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本研究综述了在干旱地区，结合牛粪、小麦秸秆和纤维素分解菌（CDB）进行土壤综合肥力管理，旨在克服沙壤土有机质、氮含量和微生物活性低下的挑战。该策略显著提升了土壤有机质、全氮（TotN）及磷（P）、钾（K）、镁（Mg）、硫（S）的有效性，并使土壤微生物种群增加了近三倍。相较于单施化肥，该处理提升了甘蓝的维生素C含量、蛋白质浓度、总可溶性固形物（TSS）和可滴定酸度，同时降低了硝酸盐积累，为干旱条件下改善土壤健康、养分供应和作物品质提供了可持续的替代方案。
引言
土壤肥力退化、盐分累积和蔬菜营养品质下降已成为干旱和半干旱地区可持续农业面临的严峻威胁。在沙特阿拉伯哈达特阿舍姆等地区，以沙壤土为主的土壤有机碳和全氮本底值低，结构疏松。过度依赖化肥、有机投入不足及不合理的灌溉加剧了这些挑战。甘蓝作为一种广泛食用的叶菜，其品质和产量对土壤养分失衡和环境胁迫高度敏感，易导致维生素C水平下降、蛋白质积累减少、酸度改变、总可溶性固形物（TSS）降低以及可食用组织中硝酸盐过度积累，带来潜在健康风险。有机改良剂（如牛粪）和作物残茬（如小麦秸秆）的应用是潜在的解决方案，它们不仅能补充土壤养分，还能改善物理性质并刺激微生物活性。然而，秸秆的高碳氮比会减缓分解并固定有效氮。纤维素降解微生物接种剂，特别是解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）菌株的应用，可加速木质纤维素分解，改善矿化与作物吸收之间的养分同步性，并增强土壤的整体生物活性。在干旱炎热地区，这种生物综合方法尤其具有前景。本研究旨在评估牛粪、小麦秸秆和解淀粉芽孢杆菌对沙壤土土壤健康关键指标和甘蓝品质性状的影响，探讨其作为传统化肥系统可持续替代方案的潜力。
材料与方法
研究地点与环境条件
田间试验在沙特阿拉伯西部麦加地区的哈达特阿舍姆进行，为期2023/24和2024/25两个生长季。该地为炎热干旱气候，生长季（10月至3月）日平均温度在22°C至31°C之间，年降雨量不足100毫米，采用滴灌系统。供试土壤为沙壤土，初始pH为7.9，电导率（EC）为3.4 dS/m，有机质含量0.28%，全氮0.02%，表明土壤肥力贫瘠并存在中度盐渍化。
试验设计与处理
试验采用裂-裂区设计，设置三次重复。主区因素为牛粪，设置0、10和20吨/公顷三个水平。副区因素为小麦秸秆，设置0、20和30吨/公顷三个水平，并设一个施用600公斤/公顷NPK化肥（20:20:20）的阳性对照。副副区因素为解淀粉芽孢杆菌接种剂，设置0、2和4升/区三个水平。共形成36个处理组合，108个试验单元。每个单元种植12株Bonnet白甘蓝品种。试验所用菌株经分子鉴定为解淀粉芽孢杆菌。牛粪和小麦秸秆在移栽前施用，细菌悬液与二者混合。
甘蓝栽培与管理
使用经认证的白甘蓝品种种子育苗4周后移栽。除NPK对照外，所有小区灌溉和病虫害管理一致，不施用外部肥料或生物刺激剂。采用滴灌系统，水盐度保持在1.2–1.5 dS m-1。
土壤取样与实验室分析
在种植前、生长中期（移栽后6周）和收获时采集0-20厘米土层土壤混合样品。测定参数包括：土壤有机质（Walkley-Black法）、全氮（凯氏定氮法）、有机碳（氧化法）、有效磷、钾、镁、硫、锌、铜（Mehlich3提取法）、pH和EC。通过营养琼脂上的系列稀释和平板计数技术在生长中期和收获时评估土壤微生物活性，结果以每克土壤菌落形成单位（CFU）表示。
甘蓝品质评估
收获时，从各处理小区随机选取4个代表性甘蓝头。测定品质参数包括：维生素C（2,6-二氯靛酚滴定法）、蛋白质含量（微量凯氏定氮法，氮值乘以6.25）、总可滴定酸度（NaOH滴定法）、总可溶性固形物（数字折射仪）和硝酸盐含量（水杨酸比色法）。同时分析甘蓝头中的氮、磷、钾含量。
统计分析
所有数据使用R软件进行三向方差分析，在p< 0.05水平上用LSD检验分离显著均值，并分析互作效应及甘蓝品质性状间的相关性。
结果
土壤肥力参数
有机质、有机碳和全氮
有机改良剂显著提高了土壤有机质、有机碳和全氮含量。牛粪施用使有机质在季节1达到1.39%（20吨/公顷），高于未处理对照的1.14%。有机碳和全氮也呈类似上升趋势。小麦秸秆对有机质和有机碳的提升效应最为明显，在季节1，30吨/公顷处理下分别达到1.58%和0.92%。细菌接种剂对土壤有机质和碳库的影响相对稳定。NPK化肥处理的有机质、有机碳和全氮含量最低。牛粪、细菌和秸秆的三因素互作效应显著，最高有机质（季节2达2.29%）、有机碳（1.33%）和全氮（0.16%）均出现在20吨/公顷牛粪与30吨/公顷秸秆的组合中。
有效大量元素
牛粪施用显著增加了甘蓝组织中的钾、镁、磷、硫含量。细菌处理同样改善了养分含量，尤其在季节1，高剂量细菌处理提升了钾、磷和硫的水平。小麦秸秆改良显著提高了甘蓝中的钾、镁、磷，尤其是硫的浓度。NPK处理产生的大量元素含量与有机改良效果相当或略高。互作分析显示，20吨/公顷牛粪与30吨/公顷秸秆或NPK的组合获得了最高的钾、镁、磷、硫含量。
微量元素
牛粪应用显著增加了甘蓝组织中的锌和铜浓度。细菌处理一般维持了较高的锌浓度，并改善了铜含量。小麦秸秆改良显著影响了锌浓度，对铜水平也有提升。NPK化肥产生的锌浓度与中等有机改良相当，铜含量在某些季节也较高。
土壤微生物数量
牛粪、细菌接种剂和小麦秸秆处理均显著增加了土壤细菌种群数量。牛粪在季节2使生长中期的CFU从66.47 × 103增至84.22 × 103。细菌接种在季节2收获时使CFU达到94.19 × 103。小麦秸秆的刺激作用最显著，在季节2，30吨/公顷处理下收获时细菌密度高达105.89 × 103CFU。NPK处理始终表现出最低的细菌数量。
甘蓝品质性状
牛粪施用显著增加了硝酸盐含量、蛋白质百分比和维生素C浓度，同时降低了酸度。细菌接种逐渐增加了硝酸盐水平、蛋白质百分比、酸度和维生素C含量。小麦秸秆改良对这些品质属性也有积极影响，尤其是在高秸秆用量下显著提高了维生素C含量。总可滴定溶质（TTS，与总可溶性固形物相关的指标）在有机改良剂处理下显著增加。互作分析表明，20吨/公顷牛粪与4升/区细菌的组合产生了最高的硝酸盐、蛋白质、酸度和维生素C值。NPK化肥处理的所有参数值最高，显著超过单施有机改良剂。
相关性热图显示，硝酸盐、蛋白质、酸度和维生素C等性状在季节内呈强正相关，表明在施加的处理下这些性状倾向于协同增加。
讨论
修复干旱土壤：有机与微生物投入的综合作用
有机质、有机碳和全氮的显著改善，凸显了结合牛粪、小麦秸秆和纤维素分解菌（CDB）在修复退化干旱土壤方面的功效。处理小区的有机质值超过基线水平三倍以上，证明了有机残留物的快速积累和旺盛的微生物生物量。这些结果与大量文献记载相符，即有机改良剂能够激活土壤生命并重组团聚体稳定性。牛粪尤其有价值，它提供丰富的活性碳，增强土壤团聚，同时为根际提供养分和微生物接种。将纤维素分解菌（特别是解淀粉芽孢杆菌）与秸秆结合，进一步加速了有机质周转。
盐碱土壤中养分库的增强
联合施用还提高了磷、钾、镁和硫的水平，超过了初始基准。在沙质或盐渍土壤中，生物活性堆肥可改善养分溶解和保留。
土壤微生物动态：提升生物肥力
一个关键结果是在高秸秆和CDB处理下，从生长中期到收获期，微生物群（尤其是细菌种群）受到显著刺激。即使在未接种微生物的情况下，单施牛粪也能维持较高的微生物增殖，这印证了牛粪对土壤生物肥力的持久贡献。这种微生物激增促进了养分循环和有机质周转，在充满挑战的环境条件下稳定了土壤肥力。
甘蓝品质性状：营养与安全
在CWD20+WS30+CDB4处理的土壤中生长的甘蓝，其维生素C和蛋白质含量显著提高，这归因于更有效的氮同化和增强的抗氧化代谢。这些营养增益伴随着硝酸盐积累的减少
