Page 21 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2023年5期

第 5 期 夏晓阳 等：改性生物炭特征及其对盐碱化土壤改良的研究进展 15

生物炭酸碱基团的变化，酸性基团占据主导地位 ［12］ ； 有益耐盐菌黄杆菌属、芽孢杆菌属和节细菌属的相
（3）改性生物炭pH值显著低于盐碱地pH值。 对丰度 ［37］ 。说明应用改性生物炭后能够驱动微生物
改性生物炭具有优良的吸附性能，可以减少养 群落结构向固氮、有机磷矿化、促进土壤 C 循环、缓
分流失。FeCl 3 改性生物炭通过静电吸引和配位体 解盐碱胁迫的结构转变，但相关功能基因的鉴定及
交换作用促进磷酸盐的吸附，减少了养分的浸出 ［16］ 。 微生物对改性生物炭修复盐碱地的响应机制有待进
MgCl 2 改性生物炭不仅在生物炭表面形成纳米 MgO 一步研究。
片层，增加比表面积，而且引入羟基官能团促进对铵 目前改性生物炭对于盐碱土壤真菌的研究较
态氮的吸附 ［21］ ；其次对磷的吸附机制由单层吸附转 少，已有研究发现相较其他处理，酸化改性生物炭分
为多层扩散，对磷酸盐的吸附容量增加为原生物炭 别 导 致 布 氏 白 粉 菌 属 和 镰 刀 菌 属 相 对 丰 度 降 低
的 1.46 倍 ［42］ 。H 2 SO 4 改性生物炭在施用 3 a 中均能 31.34%~73.92%、37.89%~67.48%，通过功能基因
减少反应性气态氮损失并提高水稻产量 ［43］ 。木醋液 预测也发现酸化改性生物炭处理下病原真菌的功能
改性生物炭则通过增强对铵态氮的吸附和降低 pH 预测值比其他处理低 48.37%~58.13%，进一步验证
值来减少氨的损失 ［10］ 。改性生物炭还可以通过调节 了施用酸化改性生物炭可以降低致病真菌的相对丰
与养分循环有关的微生物和相关酶的数量与活性来 度 ［37］ 。富含磁性铁纳米粒子的生物炭通过促进菌根
调控土壤养分的生物地球化学循环过程。施用 FeO 定殖，增加了植物对氮、磷营养的吸收 ［30］ 。微生物在
改性的生物炭 5 a 后增加携带 phoD 基因的细菌丰 酸性土壤中施用生物炭的定殖已有一定研究，并且
度，增加碱性磷酸酶数量与活性，促进有机磷向无机 证实生物炭表面可以定殖大量有益微生物 ［47］ 。改性
磷转化 ［27］ 。目前研究表明，改性生物炭对增加土壤 生物炭孔隙度和比表面积增大，可能为微生物提供
有效性氮、磷养分具有较好的长期效应，而对于钾素 更多的栖息地和免受天敌捕食的保护场所 ［39］ ，但关
等养分状况的研究还十分缺乏。有研究发现在 4 a 于改性生物炭上表面定殖微生物的研究还很缺乏。
的盆栽试验中，原始生物炭对酸性土壤微环境和柑 2.4 施用改性生物炭对缓解植物盐碱胁迫的影响
橘生长有积极的影响，具有良好的钾效应 ［44］ 。但改 改性生物炭通过改善盐碱土壤理化性质可以缓
性生物炭在酸性土壤上施用对于钾素营养的提升效 解植物盐碱胁迫，促进植物生长。主要机制有两方
+
应显著弱于原生物炭，这或许与改性过程中 K 损失 面：（1）降低土壤盐分离子浓度。改性生物炭含氧官
有关 ［45］ 。 能团数量增加，比表面积增大，对 Na 的吸附能力增
+
2.3 施用改性生物炭对盐碱土壤微生物的影响 强，可有效减少 Na 在植物体内的积累 ［14］ ，增加土壤
+
土壤微生物对土壤理化性质和作物生长具有重 有机碳促进土壤团聚体的形成 ［26］ ，水分固持能力增
要作用，可以通过改变根际环境影响植物获取养分 强，对降低土壤盐分离子也有一定作用 ［33］ ；（2）养分
的能力。生物炭通过为微生物提供碳（C）、氮（N）、 有效性的提高。改性生物炭通过特定养分富集增加
磷（P）等营养底物和定殖空间，调节土壤微域环境， 对土壤中养分的供应 ［39］ ，增强对土壤养分的固持能
影响微生物群落的结构和功能 ［46］ 。Wang 等 ［31］ 研究 力、减少养分流失 ［10，16］ ，以及调节与 C、N、P 等生物
发现土壤 C、N、P 等养分和 pH、电导率（EC）的变化 地球化学循环过程循环有关的微生物、酶活性 ［26，31］
是驱动土壤微生物群落结构变化的主要因子，生物 三方面来增加土壤养分的有效性。
炭处理增加了变形菌门的相对丰度，有利于土壤团 植物耐盐性的增强也是改性生物炭缓解植物盐
聚体稳定和土壤碳的储存。Zhang 等 ［39］ 研究发现球 碱胁迫的重要途径。通过对植物叶片代谢组学研究
磨生物炭可以显著提高变形菌门的假单胞菌科、海 发现改性生物炭处理可以调控多种代谢产物（L-瓜
洋杆菌科和鞘氨醇单胞菌科的相对丰度。酸化改性 氨酸、3-甲基-1-戊醇、异烟酸等）和代谢途径，植物抗
生物炭增加了芽孢杆菌属和参与土壤硝化作用的亚 氧化水平和抗盐碱胁迫能力增强 ［37］ 。改性生物炭还
硝化毛杆菌属及亚硝化螺菌属的相对丰度，可促进 可以通过负载相关的营养元素来调节植物生理反
土壤养分循环 ［11］ 。Liu 等 ［26］ 研究发现，FeO 改性生 应，增强植物抗盐碱能力。负载纳米金属氧化物的
物炭通过增加土壤有机碳含量促进了盐碱地上携带 生物炭通过促进植物对纳米养分的吸收来调节植物
pho⁃D（碱性磷酸酶）基因的微生物相对丰度的提升， 体所受的胁迫作用，添加外源锰可以提高植物体超
促进了有机磷的矿化。酸化生物炭施用后还增加了 氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、酚类化合