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为解决土壤盐碱化和镉（Cd）污染威胁农业生产与粮食安全问题，研究人员开展了植物生长促进根际细菌（PGPRs）和硒纳米颗粒（SeNPs）协同修复盐碱 Cd 污染土壤及提高水稻产量的研究。结果表明该协同作用效果显著，对可持续农业意义重大。
在全球范围内，农业生产正面临着严峻的挑战。随着气候变化、工业化和农业活动的加剧，水资源变得愈发稀缺。许多地区为了满足农业灌溉需求，不得不使用未经处理的废水。然而，这种做法却带来了一系列严重的问题，其中土壤盐碱化和镉（Cd）污染尤为突出。未经处理的废水含有大量的盐分和重金属镉，长期用于灌溉会导致土壤中盐分和镉的积累。土壤盐碱化会破坏土壤结构，降低土壤肥力，抑制植物生长；而镉是一种有毒的重金属，不仅会影响作物的生长和产量，还会通过食物链进入人体，对人类健康造成严重威胁，如导致肾功能障碍、骨质疏松甚至癌症。在水稻种植区域，这些问题更加严重，因为水稻对土壤环境的要求较高，盐碱化和镉污染会显著降低水稻产量，影响粮食安全。
为了应对这些挑战，来自国外的研究人员开展了一项具有重要意义的研究。他们聚焦于植物生长促进根际细菌（PGPRs，如Pseudomonas koreensis、Bacillus coagulans和Pseudomonas stutzeri）和硒纳米颗粒（SeNPs）的协同作用，探究其在修复盐碱 Cd 污染土壤以及提高水稻（Oryza sativa L.）产量方面的潜力。研究结果令人振奋，该协同作用不仅显著改善了土壤健康状况，还提高了水稻的生理特性、抗氧化酶活性和粮食产量，为解决盐碱 Cd 污染土壤中的农业生产问题提供了新的思路和方法。这项研究成果发表在《Environmental Technology 》上，引起了广泛关注。
研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。在菌株筛选方面，通过实验室试验，在不同盐度和镉浓度下研究 PGPRs 对水稻种子萌发的影响，筛选出性能优越的菌株。在田间试验时，选择埃及盐碱化土壤进行实地研究，设置对照和不同处理组，对土壤和水稻进行多方面指标测定。例如，采用特定的方法测定土壤的理化性质、微生物活性、酶活性，以及水稻的镉吸收积累、硒含量、生理生化指标和产量相关参数等。
下面来详细看看研究结果：
- PGPR 菌株评估：通过对 6 种 PGPR 菌株在 NaCl 诱导的盐度和镉胁迫下的研究发现，Pseudomonas koreensis、Bacillus coagulans和Pseudomonas stutzeri在吲哚乙酸（IAA）产生和支持水稻种子萌发方面表现出色，在高盐和高镉浓度下仍能维持较高的 IAA 产量和种子发芽率，因此被选用于后续研究。
- 土壤理化参数响应：在 2022 - 2023 两个生长季中，与对照组相比，所有处理都有效降低了土壤 pH 和电导率（ECe），提高了土壤有机质（SOM）、阳离子交换容量（CEC），降低了土壤 Na+含量和交换性钠百分比（ESP），同时增加了 K+含量。此外，土壤的物理性质也得到改善，如土壤容重降低，总孔隙度和水力传导率增加。
- 土壤微生物群响应：所有处理都增强了土壤呼吸，提高了微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN），增加了总细菌、Azotobacter和Bacillus sp. 的数量，其中联合处理效果最为显著。这表明处理后的土壤微生物活性增强，微生物群落更加有利于植物生长。
- 土壤酶活性响应：各处理均提高了土壤中酸性磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶和转化酶的活性，联合处理效果最优。这意味着土壤中的磷、氮、碳循环得到改善，土壤肥力增强。
- 土壤和植物组织中 Cd 的残留与积累：联合处理显著降低了土壤 Cd 含量，减少了水稻根、茎和种子中 Cd 的积累，同时降低了生物富集系数（BCF）、转运系数（TF）和生物积累系数（BAC），表明联合处理有效降低了 Cd 在土壤中的迁移性和生物有效性，减少了其对水稻的危害。
- 植物组织中硒的积累：施用 SeNPs 和联合处理显著增加了水稻茎和种子中的硒含量，提高了水稻的营养品质，联合处理效果最为明显。
- 水稻渗透调节物质和光合色素响应：联合处理显著降低了植物 Na+含量，增加了 K+含量，提高了 K+/Na+比值，同时显著增强了叶绿素 a、叶绿素 b 和类胡萝卜素的含量，提高了水稻的光合作用效率。
- 水稻抗氧化酶响应：联合处理显著提高了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POX）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性，增强了水稻的抗氧化防御机制，有效减轻了氧化应激。
- 水稻氧化应激和细胞膜稳定性指标响应：联合处理显著降低了丙二醛（MDA）和过氧化氢（H2O2）水平，降低了电解质渗漏（EL）和脯氨酸含量，提高了相对含水量（RWC），表明联合处理改善了细胞膜稳定性，减轻了水稻的应激反应。
- 水稻产量响应：联合处理显著提高了水稻的千粒重、每穗粒数和籽粒产量，增加了叶面积。在 2023 年，籽粒产量相比对照组提高了 25%，表明联合处理有效提高了水稻的产量和生产力。
综合研究结论和讨论部分，这项研究具有多方面的重要意义。微生物菌群和纳米颗粒的协同作用在修复盐碱 Cd 污染土壤方面表现出巨大潜力，不仅改善了土壤健康，还增强了水稻的生理特性和抗氧化酶活性，最终提高了水稻产量。同时，该协同作用减少了水稻种子中 Cd 的积累，增加了茎和种子中的硒含量，在保障食品安全和提高水稻营养品质方面发挥了重要作用。不过，研究也存在一定局限性，如需要长期田间试验评估效果的持久性以及纳米颗粒应用的潜在环境影响等。未来研究可进一步探索微生物 - 纳米颗粒相互作用的机制，优化应用方法，并在不同农业生态区域评估该方法的可扩展性。总体而言，这项研究为可持续土壤管理实践开辟了新途径，有助于应对污染环境中土壤退化和粮食安全的挑战。
