1. 引言
全球粮食安全因人口增长与耕地稀缺而备受挑战，滨海盐碱地的合理开发与利用被视为农业可持续发展的重要途径。这类土壤普遍存在盐分高、pH值高、结构差及养分缺乏等问题，制约作物生产力。传统物理化学改良方法（如排水、施用石膏）存在成本高或易导致土壤板结等局限。生物炭因其多孔结构和独特理化性质，已成为盐碱地改良的有前景材料，它能降低钠吸附比（SAR）、提高土壤持水性、增加有机质。然而，单一生物炭应用常因养分供应不足，限制了其与微生物接种剂的协同效果。本研究提出将负载养分的生物炭与特定根际促生菌（PGPR）联合施用，旨在通过物理载体、化学营养与微生物活性的整合，实现盐碱地生产力的协同提升。
2. 材料与方法
试验于2024年在河北沧州黄骅的滨海轻度盐碱地进行，共设置5个处理：对照（CK）、单纯羊粪生物炭（BC）、养分负载型生物炭（NBC）、生物炭+微生物接种剂（MBC）、养分负载型生物炭+微生物接种剂（MNBC）。生物炭施用量为10 t·ha−1，接种菌为解磷解钾的Paenibacillus mucilaginosusPM12（有效活菌数2×108CFU·mL−1），施用量为75 L·ha−1。养分负载型生物炭通过将原始生物炭浸泡于养殖废水中72小时制备。玉米品种为‘新单58’，于2024年6月27日播种，9月27日收获。在喇叭口期、乳熟期和成熟期分别测定玉米农艺性状、产量及土壤理化性质，并于喇叭口期采集根际土壤进行宏基因组测序，分析微生物群落结构与功能。
3. 结果
3.1. 养分负载型生物炭结合PM12促进玉米生长并改善土壤理化性质
所有生物炭处理均显著提高了玉米株高、地上与地下生物量，其中MNBC处理效果最显著，其株高、地上生物量和地下生物量均最高。MNBC处理的玉米产量达10889.10 kg·ha−1，较CK增产52.5%。在土壤养分方面，MNBC处理在成熟期的土壤有机质（SOM）、全氮（TN）、有效磷（AP）和速效钾（AK）含量均显著高于其他处理。在降低碱度方面，MNBC处理在整个观测期均表现出最强且最稳定的降pH能力，成熟期土壤pH为8.02，较CK降低0.30单位。
3.2. 养分负载型生物炭结合PM12重塑根际微生物群落多样性及组成
微生物接种（MBC处理）是形成更高多样性、更均匀细菌群落的主要驱动力。养分负载处理（NBC和MNBC）则显著提高了真菌群落的丰富度、多样性和均匀度。主坐标分析（PCoA）表明，不同处理间细菌和真菌群落结构均存在显著分离。在群落组成上，MNBC处理特异性地富集了与碳代谢相关的Sphingomicrobium和Candidatus Saccharimonadales中的一个未分类属。真菌方面，MNBC处理中关键分解菌门Basidiomycota的相对丰度增至17.11%，近乎CK的两倍，同时潜在植物病原菌Fusarium的相对丰度被显著抑制。
3.3. 不同生物炭改良剂对微生物群落代谢功能的影响
在氮代谢方面，MNBC处理导致与硝化和反硝化相关基因的丰度整体增加，表明在养分和微生物联合作用下，多种氮转化途径得到整合性增强。在磷代谢方面，微生物接种（MBC处理）显著增强了无机磷溶解潜力，而MNBC处理则引发了最显著的磷饥饿响应。在碳代谢方面，养分负载处理（NBC和MNBC）对生物合成代谢略有促进作用。
3.4. 细菌属对氮、磷、碳代谢基因的贡献
不同处理显著改变了负责土壤氮、磷、碳转化的微生物类群的分类学贡献模式。例如，在氮循环中，Nocardioides是硝化（nxrA, nxrB）和硝酸盐同化还原（nasA）基因的核心贡献者。在磷循环中，高亲和力磷酸盐特异性转运系统（pstA, pstC）主要由unclassified_f__Nitrososphaeraceae贡献。MNBC处理不仅保持了unclassified_f__Nitrososphaeraceae在磷传感和获取方面的高贡献，还保留了Rubrobacter强大的有机磷矿化功能（phoD）和Nocardioides的磷储存潜力（ppk1），并整合了碳代谢中acs、frdA和tktB等基因的高贡献，从而构建了更完整高效的碳代谢微生物网络。
3.5. 土壤性质、微生物组与玉米生长性能的相互作用
相关性分析结合Mantel检验表明，根际土壤pH与玉米生长参数及产量呈极显著负相关，而土壤养分（SOM、TN、AP）与所有玉米生长参数呈极显著正相关。结构方程模型（SEM）进一步阐明，土壤pH和水溶性盐含量（SSC）通过负向影响SOM，间接抑制了TN和AP含量，从而最终制约玉米产量。模型解释了对玉米产量73.0%的总方差，其中AP和TN对产量具有最直接且强烈的正向效应。
4. 讨论
MNBC处理通过整合物理载体、化学营养和生物活化，表现出对轻度滨海盐碱地玉米生长和产量最显著的提升效果。这归因于其同时改善多种土壤限制因子的综合能力：生物炭基质物理吸附盐分离子并降低根际pH；负载的养分构成直接资源库；接种的功能菌P. mucilaginosusPM12通过代谢物分泌持续活化土壤中的磷和钾，并协助调节pH。三者互作缓解了特定立地的土壤逆境和养分限制。
在微生物层面，单一微生物接种剂（MBC）通过竞争生态位显著改变了细菌群落结构，而养分负载（NBC）则显著增强了真菌群落的丰富度和多样性。MNBC处理则产生了独特的整合效应，组装了一个功能上更具弹性且平衡的细菌群落，同时富集了土壤分解者如Basidiomycota，并最全面地抑制了多种潜在真菌病原菌。
在功能上，MNBC处理实现了氮、磷、碳等关键土壤养分循环的功能协同，促进了多种生物过程的同步增强。由多个类群执行互补功能形成的内部协调代谢网络，显著提高了根际养分的整体转化和周转效率。此外，功能重塑可能使根际微生物组朝向更环境友好的轨迹发展，例如在强化氮转化同时，保持了相对较高的一氧化二氮还原酶基因（nosZ）丰度，暗示了减少N2O排放的潜力。
5. 结论
养分负载型生物炭与PGPR（P. mucilaginosusPM12）的整合施用，是复垦滨海盐碱地、提升玉米生产力的高效策略。MNBC处理通过协同缓解盐碱胁迫和提升土壤肥力，富集了关键有益细菌类群和真菌分解者，抑制了潜在病原菌，并建立了一个更复杂高效的微生物代谢网络。该网络在氮转化、磷溶解和碳代谢方面表现出增强的功能潜力。结构方程建模揭示，由这个功能强大的微生物组所促进的土壤有效磷和全氮的增加，是产量提升最直接和显著的驱动因素。本研究为设计集物理、化学和生物组分于一体的协同性生物炭-微生物改良剂，以实现盐碱地可持续修复，提供了机制框架。
