《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Combined Application of Biochar, Arbuscular Mycorrhizal Fungi, and Trichoderma harzianum Affects Fusarium Development and Soil Properties in Cotton
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本研究聚焦棉花生产中日益严重的镰刀菌病害问题，探讨了一种集成生物炭（Bc）、丛枝菌根真菌（AMF）和哈茨木霉（Trichoderma harzianum）的可持续生物防治策略。通过两年田间试验，研究验证了该联合应用不仅有效降低了镰刀菌病害严重度达67.5%，还显著促进了棉花生长、改善了土壤理化性质及养分有效性，为棉花可持续生产提供了有效途径。
棉花，被誉为“白色黄金”，在全球纺织业中扮演着至关重要的角色。然而，这种重要经济作物的生产正面临着一个严峻的威胁——由镰刀菌属（Fusarium spp.）真菌引起的病害，如尖孢镰刀菌（F. oxysporum）和增殖镰刀菌（F. proliferatum）等。这些土壤传播的病原体导致棉花出现萎蔫、根腐、维管束褐变，甚至植株死亡，严重影响了棉花的产量和纤维品质。长期以来，农民依赖化学农药来控制这些病害，但这带来了环境污染、病原体抗药性增强以及对有益土壤微生物产生负面影响等一系列问题。因此，寻求一种环境友好、可持续的病害管理方法迫在眉睫。
近年来，生物炭（Biochar， Bc）、丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi， AMF）和哈茨木霉（Trichoderma harzianum）等生物刺激剂和土壤改良剂受到了广泛关注。生物炭是由有机废弃物在无氧条件下热解产生的富碳材料，其高比表面积和多孔结构能改善土壤结构、增加微生物多样性。AMF能与植物根系形成共生体，显著增强植物对磷等养分的吸收，并提高植物对环境胁迫的抵抗力。哈茨木霉则是一种著名的生防真菌，能够通过寄生、竞争营养空间和诱导植物系统抗性等多种机制来抑制病原菌。虽然单独应用这些组分已显示出一定效果，但将它们结合起来，形成一个协同作用的“工具箱”，是否能更有效地对抗镰刀菌病害，同时提升土壤健康和棉花生长，仍是一个有待深入探究的科学问题。正是在这样的背景下，一篇发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上的研究为我们提供了宝贵的见解。
为了探究上述问题，研究人员在土耳其尚勒乌尔法省的维兰谢希尔地区，选取了自然感染镰刀菌的棉田，进行了连续两年（2022-2023和2023-2024生长季）的田间试验。研究采用了随机完全区组设计，设置了包括单独施用生物炭（2%， w/w）、商业AMF菌剂（Endo Roots Soluble， ERS）、哈茨木霉Rifai菌株KRL-AG2（T22）以及它们之间所有可能组合（双组合和三组合）在内的八个处理，并以不施加任何处理的组作为对照。研究系统评估了这些处理对棉花植株生长（如株高、茎粗、叶片数）、生理指标（光合效率、叶绿素含量）、棉铃数量、镰刀菌病害严重度以及土壤理化性质（pH、电导率EC、土壤结构、有机质和宏量/微量养分含量）和AMF定殖率的影响。
3.1 对棉花生长参数的影响
通过两年的数据发现，无论是单独施用还是组合施用，生物炭、AMF和哈茨木霉都能显著改善棉花的营养生长。其中，三者联合应用（Bc+ERS+T22）的效果最为突出。在第一年，该处理就使棉花叶片数、株高和茎粗达到最高值。到了第二年，ERS+T22组合在增加叶片数（每株84片）和株高（92.9厘米）方面表现最佳，而Bc+ERS组合则在增加茎粗（15.29毫米）方面领先。这些结果表明，微生物与有机改良剂的联合应用对促进棉花在镰刀菌胁迫下的营养生长具有协同增效作用。
3.2 对棉花生理参数的影响
植物的生理状态直接反映了其健康程度。研究发现，生物刺激剂的施用显著提高了棉花的光合效率和叶绿素含量。在第一年，Bc+T22组合的光合效率最高（58.46%），而三组合（Bc+ERS+T22）的叶绿素含量最高（55.92 SPAD值）。在第二年，单独施用生物炭维持了最高的气体交换速率。此外，与对照相比，处理组的棉花叶片显示出更高的亮度和更健康的颜色参数，这表明叶片的光合活性增强，由镰刀菌引起的褪绿等胁迫症状得到缓解。
3.3 对土壤基本理化性质的影响
改良土壤是病害防控的基础。研究表明，施用生物炭能有效降低土壤电导率（EC），缓解盐分胁迫。例如，在第一年，生物炭处理将土壤EC从对照的2.62 dS m-1降至0.99 dS m-1。同时，生物炭及其与哈茨木霉的组合（Bc+T22）在两年中都显著提高了土壤团聚体稳定性，这意味着土壤结构得到了短期内的功能性地改善，抗侵蚀和保水保肥能力增强。
3.4 对土壤养分含量的影响
土壤肥力的提升是可持续农业的核心。所有包含AMF和/或生物炭的处理都显著提高了根际土壤的有机质、氮（N）、磷（P）等宏量养分以及铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）等微量养分的含量。其中，Bc+ERS组合在第一年对提升氮和钾（K）含量效果显著，而三组合（Bc+ERS+T22）在第二年使有机质和氮含量达到峰值。特别值得注意的是，AMF的应用与土壤磷含量呈现强正相关，印证了其促进磷吸收的核心功能。这些养分的累积直接转化为棉花产量的提升，三组合处理在第二年使每株棉铃数达到27.9个，显著高于对照。
3.5 对AMF发育参数的影响
尽管AMF单独接种（ERS）获得了最高的根系定殖率（第一年94%）和土壤孢子密度，但在与生物炭和哈茨木霉联合应用时，AMF的定殖率有所下降。这可能是由于添加剂之间的相互作用或对土壤pH、EC的间接影响所致。然而，尽管定殖率适度降低，植物的生长和养分吸收仍受到积极影响，表明AMF的功能在很大程度上得以保留，且不同微生物之间存在复杂的互作关系。
3.6 对镰刀菌病害严重度的影响
这是研究的最终落脚点。结果表明，任何单一处理（Bc、ERS或T22）都能部分降低病害严重度，但效果有限（抑制率32.5%-50%）。而组合处理显示出强大的协同效应。其中，三者联合应用（Bc+ERS+T22）的效果最佳，在两年中分别将病害严重度降低了57.5%和67.5%。ERS+T22双组合也表现出色。这清晰地证明，整合多种生物制剂和土壤改良剂能够建立起一个更稳定、有效的防御系统，通过多途径抑制病原菌。
综合所有结果，通过主成分分析（PCA）和热图可以直观地看到，Bc+ERS+T22三组合在图表中与其他处理明显区分开来，它与棉花生长指标、光合参数、土壤养分富集以及病害抑制均呈现强正相关。这从多变量角度证实了该集成策略在协调植物-土壤-微生物系统功能上的优越性。
本研究通过严谨的两年田间试验证实，将生物炭、丛枝菌根真菌和哈茨木霉联合应用，是一种对抗棉花镰刀菌病害、促进作物生长和改善土壤健康的极具潜力的集成策略。这种组合并非简单的叠加，而是产生了“1+1+1>3”的协同效应：生物炭为有益微生物提供了理想的栖息地并改良土壤物理性质；AMF强化了植物的养分获取，特别是磷营养；而哈茨木霉则直接压制病原菌并激活植物的内在防御系统。三者共同作用，构建了一个增强型的根际微生态系统。
讨论部分进一步阐释了其重要意义。首先，该策略为减少对化学农药的依赖提供了切实可行的生物解决方案，符合农业绿色发展的方向。其次，它通过同时提升土壤肥力（增加有机质和养分）和生物活性（促进有益微生物），实现了“控病”与“培土”的双重目标，有助于土地的长期健康与可持续生产力。最后，研究揭示了在田间复杂环境下，不同生物制剂间可能存在的相互作用（如对AMF定殖的适度影响），提示在实际应用中需要优化配伍和施用方式。
总而言之，这项研究不仅为解决棉花生产中的具体病害难题提供了有效方案，更展示了一种通过整合多种生态友好型技术来管理土壤健康、增强作物韧性的系统性思维。它为面临类似土传病害威胁的其他作物可持续生产提供了宝贵的参考范式。
