土壤健康是与人类健康休戚相关的土壤本质属性，而农作物长期连作往往导致土壤退化而农产品质量严重下降的问题。人参（Panax ginseng C. A. Meyer）是中国传统名贵中药材，被誉为百草之王。因森林保护的需要，大量人参是在农田上种植的。而长期连续种植人参导致土壤有机质快速消耗，土壤酸化及土壤微生物群落失衡，使土传病原菌激增，造成人参根腐病严重发生。当前，参农通过施用有机肥和杀菌剂等农药来控制土传病害，不仅防控效果越来越弱，还导致人参产量和人参皂苷含量（品质）显著下降，抗生素和农药残留增多。如何增进土壤健康，而提高人参抵御土传病害的能力，是人参绿色生态安全生产必须解决的问题。

近日，Horticulture Research 上线了（Advance Access）潘根兴教授团队题为Improved ginseng production under continuous cropping through soil health reinforcement and rhizosphere microbial manipulation with biochar: A field study of Panax ginseng from Northeast China 的研究论文，揭示了在生物质炭促进土壤健康和克服人参连作障碍方面取得的新进展。

潘根兴教授团队一直致力于土壤学和生物质炭的科学研究和技术发展，在生物质炭固碳减排促进农业可持续发展研究基础上，针对人参土壤健康的严峻挑战，在创新土壤有机质-土壤结构-土壤生物活性的土壤健康途径的同时，采用特定生物质炭土壤调理技术，试验调控土壤微生物区系，抑制土传病害的发生和危害。本论文研究是在吉林省抚松县典型人参产区的连续栽种人参3年的老参地上进行，根据参农施用有机肥土壤改良的习惯做法，采用两种结构和成分不同的生物质炭（木质炭和玉米秸秆炭），在参苗移栽前以每公顷20吨（风干基）施入表土，在耕层内混合均匀，生长期配施团队研发的定制炭基肥，观察人参长势和分析土壤和生物活性变化，在第三年人参收获后进行皂苷含量、农药残留量及人参根际微生物测序分析。

图1 生物质炭调控根际土壤微生物组成和群落结构

结果表明，施用木质和玉米生物质炭，显著提高了土壤团聚体平均质量直径，土壤肥力分别提高23%和39%，人参根生物量分别增加了25%和27%，而人参品质提高了6%和18%。两种炭都增加了人参根际土壤细菌和真菌丰度，病原微生物Fusarium spp菌群丰度显著降低19-35%，而有益微生物Burkholderia spp.,Pseudomonas spp.等丰度显著增加。FUNGuild功能预测显示，施炭后pathotrophic真菌丰度减少而丛枝菌根真菌（AMF）丰度增加。进一步Co-occurrence network分析发现生物质炭施用下微生物群落网络复杂性显著增强，尤其是真菌群落复杂性的增强。

此外，玉米秸秆生物质炭对AMF和其他有益微生物的促进效果优于木质炭。研究揭示了生物质炭的土壤健康效应，通过结构稳定的有机质输入，显著改善了土壤团聚体发育，促进了根系生长，提高了土壤微生物多样性，特别是真菌多样性，与此同时促进了土壤微生物群落的共存和合作，刺激了有益微生物生长而抑制了病原微生物生长，从而通过调控和平衡微生物群落避免了致病性微生物的失衡，达到了控制连作障碍的效果。同时，通过生物质炭的养分有效性提升和有机毒物的钝化作用，减少了人参根系农药残留和积累。研究首次证明生物质炭土壤改良具有恢复和激活土壤健康、增进植物生物防疫能力的良好效应，同时，研究也证明了团队技术生产的玉米生物质炭作为一种既有良好结构又有活性有机分子的定制生物质炭，在改善土壤健康上具有较大的应用潜力。

图2 生物质炭调控土壤微生物网络

博士生刘成为该论文第一作者，潘根兴教授为通讯作者，硕士生夏融、唐嫚等，以及浙江科技学院生物质资源利用重点实验室和吉林农业大学中药材学院等单位的专家也参与了该项研究。本研究得到国家重点研发计划、“双一流”学科经费和江苏省固体有机废物资源化利用协同创新中心等项目经费资助。

全文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhac108