缓释生物炭改良沿海盐碱土壤：控盆条件下短期物理化学响应及微生物转录关联的探索

《Journal of Environmental Management》：Low-release biochar for improving coastal reclaimed Saline–Alkali soil: Short-Term physicochemical responses and exploratory microbial transcriptional associations under controlled pot conditions

　　## 摘要要点- BC-SR（甘蔗渣低释炭）在短期改良新垦土壤方面降低了释放相关风险信号。- 在短期控制盆栽条件下，BC-SR对土壤总有机碳（TOC）的提升幅度大于BC-O（普通生物炭）。- BC-SR促进了大团聚体形成并改善了土壤结构。- BC-SR改善了土壤养分状况并促进了植物早期生长。- 植物与BC-SR联合处理显示出更有利的转录关联。## 引言土壤对农业生产至关重要，也是维持全球碳平衡的基础（Chien and Krumins, 2022）。沿海土地围垦已成为应对快速城市化和人口增长、拓展可利用土地的关键策略（Sengupta et al., 2023）。全球范围内，106个主要沿海城市在2000年至2020年间新建了约253,000公顷土地，其中仅中国便从1990年至2020年贡献了约11,592平方公里的围垦土地（Wang et al., 2026）。新垦土壤是由滨海湿地向陆地生态系统过渡的产物（Chen et al., 2025），然而这类土壤通常面临肥力低下、结构稳定性差以及盐碱胁迫等问题（Li et al., 2014），从而限制了其农业生产力与碳汇能力（Zhang et al., 2023b）。因此，改良新垦滨海土壤不仅是一个农学问题，也关系到可持续资源管理、沿海开发与土地合理利用（Jin and Xu, 2026a, 2026b）。传统改良剂如有机肥和石膏（Andrade Foronda and Colinet, 2022）在短期内可增加土壤有机碳并改善土壤结构（Andrade Foronda and Colinet, 2022）。然而，它们可能带来环境风险，包括养分淋失、二次盐渍化、温室气体排放以及微生物群落失衡（Liu et al., 2021）。近期研究强调，一种策略的环保特性应与其潜在风险及动态交互作用一并评估，而非仅凭表面效益评判（Dimitriadis et al., 2024a, 2024b, 2025）。在此背景下，土壤改良剂应不仅评估其改良效果，还应考量其潜在的二次环境风险。与此同时，微生物固碳在土壤有机碳积累中发挥着至关重要的作用（Liang et al., 2017）。尤其是化能自养微生物固碳可在无光照条件下为土壤有机碳做出贡献（Liang et al., 2017），其胞外聚合物物质可促进土壤团聚体形成并改善土壤结构（Bai et al., 2025）。因此，对于新垦盐碱土壤而言，能够在增加土壤有机碳的同时最小化环境风险并促进化能自养固碳的改良策略极具吸引力。生物炭因其多孔结构和碳持久性而成为前景广阔的替代性改良剂（Su et al., 2024），已有研究表明其对土壤理化性质（Zhu et al., 2025）、固碳（Yuan et al., 2025）、微生物群落（Jin et al., 2024）和植物生长（Waheed et al., 2025）均有益。从循环经济视角看，将生物质废弃物转化为生物炭是提升资源利用效率、支持可持续土壤碳管理的切实途径（Jin and Xu, 2026b, 2026a）。这一改良策略与当前提升碳储存、减少排放以及促进可持续土地利用的努力相一致（Xu and Zhang, 2022; Jin and Xu, 2026a, 2026b）。特别是，低释炭被假设为在改良土壤的同时限制可溶性输入并最小化潜在环境风险（Shaheen et al., 2019），并可能进一步促进微生物固碳（Jiang et al., 2025; Tang et al., 2025a, 2025b）。因此，甘蔗渣低释炭可能通过回收农业废弃物并降低新垦土壤短期释放风险，从而提供双重效益（Hu et al., 2019; Xu and Zhang, 2022; Jin and Xu, 2026a, 2026b）。尽管具有这种潜力，但目前对于低释炭在新垦土壤中功效及潜在机制的系统性证据仍然有限。此外，其在土壤—微生物—植物系统中的角色仍有待深入探究。因此，本研究旨在受控短期盆栽条件下回答三个问题：（i）与常规生物炭相比，低释炭是否能在降低释放相关风险信号的同时改善新垦盐碱土壤的理化性质？（ii）低释炭如何影响土壤有机碳和土壤团聚体结构？（iii）低释炭如何影响土壤养分状况和植物早期生长，以及伴随这些响应的微生物固碳途径转录关联是什么？回答这些问题对于开发可持续土壤改良策略具有重要意义，这些策略能够提升新垦滨海土壤的土壤质量与肥力、减少二次环境风险并促进微生物固碳。研究还可能为连接沿海土壤改良与生物质废弃物利用、可持续围垦及高效资源管理提供短期证据（Xu and Zhang, 2022; Jin and Xu, 2026a, 2026b）。为回答上述问题，我们在受控短期盆栽条件下比较了低释炭与普通生物炭在崇明长兴岛新垦土壤中的效果。我们评估了释放相关风险指标、土壤理化性质和团聚体结构、养分状况、植物早期生长以及探索性微生物转录模式。研究结果为低释炭施用相关的理化与生物响应提供了短期证据，并支持其作为改良新垦盐碱土壤潜在改良剂进一步评估。所提出的技术也可作为类似情境下退化土壤修复的有前景策略。## 各章节片段### 土壤与生物炭土壤样品采自中国上海崇明长兴岛（北纬31°19′6″，东经122°3′49″）围垦站点的下层土壤（5-20厘米）。过去几十年间，位于长江口的崇明岛经历了沿海土地围垦，大面积潮间带逐渐转变为陆地生态系统，以拓展土地资源（Zhang et al., 2024）。围垦土壤质地为砂质土，类型为盐碱土。所采集的土壤…### 崇明岛围垦土壤的理化性质研究区域崇明岛代表了长江口典型的滨海围垦盐碱地貌（Zhang et al., 2024）。为为土壤改良策略提供参考，首先对基准肥力相关性质进行了表征，包括土壤有机碳、氮、速效磷和速效钾（Chen et al., 2020），并与前人已报道的数值进行了比较（表2）。土壤有机碳（SOC）在土壤肥力中发挥着关键作用…### 结论本研究在受控盆栽条件下比较了贫营养围垦滨海盐碱土壤对低释炭（BC-SR）与普通生物炭（BC-O）的短期响应。与BC-O相比，BC-SR表现出较弱的释放相关环境风险信号、较大的土壤总有机碳响应、更多的大团聚体形成以及更有利的植物早期生长。在种植条件下，植物与BC-SR联合处理展现出更有利的短期土壤理化性质…### CRediT作者贡献声明**李文韬：** 原稿撰写、可视化、验证、软件、调查、数据整理。 **刘林：** 审阅与编辑、指导。 **王康：** 调查。 **张赛微：** 审阅与编辑、指导、项目管理、经费获取、概念化设计。 **王磊：** 形式分析。 **钱晓勇：** 资源。 **汤涵：** 方法论。 **严俊辉：** 形式分析。 **高民天：** 指导。 **李继祥：** 资源。 **胡佳骏：** 审阅与编辑。### 利益冲突声明作者声明不存在可能影响本文研究工作的已知竞争性财务利益或人际关系。### 致谢本研究由上海市农业农村委员会（T2023319）、国家自然科学基金委员会（32571884和32071640）、上海市重点研发计划"科学仪器"项目（25142200600）、海洋先进材料重点实验室开放基金项目（2025K01）以及新疆维吾尔自治区自然科学基金青年科学基金项目（2025D01C314）资助。---作者：李文韬 | 刘林 | 王康 | 张赛微 | 王磊 | 钱晓勇 | 汤涵 | 严俊辉 | 高民天 | 李继祥 | 胡佳骏