鹽脅迫下滴施枯草芽孢桿菌對(duì)無(wú)膜滴灌棉花苗期生長(zhǎng)和土壤環(huán)境的影響

關(guān)鍵詞：枯草芽孢桿菌；鹽脅迫；無(wú)膜滴灌棉花；土壤微生物群落結(jié)構(gòu)；偏最小二乘路徑模型

中圖分類號(hào)：S156.4；S562 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）12-2935-12 doi：10.11654/jaes.2023-1080

棉花是最重要的纖維和油料作物之一。隨著人口增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展，棉花的需求量也在快速增加[1]。南疆棉田正受到由地膜殘留污染帶來(lái)的諸多生態(tài)環(huán)境問題影響[2]。降低殘膜污染最有效的途徑是采用無(wú)膜栽培模式，但無(wú)膜栽培由于水分損失較快以及鹽分表聚也會(huì)對(duì)棉花生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響[3]。同時(shí)，南疆地區(qū)降雨稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈等外部環(huán)境影響導(dǎo)致土壤次生鹽漬化發(fā)生[4]，而不合理的灌溉和施肥則加劇了這一過程[5]，土壤含鹽量過高會(huì)損害土壤理化性質(zhì)，降低土壤微生物活性[6]，嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提升[7]。鹽脅迫會(huì)對(duì)作物根系造成滲透脅迫和離子毒害，阻礙棉花根系水分吸收，對(duì)棉花生理特征造成消極影響[8]。苗期是棉花重要的發(fā)育階段，棉花幼苗具有較高的敏感性，其生長(zhǎng)容易受到土壤環(huán)境的影響。因此，需要采取有效的調(diào)控措施降低土壤鹽漬化危害，提升無(wú)膜滴灌棉花在苗期的耐鹽促生能力。

作物與其土壤微生物群落具有穩(wěn)定的共生關(guān)系[9]，有益土壤微生物是土壤生物肥力的基礎(chǔ)，不僅影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育，還促進(jìn)作物所需營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)，維持土壤肥力和能量轉(zhuǎn)換[10]。土壤微生物群落的組成也是決定作物健康的重要因素[11]，對(duì)于保證作物生長(zhǎng)的微環(huán)境穩(wěn)定以及緩解各種脅迫十分重要[12]，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)也會(huì)受到鹽分等土壤理化性質(zhì)的影響[13]。現(xiàn)有的土壤改良和作物促生物質(zhì)主要為化學(xué)合成品，可能造成嚴(yán)重的生態(tài)破壞[14]，而枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis，BS）具有耐鹽性[15]，且不會(huì)對(duì)土壤造成污染[16]，已在作物的黃化病、白絹病、灰斑病和葉枯病防治中廣泛應(yīng)用[17]。有研究表明，BS 具有提高土壤酶活性[18]、肥力狀況[19]、微生物數(shù)量和多樣性[20]的作用。BS能夠與作物形成穩(wěn)定的共生關(guān)系[21]，BS通過分泌代謝物將土壤顆粒結(jié)合在一起，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)復(fù)雜有機(jī)物和不溶性養(yǎng)分分解成作物易于吸收的簡(jiǎn)單形式[22-23]，提升作物根際營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可用性[24]。BS還對(duì)鹽脅迫條件下的作物生長(zhǎng)具有積極作用，BS可提高發(fā)芽率和干物質(zhì)量[25]，促進(jìn)作物根系發(fā)育并增強(qiáng)對(duì)養(yǎng)分的吸收[26]，增加葉片生理活性以減少氧化損傷[27]，調(diào)節(jié)作物對(duì)離子的吸收以改變植株體內(nèi)的K+/Na+比例[28]，增加作物鹽分誘導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄物以改善鹽分脅迫[29]，從而提高作物產(chǎn)量。

南疆棉田生產(chǎn)力受制于地膜殘留和次生鹽漬化，BS已被證實(shí)具有改良土壤、促進(jìn)作物生長(zhǎng)的作用，但將BS應(yīng)用于改良鹽漬化土壤促進(jìn)無(wú)膜棉花生長(zhǎng)的研究相對(duì)較少。本研究以棉花為目標(biāo)作物，采用無(wú)膜滴灌栽培模式，通過滴施BS的方式，進(jìn)一步評(píng)價(jià)BS對(duì)南疆無(wú)膜棉田土壤酶活性、有機(jī)質(zhì)含量、電導(dǎo)率及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，明確滴施BS能否提高南疆無(wú)膜滴灌棉花的耐鹽促生能力，以期提高南疆棉田可持續(xù)利用能力，為無(wú)膜滴灌棉花在南疆的適應(yīng)性種植提供一種緩解鹽分脅迫的途徑和方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2022年4—10月在新疆阿拉爾現(xiàn)代農(nóng)業(yè)院士專家工作站野外試驗(yàn)基地（40.32°N，81.17°E，海拔1 014 m）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠北部，屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，冬季寒冷，夏季炎熱，晝夜溫差大，降雨量小，蒸發(fā)量大，全年超過10 ℃的有效積溫在3 450～4 432 ℃，無(wú)霜期在180～221 d，土壤為沙壤土，地下水位在3.5 m以下，土壤物理性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采用雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為2 種鹽分梯度（S，2 mS·cm^-1和5 mS·cm^-1），副區(qū)為3種BS劑量（B，0、15、30 kg·hm^-2），共6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。試驗(yàn)在測(cè)坑內(nèi)進(jìn)行，測(cè)坑的規(guī)格為2m×3.3m×3 m（深），滴灌帶選用內(nèi)鑲貼片式，其規(guī)格、滴頭間距、滴頭流量和工作壓力分別為Φ16、20 cm、3.0L·h^-1 和0.1 MPa，無(wú)膜滴灌棉花種植采用機(jī)采棉模式，棉株行距為10 cm+66 cm+10cm，棉株間距9.5cm，棉花為“中棉619”特早熟品種，播種時(shí)間為2022年4月24日，出苗期為4月24日—5月8日，苗期為5月9日—6月25日，待棉花出苗率達(dá)到95%以上，按照鹽分濃度設(shè)計(jì)滴施不同配比的NaCl（分析純，含量99.5%）對(duì)土壤鹽分進(jìn)行調(diào)控，棉花幼苗繼續(xù)生長(zhǎng)20 d后開始滴施枯草芽孢桿菌，共施加3 次，每次間隔7 d?？莶菅挎邨U菌（每克含1000億活芽孢）為全水溶型粉劑，由湖北啟明生物工程有限公司生產(chǎn)。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表2所示。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 棉花生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

棉花苗期，每個(gè)處理隨機(jī)選取3株棉花，用直尺（精度1 mm）測(cè)量株高和單株葉面積。葉面積測(cè)定時(shí)，用直尺逐個(gè)量取棉株葉片的長(zhǎng)度和寬度，單葉面積為長(zhǎng)×寬×0.75，然后將所有單葉面積值累加得到單株葉面積，再除以棉花行距與株距之積得到葉面積指數(shù)[30]。使用電子游標(biāo)卡尺（精度0.1 mm）測(cè)量棉花的莖粗（子葉上部主莖直徑）。同樣，每個(gè)處理隨機(jī)選取3株棉花，剪取棉花地上部，將棉花植株分為莖和葉兩部分分別裝入紙袋，在烘箱中105 ℃殺青30 min，然后65 ℃烘干至恒質(zhì)量后使用電子天平（精度0.01g）稱量得到干物質(zhì)量。

1.3.2 土壤環(huán)境因子測(cè)定

棉花播種后第56天（第3次滴施枯草芽孢桿菌后第7天），每個(gè)處理隨機(jī)選取滴灌帶下棉花根際土壤樣品（重復(fù)3次），風(fēng)干后寄送至上海凌恩生物科技有限公司使用化學(xué)比色法測(cè)定土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性，同時(shí)將風(fēng)干土樣寄送至中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所使用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，在試驗(yàn)基地實(shí)驗(yàn)室將土樣烘干后磨粉過篩保留20 g，以土水質(zhì)量比為1∶5制備浸提液，使用上海精科DDB-303A 便攜式電導(dǎo)率儀測(cè)定電導(dǎo)率。

1.3.3 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)測(cè)定

棉花播種后第56天，每個(gè)處理隨機(jī)選取滴灌帶下棉花根際土壤樣品（重復(fù)3次），使用干冰保存并寄送至上海凌恩生物科技有限公司進(jìn)行土壤微生物群落結(jié)構(gòu)檢測(cè)。參照E.Z.N.A.? Soil DNA Kit（OmegaBio-tek，Norcross，美國(guó)），提取土壤樣本中的微生物組總DNA，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)采用16S rRNA全長(zhǎng)通用引物27F （AGRGTTYGATYMTGGCTCAG） 和1492R（RGYTACCTTGTTACGACTT）進(jìn)行PCR擴(kuò)增，真菌群落結(jié)構(gòu)采用ITS rDNA 全長(zhǎng)通用引物ITS1F（5′-CTT?GGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′）和ITS2R（5′-GCT?GCGTTCTTCATCGATGC-3′）進(jìn)行PCR擴(kuò)增。擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)2% 瓊脂糖凝膠電泳后采用AxyPrep DNA GelExtraction Kit（Axygen Biosciences，美國(guó)）試劑盒參照說明書操作流程進(jìn)行純化。根據(jù)制造商的說明書（Pacific Biosciences）通過平連接從擴(kuò)增的DNA 中制備SMRTbell 文庫(kù)。將每個(gè)樣本連接特定的barcode序列后等質(zhì)量混合，擴(kuò)增子混合物使用Pacific Biosci?ences SMRTbellTM Template Prep kit 1.0試劑盒構(gòu)建測(cè)序文庫(kù)并在PacBio Sequel Ⅱ上進(jìn)行測(cè)序，由凌恩生物微生物多樣性測(cè)序項(xiàng)目交付系統(tǒng)完成初步檢測(cè)結(jié)果。原始數(shù)據(jù)已上傳至NCBI SRA數(shù)據(jù)庫(kù)，細(xì)菌檢索號(hào)為PRJNA900567，真菌檢索號(hào)為PRJNA900577。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Microsoft Excel 2021 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始整理，數(shù)據(jù)分析通過R 語(yǔ)言（4.3.1）和Rstudio 集成開發(fā)環(huán)境（2023.9.0）完成，使用程序包tidyverse（2.0.0）、agricolae（1.3.6）、R 語(yǔ)言內(nèi)置aov 函數(shù)、microeco[31]（1.1.0）、psych（2.3.6）、linkET（0.0.7.4）和plspm（0.5.0）分別進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、最小顯著差異法（Least Signifi?cant Difference，LSD）分析處理間顯著性差異、雙因素方差分析、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)分析、Pearson相關(guān)性分析、Mantel 檢驗(yàn)分析和偏最小二乘路徑建模（Par?tial Least Squares Path Modeling，PLS-PM）分析，最后使用ggplot2 程序包（3.4.3）、Microsoft Excel 2021和Microsoft Visio 2021對(duì)結(jié)果進(jìn)行可視化處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)棉花苗期生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

由表3可知，鹽脅迫對(duì)棉花的生長(zhǎng)指標(biāo)產(chǎn)生極顯著消極影響（Plt;0.001），施菌處理對(duì)棉花生長(zhǎng)指標(biāo)的提高影響顯著（Plt;0.001或Plt;0.05），而由雙因素方差分析結(jié)果表明鹽脅迫下滴施BS對(duì)棉花的生長(zhǎng)指標(biāo)沒有產(chǎn)生顯著影響（Pgt;0.05）。在同等施菌處理下，與低鹽處理（S2B0、S2B15 和S2B30）相比，高鹽處理（S5B0、S5B15和S5B30）的棉花株高、葉面積指數(shù)、莖干質(zhì)量和葉干質(zhì)量分別顯著減少了13.48%～24.29%（Plt;0.05）、16.22%～20.00%（Plt;0.05）、29.18%～47.91%（Plt;0.05）和31.20%～49.67%（Plt;0.05），莖粗則減少7.98%（Pgt;0.05）～14.48%（Plt;0.05）。而在同等鹽脅迫下，與對(duì)照（S2B0、S5B0）相比，低劑量BS 處理（S2B15、S5B15）和高劑量BS 處理（S2B30、S5B30）的棉花株高分別增長(zhǎng)了8.81%（Pgt;0.05）～24.34%（Plt;0.05）和12.62%～28.49%（Plt;0.05），莖粗分別增長(zhǎng)了2.23%～5.73%（Pgt;0.05）和6.01%（Pgt;0.05）～14.06%（Plt;0.05），葉面積指數(shù)分別顯著提高了21.31%～26.53%（Plt;0.05）和30.61%～31.15%（Plt;0.05），莖干質(zhì)量分別顯著增加了20.62%～63.99%（Plt;0.05）和30.85%～77.08%（Plt;0.05），葉干質(zhì)量分別顯著增加了27.84%～74.73%（Plt;0.05）和40.83%～76.06%（Plt;0.05）。棉花的生長(zhǎng)指標(biāo)因鹽脅迫加劇而降低，但會(huì)隨著施菌水平的提高呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，分析認(rèn)為BS可能具有同時(shí)改良鹽漬化土壤和改善棉花生理結(jié)構(gòu)的作用。

2.2 不同處理對(duì)棉花苗期土壤酶活性和有機(jī)質(zhì)含量的影響

由表4可知，鹽脅迫以及施菌處理均會(huì)對(duì)土壤環(huán)境因子（土壤酶活性和有機(jī)質(zhì)含量）產(chǎn)生極顯著影響（Plt;0.001或Plt;0.01），由雙因素方差分析結(jié)果表明，鹽脅迫下滴施BS同樣對(duì)土壤環(huán)境因子產(chǎn)生極顯著影響（Plt;0.001）。在同等施菌處理下，與低鹽處理相比，高鹽處理的土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和有機(jī)質(zhì)含量分別顯著降低了48.04%～65.07%（Plt;0.05）、52.39%～75.20%（Plt;0.05）和51.12%～62.64%（Plt;0.05）。而在同等鹽脅迫下，與對(duì)照相比，低劑量BS 處理和高劑量BS處理的脲酶活性分別顯著提高了52.57%～127.00%（Plt;0.05）和90.81%～151.81%（Plt;0.05），有機(jī)質(zhì)含量增加了-2.43%（Pgt;0.05）～27.67%（Plt;0.05）和8.09%（Plt;0.05）～30.83%（Plt;0.05），過氧化氫酶分別降低了20.03%～26.87%（Plt;0.05）和11.63%（Plt;0.05）～0.67%（Pgt;0.05）。結(jié)果說明鹽脅迫會(huì)顯著降低土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和有機(jī)質(zhì)含量，雖然BS會(huì)導(dǎo)致土壤過氧化氫酶活性降低，但也促進(jìn)了土壤脲酶活性和有機(jī)質(zhì)含量的提高，這將有利于棉花在鹽脅迫下生長(zhǎng)。

2.3 不同處理對(duì)棉花苗期土壤電導(dǎo)率的影響

由表5可知，自鹽分調(diào)控后，至土壤棉花苗期末，各處理土壤電導(dǎo)率均有所降低，脫鹽效果排序?yàn)椋篠5B30gt;S5B15gt;S5B0gt;S2B30gt;S2B15gt;S2B0。在同等鹽分脅迫下，與對(duì)照相比，低劑量BS處理和高劑量BS處理在苗期末的土壤電導(dǎo)率分別降低了4.42%（Pgt;0.05）～6.67%（Plt;0.05）和10.50%～11.11%（Plt;0.05）。結(jié)果說明隨著時(shí)間推移，與低鹽處理相比，高鹽處理下的土壤脫鹽率更為明顯，BS可以降低土壤含鹽量，減輕鹽分對(duì)棉花的抑制作用。

2.4 不同處理對(duì)棉花苗期土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

屬水平優(yōu)勢(shì)細(xì)菌及其相對(duì)豐度范圍（圖1a）由大到小依次為：Gp6（1.91%～3.27%）、Woeseia（1.41%～4.12%）、Chryseolinea（1.63%～3.46%）、Aggregatilinea（1.19%～2.74%）、Metabacillus（1.12%～3.10%）、Zea?xanthinibacter（0.76%～2.40%）、Longimicrobium（0.30%～3.59%）、Nitrospira（0.99%～3.77%）、Steroidobacter（0.84%～2.69%）和Pseudomonas（0.32%～4.26%），相對(duì)豐度均值之和占據(jù)屬水平細(xì)菌物種19%以上。在同等施菌處理下，與低鹽處理相比，高鹽處理的Woeseia 和Aggregatilinea的相對(duì)豐度分別增加了6.52%（Pgt;0.05）～66.76%（Plt;0.05）和25.31%（Pgt;0.05）～80.54%（Plt;0.05），Zeaxanthinibacter 和Nitrospira 的相對(duì)豐度分別減少了16.82%（Pgt;0.05）～66.52%（Plt;0.05）和2.60%（Pgt;0.05）～73.33%（Plt;0.05）。而在同等鹽脅迫下，與對(duì)照相比，低劑量BS處理和高劑量BS處理的Woeseia 的相對(duì)豐度分別增加了75.38%（Pgt;0.05）～129.08%（Plt;0.05）和48.62%（Pgt;0.05）～78.13%（Plt;0.05），Aggregatilinea 的相對(duì)豐度分別增加了27.60%～48.09%（Plt;0.05）和23.28%（Plt;0.05）～77.63%（Pgt;0.05），Nitrospira 的相對(duì)豐度分別增加了1.39%（Pgt;0.05）～270.35%（Plt;0.05）和0.87%～10.52%（Pgt;0.05）。

屬水平優(yōu)勢(shì)真菌及其相對(duì)豐度范圍（圖1b）由大到小依次為：Botryotrichum（2.11%～18.10%）、Rhizoctonia（2.90%～11.93%）、Mortierella（1.65%～21.63%）、Fusari?um（2.63%～8.80%）、Humicola（1.38%～14.43%）、Phia?lophora（0.37%～10.53%）、Podospora（0.51%～6.02%）、Dothistroma （0.09%～16.10%） 、Pseudogymnoascus（1.48%～6.35%）和Chaetomium（0.31%～9.89%），相對(duì)豐度均值之和占據(jù)屬水平真菌物種50%以上。在同等鹽脅迫下，與對(duì)照相比，低劑量BS處理和高劑量BS處理的Pseudogymnoascus 的相對(duì)豐度分別增加了40.29%～201.93%（Pgt;0.05）和26.51%（Pgt;0.05）～327.87%（Plt;0.05），Mortierella 的相對(duì)豐度分別減少了16.82%（Pgt;0.05）～71.46%（Plt;0.05）和47.28%（Pgt;0.05）～92.36%（Plt;0.05），Phialophora 的相對(duì)豐度分別減少了51.29%（Pgt;0.05）～79.21%（Plt;0.05）和43.77%～83.54%（Plt;0.05）。

2.5 棉花生長(zhǎng)、土壤環(huán)境因子和微生物群落結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

為了將土壤微生物群落結(jié)構(gòu)（屬水平下的細(xì)菌和真菌）、土壤環(huán)境因子（土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性，有機(jī)質(zhì)含量和電導(dǎo)率）與棉花生長(zhǎng)指標(biāo)（株高、莖粗、葉面積指數(shù)、莖干質(zhì)量和葉干質(zhì)量）聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)行了Pearson相關(guān)性分析（圖2）、Man?tel 檢驗(yàn)分析（圖3）和PLS-PM分析（圖4）。

細(xì)菌前10種優(yōu)勢(shì)菌屬分別與棉花生長(zhǎng)指標(biāo)和土壤環(huán)境因子的相關(guān)性分析如圖2（a）所示。Zeaxan?thinibacter和Pseudomonas分別與棉花生長(zhǎng)指標(biāo)呈顯著正相關(guān)（Plt;0.001、Plt;0.01 或Plt;0.05），Longimicrobium與棉花生長(zhǎng)指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01 或Plt;0.05）。此外，Zeaxanthinibacter、Steroidobacter 和Pseudomonas分別與脲酶活性呈顯著正相關(guān)（Plt;0.001、Plt;0.01或Plt;0.05），Longimicrobium 與脲酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05），Zeaxanthinibacter 和Pseudomonas 分別與蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)（Plt;0.01或Plt;0.05），Aggregatilinea和Longimicrobium 分別與蔗糖酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.001或Plt;0.01），Zeaxanthinibacter 和Nitrospira 分別與堿性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)（Plt;0.01 或Plt;0.05），Nitrospira 與過氧化氫酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05），Zeaxanthinibacter、Nitrospira 和Pseudomonas 分別與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（Plt;0.01 或Plt;0.05），Aggregatilinea 和Longimicrobium 分別與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05），Aggregatilinea 和Longimicrobium分別與電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān)（Plt;0.01），Zeaxanthinibacter和Pseudomonas分別與電導(dǎo)率呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05）。

真菌前10種優(yōu)勢(shì)菌屬分別與棉花生長(zhǎng)指標(biāo)和土壤環(huán)境因子的相關(guān)性分析如圖2（b）所示。Mortierel?la、Phialophora 和Podospora 分別與棉花生長(zhǎng)指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.001、Plt;0.01或Plt;0.05），Dothistroma 分別與棉花株高、葉面積指數(shù)和葉干質(zhì)量呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05）。此外，Dothistroma 與脲酶活性呈顯著正相關(guān)（Plt;0.01），Mortierella、Phialophora 和Podospora 分別與脲酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.001或Plt;0.05），Mor?tierella、Phialophora 和Podospora 分別與蔗糖酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01或Plt;0.05），Pseudogymnoascus 和Chaetomium 分別與堿性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），Humicola 和Podospora 分別與堿性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01或Plt;0.05），Phialophora 與過氧化氫酶活性呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.001），Dothistroma與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），Phialophora 和Podospora 分別與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01），Mortierella、Podospora 和Phialophora 分別與電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān)（Plt;0.001或Plt;0.05）。

Mantel 檢驗(yàn)分析如圖3 所示，結(jié)果表明，棉花葉面積指數(shù)、莖干質(zhì)量、葉干質(zhì)量、土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、有機(jī)質(zhì)含量和電導(dǎo)率與土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)呈顯著正相關(guān)（Plt;0.001、Plt;0.01或Plt;0.05），但是堿性磷酸酶活性對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響不顯著（Pgt;0.05）。Pearson 相關(guān)性分析表明，棉花生長(zhǎng)指標(biāo)之間均有顯著正相關(guān)性（Plt;0.001或Plt;0.05）外，還與土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05或Plt;0.001），堿性磷酸酶活性與其他指標(biāo)相關(guān)性不顯著（Pgt;0.05），過氧化氫酶活性和電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān)（Plt;0.001），而過氧化氫酶活性和電導(dǎo)率分別與其他指標(biāo)有著不同程度的負(fù)相關(guān)性（Plt;0.001、Plt;0.01、Plt;0.05或Pgt;0.05）。

基于PLS-PM模型分析鹽分和BS交互作用條件下土壤環(huán)境因子、微生物群落結(jié)構(gòu)與棉花生長(zhǎng)指標(biāo)之間的級(jí)聯(lián)關(guān)系，結(jié)果如圖4所示。圖4（a）表明模型的擬合優(yōu)度值為0.63，模型擬合效果較好。鹽脅迫和BS分別對(duì)土壤環(huán)境因子（-0.94）和土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)（-0.27）產(chǎn)生極顯著的負(fù)相關(guān)影響（Plt;0.001），但是BS對(duì)土壤環(huán)境因子（0.24）、土壤真菌群落結(jié)構(gòu)（0.42）和棉花生長(zhǎng)指標(biāo)（0.95）產(chǎn)生極顯著的正相關(guān)影響（Plt;0.001），土壤環(huán)境因子對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)（0.81）產(chǎn)生極顯著正相關(guān)影響（Plt;0.001），棉花生長(zhǎng)指標(biāo)也分別受到土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)（1.88）和真菌群落結(jié)構(gòu)（0.08）的顯著正相關(guān)影響（Plt;0.01 或Plt;0.05）。圖4（b）變量間效應(yīng)結(jié)果表明，鹽脅迫對(duì)土壤環(huán)境因子、微生物群落結(jié)構(gòu)和棉花生長(zhǎng)指標(biāo)的總效應(yīng)均為負(fù)，滴施BS則對(duì)土壤環(huán)境因子、土壤真菌群落結(jié)構(gòu)和棉花生長(zhǎng)指標(biāo)的總效應(yīng)為正，土壤環(huán)境因子對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和棉花生長(zhǎng)指標(biāo)的總效應(yīng)均為正，土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和真菌群落結(jié)構(gòu)均對(duì)棉花生長(zhǎng)指標(biāo)的總效應(yīng)為正。總而言之，鹽分破壞了土壤結(jié)構(gòu)并抑制棉花生長(zhǎng)，滴施BS除了直接促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，還通過影響土壤環(huán)境因子、細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)間接促進(jìn)棉花生長(zhǎng)。

3 討論

鹽脅迫抑制了棉花生長(zhǎng)（表3），特別是棉花株高、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)量，鹽分越高，對(duì)棉花生長(zhǎng)的抑制作用就越顯著。大量研究結(jié)果表明，受鹽脅迫的影響，棉花生長(zhǎng)和生物量將減少[32-34]，施菌處理則有效緩解了鹽脅迫對(duì)幼苗造成的損傷，且隨著施菌劑量增加緩解效果更加顯著（30 kg·hm^-2gt;15 kg·hm^-2gt;不施加），推測(cè)原因可能是BS通過提高根系生長(zhǎng)素的分泌促進(jìn)作物根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收[27]，誘導(dǎo)作物合成更多的可溶性糖和蛋白質(zhì)[35]，BS 還能降低幼苗過氧化脂質(zhì)含量，使作物能夠在木質(zhì)化的過程中提高細(xì)胞壁屏障性能，增強(qiáng)對(duì)鹽脅迫的抵抗作用[36]，因此BS能夠促進(jìn)棉花生長(zhǎng)。這些促進(jìn)效果對(duì)其他遭受鹽脅迫的經(jīng)濟(jì)作物[37-39]同樣有效，說明BS對(duì)作物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用具有廣適性。

土壤酶活性在土壤生化反應(yīng)、營(yíng)養(yǎng)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)功能上發(fā)揮著重要作用[40]，土壤有機(jī)質(zhì)可以促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收[41]，但土壤酶活性和有機(jī)質(zhì)含量通常隨著土壤含鹽量的增加而降低[42-43]。與低鹽脅迫相比（表4），高鹽脅迫顯著降低了土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和有機(jī)質(zhì)含量，施加BS促進(jìn)了土壤脲酶活性和有機(jī)質(zhì)含量的提高，與低劑量BS處理相比，高劑量BS處理更有利于土壤酶活性和有機(jī)質(zhì)含量的提高。有研究認(rèn)為，在鹽脅迫條件下，植物促生菌的菌絲和作物根系生長(zhǎng)的共同作用有助于刺激土壤微生物活性，從而改變作物根際營(yíng)養(yǎng)狀況[44]，施加微生物菌劑可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[45]，土壤酶活性的增加得益于施菌促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的增加，土壤有機(jī)碳含量較高可以刺激土壤微生物活動(dòng)和酶的分泌[46-47]。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)BS導(dǎo)致土壤過氧化氫酶活性顯著降低，這與上述研究結(jié)果不完全一致，但與相關(guān)研究中施菌顯著降低土壤過氧化氫酶活性的研究結(jié)果一致[48]，雖然過氧化氫酶能夠促進(jìn)土壤及生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的過氧化氫分解，有效防止過氧化氫對(duì)作物的毒害作用[49]，但滴施BS可能無(wú)法緩解過氧化氫對(duì)棉花的毒害。各處理的土壤電導(dǎo)率均有所降低（表5），分析原因可能是隨水滴施BS時(shí)土壤水分含量有所補(bǔ)充，在原有土壤水分基礎(chǔ)上，受重力影響導(dǎo)致土壤鹽分隨著土壤水分運(yùn)移向下遷移，同時(shí)，由于高鹽處理中土壤電導(dǎo)率基數(shù)較大，因此高鹽處理的土壤電導(dǎo)率降幅更明顯。有研究認(rèn)為BS分泌的有機(jī)物和死亡菌體分解產(chǎn)物在土壤中溶解離子，導(dǎo)致部分有機(jī)質(zhì)溶出，增加有機(jī)成分，因此BS降低了土壤含鹽量[50]。

微生物普遍存在于土壤生態(tài)系統(tǒng)中，高通量測(cè)序方法提高了對(duì)土壤微生物群落更深層次的了解[45]，了解土壤微生物群落結(jié)構(gòu)（圖1）及其在鹽漬化土壤中的作用將有助于了解鹽漬化土壤改良的調(diào)控過程[51]。不同鹽分含量的土壤會(huì)導(dǎo)致微生物量和功能的差異[52]，在一定范圍內(nèi)，土壤鹽度的增加有利于微生物的生長(zhǎng)[53]，如本研究中高鹽脅迫提高了具有促進(jìn)微生物活性作用[54]的Aggregatilinea 相對(duì)豐度。鹽脅迫對(duì)土壤微生物的數(shù)量、分布、結(jié)構(gòu)和功能同時(shí)有著不利影響[55]，本試驗(yàn)中的高鹽脅迫抑制了Zeaxanthini?bacter 的生長(zhǎng)，Zeaxanthinibacter 是降解腐爛植物的特殊細(xì)菌[56]，Pearson 相關(guān)性分析（圖2a）表明Zeaxan?thinibacter 與棉花生長(zhǎng)指標(biāo)和土壤環(huán)境因子呈顯著正相關(guān)則說明其重要性。相關(guān)研究表明Nitrospira 的相對(duì)豐度隨著土壤電導(dǎo)率的增加和土壤有機(jī)質(zhì)含量的減少而減少[57]，施加芽孢桿菌類菌劑有助于Nitrospira相對(duì)豐度的提高[58]，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致，Nitrospira可將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽[59]，參與土壤硝化作用[60]，促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)并降低土壤鹽堿度[61]，有利于土壤肥力和作物生長(zhǎng)的提高。滴施BS 還提高了Woeseia 和Pseudogymnoascus 的相對(duì)豐度，Woeseia 在碳?xì)浠衔锖蜔o(wú)機(jī)硫化合物的氧化分解中發(fā)揮重要作用[62]，Pseudogymnoascus 通常參與纖維素降解，有助于土壤養(yǎng)分循環(huán)[63]。施加BS 降低了Phialophora 和Mortierella 的相對(duì)豐度，Pearson相關(guān)性分析（圖2b）表明這兩種真菌與棉花生長(zhǎng)指標(biāo)、土壤脲酶活性、蔗糖酶活性及有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，Phialophora 是一種少見的導(dǎo)致作物根系腐爛的真菌[64]，而Mortierella可以產(chǎn)生多種抗生素，在防治枯萎病中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[65]，因此施加BS可能無(wú)法抑制鹽脅迫條件下棉花枯萎病的發(fā)生。與施加低劑量BS相比，高劑量BS 顯著提高了有益微生物（Zeaxanthinibacter、Pseudomonas）的相對(duì)豐度，同時(shí)顯著降低了有益微生物（Mortierella、Chaetomium）和有害微生物（Fusarium）的相對(duì)豐度。總的來(lái)說，高鹽脅迫雖然在一定程度上促進(jìn)了有益微生物生長(zhǎng)，但也抑制了有益微生物的繁殖，BS通過增加有益微生物活性、多樣性及數(shù)量[66-68]，對(duì)鹽漬化土壤微生態(tài)具有調(diào)節(jié)作用。

土壤有機(jī)質(zhì)和土壤酶分別在土壤微生物驅(qū)動(dòng)的碳氮循環(huán)和土壤有機(jī)化合物的生物降解中起著至關(guān)重要的作用[69]，并成為土壤環(huán)境中微生物活動(dòng)變化最微妙的指標(biāo)[70]。微生物菌劑通過改良土壤理化性質(zhì)以及提高土壤酶活性，有助于土壤微生物的生長(zhǎng)[71]。Mantel 檢驗(yàn)分析（圖3）表明土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、有機(jī)質(zhì)含量和電導(dǎo)率是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子，棉花的生長(zhǎng)指標(biāo)也與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)相關(guān)性顯著。Pearson相關(guān)性分析（圖3）表明，棉花生長(zhǎng)指標(biāo)分別與土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。這些結(jié)果與PLS-PM 分析（圖4）相對(duì)應(yīng)，BS對(duì)土壤環(huán)境因子產(chǎn)生正效應(yīng)，再間接通過土壤環(huán)境因子對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生正效應(yīng)，最后土壤環(huán)境因子和土壤微生物的共同作用促進(jìn)了位于此級(jí)聯(lián)關(guān)系末端的棉花生長(zhǎng)指標(biāo)增長(zhǎng)。因此BS具有通過改良鹽漬化土壤提高無(wú)膜滴灌棉花抗鹽能力的巨大潛力，這將有助于棉花產(chǎn)量的提高。本試驗(yàn)只設(shè)置了2種鹽分梯度和3種BS劑量，在今后的研究中將增加鹽分和BS劑量梯度，以獲得更為全面的試驗(yàn)結(jié)果。由于本研究在試驗(yàn)測(cè)坑中開展，試驗(yàn)邊界與土壤鹽分含量等條件具有較強(qiáng)的可控性，能夠獲得相對(duì)滿意的試驗(yàn)結(jié)果，而在應(yīng)用于大田生產(chǎn)時(shí)，受制于土壤類型、土壤鹽分以及邊界條件的改變，需對(duì)建議的BS劑量進(jìn)行必要調(diào)整以適應(yīng)棉花生長(zhǎng)需求。

4 結(jié)論

（1）高鹽脅迫導(dǎo)致土壤中有益菌屬Zeaxanthini?bacter 的相對(duì)豐度減少，土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和有機(jī)質(zhì)含量降低，棉花的莖干質(zhì)量和葉干質(zhì)量分別顯著降低了29.18%～47.91%和31.20%～49.67%，高鹽脅迫限制了土壤生產(chǎn)力。

（2）枯草芽孢桿菌（BS）增加了土壤中Nitrospira、Woeseia 和Pseudogymnoascus等有益菌屬的相對(duì)豐度、減少了有害菌屬Phialophora 的相對(duì)豐度，提高了土壤脲酶活性和有機(jī)質(zhì)含量，降低了土壤電導(dǎo)率，還使棉花的莖干質(zhì)量和葉干質(zhì)量分別顯著增加了20.62%～77.08%和27.84%～76.06%，BS在一定程度上促進(jìn)了鹽脅迫下棉花干物質(zhì)量的積累。

（3）土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、有機(jī)質(zhì)含量、電導(dǎo)率是與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)相關(guān)性較高的土壤環(huán)境因子，土壤微生物群落通過結(jié)構(gòu)調(diào)整適應(yīng)環(huán)境的同時(shí)也會(huì)間接促進(jìn)棉花生長(zhǎng)。在兩種鹽脅迫下，當(dāng)BS施加量為30 kg·hm^-2時(shí)，對(duì)鹽漬化土壤的改良和無(wú)膜滴灌棉花生長(zhǎng)的提高效果達(dá)到最優(yōu)。