打開土壤“黑匣子”垣曲土壤改良技術(shù)的應(yīng)用與研究

文|唐清池 張慧 山西博亞方舟生物科技有限公司 梁淑娟 山西省運(yùn)城市垣曲縣科技局編輯|周蓉

打開土壤“黑匣子”垣曲土壤改良技術(shù)的應(yīng)用與研究

文|唐清池 張慧 山西博亞方舟生物科技有限公司 梁淑娟 山西省運(yùn)城市垣曲縣科技局編輯|周蓉

編者按：近日，國務(wù)院印發(fā)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（“土十條”）。據(jù)此，環(huán)保部有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，到2020年，預(yù)計(jì)可帶動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)新增產(chǎn)值約4500億元?！巴潦畻l”明確提出了“推動(dòng)治理與修復(fù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展”，那么在一哄而上的“冒進(jìn)”情緒中，冷靜看看現(xiàn)實(shí)實(shí)踐顯得愈發(fā)重要。

目前壤有，修了國復(fù)諸內(nèi)和多外改探在良討土的，壤微但深生是耕物國技技內(nèi)術(shù)術(shù)關(guān)、方于土面生物和土壤修復(fù)的研究，特別是生物-理化聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的研究相對較少，缺乏生物組合與空間配置技術(shù)及其關(guān)鍵技術(shù)體系。在這種背景下，“垣曲土壤改良技術(shù)的應(yīng)用與研究”在結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)、探討國內(nèi)土壤改良現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，總結(jié)了土壤生物、物理、化學(xué)和工程改良技術(shù)取得的進(jìn)展及存在的問題，展望了未來土壤改良技術(shù)發(fā)展方向。

微生物，土壤中的小超人

土壤微生物能夠合成土壤腐殖質(zhì)，增加土壤有機(jī)物質(zhì)，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，同時(shí)土壤中真菌菌絲的積累，能使土壤的物理結(jié)構(gòu)得到改善。目前主要推廣EM利用技術(shù)。EM是將經(jīng)過仔細(xì)篩選出的好氧性和厭氧性微生物加以混合，采用獨(dú)特的工藝，發(fā)酵而制成的微生物活菌制劑。EM在土壤中能夠加速土壤有機(jī)物分解，促進(jìn)土壤團(tuán)?；岣咄寥婪柿?，使有效養(yǎng)分含量明顯增加，大大節(jié)約肥料，控制有害微生物，減少病蟲害。

土壤微生物改良劑主要從合成土壤腐殖質(zhì)，增加土壤有機(jī)物質(zhì)，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等幾方面發(fā)揮作用，主要以菌肥的形式加以應(yīng)用。由于大量的施用化肥可能導(dǎo)致土壤地力退化、植物品質(zhì)降低，主要利用微生物自身的生長、繁殖、侵染過程而改善植物生長根際環(huán)境的菌肥在近十幾年來發(fā)展較快，已成為繼有機(jī)肥和無機(jī)肥之后的國內(nèi)外第三大肥料。

生物菌肥的種類比較廣泛，近些年比較新穎的生物菌肥主要是VA（Vesicalar-Arbuscular，即泡囊-叢枝菌根）菌根，是土壤共生真菌中分布最廣泛的一類。

當(dāng)前國內(nèi)外土壤改良方面的發(fā)明專利共有3828項(xiàng)，主要集中于土壤改良劑的制備方法、加工工藝以及應(yīng)用等方面，一共有2234項(xiàng)。另外還有土壤改良劑的生產(chǎn)裝置和撒播裝置23項(xiàng)，土壤保水劑、保肥劑和保墑劑等專利500多項(xiàng)，土壤堆肥相關(guān)專利100多項(xiàng)，微生物復(fù)合菌肥200多項(xiàng)。

垣曲土壤改良實(shí)踐

垣曲縣地處山西省南端，北依太行，隔黃河與河南省澠池、新安縣相望。垣曲蒲掌鄉(xiāng)多丘陵山地。從2011年開始，該鄉(xiāng)在省市縣有關(guān)部門的關(guān)心支持下，投資1.2億元，將1.2萬畝荒坡改造成梯田，同時(shí)整修了道路，配套了部分基本農(nóng)田水利設(shè)施，基本具備農(nóng)業(yè)耕作的條件。

重建土壤微生態(tài)新平衡

要對坡改梯田塊進(jìn)行快速土壤修復(fù)，建立穩(wěn)定的土壤質(zhì)地，構(gòu)建穩(wěn)固的土壤結(jié)構(gòu)和微生態(tài)平衡。從土壤普查入手，通過取土化驗(yàn)，明確影響土壤肥力恢復(fù)的制約因素，通過配方施肥技術(shù)，利用有機(jī)肥、復(fù)混肥料、腐殖酸、微生物肥料等協(xié)調(diào)作用，快速構(gòu)建土壤養(yǎng)分體系，保證農(nóng)作物正常生長發(fā)育所需要的養(yǎng)分，實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)增收。

該研究的主要技術(shù)是重新建立坡改梯土壤中新的穩(wěn)定的微生態(tài)平衡。既要保證土壤中土著微生物的種類和數(shù)量，還要保證發(fā)酵型微生物的種類和密度，同時(shí)還要和該區(qū)域大的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合起來，避免造成由于一種或一類微生物的不科學(xué)的施入，造成原有土著微生物種群的變化，進(jìn)而產(chǎn)生不可預(yù)知的生物入侵等生態(tài)問題。

通過優(yōu)先篩選該區(qū)域內(nèi)的土著優(yōu)勢微生物種群，通過人工培養(yǎng)的方式擴(kuò)繁增殖，結(jié)合有機(jī)、無機(jī)載體，以微生物肥料的方式重新投入坡改梯田塊土壤中，構(gòu)建穩(wěn)定可靠的土壤微生態(tài)平衡。同時(shí)，通過測土配方施肥技術(shù)，結(jié)合所種植農(nóng)作物的種類和產(chǎn)量水平，科學(xué)配方，合理施肥，結(jié)合節(jié)水灌溉技術(shù)，沉降土層，恢復(fù)土壤理化性狀和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，做到作物“吃飽吃好而不浪費(fèi)”，同時(shí)，依靠農(nóng)作物根系快速恢復(fù)地力，實(shí)現(xiàn)坡改梯土壤快速修復(fù)成良田。

將不同菌株進(jìn)行反復(fù)篩選組配，保證微生物菌株之間無明顯的拮抗現(xiàn)象，還原蒲掌鄉(xiāng)原產(chǎn)地土壤土著微生物為主導(dǎo)的主體功能微生物群。為保證微生物菌種的質(zhì)量，進(jìn)行了多品種、多組合的研究，經(jīng)分離純化、篩選出效價(jià)高的多種不同功能的菌種，并進(jìn)行堆肥發(fā)酵試驗(yàn)，取樣檢測發(fā)酵底物的有效養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)、水分、重金屬含量與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，將作用效果最佳的一組配伍作為農(nóng)作物的生物肥。

創(chuàng)新點(diǎn)在于從坡改梯的土壤類型入手，通過對土壤的物理肥力、化學(xué)肥力和生物肥力進(jìn)行系統(tǒng)分析，找出影響和制約土壤生產(chǎn)能力的因素，通過系統(tǒng)配方施肥技術(shù)，快速恢復(fù)土壤的保水、保肥、保溫、通氣性，尤其要恢復(fù)土壤中微生物活性，建立并維持良好的土壤質(zhì)地和微生態(tài)平衡，為農(nóng)作物生產(chǎn)提供良好的土壤條件。

通過對原生地土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌的種類和數(shù)量分析，建立微生物間G+/G-的標(biāo)準(zhǔn)，以此判斷土壤修復(fù)的成果。

“生態(tài)種植”成良性循環(huán)

窗墻面積比是指窗戶洞口總面積與同朝向建筑立面面積的比值。對于門窗，首先應(yīng)符合功能要求，如充足的光線可避免白天燈光的使用，減少電能的損耗，同時(shí)也要滿足通風(fēng)的要求；要使用保溫、隔聲，氣密性等級、水密性能好的符合國家標(biāo)準(zhǔn)的中空保溫玻璃，可以積極使用推廣一些先進(jìn)的材料，如現(xiàn)在示范性項(xiàng)目中用的Low-E玻璃等，以達(dá)到節(jié)能的目的。

大肥大水的栽培模式，不僅使食物失去了真味，也使土壤中的小生靈們失去蹤跡了，土壤正迅速板結(jié)和日漸貧瘠，莊稼疾病百出，艱難生長，瓜果蔬菜有殘留毒害，人、禽、畜們每天都在“服毒解饑”。

在這種形勢下，一種新的種植方式，即“生態(tài)種植”便應(yīng)運(yùn)而生?！吧鷳B(tài)種植”的具體做法是在田野里使用微生物技術(shù)和輪作制，即豆類、糧食、苜蓿（一種綠肥植物）、根莖植物不斷輪種，均衡利用土壤營養(yǎng)元素，提高肥效。待農(nóng)作物收獲之后，再把其根莖和麥稈搗碎，噴灑上益生菌原液后埋入地下，使地表下形成一層肥沃的天然腐殖質(zhì)，同時(shí)又能促使有機(jī)物的轉(zhuǎn)化，保持水土不致流失。為了杜絕傳染病的侵害，“生態(tài)種植”連人、畜的糞便不經(jīng)微生物發(fā)酵都不予使用。

此外“生態(tài)種植”還帶來了一系列良性循環(huán)。由于不使用農(nóng)藥、化肥，使田地園林免受污染，生態(tài)環(huán)境得到大大的改善，從而在自然界形成健康的食物鏈，使各種野生動(dòng)植物都能得到自然生長和繁衍，通過“以菌治菌”、“以菌治蟲”來減少病蟲害。最終既提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，又提高了它的質(zhì)量，在市場上賣出了高價(jià)錢，給農(nóng)民帶來了莫大的好處。

通過坡改梯土壤改良后，土壤的主要技術(shù)指標(biāo)是：有機(jī)質(zhì)＞0.8%，pH值6.5～8.0，全氮＞1.0克/千克，堿解氮大于30毫克/千克，有效磷＞5毫克，速效鉀＞100毫克/千克。細(xì)菌總數(shù)＞5000萬個(gè)/克，放線菌總數(shù)＞2000萬個(gè)/克，真菌總數(shù)＞500萬個(gè)/克。農(nóng)作物種植產(chǎn)量在投入相當(dāng)?shù)那闆r下，同比坡改梯之前增產(chǎn)5%～15%，品質(zhì)改善。

通過項(xiàng)目實(shí)施，對1.2萬畝坡改梯土壤進(jìn)行快速修復(fù)，變成良田，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物中產(chǎn)田標(biāo)準(zhǔn)。按玉米面積3000畝，谷子面積1000畝，煙草面積2000畝，蔬菜面積2000畝，其他4000畝計(jì)，增產(chǎn)率5%～15%，預(yù)計(jì)增產(chǎn)糧食30萬千克、煙草6萬千克、蔬菜100萬千克，其他作物100萬千克，增加農(nóng)業(yè)收入800多萬元。

垣曲土壤改良的博亞方舟技術(shù)實(shí)踐

土壤污染的微生物修復(fù)技術(shù)，就是利用微生物在污染的脅迫下，能夠從體內(nèi)分泌出某種具有絡(luò)合或分解轉(zhuǎn)化污染物能力的有機(jī)物質(zhì)，使污染物的移動(dòng)性降低或極性改變，從而不容易進(jìn)入生物體內(nèi)；或者，使污染物在微生物分泌的胞外酶的作用下，在體外被分解轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)。此國家發(fā)明專利可增加土壤中抗性微生物的數(shù)量，因此可以降低污染程度，還可以提高土壤的肥力，這是一項(xiàng)既經(jīng)濟(jì)又實(shí)效的技術(shù)。此技術(shù)可活化土著微生物分解能力和利用土著微生物代謝能力達(dá)到修復(fù)土壤的目的，同時(shí)添加具有高速分解難降解化合物能力的特定微生物（群）的方法達(dá)到修復(fù)土壤的目的。

在垣曲使用的博亞方舟生物科技有限公司國家發(fā)明專利主要是由乳酸菌、酵母菌、光合細(xì)菌、放線菌、磷細(xì)菌、鉀細(xì)菌、固氮細(xì)菌、硝化細(xì)菌和纖維素降解細(xì)菌等構(gòu)成，進(jìn)行土壤修復(fù)。微生物土壤改良技術(shù)，是將有機(jī)肥與促使土壤養(yǎng)分快速釋放的微生物群體混合物施于土壤中。微生物在土壤中可快速、高效地分解有機(jī)質(zhì)并且加速自身的生長與繁殖，將空氣中的分子態(tài)氮固定并轉(zhuǎn)化為植物可以吸收的氨態(tài)氮，同時(shí)將土壤中不溶的P、K分解為可溶性的元素，從而易于為植物吸收利用，以此來改良土壤。此外，在作物收獲后，直接將有效微生物群體噴施在殘茬上，可使地表上下的殘茬迅速分解，以達(dá)到增加土壤肥力、改良土壤結(jié)構(gòu)、充分保持和利用土壤水分的目的。在實(shí)際工作中，已經(jīng)將該技術(shù)商業(yè)化，制成微生物土壤改良劑、微生物肥或土壤微生物增肥劑等。

此法是利用微生物的接種優(yōu)勢，對復(fù)墾區(qū)土壤進(jìn)行綜合治理與改良的一項(xiàng)生物技術(shù)措施。通過向新建植的植物接種微生物，在改善植物營養(yǎng)條件、促進(jìn)植物生長發(fā)育的同時(shí)，利用植物根際微生物的生命活動(dòng)，使失去微生物活性的復(fù)墾區(qū)土壤重新建立和恢復(fù)土壤微生物體系，增加土壤生物活性，加速復(fù)墾地土壤的基質(zhì)改良，加速自然土壤向農(nóng)業(yè)土壤的轉(zhuǎn)化過程，使生土加速熟化，提高土壤肥力，從而縮短復(fù)墾周期。微生物可改變土壤酸堿性，它是借助能在極端環(huán)境條件下生長的微生物類群，利用其能改變環(huán)境條件的pH特性的代謝產(chǎn)物來改良土壤酸堿性，這是土壤改良的重要方面。

此技術(shù)特點(diǎn)是：用微生物對土壤污染物的降解與轉(zhuǎn)化機(jī)理，達(dá)到環(huán)境保護(hù)與治理措施，提高元素的轉(zhuǎn)化率，降解有毒、有害物質(zhì)，以促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)更易被生物所吸收，從而提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和土壤環(huán)境質(zhì)量。

生物技術(shù)在玉米、核桃、蘋果、桃、煙葉、紅薯、谷子、蔬菜等多種作物上實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，均取得了良好效果。比如華豐馬村安新社的蘋果，今年在地頭以2.1 元/斤的價(jià)格批發(fā)給廣東果商，蘋果在廣東市場一搶而光。另一邊，使用傳統(tǒng)技術(shù)種植的華豐蘋果卻出現(xiàn)了滯銷現(xiàn)象。如今，垣曲縣客都和今美超市最貴的蘋果都是土壤改良示范園生產(chǎn)的4.18元，其他的蘋果有一塊七八的和兩塊七八的，同樣，垣曲縣古城鄉(xiāng)的桃、西瓜，英言示范園的核桃、毛家的小米等都達(dá)到了有質(zhì)有價(jià)的狀態(tài)。

以益生菌原液與傳統(tǒng)農(nóng)藥、化肥制劑對比有本質(zhì)性區(qū)別；無毒、無副作用、不產(chǎn)生抗藥性，是天然的微生物菌劑。益生菌原液能有效改善土壤的酸、堿、黏、沙、易澇、易旱等不良性質(zhì)，保水透氣；能活化土壤中磷、鉀，固氮，有效消除土壤板結(jié)，釋放土壤肥力，提高肥料利用率，為農(nóng)作物營造出良好的微生態(tài)生長環(huán)境；能提高種子發(fā)芽率及幼苗的健壯度，促進(jìn)農(nóng)作物在各時(shí)期的生長發(fā)育、?；ū９⑻岣呓Y(jié)實(shí)率；能預(yù)防連種帶來的影響，減少農(nóng)作物病、蟲、害的發(fā)生；能有效降解各種有害殘留，減少種植戶對化肥、消毒劑、殺蟲劑的依賴；能顯著改善農(nóng)作物品質(zhì)，增產(chǎn)增收。

各種新技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，特別是分子生物技術(shù)的發(fā)展使我們逐漸打開了土壤這個(gè)“黑匣子”。利用這些新技術(shù)可以對土壤微生物多樣性進(jìn)行分析，詳細(xì)了解其群落結(jié)構(gòu)及其功能，并通過各種管理措施調(diào)整土壤微生物的種類組成及數(shù)量，促進(jìn)有益微生物數(shù)量的增長，抑制有害微生物的發(fā)展，提高土壤肥力，克服各種土壤障礙因子，提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的輸出量。

在我國耕地質(zhì)量下滑、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全不保的現(xiàn)實(shí)下，對過去幾十年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)盲目使用化肥農(nóng)藥進(jìn)行反思，無論從精準(zhǔn)施肥的角度進(jìn)行緩控釋肥技術(shù)的研發(fā)，還是從傳統(tǒng)種植中吸取智慧利用現(xiàn)代科技進(jìn)行有機(jī)種植，都是對當(dāng)下問題切實(shí)可行的解決方案。至于哪條道路將走得更遠(yuǎn)，更能保障糧食安全，更能保證產(chǎn)品質(zhì)量，尚需漫長的論證和等待。