棉秆还田调控干旱区咸水滴灌棉田土壤氮循环的微生物机制

针对长期咸水灌溉导致土壤盐渍化加剧、氮循环效率降低及作物减产等问题，研究人员通过设置淡水(FWCK)、淡水+秸秆(FWST)、咸水(SWCK)、咸水+秸秆(SWST)四组田间试验，揭示了秸秆还田通过降低盐分、调控pH和水分，上调固氮(nifH)和硝酸盐还原基因表达，下调硝化(amoB)和反硝化基因表达，最终促进棉花氮吸收和产量的微生物驱动机制，为盐碱地改良与农业可持续发展提供理论支撑。

　　

在新疆这片典型的内陆干旱区，淡水资源的短缺长期制约着农业发展。为缓解这一困境，当地农民不得不将目光投向储量相对丰富的咸水资源。然而，这种"解渴"方式却暗藏危机——长期咸水灌溉导致土壤盐分不断累积，不仅破坏土壤结构，更抑制了土壤微生物的活力。作为氮循环的"幕后推手"，微生物活性的下降直接导致土壤氮素转化效率降低，最终威胁棉花产量。面对这一困境，秸秆还田技术被寄予厚望，但其具体作用机制却始终蒙着神秘面纱。

石河子大学农业综合教学实验中心的研究团队在《Applied Soil Ecology》发表的研究，通过精心设计的田间试验揭开了这一谜团。研究人员设置了四组对比试验：淡水对照(FWCK)、淡水+秸秆(FWST)、咸水对照(SWCK)、咸水+秸秆(SWST)，运用宏基因组学技术解析微生物群落结构，结合土壤理化性质测定和功能基因表达分析，构建了土壤性质-细菌群落-氮转化功能基因-酶活性的结构方程模型。

研究采用的关键技术包括：田间定位试验设计、土壤潜在硝化速率(PNR)测定、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量分析、宏基因组测序技术、结构方程模型(SEM)构建等。

【氮吸收与棉花产量】结果显示，咸水灌溉使棉花氮吸收降低45%，籽棉产量下降22%。而秸秆还田可显著提升氮吸收25%，增产9%。特别是在咸水条件下(SWST vs SWCK)，氮吸收和产量分别提升35%和21%。

【土壤理化性质】咸水灌溉增加土壤电导率(EC_1:5)和含水量(SWC)，但降低pH值。秸秆还田使EC_1:5降低12.3%，pH值提高0.3个单位，同时提升土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量。

【微生物基因调控】研究发现秸秆还田显著上调固氮基因(nifH)和硝酸盐还原基因(narH)表达，下调硝化基因(amoB)和反硝化基因(norB)表达。这种基因表达模式的改变，使得NH₄⁺-N有效性提高，减少氮素损失。

【讨论与结论】该研究首次系统阐明了秸秆还田在咸水灌溉条件下的双重调控机制：一方面通过降低盐分、改善土壤结构，为微生物创造有利环境；另一方面通过调节碳氮比(C/N)，改变微生物群落组成和功能基因表达模式。这种调控将咸水灌溉的生态风险转化为氮素高效利用的机遇，为干旱区盐碱地改良提供了微生物学理论依据。研究提出的"秸秆-咸水协同管理模式"，不仅促进土壤肥力提升和氮素有效调控，更实现了农业绿色可持续发展，对全球类似生态区具有重要借鉴价值。