热解温度对玉米秸秆衍生生物炭改良硫酸盐-氯化物盐渍土及棉花生长的影响

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Effect of Pyrolysis Temperature on Amelioration of Sulfate-Chloride Salinized Soil and Cotton Growth by Maize Straw-Derived Biochar

　　

摘要

土壤盐渍化是全球性生态问题，会导致耕地退化和农业产量下降。其中硫酸盐-氯化物型盐渍土尤为难治理，严重制约了棉花生产。现有研究尚未系统阐明不同热解温度下制备的玉米秸秆生物炭对这类盐渍土的改良效果差异及其作用机理，相关理论与应用基础仍较为匮乏。本研究将分别在300℃、400℃、500℃和600℃条件下制备的玉米秸秆生物炭施用于硫酸盐-氯化物盐渍土中，通过棉花盆栽试验和土柱淋洗试验，系统评估了其对棉花生长、土壤理化性质、淋洗特征、微生物群落及酶活性的影响。结果表明，生物炭可显著改善土壤微环境，降低水溶性盐分含量和电导率，同时提高阳离子交换量和有机质含量。其中400℃制备的生物炭效果最优，使棉花发芽率、株高和单株生物量分别提高了12.89%、30.91%和59.59%。土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性分别提高了190.11%、45.09%和268.85%。棉花幼苗叶片中三种抗氧化酶活性分别提高了98.34%、92.38%和7.50%。同时，生物炭施用显著提高了土壤中细菌、真菌和古菌的丰度。细菌能量代谢（KEGG）和氨基酸合成（MetaCyc）途径分别增加了22.7%和22.3%。此外，生物炭降低了土壤氮磷的淋洗损失。本研究阐明了玉米秸秆生物炭改良硫酸盐-氯化物盐渍土的核心机制——改善土壤微环境、调控微生物代谢和减少养分淋失，为生物炭在提高棉花产量和改善类似盐渍土生态恢复方面的应用提供了技术与理论支撑。