《Environmental Research》：A Cyclic Ecological Strategy for Ameliorating Saline-Alkali Soils using Biochar and
Cenchrus fungigraminus (JUJUNCAO)
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盐碱地改良中耐盐植物JUJUNCAO制备酸改性生物炭（BCN）的增效机制及生态循环研究。BCN通过表面官能团增强和离子交换作用显著降低土壤Na+含量（降幅达84.1%），同时提升有机质（+73.2%）和有效氮（+114.2%），促进JUJUNCAO根系抗氧化系统激活（SOD活性提升454%），形成“植物-生物炭-土壤”协同改良的可持续循环模式。
严少娟|胡玲艺|马建|马立怀|林东梅|孙红英
中国福建农林大学JUNCAO技术国家工程中心，福州350002
摘要
本研究提出了一种创新的循环策略，通过将生态植物转化为生物炭（BCN）来修复边缘盐碱土。经过酸处理的BCN具有更多的含氧官能团和更大的表面积，从而增强了Na+的吸附能力，并改善了Cenchrus fungigraminus（JUJUNCAO）的生长环境。在土壤中施用1.5-2%的BCN可以刺激其内在的抗氧化系统，提高JUJUNCAO的盐碱耐受性；具体来说，SOD活性增加了454%，脯氨酸和可溶性糖含量分别增加了36.7%和80.1%。此外，BCN与植物生长之间的协同作用提高了土壤肥力，有机质增加了73.2%，碱解氮增加了114.2%，同时降低了水溶性盐、电导率和碱度，分别降低了84.1%、55.3%和42.6%。值得注意的是，在这种改良土壤中生长的JUJUNCAO制成的酸改性生物炭（A-BCN）的产量从18.9%增加到了35%。这种第二代生物炭具有优化的H/N比，增强了生物炭表面H+与土壤中Na+之间的离子交换。这种自我强化机制通过多米诺效应实现了生态经济的良性循环。
引言
盐碱土的持续扩散归因于不可持续的农业实践以及气候和地形等自然因素，这已成为一个日益严重的全球性问题（Du等人，2023年；Wang等人，2024b年）。土壤中的高盐度和碱性会导致渗透压、离子中毒和植物营养缺乏，严重限制了植物的生长，对粮食安全和可持续农业构成了重大挑战（Ci等人，2023年；Saifullah等人，2018年；Yin等人，2025年）。传统的修复方法往往受到高成本、长期效果有限和可持续性问题的限制（Jiang等人，2015年；Wen等人，2024年）。
通过限氧生物质热解产生的生物炭具有高度多孔的结构和丰富的官能团（如-OH、-COOH），可以增强土壤的孔隙度、保水能力和阳离子交换能力，从而改善土壤物理性质并减轻盐碱土的盐分（Wang等人，2024c年；Yan等人，2022年；Zhao等人，2024a年）。然而，生物炭的固有碱性如果使用不当，可能会加剧土壤pH值。研究表明，低温热解产生的生物炭保留了大量的养分和低盐离子，使其适合作为盐碱土中的碳肥（Wang等人，2024a年）。此外，酸改性可以中和表面盐分，同时改善结构和微生物栖息地（Li等人，2022年；Wang等人，2025年）。然而，合适的原料供应有限，限制了其成本效益和生态循环效益。因此，将本地耐逆植物转化为生物炭是一种有前景的边缘土壤修复策略，有助于建立修复-生长-修复的生态循环。
Cenchrus fungigraminus（JUJUNCAO）是一种耐逆性强的多年生草本植物，具有强大的离子调节能力、强健的根系发育和活跃的根际改良潜力，使其能够在恶劣环境中保持生长（Di Mola等人，2018年；Li等人，2025年；Xu等人，2023b年）。Song等人证明，JUJUNCAO显著提高了积水土壤中的碳、氮和磷养分（Song等人，2025年）。然而，即使在适度盐碱的土壤中，较高的盐浓度也会抑制植物生长并降低其生态修复效率。因此，将耐盐碱环境种植的耐盐植物转化为改性生物炭以改善土壤是一种有前景但尚未充分探索的方法。迄今为止，尚未有研究报道从JUJUNCAO制备生物炭，以及这种生物炭对耐盐植物的生长促进作用。
本研究旨在从JUJUNCAO生物质制备酸改性生物炭；研究生物炭对植物生长参数（如生物量和叶绿素含量）和根际土壤性质（如pH值、电导率、阳离子交换容量和养分有效性）的剂量依赖性影响；阐明生物炭施用与JUJUNCAO生长对土壤微生物多样性的相互作用；并评估这种可回收修复策略的生态效益。通过利用JUJUNCAO的固有适应性，本研究将其生态功能从植物修复扩展到生物炭生产，将基于废物的修复与可持续土地管理相结合，为土壤改良和生态恢复提供了新的框架。
材料、土壤和化学品
分析级Na2CO3和NaHCO3从Aladdin Holdings Chemical Reagents Co., Ltd.购买。用于生物炭生产的JUJUNCAO来自盐碱土，在热解过程中获得生物炭。所提供的天然土壤初始pH值为7.78，盐浓度为0.4671 g/kg，碱解氮含量为0.13271 g/kg，土壤有机质含量为14 g/kg，碱化程度为16%
获得的生物炭特性
通过SEM检查了酸改性前后生物炭的表面形态。如图1a-d所示，酸改性的生物炭孔隙较大，具有明显的蚀刻现象，表面较粗糙且结构较薄，而BC表面光滑，形成不规则形状的团块。此外，通过FT-IR分析检测到了BCN和BC的表面官能团。两种材料在3429cm-1、1146 cm-1、987 cm-1、1576 cm-1、1146 cm-1处的峰值对JUJUNCAO生长的影响
植物的繁殖能力和适应环境的能力可以通过分蘖数量、植株高度、叶片大小和产量直接反映出来。在盐碱胁迫的早期生长阶段，增加生物炭的用量显著减轻了JUJUNCAO的盐碱胁迫，促进了分蘖数量、植株高度和叶面积的增长。Chen也报告了类似的结果，即10%的污泥生物炭显著促进了
Ryegrass和
Sedum Lineare的生长（Chen等人
可持续性评估
为了评估这种循环策略的可持续性和更广泛的应用性，进行了田间实验。将BCN以1.5%的速率施用于盐碱土，然后种植JUJUNCAO。成熟后，土壤的物理化学性质在表S4中显示，与未施用BCN的土壤相比，pH值和可溶性盐含量显著降低，而土壤有机质和碱解氮含量显著增加。结论
因此，从生长在盐碱环境中的生态经济植物中制备了酸改性生物炭（BCN），以改善盐碱土并实现生态经济循环的发展。研究发现，一定量的BCN在JUJUNCAO根部积累，通过刺激内在的抗氧化酶和渗透调节系统，增加了SOD活性、脯氨酸和可溶性糖的含量。此外，BCN通过物理吸附作用吸附了盐碱土中的Na+CRediT作者贡献声明
林东梅：验证、监督、资金获取。孙红英：写作-审稿与编辑、监督、项目管理、方法论、概念化。严少娟：写作-审稿与编辑、初稿撰写、数据管理、概念化。胡玲艺：正式分析、数据管理。马建：数据管理、概念化。马立怀：数据管理数据可用性
本研究使用或分析的数据集可在合理请求下从相应作者处获得。
利益冲突
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
资助
作者感谢福建省自然资源厅专项基金项目（KKY22003XA）、国家林业和草原管理局的项目：JUJUNCAO的关键技术用于防止和控制沙漠化及改善盐碱土（202401-17）、那曲市科技计划项目：高产优质JUNCAO种植和综合技术的整合与示范利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
