水热生物炭显著改变饲用燕麦生长及根际微生物群落：盐碱地可持续农业的新策略

本研究针对盐碱地退化与饲草供应不足问题，通过添加不同剂量水热生物炭（HTC），系统评估其对饲用燕麦生长、土壤性质及根际微生物群落的影响。结果表明10 t/ha生物炭可最优提升燕麦生物量36%、粗蛋白（CP）含量10.24%，并重塑微生物功能（如促进芳香化合物降解和氮循环）。该研究为盐碱地改良与生态农业提供了科学依据。

　　

在全球土壤盐碱化加剧与畜牧业需求增长的双重压力下，如何提升盐碱地生产力成为农业科学的重要命题。传统热解生物炭因碱性特性可能加剧盐碱地pH值升高，而水热碳化法（Hydrothermal carbonization, HTC）制备的生物炭因其酸性官能团和低矿质含量，展现出独特的改良潜力。内蒙古农业大学草地资源教育部重点实验室的研究团队在《iScience》发表的研究，首次系统揭示了水热生物炭对饲用燕麦（Avena sativa L.）生长及根际微生态的调控机制。

研究采用盆栽实验，设置0-50 t/ha六个生物炭梯度，通过测定植物生理指标（SPAD、生物量）、土壤理化性质（C/N比）及高通量测序（16S rRNA和ITS）等技术，解析了生物炭-植物-微生物互作网络。关键发现包括：10 t/ha生物炭使燕麦地上生物量提升29.64%，叶片氮含量增加25.2%，同时根际土壤C/N比从14.49升至22.31；过量施用（50 t/ha）则导致细菌多样性显著降低，但真菌群落稳定性增强。微生物功能预测显示，适量生物炭促进氮呼吸（nitrogen_respiration）等过程，而高剂量抑制固氮作用（nitrogen_fixation）达76.42%。

关键方法

1. 盆栽实验设计：采用盐碱土（pH 7.9）与玉米秸秆源水热生物炭（pH 6.5）混合，设置6个梯度组

2. 植物生理分析：SPAD-502 Plus测定叶绿素，凯氏定氮法测CP，ANCOM系统测纤维含量

3. 土壤微生物组学：FastDNA? Spin Kit提取DNA，Illumina MiSeq平台测序（V3-V4和ITS区）

4. 功能预测：FAPROTAX和FUNGuild数据库分析微生物功能群

研究结果

生物炭对燕麦生长的剂量效应

10 t/ha组茎叶生物量达峰值（16.02 g和9.21 g），50 t/ha组穗生物量最高（16.56 g）。SPAD值在20 t/ha最优（38.71），CP含量在10-20 t/ha组显著高于对照（p<0.05），而ADF/NDF无显著变化。

根际土壤碳氮动态

C含量和C/N比随生物炭剂量线性上升（50 t/ha时C含量翻倍），N含量在30-50 t/ha组显著增加（0.084% vs 对照0.067%）。

微生物群落重构

细菌中Patescibacteria在50 t/ha组占比激增（22.93% vs 对照2.46%），真菌中子囊菌门（Ascomycota）占主导（77.66%-90.87%）。LEfSe分析显示，30 t/ha组富集昆虫病原菌Metarhizium，而50 t/ha组出现植物病原菌Alternaria。

网络分析揭示生态策略

细菌网络复杂度随生物炭增加而降低（B0平均度最高），真菌则相反。20 t/ha组细菌模块枢纽（module hubs）达15个，提示功能分化。

结论与意义

该研究证实水热生物炭通过三重机制提升盐碱地生产力：（1）酸性官能团中和土壤碱性；（2）多孔结构增强水分养分保持；（3）调控微生物功能（如抑制反硝化（denitrification）减少氮损失）。10 t/ha为最优剂量，过量使用可能导致病原菌增殖。研究为"生物炭-耐盐牧草-微生物"协同改良模式提供了理论支撑，对实现《巴黎协定》农业减排目标具有潜在贡献。未来需关注大田条件下生物炭的长期效应及与减氮施肥的协同优化。