《Journal of Environmental Sciences》：Mineral-organic composite compost improved plant growth by ion transporter genes and microbial community assembly process in degraded soil
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土壤酸化与盐渍化是限制农业生产的退化形式，矿物有机复合肥（MOCC）对退化土壤的修复效果及机制研究不足。本研究通过对比有机肥、化学肥及MOCC处理，发现MOCC显著改善酸性及盐碱土壤结构、养分含量和酶活性，促进假单胞菌（33.71%-40.35%）和拟杆菌（12.21%-21.15%）丰度，其碱性特性在酸性土壤中效果更显著，通过离子转运基因调控土壤pH及养分循环，最终提高植物生物量达73.28%。研究证实MOCC是可持续土壤管理的重要策略。
李海敏|刘英杰|魏玉泉|张奎|刘宝柱|吴珍|郭彦斌|张宇涵|杜张柳|李吉
中国农业大学资源与环境科学学院，北京 100193，中国
摘要
土壤酸化和盐碱化是两种典型的土壤退化形式。尽管矿物和有机改良剂已广泛应用于退化土壤中，但矿物-有机复合堆肥（MOCC）对土壤性质、微生物群落组成和植物生长的影响仍知之甚少。因此，本研究探讨了MOCC对退化土壤中植物生长的综合影响。结果表明，MOCC改善了两种类型的土壤，在酸性土壤中效果更为显著，这归因于其碱性特性。在盆栽实验结束时，这些改良剂增强了土壤结构，提高了养分含量和酶活性，从而改善了整体土壤质量。微生物群落分析进一步显示，MOCC增加了假单胞菌门（33.71%-40.35%）和拟杆菌门（12.21%-21.15%）的相对丰度，促进了土壤中的有机物分解和养分循环。中性群落模型和零模型表明，MOCC促进了微生物的扩散、演替和随机组装过程。此外，MOCC增强了离子转运基因的丰度，有助于调节pH值、提高养分含量，进而促进植物生长。页岩和蘑菇残渣堆肥比莫来石和蘑菇残渣堆肥具有更强的促生长效果，显著增加了茎直径（27.14%）、植株高度（35.12%）和生物量（73.28%）。总体而言，MOCC通过改善土壤理化性质、微生物群落组成和离子转运基因促进了退化土壤中的植物生长。这为恢复退化土壤和提高作物生产力提供了一种潜在策略。
引言
随着全球人口的增长，农业生产面临着越来越大的压力。土壤退化和可耕地资源的有限性限制了粮食生产（Li等人，2025a）。土壤酸化和盐碱化是两种典型的土壤退化形式，会制约农业生产力和生态系统稳定性（Khan等人，2024）。在酸性土壤中，H?的积累增加了铝和锰等金属的毒性，抑制了根系生长和微生物代谢，同时降低了磷的生物有效性，阻碍了植物发育。在盐碱土壤中，Na?的毒性和渗透压胁迫破坏了膜稳态，降低了酶活性和光合作用效率，导致养分失衡和毒性，最终导致产量损失和土壤功能退化（Atta等人，2023）。
传统化学肥料的应用可以在短期内提供速效养分，但无法同时改善土壤结构、离子平衡和微生物生态功能（Li等人，2015）。此外，长期依赖化学肥料可能会引发新的土壤退化问题、养分流失和温室气体排放（Tripathi等人，2020）。在各种改善土壤质量的方法中，施用有机堆肥是有效的；先前的研究表明，有机堆肥可以增加土壤有机碳，促进团聚体形成，并改善土壤结构（Grigatti等人，2020；Martins等人，2024）。有机堆肥和其他有机肥料还可以提高土壤中可利用的养分（Domínguez等人，2020），减少有害物质，增加土壤酶活性（Suhani等人，2025），并改善土壤环境。矿物材料作为一种土壤改良剂，具有高表面积、强阳离子交换能力和缓冲能力，可以进一步改善土壤物理结构，减轻盐胁迫，并改善根际微环境（Farooqi等人，2025；Wen等人，2018）。
近年来，通过结合矿物和有机物质制成的矿物-有机肥料受到了越来越多的关注，因为它们能提供缓慢释放的养分、更高的养分利用效率和更好的土壤健康状况，从而进一步提高农艺效率和作物生产力（Engedal等人，2025；Magela等人，2025）。然而，大多数现有研究仅依赖于矿物和有机材料的简单物理混合，关于矿物-有机复合堆肥成熟肥料的影响的研究仍然有限。此外，这些肥料对不同退化土壤中微生物群落演替和植物生长的影响仍不清楚。
因此，本研究探讨了两种矿物-有机复合堆肥（MOCC）对酸性土壤和盐碱土壤中植物生长、土壤性质和微生物群落的影响，特别关注了在不同pH条件下的效果。具体目标包括：（1）评估MOCC与常规化学肥料和有机堆肥相比，对退化土壤中植物生长和土壤性质的影响；（2）阐明MOCC施用如何在不同土壤pH条件下重塑微生物群落演替和随机组装过程；（3）明确离子转运基因通过何种调节机制介导土壤理化性质和微生物群落的变化。这些发现为MOCC在退化土壤中的植物生长作用提供了新的见解，并支持其在可持续土壤管理和作物生产中的应用。
不同施肥处理对植物生长的影响
不同处理条件下植物生长情况见附录A 图S1。施用有机堆肥的处理组中，根系和地上部分的生长表现均优于化学肥料组。植物的形态和生长指标如图1所示。总体而言，在酸性土壤中生长的植物根系较长，而在盐碱土壤中生长的植物高度增加更多；两种土壤之间的茎长差异较小。
结论
本研究表明，MOCC具有缓冲能力，而有机成分则为微生物提供了碳源，共同提高了养分的有效性。具体而言，这些效应还改善了土壤团聚体结构，减少了盐分积累，并增强了关键酶活性，从而促进了根系发育和植物生长。此外，由于MOCC具有碱性，其在酸性土壤中的pH调节效果更为显著。
附录A 补充数据
与本文相关的补充数据可在在线版本中找到。作者贡献声明
李海敏：撰写——初稿、可视化、软件应用、方法论设计、数据调查、数据分析、数据管理。刘英杰：可视化、软件应用、方法论设计、数据分析、数据管理。魏玉泉：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理、资金筹集、概念构思。张奎：方法论设计、数据调查、数据分析、数据管理。刘宝柱：可视化、软件应用、数据调查、数据管理。吴珍：
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了国家重点研发计划（编号2023YFD1901303和2021YFD1900901）、河北省重点科技支撑项目（编号252F2902D）以及国家自然科学基金（编号42477352）的支持。
