生物炭结合了双氰胺改性的土壤团聚体，并优化了氮素供应机制，从而提高了盐碱土中大豆和小麦的产量

《Soil and Tillage Research》：Biochar integrate dicyandiamide modified soil aggregates and optimized nitrogen supplying to boosting the soybean-wheat yield in saline-alkali soil

盐碱地 soybean-wheat 体系中生物炭与硝化抑制剂（DCD）协同增效作用。通过田间试验，五处理（CK、N、ND、NB、NBD）验证了生物炭改良土壤结构（促进0.053mm以下颗粒向0.25-0.5mm微团聚体转化）与DCD抑制硝化作用（提升NH4+含量）的协同效应，显著提高土壤有机质（SOM）、全氮（TN）及作物产量（增幅15.5-17.1%），同时增强土壤酶（蛋白酶、脲酶）活性及有机氮矿化效率。

　　在沿海盐碱地区，土壤改良与农业可持续发展面临诸多挑战。盐碱土壤由于其特殊的物理化学性质，如高盐分、强碱性以及特定离子（如氯离子和钠离子）的存在，往往导致土壤结构脆弱、水分和养分保持能力差，从而限制了作物的生长和产量。为了应对这些问题，研究者们探索了多种土壤改良措施，包括生物炭（biochar）和硝化抑制剂（nitrification inhibitors），特别是二聚氰胺（DCD）。这些措施在改善土壤质量和提高肥料利用效率方面展现出潜力，但其在盐碱土壤中的协同作用以及对氮转化、储存和作物生产力的具体影响仍不明确。

为了更深入地理解生物炭和DCD在盐碱土壤中的应用效果，一项田间试验在山东东营的黄河三角洲农业生态系统观测站（37°32′N, 118°65′E）开展，时间跨度为2021年5月至11月。试验采用了五种不同的处理方式：CK（不施氮肥）、N（施用尿素）、ND（尿素+DCD，2%）、NB（尿素+生物炭，1%，30吨/公顷）、NBD（尿素+DCD+生物炭，1%）。试验结果表明，生物炭和DCD的协同应用能够显著提升盐碱土壤的肥力和作物生产力。生物炭通过增加土壤有机质（SOM）来改善土壤结构，而DCD则通过抑制硝化过程，提高氮的保留能力，从而减少氮损失。两者的结合不仅促进了土壤团聚体的形成和稳定性，还显著提高了微团聚体（0.25–0.5毫米）的比例，增加了土壤的微生物活动和氮转化效率。

在试验过程中，研究人员还关注了微生物对氮的固定作用。结果显示，在大豆生长季节，微生物对氮的固定能力显著高于小麦生长季节，尤其是NBD处理组。这表明，生物炭和DCD的协同作用不仅能够改善土壤的物理结构，还能够通过调节微生物群落，提高土壤氮的供应能力。此外，活性有机氮（SON）与土壤中的蛋白酶、尿酶和硝酸还原酶表现出显著的正相关关系，这说明这些酶在氮转化过程中起着关键作用。生物炭通过增强蛋白酶的活性，促进了氮的矿化过程，从而在小麦生长季节提高了氮的供应能力。

在大豆和小麦生长季节，NBD处理组的产量、茎重和地上生物量均显著增加，总年产量提高了15.5–17.1%，肥料利用效率也显著提升（分别为44%–70%和77%–86%）。这些结果表明，生物炭和DCD的协同应用能够有效改善盐碱土壤的肥力，提高作物产量和氮利用效率。研究还发现，这种协同作用主要通过“抑制硝化细菌+促进微生物矿化”双路径实现，从而减少氮的损失，促进有机氮的矿化，并增强氮的保留和作物的氮吸收能力。

研究团队还分析了生物炭的表面特性，包括其微观结构和化学组成。通过扫描电子显微镜（SEM）观察，生物炭呈现出多孔和层状结构，这种结构有助于提高其对肥料和土壤盐分的吸附能力。X射线衍射（XRD）分析显示，生物炭的矿物结晶度较低，仅为21.32%，这表明其具有较好的土壤改良潜力。此外，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析进一步揭示了生物炭的化学组成，其对土壤中氮转化过程的影响可能与其中的有机成分有关。

在试验过程中，研究人员还评估了盐碱土壤的物理和化学性质变化。结果显示，生物炭和DCD的协同应用在一定程度上缓解了盐碱胁迫，这种缓解可能通过多种机制实现：首先，生物炭通过改善土壤结构和微环境，为微生物提供了更好的生存条件；其次，DCD通过优化氮的形态（如促进NH??的保留），提高了氮的可用性；最后，微生物功能的增强可能有助于维持土壤中的离子平衡。然而，试验还发现，在小麦生长季节，土壤的电导率（EC）仍然较高，这可能表明盐碱土壤的改良仍需进一步努力。

本研究的主要结论是，生物炭和DCD的协同应用能够显著提升盐碱土壤的肥力（总氮和有机质）以及大豆-小麦轮作系统的生产力。其中，DCD在氮的保留和土壤氮供应方面起到了主导作用，而生物炭则显著提高了有机质含量和土壤团聚体的组成与稳定性。NBD处理组在大豆生长季节表现出更高的微生物氮固定能力，促进了无机氮向有机氮的转化。这一发现为盐碱土壤的改良提供了新的思路，也为提高肥料利用效率和实现可持续增产提供了理论依据。

本研究的创新点在于，首次系统地探讨了生物炭与DCD在盐碱土壤中的耦合效应，特别是在改善土壤结构、优化氮供应和提高作物生产力方面的协同作用。通过结合生物炭的物理改良和DCD的化学调控，研究者们发现这种双路径的应用能够有效减少氮的损失，促进有机氮的矿化，并增强氮的保留能力。这不仅有助于提高土壤肥力，还能够改善作物的氮吸收和利用效率，从而实现更高的产量。

此外，研究还揭示了生物炭和DCD对土壤微生物群落的影响。在大豆生长季节，微生物群落的多样性显著提高，尤其是真菌群落的结构和α多样性。这表明，生物炭和DCD的协同应用不仅能够改善土壤的物理化学性质，还能够通过调节微生物群落，提高土壤的氮供应能力。然而，在小麦生长季节，DCD对微生物群落的影响并不显著，这可能与其在不同作物生长阶段的生理需求有关。

在试验过程中，研究人员还关注了土壤中氮的转化过程。结果显示，生物炭和DCD的协同应用能够显著促进氮的矿化和转化，尤其是在大豆生长季节。活性有机氮与土壤中的蛋白酶、尿酶和硝酸还原酶表现出显著的正相关关系，这说明这些酶在氮转化过程中起着关键作用。生物炭通过增强蛋白酶的活性，促进了氮的矿化过程，从而在小麦生长季节提高了氮的供应能力。这种酶活性的增强可能与生物炭提供的碳源有关，为微生物提供了更多的能量来源，从而促进了氮的转化和循环。

综上所述，本研究通过田间试验和实验室分析，揭示了生物炭和DCD在盐碱土壤中的协同作用及其对土壤肥力、作物生产力和氮循环的影响。研究结果表明，这种协同应用能够有效改善土壤结构，提高氮的保留和供应能力，从而实现更高的产量和更高效的肥料利用。本研究不仅为盐碱土壤的改良提供了理论依据，还为农业可持续发展提供了实践策略。未来的研究可以进一步探讨生物炭和DCD在不同作物轮作系统中的应用效果，以及其对土壤微生物群落和氮转化过程的长期影响。