精准灌溉与有机-秸秆联合改良盐碱地：向日葵产量提升的微生物组学机制与农艺优化

推荐：针对盐碱地土壤退化与微生物多样性下降问题，本研究通过整合精准灌溉(IOD)、有机替代(OS)和秸秆还田(SR)技术，系统评估了其对土壤理化性质、微生物群落及向日葵产量的影响。结果表明IOD+SR+OS组合使向日葵增产12.11-44.52%，显著提升Actinobacteriota等关键菌门丰度，构建了包含6678个细菌互作边的稳定微生物网络。该研究为干旱区盐碱地可持续利用提供了理论支撑。

　　

随着全球土壤盐渍化加剧，约10亿公顷农田正面临生产力下降的威胁。盐碱地的高电导率(EC)和养分匮乏不仅抑制作物生长，更导致土壤微生物活性降低，形成恶性循环。向日葵(Helianthus annuus L.)作为耐盐经济作物，其种植效益直接关系干旱区农民生计，但传统耕作方式难以突破盐碱障碍。中国农业大学农业水资源高效利用全国重点实验室的研究团队创新性地将灌溉需求调控(IOD)、有机肥替代(OS)和秸秆还田(SR)三项技术进行系统整合，在河套灌区开展为期两年的田间试验，相关成果发表于《Industrial Crops and Products》。

研究采用完全随机区组设计，设置8种处理组合，通过高通量测序分析0-20 cm根际微生物群落，结合SparCC网络分析和PICRUSt2功能预测。关键发现包括：IOD通过维持25 kPa土壤水势使向日葵增产18.81%；OS与SR协同降低pH值3.16%和容重12.46%；IOD+SR+OS处理下细菌节点数达199个，显著富集氨基酸代谢和膜转运功能。

3.1 盐碱地土壤性质与向日葵产量

精准灌溉虽未显著改变土壤pH和EC，但通过优化根区水盐运移使产量提升18.81%。OS与SR的联合应用展现出协同效应，使电导率降低18.86%，产量达4.35 t hm^-2，较单施处理提高12.11-44.52%。

3.2 微生物群落多样性

IOD+SR+OS处理下细菌Chao1指数达5319.63，较常规处理提高21.5%。PCoA分析显示细菌群落结构改变更显著(R²=0.58)，而真菌群落保持相对稳定(R²=0.50)。

3.3 微生物群落组成

Actinobacteriota在联合处理中相对丰度显著增加(P≤0.05)，其木质素降解能力促进有机氮矿化。共检出2607个细菌OTUs，其中Proteobacteria(24.2-32.3%)为优势菌门。

3.4 微生物共生网络

联合处理构建的微生物网络复杂度最高，细菌互作边达6678条，平均连接度67.12。模块化指数降低7.7%，表明功能分区更高效。

3.5 生态功能预测

碳水化合物代谢和异生物降解功能显著增强，其中IOD单独促进辅因子代谢，而OS+SR组合提升脂类代谢146%。

4.3 微生物生态功能

研究揭示Actinobacteriota通过合成渗透保护剂稳定微生境，Gemmatimonadota则调控聚磷酸盐积累，二者协同改善盐碱地磷有效性。PLS-PM模型证实EC是首要限产因子(路径系数-0.63)，而OS通过提升硝态氮间接增产0.42。

该研究首次阐明IOD、OS与SR的三元互作机制：精准灌溉创造水分梯度，有机肥提供氮源，秸秆分解形成碳骨架，共同构建"水-碳-氮"协同调控模式。实践中建议在干旱区盐碱地采用IOD(5-10 kPa)+2700 kg hm^-2褐基有机肥+全量秸秆还田的组合方案，该模式可使微生物功能多样性指数提升49.3%，为全球盐渍农田改良提供中国方案。