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面对气候变化导致的水资源短缺及作物耐旱性提升需求，研究人员探究富营养堆肥在水分充足与胁迫下对玉米生长和蒸腾效率（TE，地上生物量与总蒸腾量之比）的影响。发现堆肥可提高 TE、改变气孔导度和激素浓度，具重要应用价值。
全球变暖使干旱愈发频繁，严重威胁作物生长与粮食安全。传统育种虽致力于提升作物耐旱性，但常面临生物量积累与胁迫应对策略的矛盾，且耐旱品种在水分充足条件下可能失去产量优势。如何在不牺牲水分充足时产量的前提下，提高作物在缺水环境下的生产力，成为农业领域的关键挑战。在此背景下，土壤管理措施作为重要突破口，其通过有机改良剂提升土壤保水能力、改善作物水分关系的机制亟待深入挖掘。
澳大利亚拉筹伯大学（La Trobe University）、墨尔本大学（The University of Melbourne）等机构的研究人员开展了相关研究，旨在明确富营养堆肥在不同水分条件下对玉米生长及蒸腾效率（Transpiration Efficiency, TE，即地上生物量与总蒸腾量的比值）的影响机制。研究成果发表于《Plant and Soil》，为通过土壤管理增强作物耐旱性提供了新视角。
研究主要采用以下关键技术方法：
- 双柱系统实验设计：利用特制 PVC 柱模拟土壤剖面，上层为 15 cm 表土，下层为 45 cm 底土，精确控制堆肥施加深度（表土或底土）及水分条件（充足与胁迫）。
- 生理指标测定：包括气孔导度（gs）、二氧化碳同化速率（A）、蒸腾速率（E）等气体交换参数，以及叶片脱落酸（ABA）、甲基茉莉酸（MJ）、吲哚 - 3 - 乙酸（IAA）等激素浓度的 LC-MS 检测。
- 根系与土壤微生物分析：通过 WinRHIZO 系统扫描测定根系长度密度，运用 qPCR 和 Illumina MiSeq 测序分析土壤微生物群落丰度与多样性。
研究结果
1. 堆肥对玉米生长和蒸腾效率的影响
所有堆肥处理（无论表施、深施或与生物炭结合）均使玉米地上和根系生物量显著增加（>7%），深施堆肥 / 生物炭处理增幅达 15% 以上。与表面施肥对照相比，堆肥处理的蒸腾效率（TE）提高约 10%，且在水分充足与胁迫条件下表现一致。这表明堆肥可通过优化水分利用效率促进生长，而不受水分环境限制。
2. 叶片气孔导度、气体交换与激素浓度变化
堆肥处理显著降低气孔导度（gs）和蒸腾速率（E）达 30% 以上，但二氧化碳同化速率（A）保持稳定，导致瞬时 TE 显著提升（>20%）。叶片中 ABA、MJ 和 IAA 浓度显著高于对照，其中深施堆肥处理的激素水平最高。ABA 和 MJ 可诱导气孔关闭以减少水分散失，IAA 则促进光合特性与根系生长，三者共同作用介导了 TE 的提升。
3. 根系分布与底土水分利用
水分充足时，根系主要分布于表土层；水分胁迫下，深施堆肥处理的根系在底土层（20-50 cm）的长度密度显著增加（67%-100%），且能更有效地提取底土水分，使底土基质势降至 - 1000 kPa。这表明深施堆肥通过改善根系在紧实底土中的生长能力，增强了作物对深层水资源的获取。
4. 土壤微生物丰度与群落结构
堆肥处理显著增加表土和底土中的真菌丰度，且与根系长度密度呈正相关。细菌群落分析显示，堆肥促进了芽孢杆菌（Bacillus）、链霉菌（Streptomyces）等有益菌属的富集，这些微生物可通过合成植物激素或改善根际环境，协同提升作物耐旱性。
结论与讨论
本研究表明，堆肥通过多重机制增强玉米的耐旱性与水分利用效率：
- 微生物介导的激素调控：堆肥富集的芽孢杆菌、链霉菌等有益微生物，诱导叶片 ABA 和 MJ 合成，减少气孔导度与蒸腾失水，同时通过 IAA 促进生长，实现 TE 的提升。
- 根系结构优化：深施堆肥改善底土物理结构，促进根系深扎，增强对深层水分的吸收，尤其在水分胁迫下维持植株水分平衡。
- 生理与形态协同作用：堆肥处理解耦了气孔导度与光合速率的关系，在减少水分散失的同时维持光合效率，打破了传统耐旱性与生物量积累的矛盾。
该研究揭示了土壤管理措施通过生物效应提升作物耐旱性的潜力，为农业生产中合理利用有机废弃物、优化施肥策略提供了理论依据。未来若能进一步明确堆肥中关键微生物功能群的作用机制，有望开发出更具针对性的微生物菌剂与土壤改良方案，为应对全球气候变化下的粮食安全问题开辟新路径。
