生物炭与丛枝菌根真菌协同作用：助力棉花可持续生产的新策略

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Effects of Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) and Biochar on Cotton Plants: A Comprehensive Study

为解决棉花生产面临的生态环境挑战，研究人员开展了丛枝菌根真菌（AMF）和生物炭（BC）对棉花植株影响的研究。结果表明，二者联合处理可促进棉花生长、提升土壤酶活性。这为可持续棉花生产和土壤管理提供了重要依据。

　　在农业的大舞台上，棉花无疑是一位举足轻重的 “明星”。它作为世界上最重要的纤维作物之一，广泛应用于纺织、食品、制药和化妆品等多个行业。然而，如今棉花的种植之路却布满了荆棘。在追求高产量的过程中，大量的投入使得棉花生产遭遇了一系列生态和环境难题。土壤质量不断下降，原本肥沃的土地变得贫瘠；养分大量流失，植物生长所需的 “粮食” 越来越少；水资源日益稀缺，棉花的 “生命之源” 受到威胁；气候变化带来的不稳定因素增多，极端天气频繁影响棉花生长；病虫害也愈发猖獗，不断侵蚀着棉花的产量。这些问题不仅严重制约了棉花产业的发展，还对生态环境造成了巨大压力。

为了给棉花生产找到新的出路，来自土耳其哈兰大学（Harran University）和马拉蒂亚图尔古特奥扎尔大学（Malatya Turgut Ozal University）的研究人员展开了一项意义重大的研究。他们将目光聚焦在丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF）和生物炭（Biochar，BC）这两种物质上，探究它们联合处理对棉花植株的影响。这项研究成果发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上，为棉花产业的可持续发展带来了新的希望。

研究人员在实验过程中采用了多种技术方法。首先，他们精心挑选了实验材料，使用在 500°C 下热解牛粪得到的生物炭，土壤则取自种植过小麦的农田。实验在温室中进行，设置了不同的处理组，包括接种和未接种 AMF，以及不同剂量的生物炭添加。在分析土壤和植物样本时，运用了多种检测技术，如测量土壤反应（pH）、电导率（EC）、碳酸钙（CaCO₃）含量、植物组织中的氮含量等，还通过特定方法测定了土壤酶活性、植物营养元素含量等。同时，利用统计分析软件对实验数据进行处理，以确保研究结果的准确性和可靠性。

研究结果

1. 对植物叶绿素含量（SPAD）和归一化植被指数（NDVI）的影响：研究发现，不同生物炭剂量和 AMF - BC 剂量的相互作用对棉花植株的 SPAD 和 NDVI 值有显著影响。与对照组相比，M (+) + 3.0% BC 处理组的 SPAD 值最高，达到 34.66%，在 M ( +) + BC 处理中，随着生物炭剂量增加，SPAD 值显著上升。在 NDVI 值方面，M ( +) + BC 处理组也随着生物炭剂量的增加而升高，其中 M ( +) + 3.0% BC 处理组增加了 25.29%。相关性分析表明，SPAD 值和 NDVI 值与铁（Fe）、铜（Cu）、锰（Mn）等营养元素以及根长、根高等根属性呈正相关，与镁（Mg）和过氧化氢酶（CAT）酶活性呈负相关。
2. 对植物大量元素含量的影响：根据生物炭剂量和 AMF * BC 剂量的相互作用，植物叶片中大量元素（Ca、K、Mg、Na）的百分比存在显著差异。一般来说，接种 AMF（M (+)）处理的土壤中，植物叶片的 Ca、K 含量与未接种（M (-)）处理有所不同。例如，在 M ( +) + 3.0% BC 处理中，植物叶片的 Ca 含量最高，而在 1.5% BC + M (-) 处理中最低。K 含量在 M ( +) 土壤中，1.5% BC 处理时较低，3.0% BC 处理时较高。植物的 Mg 含量在所有处理中均低于对照组，Na 含量在 M ( +) 处理时降低，在 M (-) 处理时增加。
3. 对植物微量元素含量的影响：生物炭剂量和 AMF 与 BC 剂量的相互作用对植物叶片中铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、锰（Mn）和硼（B）的含量有显著影响。除 Zn 含量外，所有处理的微量元素含量均有所增加。Fe 含量随着生物炭剂量的增加而增加，AMF 接种使植物对 Fe 的吸收进一步提高。Zn 含量在所有处理中均下降，可能是由于生物炭的添加抑制了植物对 Zn 的吸收。AMF 促进了植物对 Cu 的吸收，且 Cu 含量随着生物炭剂量的增加而增加。Mn 含量在 3.0% BC + M (+) 处理中比 3.0% BC + M (-) 处理中更高。B 含量在 M (-) 处理中增加，在 M ( +) + 1.5% BC 处理中最低，在 M (-)+3.0% BC 处理中最高。
4. 对植物 N、NO₃^-和硝酸还原酶活性（NRA）的影响：生物炭剂量和 AMF - BC 剂量的相互作用对叶片硝酸盐、氮和硝酸还原酶活性有显著影响。接种 AMF（M (+)）处理的土壤中，植物的 NO₃^-含量更高，而 N 含量更低。除 3.0% 生物炭处理外，所有处理的 NRA 均下降。相关性分析显示，植物硝酸盐与铜、孢子数呈正相关，与锌呈负相关；植物 NR 酶与钾、钙、铁和硼呈正相关，与一些酶和根属性呈负相关。
5. 对土壤酶活性的影响：生物炭剂量和 Mycorrhiza * BC 剂量的相互作用对脲酶、脱氢酶（DHG）和过氧化氢酶（CAT）的活性有显著影响。与对照组相比，M (+) 和 M (-) + BC 处理的土壤酶活性较低，且随着生物炭剂量的增加，酶活性下降更为明显，3.0% BC 处理的下降幅度最大。
6. 对植物根长、株高、根数量和孢子数量的影响：生物炭剂量和 Mycorrhiza * BC 剂量的相互作用对植物根长、株高、根数量和孢子数量有显著影响。接种 AMF（M (+)）处理的土壤中，这些指标的值更高。在 M ( +) 处理中，随着生物炭剂量的增加，根长、根数量和孢子数量进一步增加，株高也有所增加，其中 M ( +) + 1.5% BC 处理对株高的提升最为显著。

研究结论与讨论

综合来看，这项研究表明生物炭（BC）和丛枝菌根真菌（AMF）的联合处理对棉花生长和土壤生化特性具有显著影响，尤其在石灰性土壤环境中效果更为突出。二者的协同作用能够改善棉花植株的形态、生理和营养相关参数，同时增强土壤酶活性，这为棉花种植和土壤健康管理提供了一种可持续的策略。

然而，研究也发现一些值得关注的问题。例如，生物炭和 AMF 处理会使土壤酶活性下降，其原因可能是生物炭对酶的吸附或固定，以及生物炭的高抗分解性影响了生化和生物过程。此外，生物炭对植物氮素吸收的影响较为复杂，虽然生物炭能增强土壤养分的生物有效性和减少养分淋失，但在本研究中，生物炭处理的土壤中植物的 NO₃^-和总氮（N）含量却低于对照组，可能是由于生物炭中氮浓度低以及微生物对氮的固定作用。

尽管该研究为棉花生产提供了重要的理论依据，但目前的实验是在温室条件下进行的，与实际田间环境可能存在差异。因此，未来还需要在不同的土壤类型和环境条件下进行更多的田间试验，以验证这些研究结果的普遍性。同时，进一步研究生物炭和 AMF 对其他作物类型的影响，以及长期对土壤健康、养分循环和作物生产力的作用，将有助于完善可持续农业实践的策略，推动农业的可持续发展。