土壤健康是與人類健康休戚相關的土壤本質屬性，而農作物長期連作往往導致土壤退化而農產品質量嚴重下降的問題。人參（Panax ginseng C. A. Meyer）是中國傳統(tǒng)名貴中藥材，被譽為百草之王。因森林保護的需要，大量人參是在農田上種植的。而長期連續(xù)種植人參導致土壤有機質快速消耗，土壤酸化及土壤微生物群落失衡，使土傳病原菌激增，造成人參根腐病嚴重發(fā)生。當前，參農通過施用有機肥和殺菌劑等農藥來控制土傳病害，不僅防控效果越來越弱，還導致人參產量和人參皂苷含量（品質）顯著下降，抗生素和農藥殘留增多。如何增進土壤健康，而提高人參抵御土傳病害的能力，是人參綠色生態(tài)安全生產必須解決的問題。

近日，Horticulture Research 上線了（Advance Access）潘根興教授團隊題為Improved ginseng production under continuous cropping through soil health reinforcement and rhizosphere microbial manipulation with biochar: A field study of Panax ginseng from Northeast China 的研究論文，揭示了在生物質炭促進土壤健康和克服人參連作障礙方面取得的新進展。

潘根興教授團隊一直致力于土壤學和生物質炭的科學研究和技術發(fā)展，在生物質炭固碳減排促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究基礎上，針對人參土壤健康的嚴峻挑戰(zhàn)，在創(chuàng)新土壤有機質-土壤結構-土壤生物活性的土壤健康途徑的同時，采用特定生物質炭土壤調理技術，試驗調控土壤微生物區(qū)系，抑制土傳病害的發(fā)生和危害。本論文研究是在吉林省撫松縣典型人參產區(qū)的連續(xù)栽種人參3年的老參地上進行，根據(jù)參農施用有機肥土壤改良的習慣做法，采用兩種結構和成分不同的生物質炭（木質炭和玉米秸稈炭），在參苗移栽前以每公頃20噸（風干基）施入表土，在耕層內混合均勻，生長期配施團隊研發(fā)的定制炭基肥，觀察人參長勢和分析土壤和生物活性變化，在第三年人參收獲后進行皂苷含量、農藥殘留量及人參根際微生物測序分析。

圖1 生物質炭調控根際土壤微生物組成和群落結構

結果表明，施用木質和玉米生物質炭，顯著提高了土壤團聚體平均質量直徑，土壤肥力分別提高23%和39%，人參根生物量分別增加了25%和27%，而人參品質提高了6%和18%。兩種炭都增加了人參根際土壤細菌和真菌豐度，病原微生物Fusarium spp菌群豐度顯著降低19-35%，而有益微生物Burkholderia spp.,Pseudomonas spp.等豐度顯著增加。FUNGuild功能預測顯示，施炭后pathotrophic真菌豐度減少而叢枝菌根真菌（AMF）豐度增加。進一步Co-occurrence network分析發(fā)現(xiàn)生物質炭施用下微生物群落網(wǎng)絡復雜性顯著增強，尤其是真菌群落復雜性的增強。

此外，玉米秸稈生物質炭對AMF和其他有益微生物的促進效果優(yōu)于木質炭。研究揭示了生物質炭的土壤健康效應，通過結構穩(wěn)定的有機質輸入，顯著改善了土壤團聚體發(fā)育，促進了根系生長，提高了土壤微生物多樣性，特別是真菌多樣性，與此同時促進了土壤微生物群落的共存和合作，刺激了有益微生物生長而抑制了病原微生物生長，從而通過調控和平衡微生物群落避免了致病性微生物的失衡，達到了控制連作障礙的效果。同時，通過生物質炭的養(yǎng)分有效性提升和有機毒物的鈍化作用，減少了人參根系農藥殘留和積累。研究首次證明生物質炭土壤改良具有恢復和激活土壤健康、增進植物生物防疫能力的良好效應，同時，研究也證明了團隊技術生產的玉米生物質炭作為一種既有良好結構又有活性有機分子的定制生物質炭，在改善土壤健康上具有較大的應用潛力。

圖2 生物質炭調控土壤微生物網(wǎng)絡

博士生劉成為該論文第一作者，潘根興教授為通訊作者，碩士生夏融、唐嫚等，以及浙江科技學院生物質資源利用重點實驗室和吉林農業(yè)大學中藥材學院等單位的專家也參與了該項研究。本研究得到國家重點研發(fā)計劃、“雙一流”學科經(jīng)費和江蘇省固體有機廢物資源化利用協(xié)同創(chuàng)新中心等項目經(jīng)費資助。

全文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhac108

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