《Food and Energy Security》：Biochar Improves Plant Vigor and Defense Response to Green Peach Aphid Myzus persicae in Hydroponic Lettuce (Lactuca sativa)
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生物炭（BC）作为一种可持续农业改良剂，在改善土壤健康、促进植物生长和抑制害虫方面日益受到认可。尽管其应用已在传统土壤农业生态系统中得到广泛优化，但在水培（尤其是液体配方）中的表现仍基本未被探索。BC原料、热解参数、施用方法和施用率的变异性要求对其进行优化，以
生物炭（BC）作为一种可持续农业改良剂，在改善土壤健康、促进植物生长和抑制害虫方面日益受到认可。尽管其应用已在传统土壤农业生态系统中得到广泛优化，但在水培（尤其是液体配方）中的表现仍基本未被探索。BC原料、热解参数、施用方法和施用率的变异性要求对其进行优化，以最大化效益，同时避免对植物和有益生物产生非预期影响。在本研究中，研究人员评估了在以岩棉为基础的水培生菜（Lactuca sativa）系统中，松木衍生液体BC对桃蚜（GPA）（Myzus persicae）取食的浓度依赖性效应。种子在水中发芽14天后，幼苗接受0%（对照）、1%、5%和10% BC浓度的底部灌溉，并评估了植物生长参数、生理性状和蚜虫表现。研究结果表明，与其他浓度相比，单次施用5%液体BC改良剂可增强早期幼苗活力，并对蚜虫表现产生不利影响。总体而言，本研究的结果共同表明，5% BC介导的基质改良是水培生菜生产中管理GPA的最佳浓度。蚜虫表现下降，并明显偏好避开接受5% BC处理的植物。本研究结果具有探索性，表明此处观察到的松木BC效应具有浓度依赖性，且仅限于单一基质和植物物种，这强调了系统优化BC使用以充分发挥其在可持续作物生产和害虫控制方面潜力的重要性。
本研究以水培生菜（Lactuca sativa）为对象，探讨了松木衍生液体生物炭（BC）作为基质改良剂对植物生长和桃蚜（GPA, Myzus persicae）种群抑制的潜力。传统土壤系统中BC已证实可改善土壤健康、促进生长并抑制害虫，但在水培（尤其是液体配方）中的研究仍处于起步阶段。水培环境虽提供全年生产和优化条件，但易受蚜虫等刺吸式害虫侵袭，且化学防治面临抗药性和残留风险。因此，亟需探索非化学的可持续管理策略。本研究旨在确定BC的最佳施用量，并评估其对GPA的抑制作用，为水培中BC整合害虫管理提供基础参数。研究人员假设BC施用会影响生菜生长和GPA表现，但机制需进一步验证。论文发表在《Food and Energy Security》。
**关键技术方法**：GPA种群在卷心菜（Brassica oleracea var. Joychoi）上于生长室（24°C，16小时光照）饲养（来源：阿肯色大学费耶特维尔分校）。生菜品种（Lactuca sativa L. var. Crispenza，Enza Zaden，北美）种子在岩棉塞中发芽14天。BC为南方黄松衍生液体BC（Naked Char 5M Liquid Biochar，美国生物炭公司，粒径5 μm）。幼苗经底部灌溉（0%、1%、5%、10% BC浓度）处理7天后，移植至深水培养（DWC）循环水培系统（营养液EC 2±0.1 mS/cm，pH 5.8±0.1）。测量指标包括：叶数、叶宽、叶绿素含量（SPAD）、光合作用参数（LI-6400/XT）、叶氮/蛋白含量（杜马斯燃烧法）、根形态（WinRHIZO）、蚜虫种群密度（96小时和288小时）及叶盘选择实验。
**研究结果**：
### 3.1 生物炭底部灌溉7天后的植物响应
通过7天BC底部灌溉后，叶绿素含量（R2=0.247，p<0.001）、叶数（R2=0.173，p=0.0007）和叶宽（R2=0.413，p<0.0001）均与BC浓度呈显著二次曲线关系，5% BC处理下峰值最高，表明中间浓度具有最佳促进效果。
### 3.2 移植至DWC系统7天后的植物响应
移植后，叶数（R2=0.2046，p<0.0002）和叶宽（R2=0.5035，p<0.0001）仍保持显著二次曲线关系，最大值仍在5% BC处理。叶绿素含量不再显著（p=0.0543）。
### 3.3 植物生理响应
20天后，光合速率（p=0.782）、气孔导度（p=0.281）和胞间CO?浓度（p=0.676）与BC浓度无显著关系。蒸腾速率（R2=0.374，p=0.0005）呈显著负线性关系，随BC浓度增加而下降。
### 3.4 叶片营养组成
叶氮和蛋白含量随BC浓度增加整体下降，5% BC处理较对照分别下降4.49%和4.22%，低于1%和10%处理的6%-13%降幅。
### 3.5 生物量响应
总鲜叶生物量（p=0.2394）与BC浓度无显著关系。根生物量呈边缘显著负线性关系（p=0.0505）。
### 3.6 根形态与结构
根长（R2=0.765，p<0.0001）呈显著二次曲线关系，5% BC处理最长。根分叉数（R2=0.167，p=0.047）随BC浓度增加线性增加。根尖数、细根总长、表面积和体积无显著关系。
### 3.7 蚜虫种群与取食偏好
蚜虫引入后96小时（χ2=16.7198，p=0.0008）和288小时（χ2=10.54，p=0.0145），5% BC处理植株上蚜虫数量显著低于其他处理。叶盘选择实验显示，蚜虫显著避开5% BC处理叶片（χ2=10.8，p=0.001015）。
**讨论与结论**：5% BC处理在幼株生长早期表现出最佳促进效果，且抑制蚜虫种群和偏好。虽然叶氮/蛋白含量下降，但最强的蚜虫抑制出现在5%而非最高浓度，表明营养变化并非唯一原因，可能涉及植物防御相关化合物和挥发物等机制。研究结论翻译如下：本研究评估了岩棉基质中掺入液体BC对水培DWC系统中生菜生长、根系发育、生理及GPA响应的影响。在所评估浓度中，5%液体BC处理持续产生最有利的响应，包括增强早期植物生长、增加叶宽、提高叶绿素含量、改善根长，以及降低蚜虫丰度和宿主偏好。蚜虫抑制在5% BC浓度下最强，而超过此浓度并未提供额外效益，甚至可能降低效果。尽管叶氮和蛋白含量随BC浓度增加整体下降，但最强蚜虫抑制发生在5% BC而非最高浓度，表明叶片营养质量变化本身不足以解释观察到的蚜虫响应，BC可能通过影响多种植物介导因子来调节蚜虫表现和宿主选择，这需要进一步研究。综上，5%液体BC改良岩棉基质具有作为可持续工具改善水培生菜生产并降低蚜虫压力的潜力，但机制仍需阐明。
