综述：用于缓解土壤盐度的生物改良剂：策略、针对不同作物的管理方法以及产量提升

《Communications in Soil Science and Plant Analysis》：Biological Amendments for Soil Salinity Mitigation: Strategies, Crop-Specific Management, and Yield Improvement

　　摘要
土壤盐碱化是一个严重的环境问题，它威胁着农业生产力、生态系统健康和全球粮食安全。土壤盐碱化和重固化是干旱和半干旱地区常见的问题。随着时间的推移，盐碱化和重碱化农田的面积不断扩大，加速了沙漠化和土壤退化，从而降低了农业生产力。在世界许多地方，干旱地区主要受到土壤盐碱化的影响。虽然原发性盐碱化或重碱化是由自然物理条件引起的，但次发性盐碱化主要是由农业活动，特别是灌溉造成的。评估盐碱化程度的关键管理工具是对盐碱化土壤进行测绘和监测。生物改良剂如生物炭、堆肥、绿肥、农家肥、蚯蚓堆肥、禽粪、促进植物生长的根际细菌、菌根真菌、生物肥料和压泥等通过改善土壤结构、增强养分循环以及培育耐盐植物，有助于发展更加可持续和高产的农业系统。农家肥、藻类、生物炭、蚯蚓堆肥、丛枝菌根真菌（AMF）、腐殖质物质和压泥都能促进植物生长、增加作物产量；腐殖质物质还能减少土壤盐碱化并改善土壤的物理性质。本综述表明，各种生物改良剂可以通过增强抗氧化酶活性、稳定离子平衡、降低氧化应激和渗透压以及调控基因表达来促进植物生长和提高生产力。促进植物生长的根际细菌（PGPR）通过减少氧化应激和渗透压、维持离子平衡、增强抗氧化酶活性以及调控基因表达来提高植物的耐盐性，从而提高作物产量。这些综合效应共同促进了植物的发育和产量的增加。本文探讨了减轻土壤盐碱化、改善作物管理和提高产量的农艺措施及各种生物改良方法。

关键词：生物改良剂；对植物的影响；管理；盐碱化土壤的改良方法；产量

1. 引言
土壤盐碱化是半干旱和干旱地区最严重的问题之一，对农作物产生了严重影响。全球20%的耕地和33%的灌溉农业区受到土壤盐碱化的影响；到2050年，这些比例将显著增加。例如，孟加拉国的盐碱化土壤比例从1990年的不到1%上升到2015年的33%。这种增加主要是由于过度抽取地下水导致沿海地区海水入侵（El Hasini等人，2019年；Mukhopadhyay等人，2021年；Rahman等人，2018年；Shrivastava和Kumar，2015年）。除了自然因素外，过度使用地下水和化学肥料也是导致土壤盐碱化的原因。人口增长的需求是主要原因之一。气温升高、降雨模式变化以及大气中温室气体浓度增加是气候变化的重要指标，这些因素加速了土壤盐碱化（IPCC，2013年）。预计沿海地区的盐碱化将影响全球约6亿人（Dasgupta等人，2015年；Wheeler，2011年）。土壤盐碱化指的是土壤溶液中存在的可溶性盐分，如钙（Ca2+）、钠（Na+）、钾（K+）、氯（Cl?）、镁（Mg2+）、硫酸根（SO42?）和碳酸根（CO32?），这些盐分会负面影响植物生长、农业生产力及土壤结构。而重碱化则是指土壤中钠（Na+）离子浓度过高，导致土壤颗粒分散、透气性降低和渗透性减弱。主要原因包括使用盐水、排水系统不良、灌溉方法不当以及气候变化相关的影响。如果不加以管理，盐碱化会导致粮食安全和土地退化（Corwin，2020年）。海平面上升、降雨模式变化、气温升高导致的蒸发加剧以及干旱增加等因素加剧了土壤盐碱化。土壤盐碱化会增加土壤的容重并降低其透气性和稳定性（Liu和She，2017年），从而降低土壤的持水能力和渗透速率。由于这些原因，恶劣的天气条件、周边地区温度升高、土壤质量变化以及盐碱化区域的扩大，农业活动受到了严重影响（Corwin，2020年）。植物从土壤和水中吸收养分，但盐分过量会严重抑制植物生长。过去一个世纪以来，物理、化学和生物因素导致的土地退化对全球自然资源造成了巨大影响，包括土壤压实、无机或有机物质污染以及微生物多样性和活性的下降。土壤盐分过量会破坏微生物群落，尤其是抑制硝化细菌的生长，从而阻碍氮素的有效利用（Bai等人，2012年）。盐分还影响微生物的呼吸作用和酶活性（Sritongon，2021年）。研究表明，土壤参数（如有机碳（OC）、有机质（OM）和重要土壤酶活性与电导率之间存在负相关关系（Patel、Patel和Dave，2011年）。

1.1. 全球盐碱化地区的现状
全球有超过8.31亿公顷的土地受到盐碱化影响，其中4.34亿公顷（52.2%）为重碱化土壤，3.97亿公顷（47.8%）为盐碱化土壤。全球约有7700万公顷的生产性土壤受到盐碱化或重碱化的影响，特别是在降水量较低且蒸发率较高的干旱和半干旱气候区，随着土地利用的增加，这种情况将进一步加剧（FAO/UNESCO，1974年）。在半干旱或沙漠气候条件下，这一问题更为严重（Srivastava、Wu和Giri，2019年）。两个地区的地下水抽取量过大是盐碱化的主因：
- 阿拉尔海盆地：位于中亚，由于过度抽取地下水用于灌溉，该地区的水资源严重减少，不仅导致盐碱化，还引起了环境退化。
- 印度河谷：该地区依赖地下水资源进行灌溉，过度开采导致盐碱化严重，每年约有1000万公顷的灌溉土地因盐碱化而丧失。联合国环境规划署（UNEP）估计，全球2.5亿公顷的灌溉土地中有50%受到盐碱化影响。
全球盐碱化面积最大的地区是太平洋地区、澳大利亚和亚洲，这三个地区合计占总面积的近30%，即1.95亿公顷。在农业的重要国家中，盐碱化对人们的生活和生存产生了严重影响。联合国水、环境与健康研究所（UNU-INWEH）数据显示，75个国家的过量盐分会导致每天2000公顷的生产性土壤退化。在北亚、中亚和南美洲，排水不良和根际盐分积累是土壤盐碱化的主要原因。海洋电流也会在沿海地区产生高盐浓度（Hemapriya、Sankar和Dar，2010年）。图1展示了全球盐盐分布情况（Srivastava、Wu和Giri，2019年）。

1.2. 受重金属污染的土壤盐碱化
农产品和冶炼工业向土壤中排放砷（As），这些物质会牢固地附着在土壤中，随后渗入地表水和地下水中（Moghal等人，2017年）。铁和钢的冶炼过程中会排放铬（Cr（II）和Cr（VI）氧化态的残留物。土壤中的有机质含量及其吸附能力决定了铬的相对含量（Raymond和Felix，2011年）。采矿和冶炼过程中，铜会进入土壤-水系统，以Cu2+或其他离子形式存在（如Na+、K+、Ca2+）。由于Cu2+在通气水中可发生氧化还原反应，其氧化态更为常见。金属冶炼、化石燃料燃烧和城市垃圾填埋也会导致汞（Hg2+）释放到环境中。由于汞对多种有机和无机配体的亲和力较强，其溶解度较高（Adebowale，2004年）。铅（Pb）广泛用于制造弹丸和电池，铅（Pb2+）会改变盐的腐蚀性质并形成复杂的化合物（Raymond和Felix，2011年）。锌（Zn2+）在电池和镀锌工业废水中存在，其共价键较强，因此形成更稳定的化合物（Adedamola和Olugbenga，2016年；Moghal等人，2020年）。

1.2.1. 重金属与盐碱化之间的相互作用
镉（Cd）、铅（Pb）、锌（Zn）和铜（Cu）等重金属会对植物造成毒性影响，干扰其生理功能。盐碱化和重金属通过多种方式影响植物：
- **离子毒性增加**：盐碱化和金属污染会导致植物器官中形成有毒离子。钠离子（Na+）和氯离子（Cl?）以及金属离子（如Cd2+、Pb2+、Zn2+）的存在会干扰细胞膜的离子平衡（Atta等人，2023年；Moon等人，2019年；Wiszniewska等人，2020年）。
- **氧化应激**：盐碱化和重金属应力会促进活性氧（ROS）的产生，导致氧化应激，降低植物的解毒能力（AbdElgawad等人，2016年；Mansoor等人，2023年；Steffens，2014年）。
- **光合作用受阻**：盐碱化和重金属应力会通过气孔关闭、叶绿素分解和膜结构破坏影响光合作用（Hnilickova等人，2021年；Ran等人，2021年）。

1.2.2. 生物改良剂在减轻盐碱化和重金属应力中的作用
各种生物改良方法，如生物炭、菌根真菌和促进植物生长的根际细菌（PGPR），可以通过改善土壤结构、增强土壤持水能力和提高养分吸收来减少金属毒性和盐碱化的影响。具体机制包括：
- **提高养分可用性和离子交换**：生物炭可增加土壤的阳离子交换 capacity（CEC），使植物更有效地吸收钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）等养分，从而减少盐分和有毒金属对植物的危害（Atta等人，2023年；Moon等人，2019年；Wiszniewska等人，2020年）。
- **抗氧化活性增强**：PGPR和菌根真菌能增强抗氧化酶（如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）的活性，有助于清除盐碱化和重金属应力条件下产生的活性氧（Raymond和Felix，2011年；Adedamola和Olugbenga，2016年；Moghal等人，2020年）。这些生物制剂通过清除活性氧（ROS）来帮助减轻氧化应激并提高植物的耐受性（Kaushal和Pati引用2025；Sagar等人引用2021）。1.2.2.3. 金属吸收的减少特定微生物，如PGPR，可以通过改变金属吸收途径或产生植物激素（如吲哚乙酸）来提高植物的重金属耐受性。其他微生物也通过结合或固定土壤中的重金属来发挥重要作用，从而保护植物不被吸收（Kaushal和Pati引用2025）。1.2.2.4. 土壤pH值的改变使用生物改良剂（如菌根真菌）可以改变土壤pH值，使其有利于养分的可利用性，并减少高浓度金属的毒性。土壤pH值的变化可能是由于存在大量Na+离子所致，这在盐碱土中很常见（Feng等人引用2023）。盐碱土根据电导率（EC）、pH值、交换性钠含量（ESP）和钠吸附比（SAR）大致分为三类。如表1所示，盐碱土具有高电导率（>4 dS·m?1），但pH值低于8.5，交换性钠含量和钠吸附比值较低，表明Na+的危害较小且物理结构正常。相比之下，碱土的pH值较高（>8.5），电导率低，交换性钠含量和钠吸附比值高，导致由于粘土分散而物理结构较差，渗透性降低。盐碱土同时具有这两种特性，表现出高电导率和高钠含量（SAR>13）和交换性钠含量（ESP>15），但其物理状况通常保持稳定，除非进一步盐碱化。“所有信息见表1”：表1. 受盐影响的土壤分类（Gupta等人引用2023）。下载CSV显示表1.3. 盐度对植物的影响生理、形态和生化过程（如植物发育、种子萌发以及水分和养分吸收）之间的复杂相互作用导致了盐度的影响（Akbarimoghaddam等人引用2011）。几乎所有植物发育方面都受到盐度的影响，包括萌发、营养生长和生殖活动。除了限制植物从土壤中吸收水分外，土壤盐度还会导致渗透压应激、离子毒性、养分缺乏（如氮、磷、钾、铁、钙和锌）以及氧化应激。盐度还会导致磷酸盐离子与钙离子沉淀，从而显著降低磷的吸收（Bano和Fatima引用2009）。此外，许多元素（如Cl?1、Na+和硼）对植物有特殊的负面影响。细胞壁中Na+的过度积累可能导致渗透压应激和细胞死亡。如果土壤中含有有害成分，即使盐浓度较低，易受影响的植物也可能受到影响。此外，过高的盐浓度可能会干扰养分吸收或改变养分平衡（Blaylock引用1994；Munns等人引用2002）。盐度通过卵子流产、某些组织中的程序性细胞死亡加速、小孢子发生改变以及胚胎衰老等机制对生殖系统的发育产生不利影响。这些因素共同作用，影响植物的生化和生理及分子方面的生长和发育（Munns和James引用2003；Tester和Davenport引用2003）。生长率或存活率常用于衡量植物对盐度胁迫的耐受性，因为它们反映了植物内部调节了多少不同的生理过程。在盐环境中，植物必须维持渗透平衡；否则会导致细胞失水，最终导致细胞死亡。其他可能导致生长抑制的因素还包括盐度引起的激素或光合产物向生长组织转移的干扰。当生物过程中的钾（K+）被钠（Na+）替代时，会产生离子毒性，而Cl?和Na+离子会导致蛋白质构象变化。钠不能替代钾作为许多酶所需的辅因子。tRNA与核糖体结合对于蛋白质合成至关重要，这需要高浓度的钾（Zhu引用2002）。在生殖阶段，盐度对植物发育的不利影响尤为明显。例如，暴露于100–175 mM NaCl的小麦植株表现出每穗小穗数量显著减少、生育力下降以及穗出现延迟。因此，影响细胞周期和变异的盐胁迫可能与盐度的负面后果有关。盐度通过降低周期依赖性激酶、周期蛋白的表达和活性以及暂时停止细胞周期来影响生长。根据最近的研究，盐度通过影响种子萌发、酶活性和幼苗生长来减少植物的生长和发育（Seckin, Sekmen和Turkan引用2009）。1.4. 植物耐盐性的生理机制盐度胁迫通过引起氧化损伤、养分失衡、渗透压应激和离子毒性来破坏植物的生长和生产力。为了在这种条件下生存，植物会激活一些生理机制，从而提高其对盐环境的耐受性。盐度降低了土壤的水分势，使植物更难以吸收水分。为了维持水分平衡和细胞膨胀，植物会积累甘氨酸甜菜碱、脯氨酸、可溶性糖和多元醇等渗透调节剂。这些兼容的溶质可以稳定膜和蛋白质而不干扰细胞代谢（Ashraf和Majid引用2007）。渗透调节在盐胁迫下支持气孔功能并维持细胞扩张。过量的Na+和Cl?离子会干扰细胞过程和养分平衡。耐盐植物通过以下方式维持细胞质中的高钾/钠比例：通过质膜Na+/H+反向转运蛋白排除钠（例如SOS1），通过液泡反转运蛋白将钠隔离到液泡中（例如NHX1）。这些机制可以防止有毒离子在敏感的细胞区室中积累（Munns和Tester引用2008）。盐胁迫（SS）会触发活性氧（ROS）（如羟基自由基（•OH）、过氧化氢和超氧阴离子（O2?）的过度产生。ROS会损害DNA、蛋白质和脂质，从而导致氧化应激。植物通过激活抗氧化酶（如抗坏血酸过氧化物酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶）以及非酶抗氧化剂（如谷胱甘肽和抗坏血酸）来响应（Gill和Tuteja引用2010）。植物激素在调节盐胁迫下的响应中起关键作用。脱落酸介导气孔关闭以减少水分损失，并提高应激响应基因的表达。其他激素（如茉莉酸、乙烯和水杨酸）有助于调节根系结构、抗氧化活性和离子运输（Verma, Ravindran和Kumar引用2016）。激素之间的复杂相互作用决定了植物的适应反应。盐胁迫（SS）通常会降低叶绿素含量，破坏和损害光系统II，从而导致光合效率降低和气孔导度下降。耐盐植物保持稳定的叶绿素水平、叶绿体完整性和更好的光利用效率，有助于在胁迫条件下维持生长（Parida和Das引用2005）。植物通过应激受体感知盐度，这些受体触发涉及钙离子（Ca2+）、ROS和丝裂原活化蛋白激酶的下游信号级联反应。这些信号会激活转录因子（例如NAC、WRKY和DREB），并调节负责离子运输、解毒和渗透调节物合成的基因（Zhu引用2002）。信号通路的整合对于协调适应性反应至关重要。1.4.1. 本综述的新颖性和目标本综述通过整合多种生物改良策略来综合缓解农业系统中的土壤盐度胁迫。对用于盐碱土改良的各种生物改良方法进行分类和批判性评估。讨论这些改良方法缓解盐胁迫和提高土壤健康的机制。分析不同作物在盐胁迫下对各种生物输入的响应。评估改良策略对植物生长、产量表现和生理特性的影响。2. 土壤盐度测绘和监测技术2.1. 近距离土壤 sensing（PSS）近距离 sensing涉及直接在土壤表面或附近测量盐度。常用的方法包括：PSS技术包括机械传感器、伽马射线光谱学、电磁感应（EMI）、（VNIR-DRS）、（LIBS）和用于电阻率（ER）测量的接触电极。特别适用于测量土壤盐度、土壤质地和电阻率（或导电性）的是电阻率（ER）和电磁感应传感器。电磁感应（EMI）（例如EM38）：测量表观土壤ECa以估算盐度分布。时域反射法和频域反射法：提供土壤湿度和EC的点测量值。便携式电导率仪：用于实验室或现场测量土壤提取物中的EC（例如ECe和EC1:5）。深度、湿度和土壤质地。为了测量土壤电阻率引起的电位降，ER方法使用接触电极向土壤中通电。通常需要四个电极：两个用于测量电位差（电位电极），两个用于注入电流（电流电极）。某些ER系统还包括额外的电极来测量不同深度的电位变化。随着电极间距的增加，测量的土壤体积和电流渗透深度也会增加。无需直接接触土壤，电磁感应（EMI）可以用来评估整体土壤的EC，有时也称为表观ECa，这是电阻率（ER）的倒数（Stavi, Thevs和Priori引用2021）。2.2. 遥感技术不同的遥感方法已被用于评估和监测盐碱地区的土壤盐度。这些方法提供了一种低成本的大面积土壤盐度测绘和跟踪手段。由于Sentinel 2、Landsat 8和Hyperion提供的免费多光谱图像易于获取，近年来使用遥感进行土壤盐度评估受到了广泛关注。Mougenot等人首次对盐碱土进行了全面的RS评估，重点关注土壤表面的方解石和其他盐分检测（Stavi, Thevs和Priori引用2021）。常见的系统包括：光学传感器（OS）（例如Sentinel-2和Landsat）：检测植被胁迫、表面反射异常和盐壳。热传感器（TS）：通过蒸散模式推断盐度。合成孔径雷达（SAR）：穿透云层并检测结构和土壤湿度。高光谱成像（HI）：捕获窄波段光线以更精确地识别盐碱土。在盐碱地区，盐分可能在土壤表面形成沉淀物，导致干燥季节出现盐斑、结壳、泡沫状物和裂缝。航空和卫星照片可以很容易地识别裸露土壤中的这些表面结构，因为它们突出了颜色变化并改变了表土的粗糙度（Metternicht和Zinck引用2003）。许多出版物确定了盐碱土中的关键光谱吸收带。这些波段位于可见光（450–740 nm）、近红外（NIR: 780–1,000 nm）和短波红外（1,550–1,650 nm和2,100–2,300 nm）波长范围内（Wang等人引用2019）。这些VNIR-SWIR吸收峰主要与盐晶结构中捕获的阴离子或水分子的振动状态有关（Farifteh等人引用2008）。表2总结了常用于监测盐碱土的光谱指数。表2. 用于测绘和监测土壤盐度的光谱指数。显示表3. 从不同土壤学科的角度看土壤盐度土壤盐度可以从多个角度与所有土壤学科相关联。大多数作物可以耐受低盐度水平（0–2 dS/m），但根据作物的耐受性，较高的盐度（>4 dS/m）可能导致显著的产量损失。受高盐度影响的植物还会经历不同的生理、营养和分子损伤（Sahab等人引用2021）。本节讨论了三个土壤学科及其与土壤盐度的关系；更多学科见图2。通过内生菌和根际细菌（Gupta等人引用2023）以及作为宿主植物的环境有益选择剂（Ricks, Ricks和Yannarell引用2023），土壤微生物在降低土壤盐度方面起着重要作用。植物种类、离子组成、盐度水平和土壤改良措施都会影响植物在盐胁迫下的养分吸收情况。植物吸收养分的生物有效性由土壤参数决定，包括pH值以及生物、物理和化学方面（Bouras等人引用2023；Huang等人引用2023）。这突显了植物营养和土壤肥力通过综合养分管理控制盐度的重要性（Islam等人引用2024）。从生物地球化学的角度看盐碱土中的微生物多样性和功能（Zhang等人引用2023）强调了多个土壤科学学科与土壤盐度之间的相互作用。种植能够耐盐的作物是一种有效的策略。然而，为了培育出新的抗盐品种，这是必要的（Zheng等人，Citation2023）。土壤生物地球化学通过养分循环和微生物过程降低盐分的功能现在被更详细地阐述。图2展示了土壤各子学科与盐分之间的联系（El-Ramady等人，Citation2024）。阅读该图的详细描述。

信息图《土壤盐分及其与土壤子学科的关系》探讨了盐分如何影响各个土壤科学领域。在土壤物理学中，盐分会影响团聚体、水力传导性、孔隙度和密度，从而影响水和盐的流动。土壤化学通过化学过程处理盐分。土壤微生物学研究盐分对微生物活动和结构的影响。土壤学通过生理化学性质研究导致盐渍化的因素。土壤管理考虑生物改良剂和作物选择对次生盐渍化的影响。土壤矿物学探讨矿物与主要盐渍化物质（主要是氯化钠和硫酸盐）之间的联系。土壤肥力研究营养失衡和植物中毒的问题。土壤生物地球化学强调盐分对生物地球化学过程的影响，包括化学、物理、地质和生物反应。

4. 用于盐渍土壤修复的不同类型的生物改良剂
以下是一些用于降低土壤盐分的生物改良剂清单：堆肥、生物炭（BC）、绿肥（GM）、蚯蚓堆肥（VC）、家禽粪便、促进植物生长的根瘤菌、生物肥料、压泥、菌根真菌、藻类和农家肥。

4.1 生物炭（BC）
由于生物炭具有许多农艺和环境优势——它是一种通过热解生物质制得的木炭形式——因此经常被添加到土壤中。根据所用原料的不同，生物炭可能含有不同比例的硫、氢、氮、氧和矿物质，其中碳约占其成分的70%。众所周知，生物炭对环境和经济都有益处。它通过增强土壤持水能力、降低土壤盐分和增加微生物活性来提高农业生产力（Lehmann和Joseph，Citation2015）。生物炭显著影响土壤pH值，增加阳离子交换容量（CEC），提高磷的可用性，并固碳。它还能改善土壤肥力（Isimikalu等人，Citation2022）以及孔隙度和土壤通气性（Major等人，Citation2010；Rasa等人，Citation2018）。生物炭通过改善根际的生物环境促进土壤酶活性和微生物生长（Dahlawi等人，Citation2018）。此外，生物炭通过促进土壤微孔中的养分保留来提高植物对养分的吸收（Kocsis等人，Citation2020）。通过替代土壤可交换位点上的钠离子（Na+），降低钠吸附比，并减少氯化钠引起的氧化应激，生物炭能有效降低土壤盐分。由于其通常含有氢氧化物、碳酸盐和氧化物，生物炭特别适合固定受污染土壤中的重金属如铅和镉。它也是一种很好的稳定剂和养分保护剂（Hannan等人，Citation2021）。生物炭的应用见图3a、b和表3。图3a显示了生物炭对盐分条件下作物和土壤的影响（Irin和Hasanuzzaman，Citation2024）。阅读该图的详细描述。这些效果包括减少渗透胁迫、释放必需离子、高吸附能力和吸附有毒离子。这些都有助于增加土壤含水量，减少植物受到的胁迫，降低蒸腾作用带来的水分损失，提高养分可用性并保持叶片坚挺。每种效果都与生物炭的高CEC和孔隙度这一核心特性有关。

图3b显示了生物炭（包括纳米形式）与其他添加剂结合使用后，可以减轻受盐害土壤中的植物压力（Wu，Citation2023）。阅读该图的详细描述。信息图《生物炭（BC）在盐胁迫下支持作物》分为三个部分：首先列出生物炭的组合，如生物炭与肥料、钛石膏、含S/Ca或Fe的改性生物炭、含腐殖酸的硅改性生物炭、基于生物炭的纳米复合材料、山梨醇和聚丙烯酰胺；其次详细介绍了普通生物炭在盐碱条件下的作用，如减少渗透胁迫、清除活性氧、增强抗氧化酶、改善养分吸收和促进激素调节；最后描述了纳米生物炭的影响，包括维持活性氧平衡、提高钾的保持能力、排除钠、减少一氧化氮的产生和降低脂氧合酶活性。图中展示了生物炭、植物以及在盐胁迫下的钙、钾、硫酸盐、镁、钠和氯化物等改良剂。

表3展示了生物炭在土壤和作物盐分修复中的应用。

4.2 绿肥（GM）
绿肥是指种植特定的覆盖作物并将其混入土壤中以提高肥力和降低盐分的方法。这些作物能增强土壤中的微生物活动和有机质（Singh等人，Citation2009）。绿肥作物是指专门用于增加或修复土壤有机质（OM）含量的作物。“绿肥”是指在耕作系统中使用绿肥作物。可以通过两种方式获得：一种是在原地种植绿肥作物；另一种是从田间、荒地或森林中收获绿色叶片和藤蔓（异地）。在孟加拉国，dhaincha（Sesbania aculeata）是最常用的绿肥作物。它非常适合水稻种植系统，是一种耐旱和耐洪的绿肥作物，适应不同的土壤和气候条件（Irin和Biswas，Citation2020；Irin等人，Citation2022）。绿肥的应用见图4和表4。图4显示了绿肥作物在盐分条件下对土壤和作物的影响（Irin和Hasanuzzaman，Citation2024）。图中显示，绿肥作物通过根瘤菌固定大气中的氮。右侧展示了异养细菌在有机物质矿化过程中产生的有机酸，增加了钙和碳酸盐矿物的溶解度以及土壤溶液中的钙离子含量。左侧显示，分解过程增加了土壤中的二氧化碳和有机酸压力，通过淋溶盐分使根区无盐化，为土壤微生物创造了有利的环境，并提高了微量和大量养分的可用性。此外，绿肥作物还作为絮凝剂结合土壤颗粒，减少土壤中的钠含量。

4.3 堆肥
堆肥是回收利用的有机废物，用作肥料和土壤改良剂。在此过程中，有机废物、动物粪便、食物残渣和植物废弃物会自然分解。最终产物富含养分，有助于保持土壤湿度、改善土壤结构，并为植物提供所需的养分。通过堆肥处理垃圾，减少了填埋场的有机废物量，从而提高了废物管理和环境可持续性。堆肥改善了土壤结构，增加了微生物活性，并促进了盐分排水（Tejada、García-Martínez和Parrado，Citation2009）。由于堆肥改变了土壤性质，它提高了作物生产的土壤肥力。此外，它还能减轻氧化应激，促进光合作用速率，增强作物生长，并提高叶绿素含量（Oo、Iwai和Saenjan，Citation2015；Savy等人，Citation2022）。Ahmed等人（Citation2021）使用廉价的水葫芦堆肥改良退化的盐碱土壤并提高了作物产量。堆肥家禽粪便可以迅速将其转化为生物肥料，消除病原体、重金属（HMs）和有害化学物质（Cui等人，Citation2021；Wang等人，Citation2023）。表5展示了堆肥的应用。“分解植物材料时可能会释放盐分”。堆肥施用于土壤可能导致土壤盐分升高，因此在盐分问题严重的地区施用时应特别注意堆肥材料的盐分含量。

4.4 蚯蚓堆肥（VC）
蚯蚓堆肥是由蚯蚓分解有机废物制成的。它含有丰富的养分，有助于促进植物生长、降低盐分并增强土壤结构。蚯蚓堆肥由蚯蚓将有机废物转化为富含养分的肥料。它含有多种植物所需的养分，并通过作为生物吸附剂来减少盐分的不良影响（Arancon等人，Citation2004；Tammam等人，Citation2023）。蚯蚓分解有机废物产生蚯蚓堆肥（VC），其中包含多种促进植物生长的化合物，包括微量和大量养分、酶和激素，还具有抗逆作用。蚯蚓堆肥（VC）中的酶，如富里酸和腐殖酸，改善了土壤的生物物理性质，从而促进植物生长和生产力。蚯蚓堆肥的两种重要副产品是蚯蚓堆肥渗滤液（VCL）和蚯蚓洗涤液（VW）：VW是一种透明的淡黄色液体，由水流经蚯蚓排泄物柱形成，含有黏液分泌物和降解有机物质中的微量养分；Khan等人（Citation2022）指出，蔬菜废弃物可作为有机肥料使用。VCL则是水从腐烂固体中流出的液体。研究表明，稀释后作为土壤淋洗液使用的VCL是一种环保的蚯蚓堆肥衍生物，可以减轻盐分对豆类幼苗的负面影响。VCL和VW都显示能缓解氧化应激、促进蛋白质积累、根系和茎部生长以及种子发芽。此外，VCL通过增加抗氧化酶活性、减少电解质渗漏和光合作用效率来减轻盐分胁迫的影响。在多种植物品种中，蚯蚓堆肥已被证明可以改善幼苗出苗和生长，同时降低盐分毒性。通过降低EC和BD值、提高CEC、饱和水力传导性和土壤有机质含量，蚯蚓堆肥还能改善盐渍土壤（Hoque等人，Citation2022）。图5a和b以及表5展示了蚯蚓堆肥的应用。图5a显示了VW、蚯蚓堆肥、植物生长促进剂（PGPR）和生物炭对植物的压力缓解作用（Hoque等人，Citation2022）。阅读该图的详细描述。左侧显示了盐分对植物的影响，包括渗透胁迫、离子和养分失衡、氧化应激、基因表达改变以及植物生长和产量的下降；右侧详细介绍了生物改良剂如何缓解这些压力：VC和VW有助于维持离子平衡、减少渗透和氧化应激、增强抗氧化酶活性、提高光合色素和脯氨酸、糖类及酚类黄酮的积累。生物炭调节光合作用机制，增强结瘤作用、矿物质平衡、光合作用、蒸腾速率和植物激素合成；PGPR调节离子平衡，增加抗氧化酶活性，减少活性氧生成，增加次级代谢产物的积累并促进植物激素合成。

4.5
综上所述，种植耐盐作物是一种有效的策略，但为了培育新的抗盐品种，还需要通过土壤生物地球化学方法来降低盐分。**糖用甜菜压泥（PM）**
“糖用甜菜压泥是从处理甜菜过程中产生的副产品，因其营养成分而被广泛用于土壤改良。”这种物质能够增加土壤有机质（SOM），并为微生物群落的生长创造有利环境，从而提高作物产量和土壤肥力。除了作为重要的营养来源外，压泥还能增强膜完整性，促进植物根部对养分的吸收，并改善渗透保护功能（Chattha等人，2021年；Khan等人，2022年）。图6展示了压泥的应用效果。当与其他有机改良剂结合使用时，压泥有助于在盐碱化和退化土壤中实现可持续的土壤肥力管理（Ahmed等人，2023年；Budiyanto，2021年；Dotaniya等人，2023年）。该图说明了压泥对作物和盐碱条件下土壤的影响（Irin和Hasanuzzaman，2024年）。

**禽粪（PM）**
禽粪是由火鸡、鸭子等家禽产生的有机废弃物，含有羽毛、粪便、溢出的饲料、尿液以及垫料（如稻草或锯末）。由于其高养分含量（尤其是氮、磷、钾），禽粪被视为最富营养的有机肥料之一。禽粪能够提供植物生长所需的养分，增强膜完整性，提高水分保持能力，并促进根部蛋白质合成（Collins等人，1999年；Patterson, Lorenz和Weaver，1998年）。定期施用禽粪可以改善土壤结构、水分保持能力和通气性，尤其是在沙质或退化土壤中（Agegnehu等人，2016年）。此外，禽粪还能增加有益土壤微生物的数量，有益于根系健康和养分循环。由于含有丰富的宏量和微量养分，禽粪可用作提高土壤肥力的有机资源。盐碱土壤常通过添加富含氮的禽粪来进行改良（Leithy等人，2009年）。许多研究表明，禽粪能改善土壤的生物和理化性质，减轻盐分对多种植物的不利影响（Celestina等人，2019年）。

**农家肥（FYM）**
农家肥可以经过堆肥处理，也可以不经堆肥。它可以来源于奶牛、绵羊或猪等其他动物。堆肥后的农家肥含有氮、磷、钾等养分，有助于提高土壤肥力和质量（Mockeviciene等人，2022年）。在受污染的农业环境中，农家肥与生物炭等材料一起使用，可以降低有害金属在土壤中的生物可利用性，保持植物活力（Saleem等人，2024年）。

**腐殖质（HS）**
腐殖质是由植物和动物物质经微生物分解形成的复杂有机化合物，是土壤有机质的主要组成部分。它们在提高养分有效性、改善土壤结构、减轻环境压力（如盐碱或干旱）、增强微生物活性以及促进植物生长方面发挥关键作用（Canellas和Olivares等人，2014年；Ouni等人，2014年；Suddarth等人，2019年）。腐殖质能够增强养分吸收、改善土壤结构并减少盐分危害（Nardi等人，2002年）。研究表明，腐殖质可作为植物生长促进剂，通过多种方式改善农业土壤，如增加微生物活性、提高养分保持能力和水分保持能力（Gulser等人，2010年；Nardi等人，2002年；Pizzeghello等人，2013年）。在非粘土质、干燥或沙质土壤中，腐殖质能显著减少水分蒸发并促进植物对水分的吸收。腐殖质还能促进某些矿物质转化为植物可利用的形式。研究表明，腐殖酸的存在可提高磷的有效性（Delgado等人，2002年；Guppy等人，2005年；Hua等人，2008年）。

**丛枝菌根真菌（AMF）**
丛枝菌根真菌通过与植物根系形成共生关系，提高植物对盐分的耐受性并增强养分和水分吸收（Evelin等人，2009年）。丛枝菌根真菌是一种可靠且可持续的生物 inoculants，能显著提升植物对养分的吸收。它们在研究植物-土壤-大气相互作用方面具有很大潜力（Bhantana等人，2021年；Yilmaz和Karik，2022年）。丛枝菌根真菌在多种共生系统中发挥重要作用，如增强抗病性和抗旱性、调节根系代谢和生理过程、提高植物耐盐性和抗逆性（Ali等人，2022年；Begum等人，2019年）。

**促生根际细菌（PGPR）**
促生根际细菌作为环保型农药替代品，在农业生产中用于作物保护和生长促进。它们通过产生多种有益物质（如胞外聚合物、植物激素、挥发性化合物等）帮助植物耐受盐分（Gao等人，2022年）。多项研究表明，促生根际细菌能通过提供氮、磷、钾、生长素、细胞分裂素和脱落酸等养分，减轻盐分对植物的影响（Kumawat等人，2021年）。例如，Enterobacter cloacae、Pseudomonas fluorescens和Bacillus pumilus等菌株可在盐碱环境中提高作物生长和产量。

**生物肥料**
生物肥料包含活的微生物细胞，能将难利用的养分转化为植物可利用的形式（Hegde等人，1999年；Vessey，2003年）。研究表明，生物肥料有助于提高植物耐盐性，例如通过增加叶绿素含量和降低脯氨酸水平来减轻盐分对小麦幼苗的负面影响（Riesty和Siswanti，2021年）。

综上所述，这些有机改良剂通过多种机制改善土壤结构和植物生长，从而在农业中发挥重要作用。通过增强形态特征、相对含水量（RWC）、叶绿素b、叶绿素a、总叶绿素含量和精油产量，生物肥料（BFs）提高了薰衣草对盐胁迫的抵抗力（Khatami等人，引用2022年）。此外，BFs不仅在减少盐度的负面影响方面表现出色，还被证明可以提高小麦、黄色百香果（Passiflora edulis）、秋葵、玉米、豇豆和橄榄等作物的生长、产量以及微量和常量营养元素的含量。BF的应用降低了黄色百香果的盐胁迫，并增强了其产量、侧枝分化和生长速度（Souza等人，引用2016年）。同样，尽管BFs减轻了盐分的危害，但在番木瓜和橄榄植株中，它们还促进了生长、生物量增加、根际的渗透调节以及微生物活性（De Lima-Neto等人，引用2015年；El-Shazly和Ghieth，引用2019年）。在生菜、红花和豇豆中，BFs还降低了（H2O2）和（MDA）的水平，同时通过上调（POX）、（SOD）和过氧化氢酶（CAT）提高了抗氧化活性。Al-Taey和Majid（引用2018年）的研究观察到，在高盐胁迫下，生菜中的POD、CAT、SOD和MDA活性有所升高。表7. 用于缓解土壤盐碱化的生物肥料（BF）。

由于植物和微生物生长受限，干旱和半干旱地区的土壤有机质含量自然较低，一般在0.1%到3%之间（Scotti等人，引用2015年）。这使得作物更难以抵御营养不平衡、土壤盐碱化和水分胁迫（Leogrande和Vitti，引用2019年）。多项研究表明，使用藻类残渣作为养分和有机质的来源对植物生长和表现有许多积极影响，如提高对抗非生物和生物胁迫的能力、促进种子早期发芽以及增加作物产量（Saadaoui等人，引用2019年）。由于藻类残渣提供了阳离子交换位点，它们可以降低电导率（EC），并通过用其他阳离子置换Na+来减少盐离子（El-Shakweer、El-Sayad和Ewees，引用2008年）。通过添加浮石（PU）和/或藻类（AL）与沙质土壤结合，可以缓解盐渍水灌溉对紫花苜蓿（Medicago sativa L.，Kaituna superstrike）生长的影响。紫花苜蓿是全球最重要的豆科牧草之一，在干旱地区广泛种植，但对其盐碱具有一定的敏感性（Maas和Hoffman，引用1977年；Zhang等人，引用2019年）。

5. 结论
全球土壤盐碱化问题日益严重，这是影响农业产量的主要障碍，尤其是在淡水资源稀缺的干旱地区，气候变化进一步加剧了这一问题。生物处理已成为减轻盐碱对作物负面影响、提高土壤肥力及增加农业产量的有效方法。本文献综述探讨了不同的生物改良剂，包括生物炭、菌根真菌、促进植物生长的根际细菌（PGPR）和绿肥，以及这些改良剂如何增强植物对盐胁迫的耐受性。生物改良剂具有多个优势，例如它们能够改善土壤的物理化学性质，如保水能力、养分保持能力和有机质含量。除了通过提高土壤孔隙度和渗透水量来减少盐碱影响外，这些改变还有助于克服土壤中过量盐分引起的氧化应激。此外，生物改良剂还能提高抗氧化剂和酶的效率，调节离子平衡，并有助于吸收钾、钙和镁等重要矿物质，从而促进盐胁迫环境下的植物生长。然而，生物改良剂的成功率并不适用于所有作物类型和地点。针对特定作物类型进行有效的生物改良剂管理至关重要。需要充分考虑土壤盐碱化程度、作物的耐盐性以及生物改良剂的类型。例如，耐盐作物如小麦、大麦和高粱的反应可能会与敏感作物如番茄、水稻和玉米不同。因此，未来的研究应针对不同作物的需求进行生物改良剂的应用设计，考虑其基因结构、生长模式和抗逆机制。此外，还需要研究生物改良剂与其他农作活动（如灌溉和施肥）之间的相互作用。将生物改良剂与其他可持续农业技术结合使用，可以实现最大的效益。尽管存在成功潜力，但在大规模农业应用中也可能出现问题，需要更多的实际田间研究来验证其效果。同时，还需要政策支持，制定相关指南和规范，鼓励农民在农业中采用生物改良剂。鉴于农业行业需要可持续地为不断增长的人口提供食物，使用生物改良剂可能是应对土壤盐碱化挑战的有效途径。建议未来的研究应探讨生物改良剂的作用机制、正确应用方法及其可持续性。精准农业技术结合适当的农业实践将在盐碱化严重的地区发挥重要作用，提高农业生产率。总之，生物改良剂是改善盐渍土壤管理方式、促进作物生长和实现环境可持续性的关键。随着我们对生物改良剂在盐碱胁迫中作用机制的了解不断深入，我们将能够开发出更有效的作物生产管理方法。在盐碱缓解中应用生物改良剂将通过创新、合作和深入研究确定可持续农业的发展方向。

5.1. 未来展望与建议
鉴于气候变化和土壤退化等全球性问题日益严重，可持续农业的重要性愈发凸显。在当前面临的各种环境问题中，土壤盐碱化对作物生产和土壤健康构成了巨大威胁。使用生物改良剂（如生物炭、菌根真菌、PGPR和有机肥料）在缓解盐碱对作物生产的影响方面显示出巨大潜力。然而，为了优化生物改良剂在盐碱土壤中的使用效果，还需要进一步研究多种可能性和建议：
- **优化应用技术**：未来的研究应致力于改进生物改良剂的应用方法，以实现最佳效果，这包括确定最佳的施用时间、剂量和方式，这些因素取决于所种植的作物类型和土壤性质。精准农业技术（如传感器和无人机）也可能具有积极作用。
- **作物特定管理策略**：没有一种通用方法适用于所有情况来应对土壤盐碱化问题，需要针对不同作物类型制定相应的管理策略。例如，大麦和小麦可能需要与其他改良剂组合或调整用量，而番茄或水稻等不耐盐的作物则需要不同的改良措施。
- **研究协同效应**：探索生物改良剂与其他农业系统（如水分管理、轮作和有机农业）之间的相互作用，以寻找协同效应。
- **环境影响与可持续性**：虽然生物改良剂在应对土壤盐碱化方面具有明显优势，但在未来研究中必须更仔细地考虑其对环境的影响，特别是其在恢复土壤、固碳和影响土壤微生物方面的能力，同时确保其不会对环境产生不利影响。
- **生物技术和基因工程**：可以考虑利用基因工程和生物技术提高生物改良剂的效力。例如，通过基因工程改进PGPR可以增强其在盐渍土壤中的促生长效果；未来还可以研究培育能够更有效利用生物改良剂的转基因植物。
- **国际合作与知识共享**：为了促进全球范围内生物改良剂的广泛应用，需要国际合作，制定最佳实践指南，并分享不同环境下的应用研究结果。

5.2. 生物改良剂的局限性和潜在风险
尽管生物改良剂（如堆肥、生物炭、PGPR、蚯蚓堆肥和AMF）在缓解土壤盐碱化和提高作物生产力方面具有良好潜力，但其使用也存在挑战和风险：
- **田间条件下效果不稳定**：许多生物改良剂的效果受土壤类型、气候条件和植物种类及当地微生物群落的影响，在控制条件下观察到的结果往往无法直接应用于露天条件，因为多种生物和非生物因素会影响其效果。
- **短期效益与长期效果**：某些改良剂（如堆肥和粪肥）可能提供短期养分补充，但在盐渍土壤中会迅速降解；而生物炭则可能在土壤中留存更长时间，但其作用机制会随时间变化。
- **微生物竞争与生态破坏**：引入外部微生物联盟（如PGPR或AMF）可能会与本土微生物竞争，干扰现有土壤微生物群落，从而影响生态平衡和养分循环。
- **病原体引入风险**：处理不当的有机材料或受污染的改良剂可能将植物或人类病原体带入土壤，威胁作物健康和食品安全。
- **重金属积累**：某些生物改良剂（如生物炭或污泥堆肥）可能含有微量重金属（如镉、铅和锌），这些重金属会在土壤中逐渐积累，对土壤健康和地下水质造成潜在风险。