三种芽孢杆菌根际调控与番茄生产力提升：中轻度盐碱土修复的可行路径

《Plant Physiology and Biochemistry》：Rhizosphere regulation by three Bacillus species and tomato productivity: A feasible approach for moderately saline-alkali soil remediation

本研究针对中轻度盐碱土壤改良难题，通过开展三种芽孢杆菌（B. amyloliquefaciens、B. licheniformis和B. subtilis）组成的生物有机肥（BOF）对番茄根际微生态调控研究，发现BOF处理能显著提高土壤酶活性（蛋白酶、蔗糖酶等），降低土壤总钙、交换性钙和水溶性盐含量，改善土壤物理结构，最终使番茄增产16.85%。该研究为PGPB（植物根际促生菌）在盐碱土壤改良中的应用提供了理论依据和实践参考。

　　

随着全球耕地资源日益紧张，盐碱化土壤已成为制约农业生产的重要障碍。据统计，全球盐碱化土壤约占陆地总面积的25%，而中国盐碱土地面积达8.11×10⁷公顷，其中仅30%具有农业利用价值。盐碱土壤的典型特征包括过量积累的Ca²⁺、Na⁺、CO₃^2?和HCO₃^?等离子，以及高pH值和高钠吸附率，导致土壤结构不稳定、水力特性恶化，最终造成植被覆盖率低下。传统化学肥料虽能短期改善土壤肥力，但长期过量使用会引发水体污染、空气污染和生态平衡破坏等一系列环境问题，这在生态环境脆弱的盐碱地区尤为突出。

在这一背景下，利用植物根际促生菌（PGPB）改良盐碱土壤成为研究热点。其中，芽孢杆菌属（Bacillus）因其强大的生物学功能、强生存能力、易于培养和根际定殖等优势，被广泛应用于农业生物技术领域。特别是解淀粉芽孢杆菌（B. amyloliquefaciens）、地衣芽孢杆菌（B. licheniformis）和枯草芽孢杆菌（B. subtilis）等菌种，能通过调节植物内源激素合成，分泌吲哚乙酸（IAA）、ACC脱氨酶等物质，有效增强植物耐盐性。

本研究以番茄（Solanum lycopersicum L.）为模式作物，探讨了三种芽孢杆菌组成的生物有机肥（BOF）对中轻度盐碱土壤的改良效果及其对番茄生长的影响。研究成果发表在《Plant Physiology and Biochemistry》期刊，为盐碱地农业可持续发展提供了新的技术路径。

研究人员采用田间试验设计，在甘肃景泰县草窝滩镇（37°16′27″N，104°06′28″E）的盐碱土壤上进行为期一年的试验。试验设置生物有机肥处理（BOF）和对照处理（CK），通过土壤DNA测序、酶活性检测、理化性质分析等技术手段，系统评估了BOF处理对土壤养分、盐碱参数、物理结构、酶活性及微生物群落的影响。

关键技术方法包括：①采用Illumina MiSeq平台对土壤细菌16S rRNA V3-V4区和真菌ITS区进行高通量测序；②通过原子吸收光谱法测定土壤全钙和交换性钙含量；③运用氯仿熏蒸提取法测定土壤微生物量氮；④采用结构方程模型（SEM）分析各土壤指标模块间的因果关系。

4.1 土壤养分与产量响应

BOF处理显著降低了土壤全磷（TP）和速效磷（AP）含量（降幅分别为30.71%和40.34%），表明BOF促进了植物对磷的吸收。同时，BOF处理提高了土壤速效钾（AK）和有机质含量，最终使番茄产量显著提高16.85%。形态学图像显示，BOF处理明显促进了番茄在盐碱土壤中的生长，增强了植株耐盐性。

4.2 土壤氮素响应

BOF处理显著降低了土壤硝态氮（NO₃^?-N）、水解性氮和微生物量氮含量，但提高了铵态氮（NH₄⁺-N）含量。这表明BOF通过促进有机氮矿化，提高了植物对氮素的利用效率，同时减少了氮素损失。

4.3 盐碱参数变化

BOF处理显著降低了土壤全钙、交换性钙、水溶性盐、pH值和电导率，但对碱基饱和度无显著影响。这主要归因于芽孢杆菌分泌的有机酸和腐殖质与盐离子形成稳定络合物，降低了土壤盐分毒性。

4.4 土壤物理结构改善

BOF处理显著提高了土壤通气孔隙度和含水量，增加了黏粒比例，降低了粗砂比例，优化了土壤黏砂结构。土壤颗粒有效沉降深度试验证实，BOF处理改变了土壤颗粒的沉降特性，改善了土壤结构。

4.5 土壤酶活性变化

BOF处理显著提高了蛋白酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和多酚氧化酶活性，但降低了纤维素酶和过氧化氢酶活性。这种酶活性变化模式与BOF提供的易降解有机碳源（糖蜜、壳粉）密切相关，为植物-微生物系统提供了更多有效养分。

4.6 微生物群落响应

BOF处理提高了根际土壤细菌和真菌群落的丰富度（Ace指数），在幼苗期显著增加了细菌群落多样性。在属水平上，BOF处理显著提高了芽孢杆菌属（Bacillus）的相对丰度，证实三种外源芽孢杆菌成功定殖。至成熟期，外源菌株的相对丰度下降，表明其定殖优势随生长周期逐渐减弱。

4.7 相关性分析与结构方程模型

结构方程模型显示，土壤微生物模块和土壤结构模块对土壤酶活性有显著正向影响（λ=0.75，0.59），而土壤酶活性对土壤养分模块有显著负向影响（λ=-0.94）。番茄产量主要受土壤养分、土壤盐分和土壤结构三个模块的直接调控，其中土壤养分和盐分模块与产量呈显著负相关。

本研究证实，含有三种芽孢杆菌的生物有机肥能有效改善中轻度盐碱土壤的理化性质，提高土壤酶活性和微生物活性，促进番茄生长和产量。BOF处理通过多种机制协同作用：一方面通过微生物代谢产物络合盐分离子，降低土壤盐害；另一方面通过改善土壤结构和酶活性，提高养分利用效率。值得注意的是，外源芽孢杆菌的根际定殖具有时效性，在幼苗期作用显著，至成熟期逐渐减弱，这为后续接种策略优化提供了重要参考。

从农业可持续发展角度，生物有机肥替代传统化肥是盐碱地改良的有效途径。本研究不仅为芽孢杆菌在盐碱土壤修复中的应用提供了理论依据，也为今后开发针对不同盐碱程度的微生物接种剂奠定了实践基础。由于研究周期限制，生物有机肥对盐碱土壤的长期改良效应仍需进一步追踪，但其短期内的显著效果已展现出良好的应用前景。