微生物在鹽堿性荒坡治理中的應(yīng)用前景探究

裴延禮，彭軼楠，祁宏山，季 彬

（1.甘肅高臺(tái)黑河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，甘肅 高臺(tái) 734300；2.甘肅省科學(xué)院生物研究所，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省微生物資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000）

微生物治理主要是通過(guò)細(xì)菌、病毒、少量藻類等人類肉眼無(wú)法觀察到的微小微生物對(duì)人類生產(chǎn)和生活中存在的問(wèn)題進(jìn)行治理和修復(fù)。甘肅位于我國(guó)西北地區(qū)，屬于溫帶季風(fēng)氣候，全年降水量少，而地表蒸發(fā)量大，土地鹽堿化問(wèn)題較為突出。土地鹽堿化問(wèn)題嚴(yán)重，不僅造成農(nóng)作物產(chǎn)量減少，還嚴(yán)重威脅了土地環(huán)境土壤鹽堿化問(wèn)題。土壤鹽堿化可以同水利工程概率、農(nóng)業(yè)管理、化學(xué)改良等方法進(jìn)行治理，但是對(duì)土壤肥力和含水量的改變并不突出。隨著生物科技的發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始探討微生物在鹽堿性土壤治理中的應(yīng)用。微生物對(duì)土壤鹽堿化的治理不僅能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，還能有效抑制植物病原菌的危害，改善和促進(jìn)土壤肥力的恢復(fù)，為治理土壤鹽堿化提供了綜合治理措施，真正實(shí)現(xiàn)了生態(tài)治理、自然和諧。

1 鹽堿地研究現(xiàn)狀

1.1 甘肅地區(qū)土壤鹽堿化現(xiàn)狀

甘肅省位于我國(guó)西北地區(qū)、亞洲大陸內(nèi)部腹地，與海洋距離較遠(yuǎn)。甘肅是典型的溫帶季風(fēng)氣候，降水量稀少。由于該地區(qū)光熱資源豐富，造成土壤水分蒸發(fā)量高，促使土壤中的鹽分不斷向地表移動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致土壤表層鹽分含量較高。許多地區(qū)通過(guò)水利工程膜下滴灌等來(lái)解決土壤鹽堿化問(wèn)題，但是長(zhǎng)期使用會(huì)造成土壤中的鹽分無(wú)法得到充分的沖洗，不能進(jìn)入地下水層，一旦停用膜下滴灌技術(shù)，土壤中的鹽分在農(nóng)作物吸收和蒸騰作用下，會(huì)向地表上層移動(dòng)，造成土壤次生鹽漬化問(wèn)題[1]。因此，甘肅地區(qū)需要通過(guò)更好的方法去治理土壤鹽堿化問(wèn)題，真正解決鹽脅迫對(duì)植物尤其是農(nóng)作物的破壞。

1.2 鹽脅迫對(duì)農(nóng)作物的危害

土壤鹽堿化的農(nóng)作物的危害主要是指土壤中的可溶性鹽類含量高，在滲透壓的作用下，土壤中的水分由高勢(shì)向低勢(shì)活動(dòng)，但農(nóng)作物根細(xì)胞內(nèi)的水勢(shì)高于周邊介質(zhì)水勢(shì)，導(dǎo)致根部吸水困難，同時(shí)根系部的水勢(shì)會(huì)向四周介質(zhì)中流失。鹽脅迫主要是由Na+和Cl-來(lái)抑制植物生長(zhǎng)，尤其是在降水量原本就很少的甘肅地區(qū)，當(dāng)大氣環(huán)境的相對(duì)濕度較低時(shí)，隨著植物蒸騰作用的增強(qiáng)，會(huì)進(jìn)一步加劇鹽脅迫對(duì)植物和土壤的破壞。鹽脅迫的作用機(jī)制主要包括以下3 點(diǎn)[2]：第一，降低植物光合作用，鹽脅迫造成植物無(wú)法吸收到充足水源，不利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝，植物在營(yíng)養(yǎng)失衡的條件下所產(chǎn)葉綠素含量下降，影響植物正常的光合作用；第二，破壞植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，鹽脅迫導(dǎo)致植物細(xì)胞脂膜的通透性增加，細(xì)胞的膜脂過(guò)氧化嚴(yán)重，細(xì)胞質(zhì)膜生理作用無(wú)法正常發(fā)揮，在缺水條件下，細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞壁相互“撕扯”變形，改變正常的細(xì)胞滲透壓，進(jìn)而傷害植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)；第三，植物蛋白質(zhì)代謝異常，土壤中鹽分含量過(guò)高會(huì)正向刺激植物蛋白質(zhì)分解，嚴(yán)重影響氨基酸的合成，植物體內(nèi)積累的有毒有害物質(zhì)逐漸增多，導(dǎo)致蛋白質(zhì)代謝異常，葉片生長(zhǎng)不良、組織細(xì)胞壞死等。

2 微生物在土地鹽堿化的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著生物技術(shù)研究的深入，通過(guò)對(duì)許多農(nóng)作物根系周邊的微生物研究發(fā)現(xiàn)，這些微生物可以促進(jìn)植物抗旱、抗?jié)?、耐鹽，還對(duì)致病菌和重金屬污染具有抑制作用，可以幫助植物正常生產(chǎn)。如馬鈴薯上的植物促生根圈細(xì)菌（plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）可以促進(jìn)農(nóng)作物多種重要激素（細(xì)胞分裂素、合成生長(zhǎng)素等）的分泌，還能促進(jìn)維生素合成、礦物質(zhì)溶解、氮素固定，對(duì)于幫助植物抵抗土壤鹽脅迫具有重要作用。解鹽促生細(xì)菌Rs-5和Rs-198在鹽脅迫下可以促進(jìn)棉花種子發(fā)芽，但Rs-198 施入到土壤環(huán)境后，在活菌數(shù)的影響下，會(huì)改變棉花的生長(zhǎng)時(shí)段。國(guó)內(nèi)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌、綠針假單胞菌、解淀粉芽孢桿菌、耳炎假單胞菌可以抑制致病菌的感染，若番茄種植時(shí)使用這些微生物，還能促進(jìn)促進(jìn)該作物的生長(zhǎng)[3]。

由于不同制劑形態(tài)對(duì)微生物活菌數(shù)具有重要的影響，所以，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注微生物制劑形態(tài)的研究。有研究發(fā)現(xiàn)，微膠囊技術(shù)對(duì)菌株進(jìn)行包埋可以顯著提高微生物的存活率。與此同時(shí)，學(xué)者也逐漸關(guān)注如何選擇合適的材質(zhì)對(duì)微生物進(jìn)行包埋，來(lái)增強(qiáng)微生物對(duì)外界環(huán)境的抗逆性。采用明膠、海藻酸鈉作為嗜乳酸桿菌包埋的主要材料，可以有效保護(hù)根圍促生菌的生存能力，接種到鹽堿化土地后，微生物的存活率較高，對(duì)農(nóng)作物有較強(qiáng)的保護(hù)作用。另一方面，國(guó)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)藻酸鹽和淀粉中的根際細(xì)菌的封裝可以顯著增強(qiáng)微生物的儲(chǔ)存期限，更加便于微生物在土壤環(huán)境治理過(guò)程中的使用和保存。

3 微生物有效提高土壤肥力的原理

微生物對(duì)土壤活力的改善和恢復(fù)主要是通過(guò)提高土壤中的氮素或有效磷、有效鉀的含量，為植物生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，或?qū)Ⅺ}堿化土壤中許多作物不能直接利用的物質(zhì)通過(guò)分解、轉(zhuǎn)化成可被吸收利用的養(yǎng)分，改善農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)條件，或某些微生物對(duì)農(nóng)作物的致病菌具有抑制作用，可以減少病蟲(chóng)害的發(fā)生，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，逐步促進(jìn)土壤恢復(fù)，進(jìn)而提高鹽堿化土壤的肥力。常見(jiàn)的微生物肥料有根瘤菌肥、有機(jī)磷細(xì)菌肥料、鉀細(xì)菌菌肥、抗生菌肥、菌根菌肥等。

4 微生物對(duì)鹽堿性荒坡的影響

4.1 微生物對(duì)鹽堿性荒坡土壤物理性質(zhì)的影響

第一，鹽堿化脅迫使用微生物，可以改變?cè)型寥赖拿芏?、孔隙度、自然含水量、質(zhì)地等物理性質(zhì)，可以適當(dāng)提高土壤田間持水量；第二，微生物使用后也會(huì)增加土壤的腐殖質(zhì)，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，鹽堿地區(qū)域土壤的透水、通氣和養(yǎng)分狀況都會(huì)得到相應(yīng)改善；第三，微生物在鹽堿土壤中自我分解，分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸也會(huì)中和土壤堿性，促進(jìn)鹽漬土鹽分的淋洗；第四，微生物使用后，土壤的有機(jī)質(zhì)含量提高，也會(huì)減少水分蒸發(fā)，對(duì)鹽分向上轉(zhuǎn)移有抑制作用；第五，微生物應(yīng)用于鹽堿化脅迫后，會(huì)增加土壤有機(jī)體腐殖質(zhì)數(shù)量，對(duì)鹽離子的吸附性提高，相應(yīng)地減少土壤鹽分活性。

4.2 微生物對(duì)鹽堿性荒坡土壤pH值的影響

在鹽堿性荒坡中使用微生物后，會(huì)改變土壤pH 值。有研究發(fā)現(xiàn)，在鹽堿性土壤試驗(yàn)田中種植紫丁香，使用微生物的紫丁香根系部土壤在春季積鹽期會(huì)下降1.0%～3.7%，可以減低土壤pH值，減少鹽漬土鹽分的淋洗作用。

4.3 微生物對(duì)綠化樹(shù)木的影響

在鹽堿性荒坡中使用微生物后，土壤肥力增加，喬木、灌木等綠化樹(shù)種的成活率也會(huì)相應(yīng)提高。有研究表明，在相同理化性質(zhì)的鹽堿化荒坡下種植楊樹(shù)，利用微生物肥料的小黑楊的成活率高達(dá)91.0%，而未使用肥料的成活率僅為47.8%。在相同試驗(yàn)田內(nèi)種植金絲垂柳和旱柳使用微生物后成活率分別為95.1%和71.8%，而未使用的柳樹(shù)成活率僅為40.2%[4]。由此可以發(fā)現(xiàn)，微生物可以促進(jìn)綠化樹(shù)木在鹽堿性荒坡的成活率。

5 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)階段土壤鹽堿化治理問(wèn)題中，利用微生物技術(shù)，不僅可以有效解決土壤鹽脅迫問(wèn)題，還能促進(jìn)糧食增產(chǎn)增收，減少土壤中的致病菌對(duì)植物的威脅，提高鹽堿地土壤的利用率。目前，對(duì)微生物接種劑和微生物菌肥料研究報(bào)道較多，主要是利用微生物來(lái)緩解植物生長(zhǎng)時(shí)土壤中鹽脅迫問(wèn)題，提高農(nóng)作物的抗逆性。在今后的研究中，可以將土壤改良劑、微生物菌劑等聯(lián)合施用，制備出具有解鹽、防病、促生功效的新型生態(tài)制劑，為解決現(xiàn)代土壤鹽堿化問(wèn)題提供新的解決方案。