内蒙古河套灌区作为典型干旱区绿洲农业系统，面临耕地盐渍化与黄河引水量锐减的双重胁迫^[1-2]。尽管储量达7.21亿m³的地下微咸水^[3]被广泛用于农业灌溉，但其长期使用会造成耕层盐分积累，引发土壤孔隙度降低、pH升高及有机质减少等结构劣化^[4-7]，严重威胁区域农业可持续发展。

研究表明，微咸水灌溉会导致农田渗透势增大及土壤水势显著降低，减缓水分由土壤向根系的运移速率^[8]。微咸水矿化度差异导致土层含水量呈现空间异质性，如灌溉水电导率为9.24 dS/m时，0~40 cm土层含水率较淡水灌溉提升4.21%~5.43%^[9]。土质类型通过水力特性差异影响水分分布，沙质盐渍土因快速淋洗比泥质盐渍土具有更高的渗透率^[10]。现有研究表明，微咸水灌溉对土壤盐分的调控具有水量依赖性。大水量灌溉虽然能淋洗土壤表层盐分(脱盐深度与入渗水量呈幂函数增加)，但对深层土壤盐分淋洗作用有限^[11]；而小水量灌溉易引发盐分向湿润区边缘移动，导致盐分在表层富集^[12]。盐分在根区积累导致渗透势降低，可使作物生理性缺水^[13]。合理调控作物关键生育期的微咸水灌水量可有效避免土壤积盐问题^[14]。微咸水用于作物灌溉会给土壤带入盐分，土壤盐分又会通过水分关系、离子毒害、营养吸收等方面来影响作物的生长与生理过程，最终导致作物减产^[15-16]。微生物菌肥通过改善土壤结构，增加团聚体稳定性，提高土壤保水能力，还可降低土壤盐分^[17-19]；同时微生物菌肥通过功能菌代谢产物可中和土壤碱性，增加有机质与速效养分(氮、磷、钾)，进而促进作物产量的提高^[20-22]。

枸杞作为河套灌区特色经济作物，对该地区的经济发展具有重要作用。本研究以枸杞为指示作物，在微咸水灌溉条件下施加不同用量微生物菌肥，旨在明确微生物菌肥对中度盐碱土水盐垂直调控效应，量化菌肥施用量对作物产量的响应关系及其作用途径，构建适用于河套灌区盐碱地的微咸水-菌肥协同管理模式。研究结果将为区域节水控盐与特色经济作物稳产提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验区概况

本试验于2022年开始在内蒙古河套灌区下游红卫试验基地(108°45'E~109°36'E，40°30'N~40°40'N)进行。试验区属中温带大陆性多风干旱气候，年平均降水量、蒸发量、气温分别为270 mm、2 383 mm、7.9 ℃，无霜期146 d，≥10 ℃有效积温3 200 ℃。供试土壤为中度盐碱土，pH为7.7，田间持水量为30.26%(质量含水率)，具体质地见表 1。试验采用微咸水灌溉，其水质特征为：矿化度3.84 g/L(全盐量为3 840 mg/L)、电导率4.53 mS/cm、pH 8.27。

1.2 试验设计

试验设4个微生物菌肥梯度：CK(0 kg/hm²)、F1(45 kg/hm²)、F2(75 kg/hm²)、F3(105 kg/hm²)，每处理3次重复。小区规格为2 m×10 m，行间设保护带，区间用120 cm隔水板进行地下防渗隔离。菌肥选用山东土秀才生物科技有限公司生产的不二菌碳，随灌水冲施。基于本团队微咸水田间灌溉试验成果，采用畦灌模式对处理小区进行生育期灌溉：分3次(5月15日、7月9日、7月27日)施灌微咸水，单次灌水量80 mm。其他管理措施与当地常规栽培一致。基肥按地方标准^[23]于5月一次性施入(氮375 kg/hm²、磷300 kg/hm²、钾225 kg/hm²，无追肥)。供试枸杞品种为6年生宁杞9号，种植密度1 m×1 m。

1.3 采样与测定 1.3.1 土壤水分

在枸杞灌水前后用土钻取样(遇雨则雨后加测1次)，取样深度100 cm，0~40 cm每10 cm一土层，40~100 cm每20 cm一土层。采用烘干法测定土壤质量含水率。

1.3.2 土壤盐分

取样频率同土壤水分指标，根据LY/T 1251—1999《森林土壤水溶性盐分分析》^[24]测定土壤离子含量(Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^–、SO₄^2–、CO₃^2–和HCO₃^–)，八大离子之和为土壤全盐量。

1.3.3 枸杞产量的测定

在枸杞收获期，每小区随机选取5棵长势相近且有代表性的枸杞树进行测产，测量枸杞果实的横径、纵径，并折算单位面积产量。

1.3.4 土壤储盐量和储水量的计算

土壤储水量W(mm)计算公式为：

$ W = 10 \times {\theta _{\text{m}}} \times h \times {\rho _{\text{b}}} $

式中：${\theta _{\text{m}}}$为该土层质量含水量，%；${\rho _{\text{b}}}$为该土层的土壤容重，g/cm³；h为该土层厚度，cm。

土壤储盐量S(t/hm²)的计算公式为：

$ S = 0.1 \times {S_{\text{t}}} \times {\rho _{\text{b}}} \times h $

式中：S_t为该土层土壤全盐量，g/kg；${\rho _{\text{b}}}$为该土层的土壤容重，g/cm³；h为该土层厚度，cm。

1.4 数据统计与分析

试验数据采用Excel 2019进行整理；运用SPSS 26.0进行方差分析，采用最小显著差异法(LSD)进行显著性检验(P < 0.05)；使用Origin 2018作图；使用R 4.4.3软件进行基于偏最小二乘路径模型(PLS-PM)的分析。

2 结果与分析 2.1 不同微生物菌肥施用量对土壤水分时空分布特征的影响

如图 1所示，不同微生物菌肥施用量处理对枸杞各生育期土壤含水率的影响存在明显差异。总体来看，随着菌肥施用量增加，多数生育期土壤含水率呈升高趋势。夏盛果期，各施肥处理土壤含水率均高于CK，且以F3处理增幅最大。与CK相比，F3处理在主根区(0~40 cm)各土层含水率分别提高13.02% (0~10 cm)、21.20%(10~20 cm)、24.92%(20~30 cm)和44.10%(30~40 cm)；中深层(40~100 cm)含水率的增幅也明显，达27.72%。在开花期，F1和F2处理在0~30 cm土层含水率明显低于CK，分别下降了8.45% 和3.89%，而萌芽期、夏盛果期、盛果期和落叶期各施肥处理的土壤含水率均高于CK，但不同生育期处理间的分布规律存在差异，萌芽期表现为F2 > F1 > F3，夏盛果期和盛果期表现为F3 > F2 > F1，落叶期则表现为F3 > F1 > F2。

微生物菌肥施用量对根层(0~60 cm)土壤储水量影响差异显著(图 2)。F1、F2、F3处理的储水量均显著高于CK(P < 0.05)，且随生育期推进呈现不同动态：F1和F2处理呈“缓降–回升–缓降”3阶段特征，F3处理则呈“上升–缓降”趋势。萌芽期，F1、F2、F3处理储水量分别较CK提高12.52%、20.34% 和8.52%(P < 0.05)；营养生长期(开花期、果实膨大期)，F1、F2处理储水量为生育期最低，但较CK增加6.41% 和10.37%；盛果期F3处理表现最优(储水量51.11 mm)，显著高于F1(48.19 mm)和F2(48.88 mm)，较CK提高16.08%(P < 0.05)；落叶期，各处理组储水量逐渐下降，但F3仍维持最高水平(45.06 mm，P < 0.05)。综合分析表明，提高微生物菌肥施用量有利于盐碱土壤的保水与改良。

2.2 不同微生物菌肥施用量对土壤盐分时空分布特征的影响

由图 3可知，各施肥处理在同一生育期的土壤全盐量均有不同程度降低，且大多数生育期，0~20 cm土层表现为F3 < F2 < F1 < CK，而20~100 cm土层为F2 < F3 < F1 < CK。以果实膨大期为例，F3处理在0~20 cm土层的全盐量较CK降低48.78%；而在20~100 cm土层，F2处理全盐量较CK平均降低45.26%。但在萌芽期，0~60 cm土层F3处理全盐量最低，较CK平均降低51.95%；而60~100 cm土层则F2处理较低，较CK平均降低37.77%。

各施肥处理在果实膨大期出现“盐分低谷”，夏盛果期及盛果期后期盐分有所回升，但依然明显低于CK；到落叶期时，各施肥处理的土壤盐分总体仍保持在较低水平。尤其F2、F3处理在各生育时期、各土层均表现出较好的降盐效果，表明中高施用量的微生物菌肥对土壤盐分具有更持久、更显著的改良作用。

由图 4可知，不同施肥处理下土壤盐分分布具有明显的层次性和阶段性特征。表层(0~20 cm)在盐分削减阶段均表现为脱盐，而在盐分累积阶段则出现积盐现象，且处理间差异显著(P < 0.05)；CK处理积盐率最高(0~10 cm达152.55%)。中层(20~40 cm)盐分呈阶段性变化，F2处理盐分削减阶段脱盐幅度较大，20~30 cm和30~40 cm土层脱盐率分别为34.70% 和35.00%(P < 0.05)；但盐分累积阶段，30~40 cm积盐率较高，达32.78%，F3处理在该层积盐率也较高，而F1处理盐分变化幅度最小。中下层(40~60 cm)中，CK在盐分累积阶段脱盐(23.56%)；F1在两阶段均脱盐(5.58% 和6.81%)，呈现净流失。深层(60~100 cm)中，F3处理积盐最高，在盐分累积阶段60~80 cm和80~100 cm土层积盐分别达16.32% 和17.66%；CK在该土层也表现出积盐，80~100 cm土层积盐率达到22.94%；F1和F2处理在该土层虽有积盐，但程度明显低于F3处理。

2.3 不同微生物菌肥施用量对枸杞产量(头茬)的影响

如表 2所示，微生物菌肥施用量对枸杞果实纵径、果形指数和产量具有显著影响。随菌肥施用量增加，枸杞纵径呈先减后增趋势，F3处理最高，较CK显著增加30.05%(P < 0.05)；枸杞果实横径变幅较小，在F3处理达到峰值，较CK增加10.20%，但各处理间差异不显著。菌肥施用量显著影响枸杞果形指数，F3处理果形指数较CK显著提高17.93%，而F1处理则显著降低5.98%。菌肥施用量的增加对枸杞产量的促进作用呈先增后减趋势，F2处理产量最高，较CK高46.33%。

2.4 微生物菌肥对土壤水盐–作物产量的综合调控效应

基于偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析表明(图 5)，菌肥用量通过双重竞争路径间接影响作物产量，主路径(菌肥用量→储水量→纵径→产量)呈现正向效应(0.286)；次路径(菌肥用量→储水量→横径→产量)则产生负向抑制(–0.362)。果实发育过程中，纵径与横径增长依赖不同细胞机制(前者主要受细胞伸长调控，后者多由细胞分裂驱动)。由于细胞伸长对水分胁迫更为敏感^[25]，而菌肥通过提升土壤持水性缓解水分胁迫，所以土壤储水量影响纵径发育。同时，土壤储水量对横径增长具有显著影响(P < 0.05)，可能是水分通过维持膨压、促进细胞分裂素水平以及改善果实整体代谢状态等方式，间接提升细胞分裂速率。但横径过度发育对产量有抑制作用，因为果实横径过度增长掠夺本应供给其他果实(尤其是新生幼果)和花芽的营养，导致整体坐果率下降，并且横径过度增长使果实膨压过高易导致裂果、早衰等生理问题，两者共同作用导致总产量降低。综合路径效应后，菌肥用量对产量仍保持正向影响(总效应为0.176)，表明合理施用微生物菌肥可通过平衡正负路径实现增产。

从图 5可看出，微生物菌肥施用量需平衡多重效应，其通过提高储水量和纵径对产量产生正向影响，但横径增长对产量表现出负向作用。基于标准化处理的可视化分析进一步表明(图 6)，当微生物菌肥施用量为69~76 kg/hm²时，产量处于最适区间，同时可在一定程度上避免横径持续增大对产量的不利影响。

3 讨论 3.1 微生物菌肥施用量对土壤水分的影响

本研究结果表明，施用微生物菌肥能够提高土壤含水量，与田露等^[26]的研究结果一致。这主要归因于：一方面，菌肥中活性微生物能够促进土壤团聚体的形成与稳定^[27]，改善土壤的理化性质^[28]，增强毛管孔隙的数量和连通性^[29]，从而提升土壤的持水能力；另一方面，菌肥载体本身作为有机质源，能够吸附并锁定更多水分，延缓水分流失^[30]。同时，本研究表明多数生育期土壤含水率随微生物菌肥用量增加而提高，这与秦健杰等^[31]的研究结果一致。但在萌芽期，这一变化趋势有所不同，F2处理在0~100 cm土层含水率较F3平均高12.28%，因为温度是影响微生物菌群活性的重要因素^[32]。低温环境中，过量菌肥(F3处理)可能导致土壤微生物群体间的资源竞争加剧，削弱菌群功能(如胞外多糖分泌减少)，降低土壤结构改良效率；中等用量菌肥(F2处理)则更易在低温下维持功能菌群的适宜活性，促进土壤团聚体形成及孔隙连通性改善，从而增强根区水分运移效率，推动水分向根系转移和利用。这也解释了F1、F2与CK处理根区储水量均在萌芽期至果实膨大期降低的现象(图 2)。同时，菌肥处理通过改善土壤结构，提升了水分传导和供给能力，使根系能更高效地获取和利用水分，表现出更强的生长势和水分消耗能力。这一时期的水分虽减少，却推动了作物的快速生长和干物质积累。尤其F2处理，水分消耗较大但产量最高(表 2)，进一步表明菌肥促进了水分的有效利用，是提高水分利用效率与作物产量的关键因素。

微咸水灌溉通常使0~10 cm土层含水率高于10~40 cm土层^[33]，但本研究结果表明0~40 cm土层含水率呈上升趋势，这是因为微咸水灌溉带入的Na⁺对土壤团聚体有分散作用^[34]，导致孔隙堵塞并抑制水分下渗；而菌肥能使盐分离子(Na⁺)吸附固定或淋洗^{[19, 35]}，提升毛管孔隙度，形成水分运移优先路径。本研究中施加微生物菌肥处理40~60 cm土层土壤水分含量均明显高于0~40 cm。这是因为微生物菌肥可通过固氮、解磷等功能促进植物生长^[36]，使浅层(0~40 cm)根系发育，增强枸杞主动吸水，致使浅层含水率相对下降；而中层(40~60 cm)成为水分补给与根系吸水的动态平衡区。未施用微生物菌肥处理土壤含水率峰值出现在60~80 cm，反映出微咸水灌溉引起的土壤结构退化及盐分下移导致水分向深层淋失^[37]，使植物对水分的获取减少。

3.2 微生物菌肥施用量对土壤盐分的影响

土壤盐分动态表现出显著的生育期响应特征，呈现“消减-累积”的周期性变化规律。在消减阶段(萌芽期至果实膨大期)，盐分持续下降，其中F1处理在果实膨大期的脱盐率较大，较CK高13.83%，这主要是由于灌溉引发的淋洗作用主导了盐分迁移过程。进入累积阶段(盛果期至落叶期)后，蒸发作用增强导致盐分表聚效应显著，但F2处理仍维持最低盐分水平(较CK低48.97%)。微生物菌肥通过双重调控机制实现盐分控制：在消减期通过提高生育期土壤含水率，延长盐分淋洗时间；在累积期抑制盐分表聚，不同程度抑制或减缓盐分的回升幅度，并使土壤盐分动态稳定在较低水平。根层(0~60 cm)土壤盐分脱盐率较大，原因在于微生物菌肥施用多集中于耕作层附近，通过微生物活动和改善土壤团聚体结构，加快盐分向下迁移，最终形成稳定的低盐根区环境。

微生物菌肥施用量的增加显著增强土壤盐分剖面调控效果，但不同土层响应存在差异。本研究显示(以果实膨大期为例)，表层土壤(0~20 cm)盐分随菌肥增加呈梯度下降趋势，其中10~20 cm土层全盐量降幅最大(较CK降低44.08%)，而有研究发现微咸水灌溉盐分主要集中在10~20 cm土层^[33]。原因是，相较于单纯微咸水灌溉，菌肥处理通过提高非毛管孔隙度来增强水分下渗能力^[38]，可能加速10~20 cm土层盐分向下层(> 20 cm)淋洗，导致该层全盐量降低，菌肥可通过改变水分运移路径实现盐分再分布。深层(30 cm以下)土壤盐分变化受微生物菌肥调控呈非线性变化，F2处理降盐效果最好(较CK降低45.26%)，而高菌肥施用量(F3处理)通过改变电导率等关键土壤指标^[39]，短期内显著改变土壤溶液渗透压，影响微生物活性^[40]，削弱其对深层盐分的调控能力。

4 结论

1) 枸杞整个生育期，微生物菌肥可提升土壤平均含水率9.38%~22.77%。其中，F3处理最优：0~40 cm土层含水率提升达19.40%，根层(0~60 cm)储水量全生育期平均提升25.76%。

2) 微生物菌肥在不同土层均表现出良好的脱盐效果，F3处理在表层(0~20 cm)全盐量降低54.22%，而F2处理在中深层(20~100 cm)全盐量平均降低达40.18%。

3) 枸杞产量随微生物菌肥施用量增加呈先升后降趋势，中等施肥量(F2处理)产量最高，达到4 599.24 kg/hm²。F2处理枸杞横径与纵径增幅相对协调(纵径9.29%，横径1.29%)，果形指数提高8.15%。

4) 基于偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析，揭示了菌肥用量通过提升土壤储水量，驱动枸杞果实纵径显著正向发育，最终形成“储水量-纵径”主导的间接增产路径。综合水盐调控能力、果实性状及产量响应，推荐微生物菌肥最适施用范围为69~76 kg/hm²。