由于對糧食安全和土壤肥力的負面影響，土壤鹽堿化是21世紀最受關注的環境問題之一（Rath和Rousk，2015）。全球約有1.1×10⁹公頃的鹽堿地（占所有土地的7%），中國有9.913×10⁷公頃（Chen等人，2024；Liu等人，2023；Wu等人，2024）。鹽堿土（SAS）是解決全球4億多人面臨的饑餓問題的關鍵耕地資源（Cao等人，2021；Zheng等人，2023）。然而，土壤鹽堿化會導致耕作層和根區積累高濃度的可溶性鹽或形成高比例的交換性鈉鹽，從而對多種土壤性質產生負面影響并抑制植物生長（Datta等人，2019；Rath和Rousk，2015）。每年全球有1.0-2.0×10⁶公頃的土地因鹽堿化而無法用于作物種植（Chen等人，2024；Dong等人，2024）。

在各種鹽堿土（SAS）修復策略中，生物炭受到了廣泛關注（Gao等人，2024；Song等人，2024；Wu等人，2024；Zhang等人，2024）。生物炭是通過在厭氧條件下高溫熱解生物質廢棄物產生的（Gao等人，2024）。生物炭釋放的陽離子（如Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺）可以取代鹽堿土中的Na⁺，提高團聚體穩定性并減少分散（Duan等人，2021）。生物炭的大孔結構降低了土壤容重，使土壤更加疏松。這種結構有助于通過灌溉去除SAS中的鹽分（Yang等人，2021）。同時，其表面的堿性官能團吸附NO₃^?-N，防止無機氮的淋溶（Feng等人，2020）。通過刺激土壤磷酸酶活性，生物炭加速有機磷向植物可利用的無機形式的轉化，從而提高磷的生物有效性（Jin等人，2016）。此外，生物炭改良可以增加土壤碳封存而不增加溫室氣體排放（Zhang等人，2023）。生物炭作為微生物的聚集點，其多孔結構和養分為微生物群落的多樣性和豐度提供了棲息地，尤其是在鹽堿脅迫下（Singh等人，2022；Zheng等人，2022）。最終，生物炭在改善SAS方面的效果取決于其內在的物理化學性質。

熱解溫度、原料和改性是決定生物炭物理化學性質的關鍵因素（Gao等人，2024；Li等人，2024）。通常，溫度越高，pH值、比表面積（SSA）和碳含量越高，而揮發性物質、陽離子交換容量（CEC）和表面官能團（SFG）越低（Tomczyk等人，2020）。這主要歸因于：1）碳酸鹽和總堿金屬離子隨溫度升高而增加，300°C以上堿鹽開始從有機基質中分離，導致pH值升高（Tomczyk等人，2020；Zhao等人，2017）；而纖維素和半纖維素在200-300°C左右分解，產生酚類物質和有機酸，降低pH值（Yu等人，2014）。2）酯基團、烷基基團和孔阻塞物質的熱裂解，以及芳香木質素核心的暴露，導致SSA增加（Tomczyk等人，2020）。3）生物質脫水和脫氧，結合芳構化和石墨化作用，導致SFG減少和電荷減少，從而降低CEC（Chen等人，2018；Tomczyk等人，2020）。與木質生物炭相比，非木質生物炭（來自城市廢棄物、作物殘渣和動物糞便）通常碳含量、揮發性物質和表面積較低，但灰分含量（如Ca、N、S、P）和CEC較高（Jafri等人，2018；Tripathi等人，2016）。這是由于生物質組成的差異，如水分、纖維素和木質素含量（Tripathi等人，2016）。具體來說，生物炭孔隙度的增加是由于H₂和CH₄的快速釋放、木質素分解和芳香縮合反應（Zhao等人，2017）。為了滿足特定應用需求，生物炭經常通過物理化學方法進行活化或改性（Wu等人，2019）。例如，酸改性可以增加SSA、微孔體積和含氧官能團，同時降低pH值——這些性質對SAS修復至關重要（Chen等人，2021；Gao等人，2024；Yang等人，2021）。木醋來自生物炭制備過程中的煙氣冷凝，富含有機酸和微量元素（Ca、K、Mg、Zn等），可用作酸改性的可行原料（Zhao等人，2024）。值得注意的是，鈣改性的生物炭在SAS修復中表現出優異的性能，通過Ca²⁺與土壤膠體Na⁺的交換，降低了鈉吸附比（SAR）和交換性鈉含量（ESP）。

互花米草（Spartina alterniflora）是一種原產于北美東海岸的鹽沼植物，因其高度適應性而被引入中國用于海岸防護，但已變得具有入侵性（Zhao等人，2025）。1990年至2022年間，其在中國的沿海濕地的覆蓋面積從43.76平方公里擴大到680平方公里（Jiang等人，2024）。作為回應，中國生態環境部于2022年12月5日發布了《2022-2025年互花米草控制專項行動計劃》。由于其高生物量和C4維管結構，互花米草是生產生物炭的有效原料（Qiu等人，2020）。將其用作生物炭是一種有前景的替代傳統控制方法的方式。互花米草衍生的生物炭已應用于鎘污染土壤的修復（Qiu等人，2020）、沿海濕地和鹽堿土的改善（Cui等人，2021；Wang等人，2024）、光催化劑合成等多種用途（Zhou等人，2023）。然而，針對SAS修復的互花米草生物炭的最佳熱解溫度仍需進一步研究。

巨芒草（Pennisetum giganteum）于2006年被引入中國，用于食用菌栽培、牲畜飼料和土壤侵蝕控制。最新研究表明其具有耐鹽性，灌溉水中NaCl濃度可達550 mM，使其能夠成功應用于中國東部鹽分含量低于10‰的鹽堿土修復（Hayat等人，2020；Lin等人，2013；Yan等人，2019）。盡管生物炭或改性生物炭對植物生長的益處已被證實，但仍可能存在潛在的不利影響（Xiang等人，2021），包括植物吸收生物炭中滲出的多環芳烴和由于生物炭吸附導致的養分競爭（El-Naggar等人，2019；Wang等人，2018；Xiang等人，2021）。然而，鹽堿土-巨芒草系統對來自互花米草的鈣改性酸性生物炭的生態響應尚未有報道。

本研究的目標是：（1）在250至650°C的熱解溫度下制備互花米草衍生的生物炭（BC），并表征其物理化學性質；（2）基于土壤質量指數（Guillaume等人，2020；Song等人，2024）確定用于SAS修復的最佳熱解溫度；（3）評估SAS-巨芒草系統對摻鈣和木醋改性的BC的生態響應，從而評估利用入侵植物互花米草改善中國東部沿海地區“鹽堿土-巨芒草”生態系統的潛力。

本研究利用互花米草作為鈣木醋改性的生物炭來改善鹽堿土-巨芒草系統。結果表明，巨芒草的肥力積累指數、凈光合速率、生物量和相對飼值分別提高了1.88%、60.77%和18.37%。氨嗜菌（Ammoniphilus）、紅細菌（Altererythrobacter）和轉化酶活性的增加與土壤性質密切相關

盛明平：撰寫 – 審稿與編輯，撰寫 – 原稿，可視化，軟件，方法學，調查，正式分析，數據管理，概念化。田婷：可視化，方法學，調查，正式分析，數據管理。程志涵：調查，正式分析，數據管理。子少新：方法學，正式分析，數據管理。李佩文：可視化，調查，數據管理。朱文遠：可視化，調查。李有文：資源管理，

作者聲明他們沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。

本工作得到了新疆維吾爾自治區中央指導地方科技發展項目（ZYYD2024CG10）和云南省科技計劃（202503AT100008）的財政支持。