丛枝菌根真菌（AMF）与巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）在资源受限减泥炭栽培下提升番茄生长与资源利用效率

《Plant-Environment Interactions》：Arbuscular Mycorrhizal Fungi and Azospirillum brasilense Enhance Growth and Resource Use Efficiency of Tomato Under Resource-Limited Peat-Reduced Cultivation

　　

向减泥炭且资源高效型的园艺系统转型，因无土基质中养分动态改变及微生物多样性降低，对维持作物生产力构成挑战。有益微生物接种剂可为减量投入栽培下改善植株表现提供可持续途径；然而其在减泥炭水培环境中的有效性仍知之甚少。研究人员评估了丛枝菌根真菌（AMF；Rhizophagus irregularis）与固氮细菌（NFB；Azospirillum brasilense）单独及联合施用，对减泥炭水培系统限灌条件下番茄生长、产量、资源利用效率及基质养分动态的影响。NFB主要促进营养生长，叶片数增加11.7%，地上部鲜重增加40%。AMF使总果重增加46%，并对水分利用效率（WUE）和氮利用效率（NUE）产生显著正向主效应。共接种产生最高数值响应，地上与地下鲜重分别增加48%和74%，果数增加80%，果重增加77%；共接种使基质硝酸根（NO3?）与钾离子（K+）浓度较对照分别升高45%与21%。虽共接种常获最大数值响应，但交互效应总体有限，表明两类微生物功能互补而非强协同。果实品质指标（可溶性固形物与商品果率）未受微生物处理显著影响。综上，结果揭示减泥炭栽培下AMF与A. brasilense的互补作用，凸显微生物接种剂支撑更可持续、低投入温室生产系统的潜力。

研究背景方面，番茄（Solanum lycopersicum L.）作为全球园艺支柱作物，商业生产日益依赖温室无土系统以实现水肥精准管理。然而许多商业操作仍使用泥炭基质，鉴于泥炭地作为陆地碳储库的开发会释放碳并加剧气候变化，环境与政策压力推动向减泥炭或无泥炭基质转型。椰糠、木纤维等替代基质虽环保，但惰性或半惰性减泥炭基质本土微生物多样性下降，养分循环减弱，尤其高碳氮比材料导致氮固定、自然供氮不足，从而更依赖外部投入。在此背景下，微生物生物刺激剂（如AMF与NFB）被视为恢复根际活性、提升资源利用效率的潜在策略。已有田间研究表明AMF与固氮螺菌共接种可协同增效，但减泥炭水培限灌条件下其效力尚不清楚。因此研究人员开展本研究，探明AMF（Rhizophagus irregularis）与NFB（Azospirillum brasilense）单独及联合在减泥炭基质限灌番茄系统中的效应，论文发表于《Plant-Environment Interactions》。

关键技术方法上，研究于英国ARU Writtle玻璃温室（2025年5–12月）进行，选用番茄品种‘Money Maker’，播于无泥炭堆肥，4周后移栽至5 kg减泥炭Jiffy Growbag（50% RHP认证椰糠+50%泥炭）。采用2×2因子随机完全区组设计（RCBD），5区组4处理（对照、AMF、NFB、AMF+NFB），每处理15个重复袋（每袋6株，共360株）。AMF于移栽时根区浇灌DYNOMYCO（1.5 g L^?1，200 mL株^?1）；NFB用Contribute ibN（含A. brasilense CECT 9381，1×10⁹ CFU g^?1）于移栽及第2周各施一次（2 g L^?1，200 mL株^?1）；共接种处理同法叠加。限灌方案用Universol Violet/Blue肥经Dosatron 1:200注入，约0.5 g L^?1终浓，营养生长0.6 L株^?1天^?1、花果期1.2 L株^?1天^?1。指标涵盖双周生长生理（株高、茎粗、叶数、花数、SPAD、气孔导度）、末收地上/根鲜干重及分配、果数果重、商品果率、可溶性固形物（TSS）、WUE（果重/灌水量）、NUE（果重/供氮量）；基质末采测NO₃^?（离子选择电极）、K⁺（火焰光度）、PO₄^3?（比色）。统计用Jamovi线性混合模型、双向ANOVA、Tukey HSD、PCA与Pearson相关。

研究结果部分，3.1叶数：NFB显著提升叶数（p<0.001，+11.7%）与株高（p=0.012），AMF单独无显著影响；AMF×NFB在叶数（p=0.036）与株高（p=0.022）有显著交互，但NFB单接叶数最高（16.2片）。茎粗、SPAD、气孔导度、花数无处理效应。3.2生物量与分配：地上鲜重受AMF（p=0.040）与NFB（p<0.001）主效应驱动，共接种较对照+48%（134→198 g）；根鲜重共接种+74%（181→315 g）。地上干重受交互影响（p=0.006），根干重无显著变化。NFB提升干物质地上/根比51.3%，交互影响鲜比与组织干物质百分率，共接种根干物质百分率最低（11.4%）暗示根含水增高。3.3果实与资源效率：果数受AMF（p=0.013）与NFB（p=0.004）主效应影响，共接种果数33.7个（+80%）；总果重AMF主效应显著（+46%），共接种数值最高670 g（+77%）。TSS与商品果率无差异；不商品果数受NFB影响（p=0.014）。AMF对WUE（p=0.046）与NUE（p=0.046）有正向主效应，共接种WUE 11.8 g L^?1、NUE 168 g g^?1 N，较对照约+78%。3.4 PCA：前两轴解释48.9%方差，PC1聚集果重、果数、WUE、NUE等生产性状，PC2聚集干物质与根冠结构性状，表明增产源于资源转化效率而非均一促长。3.5相关分析：果重与果数（r=0.80）、商品果数（r=0.81）强正相关；WUE与NUE与果重完全共线（r=1.00）因资源输入恒定；干重与干物质率正相关；TSS独立不相关。3.6基质养分：NO₃^?受处理影响（p=0.011），NFB与共接种较对照+43%~45%；PO₄^3?无显著差异；K⁺共接种较对照+21%（p<0.001）。表明NFB关联氮循环、共接种互补提升氮钾留存。

讨论部分总结：研究人员指出NFB主攻营养生长与鲜重、可能经激素与根活增强；AMF关联干物质积累与P等难移动养分获取，增效体现于资源效率而非架构剧变；共接种多呈加性最高值但交互不显，判定为互补非强协同。生殖期NFB增果数（或涉激素促花坐果），AMF增果重与WUE/NUE，共接种数值最优乃功能互补叠加。PCA与相关印证增产靠资源转化率。微气候（后期温降湿升）未超适域，短期生理参数不受微生物扰动，效应随根际定殖渐显；裂果与湿度相关但不影响商品率。基质养分动态上NFB升NO₃^?反映固氮与周转，AMF单用留存养分变化小却吸运增强，共接种氮钾互补。局限为未定量AMF定殖率与NFB建立量、仅测NO₃^?未计NH₄⁺全氮、单季单品种单温室。

结论部分翻译：本研究证明微生物接种可改善减泥炭低投入园艺系统作物表现与资源效率。NFB主要促进营养生长（叶数+11.7%、地上鲜重+40%）并贡献更多果实；AMF提升果重（+46%）且对WUE与NUE有显著正向主效应；共接种获最高数值响应（地上/根鲜重+48%/+74%、果数+80%、果重+77%、基质NO₃^?+45%、K⁺+21%），但属互补加性非强协同。上述收益在限水限氮下取得，凸显接种剂支撑减泥炭可持续园艺的潜力。未来应定量AMF定殖与微生物建立、直接评养分吸收与生理过程，并以多季多品种验证普适性。整体支持将微生物接种剂整合进减泥炭生产系统，作为提质减量之策略。