生物炭类型与添加量对西北盐碱土壤盐离子及微生物群落的调控效应

本研究针对西北地区盐碱化土壤改良难题，通过系统探究水稻壳生物炭(RB)和竹生物炭(BB)在不同添加量(2.5%-10%)下对土壤pH、电导率(EC)、阳离子交换容量(CEC)、盐离子及微生物群落的影响，发现中等剂量RB(MRB)处理可显著降低Na+、Ca2+等主要盐离子含量，提升微生物多样性，为西北盐碱地生态修复提供了精准改良方案。

　　

全球约11.2亿公顷土地受盐碱化威胁，中国盐碱化农田面积已达8200万公顷，其中西北地区因干旱少雨、蒸发强烈，土壤盐分表聚现象尤为严重。盐碱土壤中过量的Na⁺、Ca²⁺、SO₄^2-等离子不仅破坏土壤结构，还抑制微生物活性，导致"土壤-植物-微生物"系统功能失调。传统改良方法存在成本高、效果不稳定等问题，而生物炭因其多孔结构和高吸附性能被视为潜在解决方案。然而，不同原料生物炭在西北特殊气候条件下的改良机制尚不明确，特别是对盐离子动态和微生物群落的差异化影响缺乏系统研究。

针对这一科学问题，中国科学院西北生态环境资源研究院的研究团队在白银市典型盐碱区开展控制实验，比较了水稻壳生物炭(RB)和竹生物炭(BB)三种添加量(低2.5%、中5%、高10%)处理180天后土壤理化性质及微生物群落的变化规律。研究采用土壤柱培养法结合高通量测序技术，通过测定pH、EC、CEC等21项指标，结合SEM电镜观察生物炭微观结构，系统解析了生物炭类型-剂量-环境因子的互作机制。

Effect of adding biochar on soil pH, EC, CEC, and salt ions
研究发现RB的pH调节能力显著优于BB，其中中等剂量RB(MRB)使土壤EC降低14.2%，Na⁺含量下降9.4%，CEC提升83.3%。电镜显示RB具有更大的比表面积(60.25 m²/g)和孔隙度，这是其高效吸附盐离子的结构基础。值得注意的是，高剂量处理(10%)并未呈现剂量效应，推测与过量生物炭加剧土壤蒸发导致盐分表聚有关。

Effect of adding biochar on soil microbial community structure and diversity
α多样性分析显示，生物炭处理使微生物Simpson指数显著提高，其中低剂量BB(LBB)处理效果最突出。在门水平上，酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度达18.5%-30.8%，RB处理显著提升了芽孢杆菌属(Bacillus)等有益菌丰度，同时降低镰刀菌属(Fusarium)等病原菌比例。多元回归表明，Mg²⁺对放线菌门(Actinobacteria)有正向效应，而SO₄^2-显著促进毛霉门(Mucoromycota)生长。

Discussion
该研究首次证实中等剂量RB(5%)是西北盐碱地改良的最优选择，其通过"物理吸附-化学调节-生物激活"三重机制实现协同增效：① 多孔结构直接吸附Na⁺、Ca²⁺；② 提升CEC促进离子交换；③ 改善微环境激活功能微生物。研究还发现Halomonadaceae等嗜盐菌群与SO₄^2-含量显著相关，这为盐碱土壤微生物指示体系的建立提供了新线索。

这项发表于《iScience》的研究为西北干旱区盐碱地治理提供了理论依据和技术参数，其创新性体现在：首次对比不同原料生物炭在西北特殊环境下的改良效率，揭示微生物群落响应机制，提出的"中度改良"策略避免了高成本投入，对实现"碳封存-土壤改良-生态修复"多目标协同具有重要实践意义。未来研究可结合田间试验验证长期效应，并开发基于微生物功能组的精准调控技术。