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在棉花种植中，土壤微生物对土壤肥力和作物产量至关重要。研究人员针对新疆干旱半干旱区膜下滴灌棉田，开展土壤细菌多样性和群落结构研究。结果发现不同产量棉田细菌群落有差异，还明确了主要影响因素，为提高土壤质量和棉花产量提供理论依据。
棉花，作为全球重要的经济作物，在纺织业、农业等多个领域都有着举足轻重的地位。中国作为世界棉花生产大国，新疆地区凭借其充足的光热资源，成为国内最大的棉花生产基地，其棉花产量在全球也占据着相当大的比重。在棉花种植过程中，土壤肥力是影响棉花产量的关键因素之一，而土壤微生物在维持土壤肥力、促进养分循环等方面发挥着不可或缺的作用。然而，以往针对新疆地区采用先进种植技术（如 “矮化、高密度、早熟” 策略结合膜下滴灌）的棉田，其土壤微生物机制的研究却相对较少。为了深入了解其中的奥秘，来自新疆农业大学等研究机构的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Microbial Ecology》上。
这项研究对于揭示土壤微生物与棉花生长的关系，提高棉花产量和土壤质量具有重要意义。研究人员采用了多种技术方法来探索其中的奥秘。首先是高通量测序技术，利用该技术对土壤样本中的细菌 16S rRNA 基因和 phoD（碱性磷酸酶编码基因）进行测序，从而分析细菌和 phoD 群落的多样性、结构和组成。其次是 Mantel 检验、冗余分析（RDA）和偏最小二乘路径模型（PLS - PM），这些方法用于探究土壤细菌和 phoD 群落、它们的网络结构与环境因素之间的相互作用 。研究中土壤样本采集自新疆玛纳斯县新湖农场的 26 个棉田，这为研究提供了丰富的数据基础。
下面来看具体的研究结果：
- 土壤理化性质和籽棉产量：研究区域内 26 个位点的籽棉产量、电导率（EC）、总碳（TC）、总氮（TN）、总磷（TP）、有效磷（AP）、有机磷（OP）、质地、微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量磷（MBP）和碱性磷酸酶（ALP）存在显著差异。根据产量水平划分后，不同产量棉田的 TC、TP 和 MBC 存在显著差异，高产量棉田（HYF）的 TC 最高，中等产量棉田（MYF）的 TP 最高，HYF 的 MBC 最高1。
- 根际微生物群落多样性分析：α - 多样性分析中，Chaol 指数显示不同产量棉田细菌丰富度不同，MYF 最高，低产量棉田（LYF）最低；Goods coverage 指数表明不同组细菌群落真实性质有差异，MYF 最低，LYF 最高。不同组细菌群落的 Shannon Simpson、Observed 和 Species 指数呈现MYF>HYF>LYF的趋势，但无显著差异。phoD 群落的各项指数在不同组间无显著差异。非度量多维尺度分析（NMDS）表明，不同产量棉田根际土壤细菌和 phoD 群落组成无显著差异23。
- 根际微生物群落组成分析：研究共鉴定出 31 个细菌门和 19 个 phoD 门。细菌优势门包括变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）等，不同产量棉田优势门中除放线菌门、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）外，其他细菌门无显著差异。phoD 优势门包括变形菌门、放线菌门等，不同产量棉田优势门中除酸杆菌门（Acidobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）外，其他 phoD 门无显著差异。在属水平上也进行了类似分析45。
- 根际微生物群落的共发生网络：构建了不同组细菌和 phoD 物种间的共生网络，发现 LYF 的网络最复杂，其细菌群落的平均度、边数和模块度以及 phoD 群落的平均度和边数都较高。MYF 细菌群落平均路径长度最大，LYF 最小；HYF 的 phoD 群落平均路径长度最大，MYF 最小67。
- 根际微生物群落与环境因素的关系：Mantel 检验表明，细菌群落结构与 AP、MBC、TN、pH、EC、OP 和粘土含量等显著相关；phoD 群落结构与 EC 和 TP 显著相关。RDA 分析显示，环境因素对根际微生物群落影响较大，不同环境因素在门水平和属水平上对细菌和 phoD 群落差异的解释程度不同。对优势种群与土壤理化性质的相关性分析发现，不同细菌和 phoD 群落与多种土壤理化性质密切相关8910。
- 根际微生物群落、网络结构和环境因素的 PLS - PM 模型：PLS - PM 模型表明，土壤 pH、EC、养分、ALP 和物理性质影响细菌结构；土壤养分影响细菌网络，土壤物理性质影响细菌多样性。对于 phoD 群落，土壤养分显著影响其网络，土壤物理性质和 EC 影响其多样性1112。
研究结论和讨论部分指出，不同产量棉田的土壤理化性质存在差异，高产量棉田的部分指标更优，但部分指标在不同产量棉田间无显著差异。土壤微生物群落结构和多样性在不同产量棉田有所不同，MYF 的细菌群落多样性较高，LYF 的网络结构更复杂。研究还明确了土壤 pH、EC、OP、AP、TN、MBC 和粘土含量等是影响根际细菌群落多样性和网络结构的关键因素。这些研究结果为进一步研究如何改善土壤质量、提高棉花产量提供了重要的理论依据，有助于推动干旱半干旱区棉花种植的可持续发展。
