《ACS Sustainable Resource Management》：Enhancing Potato Crop Resilience against Rhizoctonia solani: A Sustainable Approach of Using Rice Husk-Derived Furfural and Biochar
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本综述系统阐述了从稻壳中提取糠醛（furfural）与生物炭（biochar）的创新工艺，及其作为环境友好型抗真菌剂在防治马铃薯立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）方面的协同效应。研究通过理化表征证实材料有效性，并结合体外（in vitro）与温室盆栽实验，揭示糠醛通过破坏菌丝膜结构实现100%抑菌率，生物炭则通过改善土壤结构、持水性及微生物活性促进植株生长。二者联用展现出显著协同增效作用，为农业废弃物资源化利用与作物病害绿色防控提供了循环经济新范式。
引言：立枯丝核菌对马铃薯产业的威胁与绿色防控需求
立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）作为一种土传病原真菌，对马铃薯、水稻、小麦和番茄等重要作物构成严重威胁，可引发马铃薯块茎黑痣病（black scurf）和茎溃疡（stem canker）。该菌在潮湿环境中繁殖迅速，而土壤结构差、有机质含量低和营养失衡等因素会加剧其危害。传统化学杀菌剂虽广泛应用，但存在环境残留、病原菌抗性增强等问题。因此，开发基于农业废弃物的绿色防控策略成为可持续农业的重要研究方向。
实验设计：稻壳衍生糠醛与生物炭的制备与表征
研究以稻壳为原料，通过硫酸催化水解结合氯化钠助剂进行蒸馏提取糠醛，最佳工艺条件为15% H2SO4与5g NaCl组合，糠醛产率达8.1%。提取后的残渣经550°C限氧热解转化为生物炭。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示糠醛特征峰为1648 cm-1处C=O伸缩振动，高分辨质谱（HRMS）确认分子离子峰m/z=96.0805（C5H4O2）。生物炭的X射线衍射（XRD）呈现24.10°处弥散峰，表明其富含无序碳结构，扫描电镜（SEM）显示其具有多级孔道结构，元素分析（EDS）测得其碳含量达83.66%。
体外抑菌效应：糠醛对立枯丝核菌的精准抑制
通过马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）平板实验评估糠醛抑菌活性，结果显示6000 ppm浓度下120小时内完全抑制菌丝径向生长，抑菌率达100%。显微镜观察发现糠醛可诱导菌丝分支异常（直角分支结构破坏）和细胞膜破裂。浓度梯度实验表明抑菌效果呈剂量依赖性，2000 ppm与4000 ppm浓度下抑菌率分别为8.5%-34.3%和34.3%-68.9%。
温室盆栽验证：生物炭与糠醛的协同增效机制
盆栽实验设置8种处理组（F0对照组、F2/F4/F6糠醛组、F0B生物炭组、F2B/F4B/F6B复合组）。45天生长数据显示，F2B处理组（2000 ppm糠醛+5g生物炭）表现最优，马铃薯地上部高度（46.0±0.08 cm）和鲜重（10.4±0.82 g）较对照组提升215%和108%。生物炭单独应用（F0B）可通过调节土壤pH至微碱性、增强持水性和吸附病原菌毒素促进生长。复合处理中，生物炭的孔隙结构可缓释糠醛，延长其抑菌持续时间，同时改善根际微生物群落。
作用机制解析：从分子到生态层面的多级防护
糠醛的抑菌机制涉及穿透菌丝细胞膜，干扰能量代谢并诱导氧化应激。生物炭则通过三大途径发挥作用：物理吸附病原菌分泌的毒性物质；化学调节土壤pH值抑制喜酸病原菌；生态层面促进放线菌等有益微生物增殖。二者联用形成“即时抑菌（糠醛）+长效改良（生物炭）”的协同模式，且稻壳源材料的本征营养成分（如糠醛含氮0.5%-0.6%、K2O 0.15%）进一步强化作物抗逆性。
结论与展望：农业废弃物资源化的循环经济范式
本研究证实稻壳衍生糠醛与生物炭的组合应用可同步实现病害防控与土壤改良，其100%抑菌效率和46 cm株高增长指标显著优于传统化学药剂。该策略将每吨糠醛生产产生的12-15吨残渣转化为高值生物炭，契合循环生物经济理念。未来研究需优化提取工艺提升糠醛产率，并探索不同作物体系下的适配参数，为农业绿色转型提供理论支撑和技术样板。
