《Agricultural Water Management》：Ultra-width film mulched with magnetized irrigation boosts soil rhizosphere processes and cotton yield in arid regions
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本研究针对干旱区水资源短缺制约棉花生产的难题，通过两年田间试验探究了超宽覆膜（4.4?m）与磁化灌溉（0.3?T）的协同效应。结果表明，该组合可同步提升土壤氧含量（15.7–20.0?%）与水分保持能力（20.4?%），显著促进放线菌增殖（17.1–25.5?%）及碳水化合物代谢通路活性（KEGG预测），最终使籽棉产量达7950?kg?hm?2，灌溉水利用效率（IWUE）提升至1.74?kg?m?3。该研究为干旱农业提供了通过物理调控根际微环境实现增产增效的新范式。
在全球气候变化加剧干旱化的背景下，如何在水资源稀缺的干旱区维持作物高产稳产已成为农业可持续发展的核心挑战。棉花作为重要的经济作物，在新疆等干旱半干旱地区广泛种植，但其生长高度依赖灌溉。传统节水技术如地膜覆盖虽能抑制土壤蒸发，但常规宽度（1.4–2.05?m）的覆膜对土壤水氧平衡的调控有限，甚至可能因过度保水导致根际缺氧，抑制微生物活性。与此同时，磁化灌溉作为一种新兴物理节水技术，可通过改变水分子簇结构提升溶解氧含量和渗透性，但其与不同覆膜宽度的协同效应尚不明确。
为破解这一难题，新疆农业大学水利与土木工程学院的研究团队在《Agricultural Water Management》上发表了一项为期两年（2023–2024）的田间试验研究。该研究创新性地将超宽覆膜（4.4?m）与磁化灌溉（0.3?T）相结合，系统评估了二者对土壤水氧动态、根际微生物群落结构、棉花根系发育及产量的交互影响。研究发现，超宽覆膜与磁化灌溉的协同处理（W3A）不仅能缓解宽膜导致的氧气供应不足问题，还显著提升了土壤放线菌丰度和碳水化合物代谢通路活性，最终实现籽棉产量7950?kg?hm?2和灌溉水利用效率1.74?kg?m?3的双重突破。
本研究的关键技术方法包括：采用双因素完全随机设计田间试验（3重复），通过原位氧传感器（PreSens）监测土壤O2动态，利用16S?rRNA扩增子测序（Illumina?NovaSeq平台）结合PICRUSt2预测微生物代谢功能，并借助结构方程模型（SEM）解析多因子因果路径。所有样本均来源于新疆塔克拉玛干沙漠-天山过渡带的47?hm2棉田基地。
3.1 土壤氧气与水分动态
研究发现，超宽覆膜（W3）单独处理时土壤O2浓度最低（14.2–19.5?%），但结合磁化灌溉（W3A）后O2提升至15.7–20.0?%。磁化水的高溶解氧（提升3.35?%）和低表面张力（降低4.70?%）特性促进了氧气向根际扩散，打破了覆膜系统中水分与氧气的负相关关系，形成“水氧协同”的微环境。
3.2 土壤微生物群落结构与预测代谢功能
超宽覆膜（≥4.4?m）显著改变了细菌群落结构，使其与窄膜处理（W1、W2）分异成两个独立簇群。W3A处理下放线菌（Actinobacteria）相对丰度增加21.3?%，其促生代谢功能增强。KEGG通路分析显示，W3A处理的碳水化合物代谢通路丰度（1961?±?175 reads）较非磁化处理提高1.5倍，表明微生物碳转化能力显著提升。
3.3 棉花根际微生物组成与植株表现
主坐标分析（PCoA）表明磁化灌溉是驱动根际微生物群落重构的首要因子（R2?=?0.357）。W3A处理下棉花根干重达35.9?g?plant?1，籽棉产量在2024年达7950?±?364?kg?hm?2，较非磁化对照增产20.5?%。微生物-植物互作强化是产量提升的重要机制。
3.4 灌溉水利用效率提升
W3A处理的灌溉水利用效率（IWUE）为1.74?±?0.3?kg?m?3，较中等宽度覆膜（W2A）提升19.2?%。超宽覆膜通过减少裸间蒸发优化水分利用，而磁化灌溉则通过改善土壤渗透性进一步强化这一效应。
3.5 处理交互作用对土壤-植物关系的影响
双因素方差分析表明，覆膜宽度与磁化灌溉的交互效应（W?×?A）对土壤水分、根干重及产量均达显著水平（p?<?0.05）。结构方程模型揭示，磁化灌溉通过增强土壤水分-微生物-根系生长的正向关联（路径系数0.52–0.67），间接驱动产量形成。
本研究首次在田间尺度证实了超宽覆膜与磁化灌溉的协同增效机制。通过物理手段同步优化根际水氧环境，激活微生物代谢功能，为干旱区棉花生产提供了可复制的水分高效利用模式。然而，长期覆膜残留、磁化效应在不同土壤质地中的稳定性等问题仍需持续追踪。未来研究可探索将此类物理调控与微生物接种、可降解地膜等生物技术结合，进一步拓展干旱农业的绿色增产路径。
