在全球农业可持续发展的背景下，西北黄土高原和沙漠中大量贫瘠的碱性黄土一直是制约作物生产力提高的科学问题。传统农业不仅成本高，而且可能对环境产生负面影响，依靠大量的外源性肥料投资。

近日，中国科学院西北生态环境资源研究院王若愚研究员团队和奥地利国家技术研究院安吉拉 Sessitsch教授和 GüNterBrader教授选择了多学科交叉研究方法，系统地研究了由贝莱斯芽孢杆菌组成的固体颗粒微生物菌剂( Bacillus 贫乏偏碱黄土中velezensis和粘土材料的应用效果。在《微生物研究》中发表了相关论文。

近几年来，微生物菌剂作为一种植物促生菌(PGPB)由于其改善土壤质量、提高作物抗性和产量的潜力，其应用方法受到了广泛关注。然而，在现场应用环境中，特别是玉米的生理、分子和代谢响应机制尚未得到系统研究。

本研究通过田间试验、微生物群落分析、转录组测序、结构方程模型等多种手段，设置了如何通过调节根际微生物群落和玉米基因反应，改善土壤质量，促进玉米生长的机制，在低外源肥料的使用下，通过调节微生物群落和玉米基因反应，深入探讨微生物菌剂如何改善土壤质量，促进玉米生长。

结果表明，减半基肥显著提高了贝莱斯芽孢杆菌在玉米根上的定殖能力，如果不施用氮肥或充分使用基肥，其定殖能力将下降。这一发现表明，改善氮管理可以最大限度地发挥微生物制剂的促生作用和作物增产潜力。

此外，微生物制剂的使用显著改变了根际微生物群落的结构。通过对玉米根、叶子和子粒的转录组分析，研究小组发现，在抽穗期和生殖阶段初期，与氮磷吸收、转运和代谢、叶子光合作用、子粒淀粉合成和发育等相关基因的表达水平显著提高，与生长发育和生产力相关的代谢路径显著聚集。结构方程模型分析进一步表明，45%的土壤质量变化和69%的产量变化可以解释微生物多样性和植物基因表达能力的提高。

这项研究为微生物制剂在改善贫瘠土壤和促进作物生长方面的应用提供了新的机制解释，进一步证明了微生物制剂在可持续农业中的巨大应用潜力。通过优化氮管理和微生物制剂的协同应用，可以显著提高土壤质量和作物产量，同时减少外源肥料的投入，为黄土高原地区乃至世界类似生态脆弱地区的农业可持续发展提供重要的理论依据和技术服务。