有研究对堆肥茶在严重水分亏缺条件下同时调控植物生理韧性及土壤微生物群落动态的多功能生物刺激效应仍缺乏深入理解。为此，研究人员选用番茄（Solanum lycopersicum）和生菜（Lactuca sativa）这两种对水分敏感且经济价值高的蔬菜作物，探究利用“生态液体肥料生产系统”（SEFEL）生产的有机副产物堆肥茶能否在维持土壤功能均衡的同时减轻干旱胁迫的多层次影响。研究假设：根部施用SEFEL堆肥茶可通过双重保护响应缓解水分亏缺的负面影响——在植物层面刺激生理性能、养分吸收及渗透代谢调整，在土壤层面富集参与养分循环的关键功能微生物类群的丰度并保持其活性。
二、主要技术方法
研究人员采用完全随机区组设计，将4周龄番茄和生菜幼苗分为四组处理：充分灌溉对照（WW）、充分灌溉加SEFEL堆肥茶（WW+SEFEL）、水分亏缺对照（WD，30%田间持水量）、水分亏缺加SEFEL堆肥茶（WD+SEFEL）。SEFEL堆肥茶由猪粪浆、乳清、糖蜜和高品质堆肥等有机副产物经专利系统发酵制得，并以10%（v/v）水稀释液通过土壤浇灌方式施用于植物。实验在玻璃温室内自然光照条件下进行（昼/夜温度30/12±2℃，相对湿度60-70%±3%），持续3周。关键技术包括：使用便携式红外气体分析仪（IRGA）测定净光合速率（Pn）、气孔导度（gs）和蒸腾速率（E）并计算水分利用效率（WUE）；采用ABTS法测定总抗氧化能力；运用超高效液相色谱-质谱联用（uHPLC-MS）定量脯氨酸和棉子糖家族寡糖（RFOs）组分；通过蒽酮比色法测定总碳水化合物含量；借助电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）分析叶片宏量和微量营养元素；通过平板计数法对土壤微生物进行分类和功能性菌群分析。
三、研究结果
3.1 SEFEL堆肥茶显著增加两种灌溉制度下番茄和生菜的生物量积累
通过根部土壤浇灌SEFEL堆肥茶后，番茄和生菜的生长均显著增强。在最优灌溉下，WW+SEFEL番茄叶片鲜重（FW）增加125%、干重（DW）增加63.9%；根系FW增加99.4%、DW增加30.3%。在水分亏缺下，WD+SEFEL番茄叶片FW和DW分别较WD提高78.3%和32.6%，根系FW和DW分别提高16%和53.3%。生菜方面，WW+SEFEL叶片FW和DW分别提高62%和34%；WD+SEFEL叶片FW和DW分别提高36%和23%。
3.2 SEFEL堆肥茶缓解干旱诱导的光合与气孔抑制
通过连续三周监测气体交换参数发现，干旱胁迫导致番茄Pn急剧下降，但在第二周WD+SEFEL植株显示出显著更高的Pn，并在第三周表现出明显恢复。同时，WD+SEFEL番茄在整个胁迫期间维持了显著高于WD的气孔导度（gs）。生菜也呈现相似趋势，WD+SEFEL植株在胁迫全程保持更高的Pn和gs。在水分利用效率（WUE）方面，SEFEL堆肥茶在两种作物中均显著提升了该指标，尤其在实验末期最为突出。
3.3 SEFEL堆肥茶通过脯氨酸和碳水化合物积累促进水分亏缺下的强健渗透调节
SEFEL堆肥茶处理的番茄和生菜（WW+SEFEL和WD+SEFEL）均表现出显著更高的总碳水化合物含量，且不同灌溉制度间无显著差异。总抗氧化能力在番茄中受SEFEL堆肥茶调节但变化不显著，在生菜中则无统计学差异。最关键的是，SEFEL堆肥茶使两种作物的脯氨酸积累量增加了约十倍，证实了强烈的生物刺激介导的渗透调节作用。
3.4 SEFEL堆肥茶在番茄中诱导物种特异性的棉子糖家族寡糖（RFOs）途径激活
通过量化蔗糖、半乳糖醇、棉子糖和水苏糖四种RFOs关键组分，研究发现番茄中SEFEL堆肥茶显著诱导了蔗糖积累，而半乳糖醇和棉子糖仅在WD+SEFEL组合中特异性升高。相比之下，生菜中SEFEL堆肥茶处理导致水分亏缺下半乳糖醇水平显著降低，棉子糖和水苏糖在所有处理中均低于检测限，表明两种作物存在截然不同的代谢策略。
3.5 SEFEL堆肥茶在不依赖于水分可用性的情况下显著刺激宏量和微量元素吸收
番茄叶片多元素营养分析显示，SEFEL堆肥茶在WW和WD条件下均显著提高了氮（N）、磷（P）、钾（K）等宏量元素及多种微量元素的浓度。生菜中也观察到类似趋势，但磷、钙（Ca）和镁（Mg）无显著变化。土壤理化分析进一步证实，所有SEFEL堆肥茶处理土壤中的有效磷含量均显著升高（超过55 mg·kg-1）。
3.6 SEFEL堆肥茶促进土壤微生物群落的动态转变
分类学分析显示，WD+SEFEL处理的总异养微生物（HPC）显著最高（7.20×106 CFU g-1），而需氧内生孢子形成菌（AEBF）在SEFEL处理下减少。根际假单胞菌（Pseudomonas spp.）在WW+SEFEL中显著富集。功能分析表明，解磷微生物（PSMs）在WW+SEFEL中增加至对照的三倍，解钾细菌（KSBs）在WD+SEFEL中显著增多，联合固氮菌（ASNFs）在WW+SEFEL中增加8.7倍且在WD+SEFEL中保持较高水平，而铵氧化菌（AOBs）和硝酸盐氧化菌（NOBs）则在非SEFEL处理中更为丰富。
四、讨论与结论
讨论部分指出，水分胁迫严重抑制光合作用和碳固定，而SEFEL堆肥茶处理下的番茄和生菜在WW和WD条件下均获得显著更高的鲜重和干重。在生化防御机制方面，SEFEL堆肥茶并未引起总抗氧化能力的显著差异，这归因于脯氨酸（增加约十倍）和可溶性碳水化合物的强力积累发挥了高效的初级非酶促防御作用，避免了能量消耗大的抗氧化酶系统的上调。在代谢层面，番茄和生菜表现出对比鲜明的RFOs途径响应：番茄中SEFEL堆肥茶激活了半乳糖醇和棉子糖的积累以增强渗透保护，而生菜中该途径被减弱，暗示物种特异性的代谢适应策略。此外，SEFEL堆肥茶显著促进了养分吸收，与生物量和气体交换数据呈正相关，并通过富集解磷菌、解钾菌和固氮菌等功能微生物群维持了土壤微生态的活力和韧性。
研究结论：SEFEL堆肥茶作为一种整合型土壤-植物生物刺激剂，通过协调植物层面的生理性能优化、渗透代谢调整和养分吸收增强，以及土壤层面的功能微生物群落重塑，有效增强了番茄和生菜的营养获取能力和耐旱性，同时实现了有机废弃物的资源化利用，为可持续农业生产提供了创新解决方案。
