微生物在鹽堿性荒坡治理中的應用前景探究

裴延禮，彭軼楠，祁宏山，季 彬

（1.甘肅高臺黑河濕地國家級自然保護區管理局，甘肅 高臺 734300；2.甘肅省科學院生物研究所，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省微生物資源開發利用重點實驗室，甘肅 蘭州 730000）

微生物治理主要是通過細菌、病毒、少量藻類等人類肉眼無法觀察到的微小微生物對人類生產和生活中存在的問題進行治理和修復。甘肅位于我國西北地區，屬于溫帶季風氣候，全年降水量少，而地表蒸發量大，土地鹽堿化問題較為突出。土地鹽堿化問題嚴重，不僅造成農作物產量減少，還嚴重威脅了土地環境土壤鹽堿化問題。土壤鹽堿化可以同水利工程概率、農業管理、化學改良等方法進行治理，但是對土壤肥力和含水量的改變并不突出。隨著生物科技的發展，越來越多的學者開始探討微生物在鹽堿性土壤治理中的應用。微生物對土壤鹽堿化的治理不僅能提高農作物的產量，還能有效抑制植物病原菌的危害，改善和促進土壤肥力的恢復，為治理土壤鹽堿化提供了綜合治理措施，真正實現了生態治理、自然和諧。

1 鹽堿地研究現狀

1.1 甘肅地區土壤鹽堿化現狀

甘肅省位于我國西北地區、亞洲大陸內部腹地，與海洋距離較遠。甘肅是典型的溫帶季風氣候，降水量稀少。由于該地區光熱資源豐富，造成土壤水分蒸發量高，促使土壤中的鹽分不斷向地表移動，進而導致土壤表層鹽分含量較高。許多地區通過水利工程膜下滴灌等來解決土壤鹽堿化問題，但是長期使用會造成土壤中的鹽分無法得到充分的沖洗，不能進入地下水層，一旦停用膜下滴灌技術，土壤中的鹽分在農作物吸收和蒸騰作用下，會向地表上層移動，造成土壤次生鹽漬化問題[1]。因此，甘肅地區需要通過更好的方法去治理土壤鹽堿化問題，真正解決鹽脅迫對植物尤其是農作物的破壞。

1.2 鹽脅迫對農作物的危害

土壤鹽堿化的農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向低勢活動，但農作物根細胞內的水勢高于周邊介質水勢，導致根部吸水困難，同時根系部的水勢會向四周介質中流失。鹽脅迫主要是由Na+和Cl-來抑制植物生長，尤其是在降水量原本就很少的甘肅地區，當大氣環境的相對濕度較低時，隨著植物蒸騰作用的增強，會進一步加劇鹽脅迫對植物和土壤的破壞。鹽脅迫的作用機制主要包括以下3 點[2]：第一，降低植物光合作用，鹽脅迫造成植物無法吸收到充足水源，不利于營養物質代謝，植物在營養失衡的條件下所產葉綠素含量下降，影響植物正常的光合作用；第二，破壞植物細胞膜結構，鹽脅迫導致植物細胞脂膜的通透性增加，細胞的膜脂過氧化嚴重，細胞質膜生理作用無法正常發揮，在缺水條件下，細胞質膜與細胞壁相互“撕扯”變形，改變正常的細胞滲透壓，進而傷害植物細胞膜結構；第三，植物蛋白質代謝異常，土壤中鹽分含量過高會正向刺激植物蛋白質分解，嚴重影響氨基酸的合成，植物體內積累的有毒有害物質逐漸增多，導致蛋白質代謝異常，葉片生長不良、組織細胞壞死等。

2 微生物在土地鹽堿化的研究及應用現狀

隨著生物技術研究的深入，通過對許多農作物根系周邊的微生物研究發現，這些微生物可以促進植物抗旱、抗澇、耐鹽，還對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。如馬鈴薯上的植物促生根圈細菌（plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）可以促進農作物多種重要激素（細胞分裂素、合成生長素等）的分泌，還能促進維生素合成、礦物質溶解、氮素固定，對于幫助植物抵抗土壤鹽脅迫具有重要作用。解鹽促生細菌Rs-5和Rs-198在鹽脅迫下可以促進棉花種子發芽，但Rs-198 施入到土壤環境后，在活菌數的影響下，會改變棉花的生長時段。國內學者研究發現枯草芽孢桿菌、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，若番茄種植時使用這些微生物，還能促進促進該作物的生長[3]。

由于不同制劑形態對微生物活菌數具有重要的影響，所以，越來越多的學者開始關注微生物制劑形態的研究。有研究發現，微膠囊技術對菌株進行包埋可以顯著提高微生物的存活率。與此同時，學者也逐漸關注如何選擇合適的材質對微生物進行包埋，來增強微生物對外界環境的抗逆性。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，對農作物有較強的保護作用。另一方面，國外學者研究發現藻酸鹽和淀粉中的根際細菌的封裝可以顯著增強微生物的儲存期限，更加便于微生物在土壤環境治理過程中的使用和保存。

3 微生物有效提高土壤肥力的原理

微生物對土壤活力的改善和恢復主要是通過提高土壤中的氮素或有效磷、有效鉀的含量，為植物生長提供營養物質，或將鹽堿化土壤中許多作物不能直接利用的物質通過分解、轉化成可被吸收利用的養分，改善農作物的營養條件，或某些微生物對農作物的致病菌具有抑制作用，可以減少病蟲害的發生，提高農作物產量，逐步促進土壤恢復，進而提高鹽堿化土壤的肥力。常見的微生物肥料有根瘤菌肥、有機磷細菌肥料、鉀細菌菌肥、抗生菌肥、菌根菌肥等。

4 微生物對鹽堿性荒坡的影響

4.1 微生物對鹽堿性荒坡土壤物理性質的影響

第一，鹽堿化脅迫使用微生物，可以改變原有土壤的密度、孔隙度、自然含水量、質地等物理性質，可以適當提高土壤田間持水量；第二，微生物使用后也會增加土壤的腐殖質，促進土壤團粒結構的形成，鹽堿地區域土壤的透水、通氣和養分狀況都會得到相應改善；第三，微生物在鹽堿土壤中自我分解，分解過程中產生的有機酸也會中和土壤堿性，促進鹽漬土鹽分的淋洗；第四，微生物使用后，土壤的有機質含量提高，也會減少水分蒸發，對鹽分向上轉移有抑制作用；第五，微生物應用于鹽堿化脅迫后，會增加土壤有機體腐殖質數量，對鹽離子的吸附性提高，相應地減少土壤鹽分活性。

4.2 微生物對鹽堿性荒坡土壤pH值的影響

在鹽堿性荒坡中使用微生物后，會改變土壤pH 值。有研究發現，在鹽堿性土壤試驗田中種植紫丁香，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 微生物對綠化樹木的影響

在鹽堿性荒坡中使用微生物后，土壤肥力增加，喬木、灌木等綠化樹種的成活率也會相應提高。有研究表明，在相同理化性質的鹽堿化荒坡下種植楊樹，利用微生物肥料的小黑楊的成活率高達91.0%，而未使用肥料的成活率僅為47.8%。在相同試驗田內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%，而未使用的柳樹成活率僅為40.2%[4]。由此可以發現，微生物可以促進綠化樹木在鹽堿性荒坡的成活率。

5 結語

在現階段土壤鹽堿化治理問題中，利用微生物技術，不僅可以有效解決土壤鹽脅迫問題，還能促進糧食增產增收，減少土壤中的致病菌對植物的威脅，提高鹽堿地土壤的利用率。目前，對微生物接種劑和微生物菌肥料研究報道較多，主要是利用微生物來緩解植物生長時土壤中鹽脅迫問題，提高農作物的抗逆性。在今后的研究中，可以將土壤改良劑、微生物菌劑等聯合施用，制備出具有解鹽、防病、促生功效的新型生態制劑，為解決現代土壤鹽堿化問題提供新的解決方案。