生物肥料通过调控微生物群落与氮循环过程提升不同盐度灌溉棉田产量

针对盐渍化棉田氮肥利用率低、微生物群落失衡问题，研究人员开展生物肥料（含Bacillus subtilis）对滴灌棉田微生物群落结构、氮循环功能基因（如nifK、amoB-A）及棉花产量的影响研究。结果表明，生物肥料通过提升土壤微生物量碳氮、调控氮降解（ansB）、固氮（nifD）等关键基因表达，显著提高氮农学利用率（aNUE）和籽棉产量，为盐渍化农田可持续管理提供理论依据。

　　

新疆作为我国主要棉花产区，长期面临淡水资源短缺与土壤盐渍化的双重挑战。传统化学氮肥的过度使用不仅导致氮素利用率低下（不足40%），还引发N₂O排放、硝酸盐淋溶等环境问题。更棘手的是，盐渍化灌溉会抑制土壤微生物活性，进一步破坏氮循环平衡。如何通过生物调控手段协同提升盐渍化棉田的氮肥效率与产量，成为农业可持续发展亟待解决的难题。

针对这一科学问题，新疆某研究团队在《Field Crops Research》发表了一项为期两年的田间试验研究。该团队通过设置淡水（W₁：0.48 g L^?1）、微咸水（W₂：3 g L^?1）和咸水（W₃：7 g L^?1）三种灌溉梯度，对比常规化肥（F₁）与含Bacillus subtilis的生物肥料（F₂）处理，综合运用高通量测序（微生物群落分析）、qPCR（氮循环功能基因定量）、土壤酶活性检测等技术，系统解析了生物肥料对盐渍化棉田生态功能的调控机制。

微生物多样性、丰度与组成
研究发现，灌溉盐度是决定微生物α多样性的首要因素：咸水灌溉（W₃）使Shannon指数显著降低，而生物肥料处理（F₂）在所有盐度下均能提升Chao1指数（微生物丰度）。特别值得注意的是，W₃F₂处理的Chao1指数比W₂F₁提高4.01%，表明生物肥料能部分抵消高盐对微生物的抑制作用。

氮循环功能基因响应
生物肥料对氮循环基因的调控呈现盐度依赖性：在淡水和微咸水条件下，F₂处理显著提升氮降解基因ansB（33.82-33.93%）和gdh-K00260（67.63-87.19%）、固氮基因nifK（68.21%）和nifD（109.84%），以及反硝化基因narJ（37.15-42.69%）。但在咸水条件下，F₂反而使硝化基因amoB-A和amoA-A表达量降低48.91%和46.55%，暗示高盐可能改变Bacillus subtilis的代谢导向。

氮利用效率与产量
W₁F₂和W₂F₂处理的氮农学利用率（aNUE）和籽棉产量均显著提高。偏最小二乘路径分析揭示，生物肥料主要通过改善土壤理化性质（电导率降低15.2%）和激活微生物功能（如纤维素酶活性提升28.4%）间接提升产量，其中氮循环关键基因与土壤生物特性的协同作用是决定aNUE的核心因素。

这项研究首次阐明生物肥料在盐渍化棉田中的"微生物-氮循环-产量"三位一体调控网络。其创新性体现在：发现盐度梯度会重塑Bacillus subtilis的功能表达谱；提出微生物量碳氮与土壤酶活性是连接生物肥料与氮循环的桥梁；为盐渍化农田的绿色改良提供了可量化操作的生物调控策略。未来研究可进一步拓展至其他盐敏感作物，并开发针对不同盐度环境的定制化生物肥料配方。