《Bioresource Technology》：Biochar-silkworm excrement co-compost alleviates
Rehmannia glutinosa continuous cropping obstacles with coordinated soil, plant, and rhizosphere bacterial responses
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•生物炭提高了堆肥的总氮含量和腐熟度。•添加9%的生物炭可生产出品质最优的蚕粪堆肥。•施用3%生物炭-蚕粪堆肥使R. glutinosa产量提高了85.8%•3%生物炭-蚕粪堆肥改善了土壤养分并增强了根际细菌群落结构。引言玄参（R. glutinosa）是最广泛使用的药用草本
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生物炭提高了堆肥的总氮含量和腐熟度。
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添加9%的生物炭可生产出品质最优的蚕粪堆肥。
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施用3%生物炭-蚕粪堆肥使R. glutinosa产量提高了85.8%
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3%生物炭-蚕粪堆肥改善了土壤养分并增强了根际细菌群落结构。
引言
玄参（R. glutinosa）是最广泛使用的药用草本之一。其块根富含环烯醚萜苷和苯乙醇苷等生物活性成分，具有低血糖、降压、抗炎等多种药理活性（Shu等人，2023）。然而，连作障碍已成为限制玄参产业可持续发展的主要瓶颈。连作障碍是指在同一田块连续种植相同或近缘作物，导致作物生长发育异常并伴随产量显著下降的农业现象（Anonymous，2025a；Chen等人，2022；Wang等人，2024a）。已有文献报道，约70%的中药材受到连作障碍的影响（Liao和Xia，2024）。对于玄参而言，连作不仅加剧了土传病害和虫害的发生，使产量降低超过60%（Qin等人，2024；Zhao等人，2024a），而且首次收获后需要8-10年的长闲置期才能重新种植，严重限制了主产区的大规模栽培（Zhang等人，2020）。玄参连作障碍的出现由"土壤-植物-微生物"系统的协同变化所驱动，关键因素包括微生物对土壤养分的消耗、群落组成的改变以及化感化合物的积累（Anonymous，2025b；Hu等人，2018）。中药材的长期连作导致土壤矿质养分耗竭，从而破坏土壤肥力和养分循环（Zhou等人，2019）。同时，连作还引起土壤微生物群落失调，表现为有益菌（如酸杆菌门和α-变形菌门）丰度降低，以及镰刀菌等病原菌的大量增殖，从而增加土传病害的风险（Wang等人，2022）。目前用于缓解玄参连作障碍的策略，包括施肥、轮作和土壤熏蒸，往往成本高昂，且可能导致土壤板结和生态退化等二次问题（Anonymous，2025a；Mudare等人，2025）。因此，开发绿色可持续的连作障碍缓解方法已成为当务之急。
蚕粪是蚕桑产业的主要副产品，中国以鲜重计的年产量约为4.5×106吨（Lei等人，2018；Xue等人，2025）。该物料富含纤维素、木质素和多种生物活性成分，是生产有机肥的潜在优质原料（Shen等人，2026；Yang等人，2025a）。好氧堆肥是一种成熟的有机废物转化技术，可通过微生物代谢将蚕粪等有机废弃物转化为富含养分且稳定的有机肥料。该过程不仅实现了废弃物的资源回收，还能改善土壤结构并为长期连作玄参的土壤补充养分（Bashir等人，2021；Ji等人，2023）。先前研究表明，蚕粪衍生的有机肥可提高作物产量和土壤酶活性（Mevada等人，2021）。然而，单独堆肥蚕粪存在腐熟速度慢、养分释放不均匀和肥效相对较低等局限性（Li等人，2022）。因此，单独施用蚕粪堆肥对缓解玄参连作障碍的效果可能有限，其背后的机制仍缺乏系统研究。
生物炭被公认为是一种有效的堆肥促腐添加剂，这归因于其高度多孔的结构、发达的孔隙率和大比表面积（Li等人，2023）。其多孔结构为微生物提供了有利的微生境，促进有益微生物群落的扩展并增强其对外界胁迫的耐受性（Song等人，2026a；Xiao等人，2026；Yang等人，2025b）。此外，生物炭能改善堆体通气性，加速有机物的分解转化，并吸附或固定污染物，从而减少堆肥过程中的养分损失（Oviedo-Oca?a等人，2025；Wang等人，2024b）。生物炭改良堆肥在土壤修复方面也具有明显优势。堆肥提供的有机质和养分可增强土壤肥力，而生物炭可调节微生物群落结构，二者共同有助于建立更健康的土壤微生态环境以促进植物生长（Zhang等人，2016）。研究发现，生物炭基堆肥通过提高土壤pH、减少化感物质积累和富集有益微生物，有效缓解了人参和黄瓜等作物的连作障碍（Wang等人，2021；Yang等人，2024）。值得注意的是，生物炭对堆肥品质的调控作用强烈依赖于其添加量。适量添加生物炭可显著提高堆肥的稳定性和功能特性，而过量添加可能增加堆体含水量、限制氧气扩散、形成局部厌氧条件，最终降低堆肥效率（Abban-Baidoo等人，2024；Meng等人，2024；Nguyen等人，2022）。尽管已有这些进展，但关于不同生物炭添加比例对蚕粪堆肥品质的影响及其缓解玄参连作障碍机制的系统研究仍然有限。因此，阐明生物炭添加量如何调控堆肥过程及最终产品的功能特性，对于优化堆肥策略和开发针对连作障碍缓解的目标高效生物炭基堆肥至关重要。
本研究旨在通过建立一系列不同生物炭添加比例的蚕粪基联合堆肥体系来缓解玄参的连作障碍。通过系统评价堆肥的理化性质、养分特性、腐熟度和细菌群落结构，选出综合品质最高的处理用于后续的盆栽试验。随后开展盆栽试验以评估该优化堆肥对玄参植物生长和抗逆性的影响。从土壤性质、植物表现和根际细菌群落结构等多个维度评估了施用生物炭-蚕粪堆肥后的响应。与以往报道相比，本研究聚焦于蚕粪资源的高值化利用，并首次研究了生物炭改良蚕粪堆肥对草药连作障碍的调控效应。本工作为农林废弃物的资源利用和草药连作障碍的绿色防控提供了新的见解、实验证据和技术支持。
章节摘要
材料收集与分析
本研究使用的生物炭由500°C下热解稻壳制备。分别采用XRD（Ultima IV）、FTIR（Thermo Scientific Nicolet iS20）和SEM（Zeiss Gemini 300）表征其晶体结构、官能团和表面形貌。相应的表征结果见S1和S2节。堆肥实验中使用的蚕粪和小麦秸秆分别来自豫涛苗圃管理部门和河南力泽环境
生物炭添加对蚕粪堆肥的影响
如图2a-d所示，不同生物炭添加比例对堆肥过程中蚕粪堆肥的理化性质产生了不同影响。所有处理的堆体温度在35至65°C之间波动，呈现典型的先快速升高后逐渐下降的趋势。在各处理中，BSC3达到了最高峰值温度（63.9°C），并且高温期持续时间最长（图2a）。该延长的高温期可能
结论
显而易见，连作障碍是农业可持续生产面临的主要挑战之一。本研究建立了一种生物炭-蚕粪联合堆肥体系，并结合盆栽试验，系统评估了其连作条件下对堆肥品质和玄参表现的影响。在所测试的处理中，添加9%的生物炭产生了最高的综合堆肥品质。该配方延长了高温期，改变了细菌群落
CRediT作者贡献声明
甘涛：撰写-初稿，方法学，数据整理。杨旭：撰写-审阅与编辑，获取资金。陈涵博：撰写-审阅与编辑。赵心雨：撰写-初稿，数据整理。Williamson Gustave：撰写-审阅与编辑，形式化分析。Meththika Vithanage：撰写-审阅与编辑。王杰：撰写-审阅与编辑。张晓凯：撰写-审阅与编辑，监督，概念化。何丰：撰写-审阅与编辑，监督。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到国家重点研发计划（2024YFD2301200）、国家自然科学基金委员会（42477518）和中央高校基本科研业务费（JUSRP202407001），以及沈阳市中青年科技创新人才支持计划（RC240417）的资金支持。
甘涛|杨旭|陈涵博|赵心雨|Williamson Gustave|Meththika Vithanage|王杰|张晓凯|何丰
