《Frontiers in Plant Science》：Micro-nanobubble oxygenation irrigation ameliorates saline-alkali soil properties, cotton physiology, and yield under different salt stress levels
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本研究通过田间微区试验系统揭示微纳米气泡增氧灌溉（MNBs）在不同盐度土壤（0-9 g·kg-1）中对盐碱土的改良效应。结果表明：MNBs通过促进盐分向下淋溶（表层降盐20.00-41.46%，深层增盐8.57-61.44%），显著改善土壤酶活性（蔗糖酶/过氧化氢酶/碱性磷酸酶/脲酶提升0.13-21.77%），优化微生物群落（变形菌门/放线菌门丰度增加），并增强棉花抗氧化能力（SOD/POD活性提升10.11-40.69%，MDA含量降低25.23-42.11%），最终使籽棉产量提高33.78-59.06%。该技术为干旱区盐碱地农业可持续发展提供了有效解决方案。
1 引言
土壤盐渍化是制约干旱半干旱地区农业可持续发展的关键障碍。新疆作为中国超过90%棉花的产区，其盐碱化土壤存在钠离子介导的团聚体结构破坏、孔隙度降低及根际缺氧等复合胁迫问题。传统滴灌虽节水增产，但易引发耕层盐分聚集。微纳米气泡增氧灌溉（MNBs）技术通过高速剪切作用将气体破碎为直径<50 μm的气泡，凭借超大比表面积和缓慢上升特性，有效提升根区溶氧水平，为缓解作物盐胁迫提供了新途径。
2 材料与方法
试验于2024年在阿克苏农田土壤质量野外科学观测站开展，设置4个土壤盐度梯度（0、3、6、9 g·kg-1，以硫酸盐为主）和两种灌溉方式（MNBs vs 常规淹灌CF）。通过微纳米气泡发生器（溶氧量稳定至30 mg·L-1）与滴灌系统耦合，测定土壤盐离子分布、酶活性（蔗糖酶SU、过氧化氢酶CAT、碱性磷酸酶ALP、脲酶URE）、微生物群落（16S/ITS测序）及棉花生理指标（SOD、POD、MDA、根长、叶面积指数、干物质、产量）。
3 结果
3.1 土壤盐分与pH
MNBs处理显著促进盐分向深层（40-60 cm）迁移，表层（0-20 cm）盐分降低20.00-41.46%，深层盐分增加8.57-61.44%。同时，深层土壤pH降低0.35-4.09%，表明该技术有效调控盐碱土酸碱环境。
3.2 土壤离子动态
MNBs抑制表层土壤Mg2+、Na+、HCO3-、SO42-积累，促进Ca2+、K+等营养离子向深层运移，尤以高盐条件下效果显著。
3.3 土壤酶与微生物
MNBs使SU、CAT、ALP、URE活性提升0.13-21.77%，并增加细菌Chao1指数，富集放线菌门（Actinobacteriota）和变形菌门（Proteobacteria）等有益菌群，同时调控真菌链格孢属（Alternaria）和镰刀菌属（Fusarium）丰度。
3.4 棉花生理响应
MNBs处理下棉花叶片SOD活性提升15.84-40.69%，POD活性增强10.11-33.63%，MDA含量下降28.22-42.11%，根长、叶面积指数和干物质积累量分别增加0.96-29.90%、18.68-25.50%和6.82-33.29%。
3.5 产量与相关性
籽棉产量较CF处理提高33.78-59.06%。相关性分析显示产量与土壤酶活性、微生物多样性及抗氧化指标呈正相关，与土壤盐分和MDA含量负相关。
4 讨论
MNBs通过改善根区氧环境，激活微生物代谢与酶系统，促进盐分离子淋溶和养分循环，进而增强棉花抗氧化防御及光合产能。放线菌门和变形菌门的富集可能通过分泌植物激素和固氮解磷作用协同促生。长期应用需关注土壤碳库周转及氮素淋溶风险。
5 结论
微纳米气泡增氧灌溉可作为一种高效的盐碱地改良技术，通过土壤-微生物-作物系统联动机制缓解盐胁迫，提升棉花产量，为干旱区农业可持续发展提供技术支撑。
