Effects of salt-tolerant crops on the soil physicochemical properties and bacterial community composition in Southern Xinjiang

doi:10.11686/cyxb2025303

Abstract

Abstract:

Soil salinization is increasing in Southern Xinjiang. However， the changes in soil properties and bacterial communities following the cultivation of sorghum （Sorghum bicolor）， sorghum-sudangrass （S. bicolor×Sorghum sudanense）， sesbania （Sesbania cannabina）， maize （Zea mays）， and cotton （Gossypium hirsutum） in saline-alkali soils remain unclear. This study established five monoculture treatments： sorghum （S）， sorghum-sudangrass （SS）， sesbania （Sb）， maize （Zm）， and cotton （Gs）. Soil samples from the 0-20 cm surface layer were analyzed for pH， electrical conductivity （EC）， soil ions， carbon/nitrogen fractions， enzyme activities， and bacterial community structure. Multivariate analysis was conducted to investigate the effects of these salt-tolerant forage crops on saline-alkali soil properties and bacterial community. The results indicated that soil pH and soil ions were lower in the S， SS， and Sb treatments compared to the Zm and Gs treatments. Soil organic carbon fractions， including particulate organic carbon， light fraction organic carbon， dissolved organic carbon， microbial biomass carbon， and easily oxidizable carbon showed a ranking trend of SS>Sb>S>Zm>Gs. The SS treatment exhibited significantly higher soil available phosphorus， available potassium content， and invertase， urease， catalase activities than other treatments （P<0.05）. The Sb treatment showed significantly higher soil organic matter and total nitrogen contents than other treatments （P<0.05）， with increases of 83.37% and 42.11%， respectively， compared to pre-cultivation levels. The S treatment had higher soil nitrate-nitrogen content， the SS treatment had higher light fraction organic nitrogen and particulate organic nitrogen contents， and the Sb treatment had higher dissolved organic nitrogen content than other treatments. The SS treatment resulted in high soil bacterial community diversity and even distributed soil. Proteobacteria （38.65%-43.53%） and Pseudomonas （0.43%-6.92%） were the dominant phylum and genus， respectively. Significant correlations were observed between soil physicochemical properties and bacterial phyla such as Proteobacteria， Bacteroidota， and Methylomirabilota. In conclusion， cultivation of sorghum-sudangrass and sesbania in the saline-alkali soils of Southern Xinjiang provided superior amelioration effects on soil physicochemical properties， compared to other crops tested.

Key words: saline-alkali land, salt-tolerant crops, physical and chemical properties of the soil, bacteria

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Figures/Tables 11

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处理 Treatment	pH	电导率Electrical conductivity （EC， mS·cm^-1）	Na⁺ （mg·kg^-1）	K⁺ （mg·kg^-1）	Ca²⁺ （mg·kg^-1）
S	7.67±0.02cd	3.96±0.02c	248.80±5.60d	85.71±0.81c	222.76±21.78b
SS	7.75±0.01c	3.69±0.01d	303.31±5.82c	93.89±0.85b	212.82±20.23b
Sb	7.66±0.03d	3.03±0.01e	209.93±4.62d	92.13±0.88b	219.44±17.25b
Zm	8.01±0.02b	4.07±0.01b	452.52±29.35b	101.21±0.97a	325.88±14.49a
Gs	8.15±0.02a	4.12±0.02a	689.77±3.27a	104.13±1.29a	379.85±53.36a
处理 Treatment	Mg²⁺ （mg·kg^-1）	HCO₃^- （mg·kg^-1）	Cl^- （mg·kg^-1）	SO₄^2- （mg·kg^-1）	CO₃^2- （mg·kg^-1）
S	97.37±7.03d	95.71±0.61bc	369.70±16.40e	0.76±0.00c	-
SS	96.86±6.35d	91.65±0.93c	613.62±7.25d	0.88±0.00b	-
Sb	139.96±3.51c	107.74±2.53b	810.58±8.62c	0.46±0.01d	-
Zm	407.10±2.74b	126.91±6.07a	1129.64±31.09b	0.27±0.01e	-
Gs	519.87±13.66a	121.16±6.40a	2978.12±43.53a	1.34±0.00a	-

处理 Treatment	pH	电导率Electrical conductivity （EC， mS·cm^-1）	Na⁺ （mg·kg^-1）	K⁺ （mg·kg^-1）	Ca²⁺ （mg·kg^-1）
S	7.67±0.02cd	3.96±0.02c	248.80±5.60d	85.71±0.81c	222.76±21.78b
SS	7.75±0.01c	3.69±0.01d	303.31±5.82c	93.89±0.85b	212.82±20.23b
Sb	7.66±0.03d	3.03±0.01e	209.93±4.62d	92.13±0.88b	219.44±17.25b
Zm	8.01±0.02b	4.07±0.01b	452.52±29.35b	101.21±0.97a	325.88±14.49a
Gs	8.15±0.02a	4.12±0.02a	689.77±3.27a	104.13±1.29a	379.85±53.36a
处理 Treatment	Mg²⁺ （mg·kg^-1）	HCO₃^- （mg·kg^-1）	Cl^- （mg·kg^-1）	SO₄^2- （mg·kg^-1）	CO₃^2- （mg·kg^-1）
S	97.37±7.03d	95.71±0.61bc	369.70±16.40e	0.76±0.00c	-
SS	96.86±6.35d	91.65±0.93c	613.62±7.25d	0.88±0.00b	-
Sb	139.96±3.51c	107.74±2.53b	810.58±8.62c	0.46±0.01d	-
Zm	407.10±2.74b	126.91±6.07a	1129.64±31.09b	0.27±0.01e	-
Gs	519.87±13.66a	121.16±6.40a	2978.12±43.53a	1.34±0.00a	-

指标Index	S	SS	Sb	Zm	Gs
颗粒有机碳Particulate organic carbon （POC， g·kg^-1）	1.62±0.00c	1.72±0.01a	1.68±0.00b	1.58±0.00d	1.52±0.00e
轻组有机碳Light fraction organic carbon （LFOC， g·kg^-1）	1.30±0.01c	1.47±0.01a	1.37±0.01b	1.15±0.00d	1.08±0.02e
可溶性有机碳Dissolved organic carbon （DOC， mg·kg^-1）	359.89±0.76c	371.49±0.30a	368.72±1.10b	340.35±0.92d	320.19±0.11e
微生物生物量碳Microbial biomass carbon （MBC， mg·kg^-1）	172.05±0.05c	185.01±0.07a	180.27±0.37b	162.92±0.39d	156.98±0.89e
易氧化态碳Easily oxidizable carbon （EOC， g·kg^-1）	1.44±0.00c	1.57±0.01a	1.48±0.01b	1.40±0.01d	1.33±0.01e
土壤有机质Soil organic matter （SOM， g·kg^-1）	12.83±1.17bc	14.51±0.29b	18.96±1.25a	11.67±0.58bc	9.58±1.36c
全氮Total nitrogen （TN， g·kg^-1）	0.42±0.00c	0.47±0.02b	0.54±0.01a	0.41±0.00c	0.41±0.01c
速效磷Available phosphorus （AP， mg·kg^-1）	41.33±0.88b	48.00±0.58a	36.00±1.00c	35.33±1.20c	27.00±1.00d
速效钾Available potassium （AK， mg·kg^-1）	84.67±2.73c	139.33±2.60a	96.67±0.88b	70.00±1.53d	62.33±0.67e

指标Index	S	SS	Sb	Zm	Gs
颗粒有机碳Particulate organic carbon （POC， g·kg^-1）	1.62±0.00c	1.72±0.01a	1.68±0.00b	1.58±0.00d	1.52±0.00e
轻组有机碳Light fraction organic carbon （LFOC， g·kg^-1）	1.30±0.01c	1.47±0.01a	1.37±0.01b	1.15±0.00d	1.08±0.02e
可溶性有机碳Dissolved organic carbon （DOC， mg·kg^-1）	359.89±0.76c	371.49±0.30a	368.72±1.10b	340.35±0.92d	320.19±0.11e
微生物生物量碳Microbial biomass carbon （MBC， mg·kg^-1）	172.05±0.05c	185.01±0.07a	180.27±0.37b	162.92±0.39d	156.98±0.89e
易氧化态碳Easily oxidizable carbon （EOC， g·kg^-1）	1.44±0.00c	1.57±0.01a	1.48±0.01b	1.40±0.01d	1.33±0.01e
土壤有机质Soil organic matter （SOM， g·kg^-1）	12.83±1.17bc	14.51±0.29b	18.96±1.25a	11.67±0.58bc	9.58±1.36c
全氮Total nitrogen （TN， g·kg^-1）	0.42±0.00c	0.47±0.02b	0.54±0.01a	0.41±0.00c	0.41±0.01c
速效磷Available phosphorus （AP， mg·kg^-1）	41.33±0.88b	48.00±0.58a	36.00±1.00c	35.33±1.20c	27.00±1.00d
速效钾Available potassium （AK， mg·kg^-1）	84.67±2.73c	139.33±2.60a	96.67±0.88b	70.00±1.53d	62.33±0.67e

处理 Treatment	蔗糖酶 Invertase （INV， mg·g^-1）	脲酶 Urease （UE， mg·g^-1）	过氧化氢酶 Catalase （CAT， mg·g^-1）	硝态氮Nitrate nitrogen （NO₃^--N， mg·kg^-1）
S	3.94±0.02b	16.06±0.03c	0.62±0.00a	26.34±0.05a
SS	4.21±0.02a	16.70±0.09a	0.63±0.00a	25.48±0.02c
Sb	4.03±0.01b	16.22±0.01b	0.59±0.00b	23.07±0.08e
Zm	3.48±0.03c	15.43±0.04d	0.54±0.01c	25.80±0.03b
Gs	3.15±0.04d	15.22±0.04e	0.52±0.01d	24.24±0.04d
处理 Treatment	微生物生物量氮Microbial biomass nitrogen （MBN， mg·kg^-1）	轻组有机氮Light fraction organic nitrogen （LFON， g·kg^-1）	颗粒有机氮Particulate organic nitrogen （PON， g·kg^-1）	可溶性有机氮Dissolved organic nitrogen （DON， mg·kg^-1）
S	28.49±0.07c	0.75±0.00b	0.32±0.00c	23.47±0.02c
SS	29.29±0.09b	0.82±0.01a	0.37±0.00a	24.14±0.01b
Sb	29.99±0.01a	0.81±0.00a	0.35±0.00b	24.25±0.04a
Zm	27.38±0.03d	0.71±0.01c	0.28±0.00d	22.10±0.01d
Gs	26.77±0.06e	0.64±0.00d	0.25±0.00e	21.06±0.03e