枯草芽孢杆菌与辽宁慢生根瘤菌共接种提升滨海盐碱地大豆产量并优化土壤细菌群落结构

本研究在滨海盐碱地通过田间试验证明，枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）与辽宁慢生根瘤菌（Bradyrhizobium liaoningense）共接种可协同改善土壤理化性质（pH降低2.8%，电导率降低11.0%）、提升关键酶活性（碱性磷酸酶+14.9%，蔗糖酶+22.4%）并重塑根际微生物群落（鞘氨醇单胞菌Sphingomonas丰度显著增加），最终使大豆产量显著提高18.03%，为盐碱地绿色增产提供了有效的微生物调控策略。

　　

2 材料与方法

2.1 试验地点

田间试验于2024年6月至10月在河北省黄骅市常郭镇李子札村的友和种植合作社进行。该地区属典型滨海盐碱带，年平均降水量627毫米，平均风速4.2米/秒，无霜期194天。试验地耕层土壤初始pH值为8.56，电导率1502 μs/cm，水溶性盐总量3.71‰，有机质含量12.06 g/kg。

2.2 大豆品种与微生物菌剂

选用耐盐碱大豆品种冀豆12号，其主效耐盐QTL位于第3号染色体。微生物菌剂采用河北农业大学微生物-植物互作实验室保存的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)8-32（菌液含量3×10⁸ CFU/mL）和辽宁慢生根瘤菌(Bradyrhizobium liaoningense)CCBAU05525（菌液含量7×10⁸ CFU/mL）。

2.3 试验设计

设置4个处理：CK（常规施肥）；T1（常规施肥+75 L/hm² 枯草芽孢杆菌）；T2（常规施肥+75 L/hm² 慢生根瘤菌）；T3（常规施肥+75 L/hm² 枯草芽孢杆菌+75 L/hm² 慢生根瘤菌）。每个处理3次重复，随机排列，小区面积9 m²。6月28日播种，10月12日收获，全生育期110天。

2.4 测定指标与方法

测定大豆产量及其构成要素（单株荚数、每荚粒数、百粒重）；分期采集植株样品测定地上部和地下部干物质积累量；采集根际土壤测定土壤水分、pH、电导率、水溶性盐总量和有机质含量；采用比色法测定碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性；通过16S rRNA高通量测序分析土壤细菌群落结构，使用PICRUSt2进行功能预测。

3 结果

3.1 共接种对盐碱地大豆产量和干物质积累的影响

T3处理产量达3182.67 kg/hm²，较CK显著提高18.03%，且显著高于单菌接种处理（T1增产7.58%，T2增产9.7%）。产量构成分析表明，共接种主要通过增加每荚粒数（2.23粒，增18.62%）和百粒重（22.99 g，增2.68%）实现增产。干物质积累动态显示，T3处理在成熟期总干物质积累量达19622.75 kg/hm²，较CK提高8.93%，且各生育期均保持最高积累速率。

3.2 共接种对根际土壤理化性质的改善

T3处理使根际土壤pH降至8.33（降2.8%），电导率降至1301.33 μs/cm（降11.0%），水溶性盐总量降至3.50‰（降5.4%），同时土壤水分和有机质含量分别提高5.6%和11.6%。单菌接种虽有一定改善效果，但共接种表现出协同增效作用。

3.3 共接种对土壤酶活性的激活效应

T3处理显著提升四种关键酶活性：碱性磷酸酶（12.22 mg/(g·d)，+14.9%）、蔗糖酶（12.11 mg/(g·d)，+22.4%）、脲酶（0.61 mg/(g·d)，+15.1%）和过氧化氢酶（2.43 mL KMnO₄/(g·d)，+5.2%）。酶活性增强表明土壤养分循环加速，特别是磷、氮和碳代谢途径得到强化。

3.4 共接种对土壤细菌群落的重塑

α多样性分析显示，T3处理优化了细菌群落结构（Shannon指数提高）。门水平上，变形菌门(Pseudomonadota)（31.27%-41.67%）为优势菌门，共接种处理显著提高了放线菌门(Actinomycetota)和厚壁菌门(Bacillota)的相对丰度。属水平上，T3处理使鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)丰度显著增加，同时中华根瘤菌(Ensifer)和芽孢杆菌(Bacillus)等有益菌属形成互作网络。PCoA分析证实各处理间细菌群落结构存在显著差异，T3处理群落稳定性最高。功能预测表明，共接种显著增强了DNA聚合酶、NADH脱氢酶等与能量代谢和蛋白质合成相关酶的功能。

3.5 土壤指标与产量的互作关系

相关性分析揭示，大豆产量与过氧化氢酶活性（r=0.85）、有机质含量（r=0.73）、碱性磷酸酶活性（r=0.78）呈极显著正相关，与pH值（r=-0.74）、电导率（r=-0.69）呈极显著负相关。这表明共接种通过“降盐-培肥-促生”的连锁反应实现增产。

4 讨论

4.1 共接种的协同增效机制

枯草芽孢杆菌通过分泌IAA和铁载体促进根系发育，抑制病原菌；慢生根瘤菌通过共生固氮提供铵态氮。两者共接种形成功能互补：芽孢杆菌改善土壤微环境，根瘤菌增强宿主氮营养，共同缓解盐胁迫对结瘤和固氮的抑制。

4.2 微生物-土壤-植物的互作网络

共接种通过酸化解毒（有机酸中和碱性离子）、生物膜隔离盐离子、增强抗氧化酶活性等多途径协同作用。根际微生物群落重构后，鞘氨醇单胞菌等有益菌降解毒素、稳定细胞膜，与固氮菌形成互惠共生网络，最终通过“土壤-微生物-植物”系统提升大豆耐盐性和产量。

4.3 应用潜力与优化方向

该技术为滨海盐碱地大豆绿色生产提供了可行方案。未来需结合有机改良剂和微生物包埋技术提高菌剂定殖效率，并通过合成微生物群落构建实现根际微生态精准调控。

5 结论

枯草芽孢杆菌与辽宁慢生根瘤菌共接种可通过改善盐碱地理化性质、激活土壤酶活性、优化细菌群落结构，显著提高大豆产量和干物质积累。该研究为盐碱地微生物生态调控和可持续农业生产提供了理论依据和技术支撑。