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为缓解小规模灌溉甘蔗种植园土壤碱化问题，研究人员开展海刀豆（Canavalia rosea）的盆栽实验，结果表明其可降低土壤 Na+浓度，改善土壤特性。
在广袤的甘蔗种植园里，土壤盐碱化问题如同隐藏在地下的 “杀手”，悄无声息地威胁着甘蔗的生长和农民的收成。在南非干旱和半干旱地区的灌溉甘蔗种植园中，这一问题尤为突出。由于盐分过高的灌溉水以及不完善的排水系统，土壤盐碱化现象愈发严重。据统计，全球约 6% 的可耕地受到盐碱化影响，其中 54% 为碱化土壤，若情况持续，到 2050 年，受盐碱化影响的土壤比例预计将达 50%。
土壤盐碱化对甘蔗种植的危害极大。高浓度的钠离子（Na+）会破坏土壤结构，干扰养分运输，导致土壤孔隙度和渗透率降低，根系难以深入土壤，水分和养分吸收受阻。同时，Na+还会与钾离子（K+）、钙离子（Ca2+）等营养离子竞争吸收位点，抑制植物生长。此外，碱化土壤的高 pH 值会降低磷（P）、氮（N）等养分的溶解度，影响土壤微生物群落，进一步限制养分循环和植物对养分的摄取，使得甘蔗产量和质量大幅下降。
为了寻找解决这一问题的有效方法，来自南非夸祖鲁 - 纳塔尔大学等机构的研究人员开展了一项关于海刀豆（Canavalia rosea）修复盐碱土壤的研究。该研究成果发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上。
研究人员采用了一系列关键技术方法来开展此项研究。首先是土壤和种子的采集，土壤取自南非姆普马兰加省锡赫瓦拉内的休耕小规模农场，海刀豆种子则随机收集自南非的德班、韦斯特布鲁克和斯科特堡等地。接着进行种子萌发和种植实验，实验采用随机区组设计，在温室条件下进行，设置了 3 个月、5 个月和 7 个月三个收获期。实验过程中，研究人员对植物和土壤进行了多方面的分析，包括植物的生物量、矿物质营养、Na+浓度，土壤的化学参数、微生物群落以及相关酶的活性等。在分析过程中，运用了多种分析技术，如土壤养分分析、细菌提取和鉴定、分子生物学技术（PCR 扩增和测序）以及酶活性测定等。
研究结果如下：
- 生物量和生长动力学：随着种植时间的增加，海刀豆的总生物量、地上部分和地下部分生物量显著增加，根冠比也随之增加。7 个月种植期的海刀豆相对生长速率（RGR）和生长速率（GR）最高，表明其在长期生长过程中能更好地适应环境，获取和分配资源。
- 植物矿质营养和 Na+浓度：海刀豆总植物氮（N）浓度在 5 个月种植期显著低于 3 个月和 7 个月种植期，磷（P）浓度在 7 个月种植期最高。同时，总植物 Na+浓度随种植期增加而显著增加，说明海刀豆能有效积累 Na+。
- 土壤化学参数：种植海刀豆后，土壤 Na+浓度显著降低，是种植前的五分之一。土壤的电导率（EC）、钠吸附比（SAR）和交换性钠百分比（ESP）也显著降低，阳离子交换容量（CEC）在 5 个月和 7 个月种植期显著增加，表明土壤盐碱化程度得到缓解，土壤肥力有所提高。
- 根瘤菌鉴定：海刀豆与恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）和芽孢杆菌属（Bacillus）的多种菌株形成共生关系，这些细菌在不同种植期有所差异。它们可能有助于海刀豆在高盐环境下生长，并提高土壤养分的有效性。
- 氮源偏好：随着海刀豆种植期的增加，其从大气中获取氮的比例（% NDFA）显著增加，表明海刀豆对生物固氮（BNF）的依赖增强。
- 氮和磷利用效率：海刀豆在 3 个月和 7 个月种植期的特定氮吸收速率（SNAR）显著高于 5 个月种植期，特定氮利用速率（SNUR）、特定磷利用速率（SPUR）随种植期增加而显著增加，特定磷吸收速率（SPAR）则随种植期增加而显著降低。
- 土壤氮和磷循环细菌：种植海刀豆后，土壤中氮和磷循环细菌的数量显著增加，表明海刀豆能促进土壤中养分的循环。
- 细胞外酶活性：种植海刀豆后，β - 葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性无显著变化，碱性磷酸酶活性显著降低，硝酸还原酶活性在种植后波动变化，3 个月时最高。
研究结论和讨论部分指出，海刀豆连续种植可使土壤 Na+浓度降低五倍，显著改善土壤特性，增强土壤养分循环，这表明海刀豆在盐碱土壤修复和提高土壤肥力方面具有巨大潜力。海刀豆与固氮细菌形成的共生关系，以及其对土壤微生物群落的影响，进一步证明了植物 - 微生物相互作用在改善土壤环境中的重要性。然而，本研究为盆栽实验，存在一定局限性，如盆栽大小和灌溉方式可能影响实验结果。未来研究建议开展田间实验，以更准确地评估海刀豆在实际农业生产中的效果。总体而言，该研究为可持续农业中盐碱土壤的管理提供了新的思路和潜在解决方案，有望推动农业生态系统的健康发展，帮助小规模甘蔗种植户减轻土壤改良成本，提高甘蔗产量和质量。
