《Sustainability》：A Bacterial–Microalgal–Manure Co-Application Ameliorates Saline-Alkali Soil and Promotes Wheat Growth
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严重盐碱土地退化因高盐度、高pH值和养分缺乏对可持续农业构成重大挑战。为解决这一问题，研究人员将一种耐盐固氮细菌（Bacillus sp.）和一种微藻（Chlorella pyrenoidosa）单独、联合或与羊粪一起施用于盆栽实验中，设置6个处理，以检验它们
严重盐碱土地退化因高盐度、高pH值和养分缺乏对可持续农业构成重大挑战。为解决这一问题，研究人员将一种耐盐固氮细菌（Bacillus sp.）和一种微藻（Chlorella pyrenoidosa）单独、联合或与羊粪一起施用于盆栽实验中，设置6个处理，以检验它们对土壤改良和小麦（Triticum aestivum L. cv. Jinchun 6）生长的单独及联合效应。研究人员特别评估了该三组分系统是否优于单一或双组分施用。细菌-藻类联合接种（BA）明显优于单接种：与对照相比，地上部生物量增加117%，土壤有机质（SOM）增加130%。BA还减轻了氧化胁迫，表现为丙二醛（MDA）含量降低，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性升高。扫描电子显微镜（SEM）观察证实细菌紧密附着于藻类表面。添加羊粪（BAM）进一步增强了这些效益，实现了最低的pH值和电导率（EC），最高的SOM和速效养分，以及最大的小麦生物量。16S rRNA测序显示，BAM处理增加了微生物多样性，改变了群落结构，并富集了与土壤养分有效性和植物胁迫耐受性呈正相关的有益属（Sphingomonas、Flavihumibacter和Fuscovulum），而嗜盐属Halomonas则下降。综上，细菌-藻类-粪肥联合施用建立了土壤改良与功能性微生物组招募之间的正反馈，为重度盐碱土壤的修复提供了一种有前景的策略。
**论文解读**
**研究背景与问题**
土壤盐碱化已成为全球性的农业与环境挑战。重度盐碱土壤不仅因高盐度、高pH和养分缺乏导致作物难以生存，其极端条件还严重抑制土壤微生物活性。传统物理和化学改良方法成本高、工程量大且可能造成污染，难以持续改善土壤生态功能。因此，开发高效、绿色、可持续的生物修复技术成为迫切需求。微生物修复技术（如固氮菌、解磷菌）具有环境友好、成本低等优势，但单一菌剂在极端盐碱环境中定殖效率有限。微藻（如小球藻）可通过光合固碳增加土壤有机质，并分泌胞外多糖改善土壤结构，但与细菌的协同作用尚未充分研究。此外，重度盐碱土壤缺乏有机质，难以支持微生物长期存活。有机肥料（如羊粪）可提供缓释养分和改善土壤结构，有望作为“细菌-藻类”系统的载体。为此，研究人员提出将盐碱土著耐盐固氮芽孢杆菌、小球藻和羊粪三者联合施用的新思路，并通过盆栽试验系统比较不同组合对小麦生长和土壤改良的效果，旨在为开发适用于极端盐碱条件的生物复合修复策略提供依据。该论文发表在《Sustainability》期刊。
**主要技术方法**
本研究采用盆栽试验，土壤采自内蒙古河套灌区重度盐碱农田（pH 8.65，总盐9.51 g/kg），供试小麦品种为晋春6号。关键技术包括：从同一土壤中筛选耐盐固氮芽孢杆菌B2（Bacillus sp.，CGMCC No. 37960），并培养小球藻（Chlorella pyrenoidosa FACHB-9）；设置6个处理：对照（CK）、单施细菌（B）、单施藻（A）、菌藻联合（BA）、单施羊粪（M）、菌藻粪联合（BAM），每周补充接种，持续30天至小麦分蘖期；通过扫描电镜（SEM）观察菌藻共培养形态；测定小麦生长指标（株高、根长、生物量等）、抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT）及丙二醛（MDA）含量；分析土壤pH、电导率（EC）、有机质（SOM）、碱解氮（AN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）；采用16S rRNA基因测序分析土壤细菌群落结构，并进行Spearman相关性分析。
**研究结果**
**3.1 共培养体系的形态学特征**
SEM图像显示，单独培养的芽孢杆菌呈分散杆状，小球藻表面光滑；而共培养体系中大量细菌细胞紧密附着于藻类表面，形成密集覆盖层，界面处存在胞外多糖样结构，暗示菌藻间的代谢交换基础。
**3.2 不同处理下小麦幼苗生长**
所有处理均提高种子发芽率，其中BA和BAM处理分别比CK提高213%和263%。BA处理使株高和茎鲜重分别增加65.6%和117%，优于单施B或A；BAM处理进一步促进生长，株高和茎鲜重比BA提高4.25%和7.69%。根冠比在BAM处理中最低，表明联合施用量有效缓解盐碱胁迫。
**3.3 小麦生长与胁迫耐受性**
与CK相比，BA和BAM处理显著降低叶片MDA含量，BA比A降低16.2%；BAM处理MDA最低。SOD活性在BA处理中显著高于A；POD活性在BA处理中最高，比B提高49.1%；CAT活性仅在B处理中显著升高。结果表明，菌藻联合施用比单施更有效缓解氧化胁迫，添加羊粪进一步强化该效应。
**3.4 土壤pH和电导率（EC）**
所有处理均降低土壤pH和EC。BA处理pH降至8.04，比A降低2.3%；BAM处理pH最低（8.02），且EC也最低，表明菌藻粪联合对盐碱土壤的脱盐降碱效果最佳。
**3.5 土壤有机质与速效养分**
BA处理SOM含量达12.52 g/kg，比A提高32.21%；BAM处理SOM最高（13.28 g/kg）。AN含量顺序为M > BAM > BA > B > A > CK，但BAM处理AN低于M，可能与小麦吸收增加有关。AP和AK含量在BA处理中均显著高于单施，BAM处理进一步促进AP和AK积累，但AK略低于M。
**3.6 土壤微生物群落结构响应**
α多样性分析显示，BAM处理Shannon指数最高（6.48），显著高于CK和M（p < 0.05），而B、A、BA处理与CK无显著差异。PCoA分析表明，BAM处理样品远离CK，群落结构重塑最明显。在门水平，BAM处理富集Bacteroidota，降低Actinomycetota。在属水平，BAM处理显著富集Sphingomonas、Flavihumibacter、Fuscovulum等有益菌，而嗜盐菌Halomonas丰度降低。
**3.7 相关性分析**
Spearman相关分析显示，Halomonas丰度与pH和EC呈正相关，与小麦生物量负相关；Flavihumibacter和Fuscovulum丰度与pH和EC呈负相关，与SOM、AN、AP及小麦株高、生物量、SOD和POD活性呈正相关，与MDA含量负相关，表明这些菌属的富集与土壤改良和植物抗逆性增强密切相关。
**讨论与结论**
讨论部分指出，菌藻联合（BA）通过代谢互补（藻类提供O?和有机碳，细菌提供CO?和生长素）及功能互补（固氮、解磷）显著优于单施，SEM图像证实了紧密的物理关联。羊粪的加入（BAM）进一步提供缓释养分和改善土壤结构，使得BAM处理在降低盐碱度、提升养分、优化微生物群落方面表现最佳。相关性分析揭示了特定菌属（如Flavihumibacter、Fuscovulum）与土壤改良和植物生长指标的协同关系。研究结论总结如下：
本研究聚焦于内蒙古河套地区盐碱土壤，系统比较了当地耐盐芽孢杆菌、小球藻和羊粪单独或联合施用对小麦生长和土壤改良的效果。菌藻联合处理（BA）在本试验中与单接种相比，与更大的小麦生物量、更高的抗氧化酶活性和增加的土壤速效养分相关。SEM图像显示了芽孢杆菌与小球藻细胞在共培养中的紧密物理关联，暗示了可能的代谢交换的结构基础。此外，羊粪的添加使得三组分复合处理在所有处理中表现最佳；与BA处理相比，BAM处理更显著地降低了土壤EC，增加了碱解氮含量，并改变了土壤微生物群落结构。相关性分析揭示，BA和BAM处理中富集的特定微生物类群与改善的小麦生长指标、降低的土壤盐分和活化的土壤养分密切相关。总之，耐盐芽孢杆菌、小球藻和羊粪的联合施用是改良盐碱土壤、促进小麦生长和增强胁迫耐受性的有效方法。在细菌和微藻联合改良盐碱土壤的基础上，进一步引入羊粪作为补充，为盐碱农田的可持续生产提供了新见解。然而，本研究仅限于短期盆栽试验，部分机制解释仍属推测。未来需采用全因子设计和更多重复来进一步验证所观察到的效应，并开展田间试验评估该BAM联合施用的农艺可行性、最优施用量和成本效益，以将其实验发现转化为盐碱地区的实用土壤管理策略。
