關(guān)鍵詞：枯草芽孢桿菌；鹽脅迫；無膜滴灌棉花；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：S156.4；S562 文獻標志碼：A 文章編號：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。隨著人口增長和社會發(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膜栽培模式，但無膜栽培由于水分損失較快以及鹽分表聚也會對棉花生長產(chǎn)生不利影響[3]。同時，南疆地區(qū)降雨稀少、蒸發(fā)強烈等外部環(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]，土壤含鹽量過高會損害土壤理化性質(zhì)，降低土壤微生物活性[6]，嚴重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提升[7]。鹽脅迫會對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發(fā)育，還促進作物所需營養(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]，對于保證作物生長的微環(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)也會受到鹽分等土壤理化性質(zhì)的影響[13]?，F(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]，且不會對土壤造成污染[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)，促進復(fù)雜有機物和不溶性養(yǎng)分分解成作物易于吸收的簡單形式[22-23]，提升作物根際營養(yǎng)物質(zhì)的可用性[24]。BS還對鹽脅迫條件下的作物生長具有積極作用，BS可提高發(fā)芽率和干物質(zhì)量[25]，促進作物根系發(fā)育并增強對養(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已被證實具有改良土壤、促進作物生長的作用，但將BS應(yīng)用于改良鹽漬化土壤促進無膜棉花生長的研究相對較少。本研究以棉花為目標作物，采用無膜滴灌栽培模式，通過滴施BS的方式，進一步評價BS對南疆無膜棉田土壤酶活性、有機質(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 試驗區(qū)概況

試驗于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基地（40.32°N，81.17°E，海拔1 014 m）進行。試驗區(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 試驗設(shè)計

本研究采用雙因素裂區(qū)試驗設(shè)計，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個處理，每個處理重復(fù)3次。試驗在測坑內(nèi)進行，測坑的規(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，無膜滴灌棉花種植采用機采棉模式，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，待棉花出苗率達到95%以上，按照鹽分濃度設(shè)計滴施不同配比的NaCl（分析純，含量99.5%）對土壤鹽分進行調(diào)控，棉花幼苗繼續(xù)生長20 d后開始滴施枯草芽孢桿菌，共施加3 次，每次間隔7 d。枯草芽孢桿菌（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)。具體試驗設(shè)計方案如表2所示。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 棉花生長指標測定

棉花苗期，每個處理隨機選取3株棉花，用直尺（精度1 mm）測量株高和單株葉面積。葉面積測定時，用直尺逐個量取棉株葉片的長度和寬度，單葉面積為長×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]。使用電子游標卡尺（精度0.1 mm）測量棉花的莖粗（子葉上部主莖直徑）。同樣，每個處理隨機選取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），每個處理隨機選取滴灌帶下棉花根際土壤樣品（重復(fù)3次），風干后寄送至上海凌恩生物科技有限公司使用化學(xué)比色法測定土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性，同時將風干土樣寄送至中國農(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定土壤有機質(zhì)含量，在試驗基地實驗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)率儀測定電導(dǎo)率。

1.3.3 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)測定

棉花播種后第56天，每個處理隨機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行土壤微生物群落結(jié)構(gòu)檢測。參照E.Z.N.A.? Soil DNA Kit（OmegaBio-tek，Norcross，美國），提取土壤樣本中的微生物組總DNA，細菌群落結(jié)構(gòu)采用16S rRNA全長通用引物27F （AGRGTTYGATYMTGGCTCAG） 和1492R（RGYTACCTTGTTACGACTT）進行PCR擴增，真菌群落結(jié)構(gòu)采用ITS rDNA 全長通用引物ITS1F（5′-CTT?GGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′）和ITS2R（5′-GCT?GCGTTCTTCATCGATGC-3′）進行PCR擴增。擴增產(chǎn)物經(jīng)2% 瓊脂糖凝膠電泳后采用AxyPrep DNA GelExtraction Kit（Axygen Biosciences，美國）試劑盒參照說明書操作流程進行純化。根據(jù)制造商的說明書（Pacific Biosciences）通過平連接從擴增的DNA 中制備SMRTbell 文庫。將每個樣本連接特定的barcode序列后等質(zhì)量混合，擴增子混合物使用Pacific Biosci?ences SMRTbellTM Template Prep kit 1.0試劑盒構(gòu)建測序文庫并在PacBio Sequel Ⅱ上進行測序，由凌恩生物微生物多樣性測序項目交付系統(tǒng)完成初步檢測結(jié)果。原始數(shù)據(jù)已上傳至NCBI SRA數(shù)據(jù)庫，細菌檢索號為PRJNA900567，真菌檢索號為PRJNA900577。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Microsoft Excel 2021 對試驗數(shù)據(jù)進行初始整理，數(shù)據(jù)分析通過R 語言（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對結(jié)果進行可視化處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對棉花苗期生長指標的影響

由表3可知，鹽脅迫對棉花的生長指標產(chǎn)生極顯著消極影響（Plt;0.001），施菌處理對棉花生長指標的提高影響顯著（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對棉花的生長指標沒有產(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）。棉花的生長指標因鹽脅迫加劇而降低，但會隨著施菌水平的提高呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，分析認為BS可能具有同時改良鹽漬化土壤和改善棉花生理結(jié)構(gòu)的作用。

2.2 不同處理對棉花苗期土壤酶活性和有機質(zhì)含量的影響

由表4可知，鹽脅迫以及施菌處理均會對土壤環(huán)境因子（土壤酶活性和有機質(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)果說明鹽脅迫會顯著降低土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和有機質(zhì)含量，雖然BS會導(dǎo)致土壤過氧化氫酶活性降低，但也促進了土壤脲酶活性和有機質(zhì)含量的提高，這將有利于棉花在鹽脅迫下生長。

2.3 不同處理對棉花苗期土壤電導(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，脫鹽效果排序為：S5B30gt;S5B15gt;S5B0gt;S2B30gt;S2B15gt;S2B0。在同等鹽分脅迫下，與對照相比，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，減輕鹽分對棉花的抑制作用。

2.4 不同處理對棉花苗期土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

屬水平優(yōu)勢細菌及其相對豐度范圍（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%），相對豐度均值之和占據(jù)屬水平細菌物種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，與對照相比，低劑量BS處理和高劑量BS處理的Woeseia 的相對豐度分別增加了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)勢真菌及其相對豐度范圍（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，與對照相比，低劑量BS處理和高劑量BS處理的Pseudogymnoascus 的相對豐度分別增加了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、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，有機質(zhì)含量和電導(dǎo)率）與棉花生長指標（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，進行了Pearson相關(guān)性分析（圖2）、Man?tel 檢驗分析（圖3）和PLS-PM分析（圖4）。

細菌前10種優(yōu)勢菌屬分別與棉花生長指標和土壤環(huán)境因子的相關(guān)性分析如圖2（a）所示。Zeaxan?thinibacter和Pseudomonas分別與棉花生長指標呈顯著正相關(guān)（Plt;0.001、Plt;0.01 或Plt;0.05），Longimicrobium與棉花生長指標呈顯著負相關(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相關(guān)（Plt;0.05），Zeaxanthinibacter、Nitrospira 和Pseudomonas 分別與有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（Plt;0.01 或Plt;0.05），Aggregatilinea 和Longimicrobium 分別與有機質(zhì)含量呈顯著負相關(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)率呈顯著負相關(guān)（Plt;0.05）。

真菌前10種優(yōu)勢菌屬分別與棉花生長指標和土壤環(huán)境因子的相關(guān)性分析如圖2（b）所示。Mortierel?la、Phialophora 和Podospora 分別與棉花生長指標呈顯著負相關(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與有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），Phialophora 和Podospora 分別與有機質(zhì)含量呈顯著負相關(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、有機質(zhì)含量和電導(dǎo)率與土壤細菌和真菌群落結(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，棉花生長指標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)率分別與其他指標有著不同程度的負相關(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)與棉花生長指標之間的級聯(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分別對土壤環(huán)境因子（-0.94）和土壤細菌群落結(jié)構(gòu)（-0.27）產(chǎn)生極顯著的負相關(guān)影響（Plt;0.001），但是BS對土壤環(huán)境因子（0.24）、土壤真菌群落結(jié)構(gòu)（0.42）和棉花生長指標（0.95）產(chǎn)生極顯著的正相關(guān)影響（Plt;0.001），土壤環(huán)境因子對土壤細菌群落結(jié)構(gòu)（0.81）產(chǎn)生極顯著正相關(guān)影響（Plt;0.001），棉花生長指標也分別受到土壤細菌群落結(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，鹽脅迫對土壤環(huán)境因子、微生物群落結(jié)構(gòu)和棉花生長指標的總效應(yīng)均為負，滴施BS則對土壤環(huán)境因子、土壤真菌群落結(jié)構(gòu)和棉花生長指標的總效應(yīng)為正，土壤環(huán)境因子對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和棉花生長指標的總效應(yīng)均為正，土壤細菌群落結(jié)構(gòu)和真菌群落結(jié)構(gòu)均對棉花生長指標的總效應(yīng)為正?？偠灾?，鹽分破壞了土壤結(jié)構(gòu)并抑制棉花生長，滴施BS除了直接促進棉花生長，還通過影響土壤環(huán)境因子、細菌和真菌群落結(jié)構(gòu)間接促進棉花生長。

3 討論

鹽脅迫抑制了棉花生長（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，對棉花生長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，棉花生長和生物量將減少[32-34]，施菌處理則有效緩解了鹽脅迫對幼苗造成的損傷，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），推測原因可能是BS通過提高根系生長素的分泌促進作物根系發(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)化的過程中提高細胞壁屏障性能，增強對鹽脅迫的抵抗作用[36]，因此BS能夠促進棉花生長。這些促進效果對其他遭受鹽脅迫的經(jīng)濟作物[37-39]同樣有效，說明BS對作物生長的促進作用具有廣適性。

土壤酶活性在土壤生化反應(yīng)、營養(yǎng)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)功能上發(fā)揮著重要作用[40]，土壤有機質(zhì)可以促進作物對養(yǎng)分的吸收[41]，但土壤酶活性和有機質(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、蔗糖酶活性和有機質(zhì)含量，施加BS促進了土壤脲酶活性和有機質(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質(zhì)含量的提高。有研究認為，在鹽脅迫條件下，植物促生菌的菌絲和作物根系生長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養(yǎng)狀況[44]，施加微生物菌劑可顯著增加土壤有機質(zhì)含量[45]，土壤酶活性的增加得益于施菌促進了土壤有機質(zhì)的增加，土壤有機碳含量較高可以刺激土壤微生物活動和酶的分泌[46-47]。本試驗還發(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作物的毒害作用[49]，但滴施BS可能無法緩解過氧化氫對棉花的毒害。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時土壤水分含量有所補充，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移向下遷移，同時，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。有研究認為BS分泌的有機物和死亡菌體分解產(chǎn)物在土壤中溶解離子，導(dǎo)致部分有機質(zhì)溶出，增加有機成分，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，高通量測序方法提高了對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[53]，如本研究中高鹽脅迫提高了具有促進微生物活性作用[54]的Aggregatilinea 相對豐度。鹽脅迫對土壤微生物的數(shù)量、分布、結(jié)構(gòu)和功能同時有著不利影響[55]，本試驗中的高鹽脅迫抑制了Zeaxanthini?bacter 的生長，Zeaxanthinibacter 是降解腐爛植物的特殊細菌[56]，Pearson 相關(guān)性分析（圖2a）表明Zeaxan?thinibacter 與棉花生長指標和土壤環(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 的相對豐度隨著土壤電導(dǎo)率的增加和土壤有機質(zhì)含量的減少而減少[57]，施加芽孢桿菌類菌劑有助于Nitrospira相對豐度的提高[58]，這與本試驗結(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的提高。滴施BS 還提高了Woeseia 和Pseudogymnoascus 的相對豐度，Woeseia 在碳氫化合物和無機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 的相對豐度，Pearson相關(guān)性分析（圖2b）表明這兩種真菌與棉花生長指標、土壤脲酶活性、蔗糖酶活性及有機質(zhì)含量呈顯著負相關(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）的相對豐度，同時顯著降低了有益微生物（Mortierella、Chaetomium）和有害微生物（Fusarium）的相對豐度?？偟膩碚f，高鹽脅迫雖然在一定程度上促進了有益微生物生長，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]，對鹽漬化土壤微生態(tài)具有調(diào)節(jié)作用。

土壤有機質(zhì)和土壤酶分別在土壤微生物驅(qū)動的碳氮循環(huán)和土壤有機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)境中微生物活動變化最微妙的指標[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[71]。Mantel 檢驗分析（圖3）表明土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、有機質(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，棉花的生長指標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，棉花生長指標分別與土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。這些結(jié)果與PLS-PM 分析（圖4）相對應(yīng)，BS對土壤環(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了位于此級聯(lián)關(guān)系末端的棉花生長指標增長。因此BS具有通過改良鹽漬化土壤提高無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結(jié)果。由于本研究在試驗測坑中開展，試驗邊界與土壤鹽分含量等條件具有較強的可控性，能夠獲得相對滿意的試驗結(jié)果，而在應(yīng)用于大田生產(chǎn)時，受制于土壤類型、土壤鹽分以及邊界條件的改變，需對建議的BS劑量進行必要調(diào)整以適應(yīng)棉花生長需求。

4 結(jié)論

（1）高鹽脅迫導(dǎo)致土壤中有益菌屬Zeaxanthini?bacter 的相對豐度減少，土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和有機質(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等有益菌屬的相對豐度、減少了有害菌屬Phialophora 的相對豐度，提高了土壤脲酶活性和有機質(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)境的同時也會間接促進棉花生長。在兩種鹽脅迫下，當BS施加量為30 kg·hm^-2時，對鹽漬化土壤的改良和無膜滴灌棉花生長的提高效果達到最優(yōu)。