经过酸性改性的生物炭通过调节根际土壤特性和根系性状，提高了甜菜对盐碱环境的耐受性

《Rhizosphere》：Acid-modified biochar enhances salt-alkali tolerance in sugar beet by regulating rhizosphere soil properties and root traits

　　

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  酸改性的生物炭能增强盐碱土的多功能性。
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  不同的离子和碳路径调节着土壤与植物的相互作用。
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  硫酸改性的生物炭通过离子调节促进根系生长。
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  柠檬酸改性的生物炭提高了微生物对碳的利用能力和微生物网络的稳定性。
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  微生物网络的稳定性有助于植物适应盐胁迫。

引言

可持续农业发展受到全球土壤盐碱化日益严重的限制。据估计，全球约有0.8-10亿公顷的土地受到不同程度的盐碱化影响，这占潜在耕地总面积的近20%，而且这一面积还在不断扩大（Mishra等人，2023年；Cui等人，2025年）。在中国，盐碱土面积接近1亿公顷，广泛分布于东北地区、华北地区和新疆地区（Ullah等人，2022年）。盐碱胁迫通过离子毒性、营养失衡和渗透压胁迫损害作物生长，这些影响首先表现在根系水平（Dang等人，2025年）。甜菜（Beta vulgaris L.）是东北地区和新疆盐碱地区的重要糖料作物。然而，幼苗期的根系发育尚未完全建立，使得幼苗对盐离子毒性、渗透压胁迫和高pH值条件特别敏感。东北地区的钠盐碱土通常具有高pH值、HCO₃^-/CO₃^2-胁迫以及Na⁺积累的特点（Zou等人，2017年），而新疆一些灌溉地区的盐碱化土壤则常伴有硫酸盐/氯盐的积累和水分-盐分的迁移（Wu等人，2013年）。土壤盐碱化会导致幼苗出苗不均、抑制根系生长、减少根际养分可用性，并抑制土壤微生物活性，从而成为制约甜菜产业发展的关键瓶颈（Liu等人，2022年）。

生物炭因其改善土壤结构和根际环境质量的潜力而受到关注（Shang等人，2023年）。由于其多孔结构和较大的表面积，生物炭能增强土壤保水能力并调节钠的分布，从而减轻根系的渗透压和离子胁迫（Gu等人，2022年）。此外，生物炭表面的功能基团丰富的特性有利于微生物在根际的定植和增殖，促进碳和氮的循环，并提高养分吸收效率（Zheng等人，2017年）。然而，原始生物炭的一个主要局限性是其活性表面位点和矿物吸附能力相对较低，这限制了其在调节离子组成和刺激微生物过程方面的效果（Xu等人，2022年）。不过，酸改性的生物炭通过脱灰处理可以暴露出更多的孔结构，显著增加反应性功能基团和比表面积，从而提高其吸附和固定离子（如Na⁺和Cl^-）的能力（Zhang等人，2025a）。在不同的改性方法中，无机酸主要通过强酸脱灰来增加孔隙度和表面积（Hawryluk-Sidoruk等人，2024年），而有机酸则倾向于与金属离子形成 complexes 并引入弱酸性功能基团，从而刺激微生物活性（Cao等人，2024a）。这些不同的改性途径为改善盐碱土和促进植物生长提供了不同的策略。

生物炭对土壤微生物群落有显著影响。研究表明，在盐碱条件下，生物炭可以通过调节土壤pH值和离子组成对微生物产生养分限制，同时为促进植物生长和耐盐的微生物提供栖息地，从而改变关键功能基团的相对丰度（Asiloglu，2022年）。这些微生物反应表现出明显的异质性，取决于作物种类、盐度水平和应用场景（Palansooriya等人，2019年）。例如，在施用碱性生物炭后，与有机物分解相关的细菌群落通常会得到富集；然而，当施用酸改性的生物炭时，这种趋势会有所不同（Yu等人，2021年；Liu等人，2024年）。的功能潜力的变化也可能由微生物群落组成的变化驱动。作为植物根际微环境的核心组成部分，根际微生物是土壤多功能性的关键生物指标（Zheng等人，2022年）。然而，与整体土壤研究相比，针对根-土界面的系统性研究仍较为有限。具体来说，目前仍缺乏关于生物炭如何在根际尺度上调节微生物群落结构、其功能潜力及其与植物表型耦合的机制见解。解决这些空白对于解释生物炭在盐碱胁迫下的植物-土壤-微生物相互作用中的作用非常重要。

在这里，我们关注了盐碱条件下的甜菜根际，并研究了两种由无机酸和有机酸改性的生物炭。系统评估了这两种生物炭对土壤性质、根际微生物群落结构以及幼苗生理反应的影响。因此，本研究提出了以下研究目标：比较不同酸改性生物炭对根系生长和生理指标的影响；评估它们对盐碱土性质和酶活性的调节作用；分析根际细菌和真菌群落的变化及其与土壤-根系特征的关联。最终目标是确定有效的改性策略，以增强盐碱土中的甜菜生产，为受盐影响的农业生态系统的改良措施提供依据。

章节摘录

实验地点和处理

本研究在中国哈尔滨的国家糖料作物改良中心的人工气候室内进行，使用的是该中心提供的Beta vulgaris L. HD-2品种。所用土壤取自中国黑龙江省大庆市召远县的盐碱农田（45°23′ N, 123°47′ E）。移除了表层土壤（0-5 cm），然后采集了5-20 cm深的土壤样本。在使用前，样本经过了充分均质化、风干和筛分（2 mm尼龙筛）。

酸改性生物炭对甜菜根系生长的影响

盐碱胁迫显著抑制了甜菜的生长，而酸改性生物炭的施用显著促进了甜菜幼苗的根系发育（图1A）。与对照组（CK）相比，所有改性生物炭处理组的根系形态特征都有不同程度的改善。其中，硫酸改性的生物炭（BS，无机酸）使总根长和根体积分别增加了138.41%和525.92%。相比之下，柠檬酸改性的生物炭...

讨论

本研究评估了用不同酸改性的玉米秸秆生物炭对盐碱条件下甜菜根系生理特性、根际土壤性质和微生物群落特征的影响。结果表明，与未改性的生物炭相比，大多数酸改性处理显著促进了根系生长和干物质积累，其中硫酸改性的生物炭效果最为显著。

结论

本研究比较了甜菜幼苗和根际环境对不同酸改性生物炭的反应。结果显示，酸改性的生物炭总体上优于未改性的生物炭，BS和BCA表现出不同的但互补的调节作用。此外，BS在促进根系生物量和减轻氧化损伤方面更有效，而BCA在提高土壤有机质含量方面表现突出。

CRediT作者贡献声明

赵传合：撰写 – 审稿与编辑。黄建华：撰写 – 审稿与编辑。张建宇：撰写 – 原初稿撰写、验证、正式分析。宋白权：监督、资源提供、调查、概念构建。穆罕默德·法希姆·阿迪尔：撰写 – 审稿与编辑。穆罕默德·伊什法克：撰写 – 审稿与编辑。

数据可用性声明

数据可应要求提供。

利益冲突声明

无利益冲突。

资助信息

本研究得到了黑龙江省自然科学基金（PL2025C082）、中国农业研究系统（CARS-17, CARS-52）、国家关键技术研究发展计划（2025YFF1000400）以及黑龙江省“双一流”学科新一轮协同创新成果项目的支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报道工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢中国哈尔滨的国家糖料作物改良中心的栽培技术团队，以及黑龙江大学提供的额外支持，感谢他们在试验计划、日常栽培、实施和分析方面的协助。

Jianyu Zhang|Zhanhua Huang|Chuanhe Zhao|Muhammad Ishfaq|Muhammad Faheem Adil|Baiquan Song