近日，我院陈涛涛教授团队在一区 Top 期刊Industrial Crops and Products上发表题为 “Biochar restores potassium balance in rice-crab coculture by enhancing potassium retention and cycling” 的研究论文。博士研究生刘海霞为第一作者，陈涛涛教授为通讯作者。研究解析了玉米秸秆生物炭通过增强土壤钾素保持与循环、修复稻蟹共作系统钾素平衡的作用机制。

钾是作物必需的大量营养元素，我国近四分之三的稻田土壤存在缺钾问题。稻蟹共作将水稻种植与中华绒螯蟹养殖有机结合，通过生态协同强化系统养分循环，是我国重点推广的生态农业模式。然而，螃蟹掘穴等活动增大了土壤孔隙与水分下渗，加剧钾素淋溶；加之秸秆离田与收获物持续带走钾素，稻蟹共作系统长期处于钾素负平衡状态，成为制约稻田钾素可持续利用和该模式规模化推广的关键瓶颈。

该研究依托 2023-2024 年连续两年田间定位试验，设置水稻单作（RM）、稻蟹共作（RC）和稻蟹共作配施玉米秸秆生物炭（RCB，20 t ha⁻¹ 于2023年一次性施用）3种处理，系统测定了土壤钾组分、钾淋溶与钾素利用特征，并对各处理钾素平衡进行了定量评估。结果表明，与水稻单作相比，稻蟹共作虽显著提高了 0-40 cm 土层土壤溶液钾、交换性钾含量与钾素平衡，但钾淋溶增加 22.19%，仍未扭转钾素负平衡。玉米秸秆生物炭施用后，稻蟹共作系统 0-20 cm 土层土壤溶液钾及土壤交换性钾、非交换性钾含量显著提升，面积加权土壤交换性钾较水稻单作和稻蟹共作分别提高 23.35% 和 15.51%，非交换性钾分别提高 17.61% 和 11.13%；水稻地上部钾吸收量和蟹体钾积累量分别提高 4.97% 和 9.46%。相较于不施炭的稻蟹共作系统，施炭处理可显著降低钾淋溶，系统总钾平衡由 -77.27 kg ha⁻¹ 逆转为 + 237.15 kg ha⁻¹。偏最小二乘路径模型进一步揭示，生物炭源钾输入和土壤交换性钾是驱动总钾平衡的两大主导因子。研究同时发现，生物炭施用提高了土壤阳离子交换量，并促进伊利石等黏土矿物比例提升，增强土壤对钾素的吸附与固持能力；在保障水稻籽粒产量与河蟹产量（分别较稻蟹共作提高 4.15% 和 9.46%）的同时，系统净收入于 2024 年较水稻单作提高 51.24%。

该研究证实，生物炭通过直接补充钾素、强化土壤钾素保持与循环、抑制钾素淋溶等多重途径，将稻蟹共作系统钾素负平衡修复为正平衡，为稻田钾素可持续管理及稻蟹共作系统养分调控提供了新的技术路径与理论依据。研究同时指出，上述结论基于单一试验站点、单一生物炭原料与固定施用量，其普适性仍有待多区域、多梯度的田间试验进一步验证。

研究得到国家自然科学基金、辽宁省 “兴辽英才计划” 与辽宁省教育厅项目资助。（水利学院 陈涛涛）

图 1 生物炭对稻蟹共作系统钾平衡的影响

图 2 偏最小二乘路径模型揭示生物炭源钾输入对稻蟹共生系统总钾平衡的驱动作用

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2026.124277

审核人：赵荣飞

编辑：于鑫