微生物在鹽堿地改良中的應(yīng)用
微生物在鹽堿地改良中的應(yīng)用
生物改良或稱生物修復(fù)是近年來發(fā)展較快的新興學(xué)科，它通常包括植物修復(fù)與微生物修復(fù)。鹽堿地生物修復(fù)以植物修復(fù)為主，其具有經(jīng)濟和生態(tài)效益高、節(jié)省能源和淡水、改良效果持久、可推廣應(yīng)用面積大等諸多優(yōu)點。(<SALINITY SPAN < 從而能使整個流域的水分的補充因植物的蒸騰而減少。所以澳大利亞、巴基斯坦、以色列、美國等一些研究者主張尋求生物治理措施，通過篩選耐鹽品種，提高作物耐鹽能力來修復(fù)鹽漬化和次生鹽漬化土地。生物修復(fù)措施較之工程措施改良鹽堿地更經(jīng)濟有效，利用鹽漬荒地種植牧草、灌木對于發(fā)展中國家具有巨大的經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境效益。我國的鹽堿地生物修復(fù)研究結(jié)果成績卓越，2002年以來我們從北京、甘肅、河南、內(nèi)蒙古等地先后引進22個耐鹽植物品種，在寧夏銀北鹽堿地上進行了篩選試驗和示范種植，對鹽堿地的改良和高效利用起了很大的作用。 認為植物不僅直接影響土壤的鹽分積聚，而且植物耗水量常常超過裸露地的蒸發(fā)量， 文中寫到，灌排水防止次生鹽堿化，在技術(shù)上是有效的，但是在旱地農(nóng)業(yè)中是不經(jīng)濟的。他主張：澳大利亞用恢復(fù)和建立植被來控制水鹽平衡， ARIDITY))一書中提出可以利用咸水灌溉作物或通過種植耐鹽植物來解決土地鹽堿化問題。PECK“次生鹽堿化的發(fā)展與改良’’ AND>
一、鹽堿環(huán)境的極端微生物
1.嗜堿微生物
1.1 嗜堿微生物的種類
一般把最適生長pH在9．0以上的微生物稱嗜堿微生物，其所耐pH可高達10~12。
中性條件或以下不能生長的為專性嗜堿微生物，能在高pH條件下生長，但最適值并不在堿性pH范圍內(nèi)的微生物稱耐堿菌。有些菌在pH中性或以下可以生長，稱為兼性嗜堿菌。嗜堿菌生存的自然環(huán)境是碳酸鹽湖及碳酸鹽荒漠，極端堿性湖，如肯尼亞的Magadi湖，埃及的Wadyflatrun湖以及中國的青海湖等，人為堿性環(huán)境是石灰水、堿性污水等。由于大部分堿湖伴有商鹽，嗜堿菌又分為鹽嗜堿微生物和非鹽嗜堿微生物，前者的生長需要堿性和高鹽度。大多數(shù)嗜堿原核微生物是好氣性的非海洋細菌，很多是桿菌。
1.2 嗜堿微生物的生理特點
多數(shù)生活在鹽堿湖或堿湖、堿池中。此外，還有許多嗜堿菌同時也表現(xiàn)嗜冷、嗜熱等。
1.3嗜堿微生物的機制
嗜堿菌可以在pH 1O～11等條件下生長，但胞內(nèi)要維持pH7~9以下。(1)鈉離子～ 質(zhì)泵反向運輸是嗜堿菌細胞質(zhì)堿化基本原因，為了使其發(fā)揮作用，需要胞內(nèi)有足夠的鈉離子，鈉離子的跨膜循環(huán)是必要的。(2)相關(guān)嗜堿菌鈉離子／氫離子反向運輸?shù)幕蛞呀?jīng)從嗜堿菌中得到了克隆。(3)細胞外被是胞內(nèi)中性環(huán)境和胞外堿性環(huán)境的分隔，它是嗜堿微生物嗜堿性的重要基礎(chǔ)。(4)嗜堿微生物可產(chǎn)生大量的堿性菌，為嗜堿微生物的生存提供了條件。
1.4 嗜堿微生物的應(yīng)用
主要是應(yīng)用該類菌所生產(chǎn)的酶，如應(yīng)用于革脫脂、造紙木漿脫脂魚品脫脂的堿性脂肪酶，用于洗滌劑添加物的堿蛋白酶和堿性纖維養(yǎng)酶以及用于紡織品退漿的堿性淀粉酶等。
2. 嗜鹽微生物
2．1 嗜鹽微生物的種類
根據(jù)對鹽的不同的需要，嗜鹽微生物可以分為弱嗜鹽微生物、中度嗜鹽微生物、極端嗜鹽微生物，極端嗜鹽微生物的最適生長鹽濃度為2．5～5．2 mol／L，它們大多數(shù)生長在高鹽環(huán)境中， 已經(jīng)分離出來的主要有藻類(鹽生杜氏藻、綠生杜氏藻)、細菌(鹽桿菌，如紅皮鹽桿菌、鹽沼鹽桿菌，鹽球菌，如鱈鹽球菌)。可以在高鹽濃度下生長，但最適生長鹽濃度較低的稱耐鹽微生物。
2.2 嗜鹽微生物的生理特點
嗜鹽微生物通常分布在曬鹽場、鹽湖、海洋等高鹽度環(huán)境中 含有高濃度鹽的自然環(huán)境主要是鹽湖，例如青海湖(中國)、大鹽湖(美國)、死海(黎巴嫩)和里海(俄羅斯)等， 此外還有鹽場、鹽礦和用鹽腌制的食品。海水中含有約3．5 的 氯化鈉，是一般的含鹽環(huán)境。
2.3 嗜鹽微生物的嗜鹽機制
嗜鹽微生物的嗜鹽機制仍在不斷的探索中，但有些嗜鹽微生物的嗜鹽機制已較清楚，像鹽桿菌、鹽球菌嗜鹽菌的生長雖然需要高鈉環(huán)境，但胞內(nèi)的鈉離子濃度并不高，這是因為嗜鹽菌具有一種濃縮、吸收外部的鉀離子而向胞外排放鈉離子的能力，鹽桿菌光介質(zhì)的氧離子質(zhì)泵還具有通過鈉離子／鉀離子反向轉(zhuǎn)運向細胞外排出鈉離子的功能。
2.4 嗜鹽微生物的應(yīng)用
（1）用菌體發(fā)酵，可生產(chǎn)離子聚化合物。如聚羥基丁酸(PHB)可用于可降解生物材料的開發(fā)，又可生產(chǎn)食用蛋白添加荊、表面活性劑等 （2）嗜鹽古菌和紫膜蛋白能通過構(gòu)型的改變儲存信息，可作為生物計算機芯片的新材料。(3)可用于高鹽污水的處理。
二、微生物在鹽堿地修復(fù)中的作用
我國土壤微生物學(xué)奠基人，中國科學(xué)院院士陳華癸先生指出，微生物肥料是一類含活微生物的特定制品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠獲得特定的肥料效應(yīng)，在這種效應(yīng)的生中，制品中的活微生物起關(guān)鍵作用，符合上述定義的制品均應(yīng)歸入微生物肥料。其的定義和說法還很多，但無論如何定義，微生物肥料都包含活的微生物活動因素，最導(dǎo)致促進植物生長的效應(yīng)。因此，廣義的微生物肥料還包括能夠產(chǎn)生植物生長刺激的肥料制品和能對植物病原微生物產(chǎn)生抑制作用的促進植物生長的根圈(際)細菌lantGrowth-promotingRhinobaited，簡稱pGpR)制劑。
目前微生物肥料按照制品中特定的微生物種類可分為細菌肥料、放線菌肥料、真菌肥料和藻類肥料;按其作用機理分為根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌肥料、硅酸鹽類肥料;按其制品內(nèi)含分為單一的微生物肥料和復(fù)合微生物肥料。
1、改良土壤物理性質(zhì)
謝承陶等人研究表明施微生物肥料可改善土壤物理性狀，如降低土壤容重、增加土孔隙度等，這將對土壤水分和鹽分運動產(chǎn)生重要影響。石元亮、謝承陶研究也表，施有機肥可減少潛水蒸發(fā)，抑制鹽分表聚，同時可增加灌水和降水的入滲，有利于壤脫鹽。另外，田間施用有機肥還可以改善土壤膠體化學(xué)性質(zhì)、增加土壤微生物活、改變土壤溶液離子組成。黃強等人用定期取表層土樣測定其電導(dǎo)率和在不同深度埋鹽分傳感器探頭的方法，在作物生長季節(jié)內(nèi)，監(jiān)測了施有機肥農(nóng)田不同深度的土壤溶含鹽量變化結(jié)果顯示田間施用有機肥可明顯減少土壤表層鹽分積累，并有利于灌水對壤表層鹽分的淋洗。灌水使有機肥處理小區(qū)10cm深處土壤鹽分含量迅速下降;施用有肥可使30cm深土壤在灌水前的鹽分累積過程變緩;有機肥處理小區(qū)的60cm深土壤溶鹽分大幅度降低并保持在很低的水平。
2、強大的生物固氮作用
微生物肥料在國際上的應(yīng)用己有一百多年的歷史了。Caron(1895)首次使用了幾種土細菌使豆科作物增產(chǎn)。此后，Noble和Hilter(1905)首次將根瘤菌應(yīng)用于生產(chǎn)，從蛆中分離出能分解鋁硅酸鹽礦物的細菌。20世紀(jì)20年代，美國、澳大利亞等國開始有瘤菌接種劑(根瘤菌肥料)的研究和試用，一直到現(xiàn)在根瘤菌依然是主要的品種。A.Mehknha從土壤中相繼分離出硅酸鹽細菌和解磷細菌，由于解磷細菌的使用，使有效磷含量提高了15一42%。使用圓褐固氮菌(自生或共生)及解磷細菌使作物增10%左右，而且應(yīng)用面積很大。20世紀(jì)50年代，世界各國都在加強對本領(lǐng)域的研美、法等國將固氮螺菌接種禾本科植物，使玉米增產(chǎn)10一20%，固氮能力可達畝。宋玉珍在松嫩平原蘇打鹽堿地土壤施用微生物肥料的試驗中表明，在鹽堿地土施用微生物肥料后可以有效地提高受試土壤的水解性氮、氨氮的含量，提高了土壤化強度和固氮強度，提高了蛋白酶活性和服酶活性。這些數(shù)據(jù)充分證明了微生物肥鹽堿地土壤有效的固氮作用。
3、抑制生物病蟲災(zāi)害
微生物肥料施用后，在微生物的生命活動中能產(chǎn)生多種生理活性物質(zhì)如咧噪乙赤霉素、多種維生素。這些生理活性物質(zhì)可以促進植物細胞分裂和增強吸收水分及營養(yǎng)的能力，并刺激植物內(nèi)源激素的增加，從而促進種子萌發(fā)、根系發(fā)達、植株生早熟開花。各種微生物肥料通過自身TCA產(chǎn)生的許多有機酸，除了有鰲合作用和作用外，其本身就是一種生理活性物質(zhì)，可促進作物生長。
研究證明，徽生物肥料對多種農(nóng)作物病菌有抑制作用。其原因一是有益細菌在的大量繁殖，在植物根際區(qū)域形成優(yōu)勢種群，抑制了病原微生物的生長繁殖，降低物病蟲害的發(fā)生;二是有益微生物可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗菌素類物質(zhì)和植物的過氧化物多酚氧化酶等參與植物的防御反應(yīng)，提高植物的抗病蟲害能力。這些作用都在一定程度上保護與促進了鹽堿地植被的成活率與保存率，在很大上為長期改良鹽堿地，恢復(fù)鹽堿地土壤性質(zhì)，從建鹽堿地生態(tài)環(huán)境起到了決定性作用。
4、提高農(nóng)作物的產(chǎn)量
北京丹路生物科技有限公司，嚴慧峻等人于2008年做了對鹽堿地土壤施用微生料并種植白菜的實驗，其研究結(jié)果表明:通過田間試驗，施用微生物肥對鹽堿土微量、土壤容重、土壤鹽分及白菜品質(zhì)有一定的影響，其中，與不施肥、化肥和基質(zhì)相比，白菜收獲后施用微生物肥處理的土壤細菌總數(shù)分別增加了106.04%，58.948.12%;土壤容重分別降低0.059/cm，，0.039/cm，和0.02g/cm，。微生物肥對降低土壤含鹽量有明顯作用，但對lm土體土壤平均含鹽量影響效果不明顯。施用微生混肥能改善白菜品質(zhì)，比不施肥與施化肥分別降低白菜硝酸鹽含量0.14mg/kg，可溶性糖量分別提高0.4%和0.8%。
5、提高生物改良效果
實踐表明，生物措施可有效地恢復(fù)鹽堿地生產(chǎn)利用性能，植被恢復(fù)對于鹽堿地改良意義在于:減少土壤水分蒸發(fā)，控制地表積鹽，增加土壤根系數(shù)量，增強土壤微生物系和活性，改善了土壤理化性質(zhì)即l。我國的耐鹽牧草資源比較豐富。尤其近年來隨著堿土壤的改良需要，人們對耐鹽品種進行了廣泛的篩選，從文獻統(tǒng)計來看，涉及到的種近70個。其中，禾本科植物約49種，豆科植物約11種，還有其他科的一些植物堿草地種植牧草，可以疏松土壤，減少表面土壤的積鹽，待秋天枯草腐爛分解后，產(chǎn)的有機酸和COZ，可起中和改堿的作用，此外，還可促進成土母質(zhì)石灰質(zhì)的溶解。由牧草較好的覆蓋度，使土壤表面的水分蒸發(fā)減少，土表積鹽降低。與此同時，土壤的理性狀也得到改善，土壤總孔隙度和毛孔隙度增加，透水性能改善。若在輕度鹽堿地植豆科牧草，可增加土壤有機質(zhì)，提高土壤肥力。澳大利亞為控制因地下水位抬高成的土壤次生鹽堿化，通過種植首楷等多年生牧草，降低地下水位，堿茅屬植物也是鹽堿化土壤改良所選用的先鋒植物之一。樹木改良鹽堿土壤的作用是多方面的，它以防風(fēng)降溫，調(diào)節(jié)地表徑流，樹木的龐大根系和大量的枯枝落葉也可改善土壤結(jié)構(gòu)，高土壤肥力，抑制表面積鹽。同時，枝繁葉茂的樹冠可蒸發(fā)大量水分，使地下水位降，減輕表面積鹽。植樹造林，加強防護林建設(shè)，可以在近地農(nóng)田空間形成多層次屏，降低風(fēng)速、減少蒸發(fā)，促進近地空間的生態(tài)平衡，抑制地表返鹽，確保作物正常生長發(fā)育。
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