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 2014-09-24    生物

 

 

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  土壤盐碱化是一个世界性的问题,遍及世界各国,但主要分布在全球干早半干旱地区。世界各国都在积极研究、探索土壤盐碱化的治理措施,籍以提高土壤资源的有效利用,改善生态环境,促进农业可持续发展。 
    生物改良或称生物修复是近年来发展较快的新兴学科,它通常包括植物修复与微物修复。盐碱地生物修复以植物修复为主,其具有经济和生态效益高、节省能源和淡水、改良效果持久、可推广应用面积大等诸多优点。(<SALINITY SPAN < 从而能使整个流域的水分的补充因植物的蒸腾而减少。所以澳大利亚、巴基斯坦、以色列、美国等一些研究者主张寻求生物治理措施,通过筛选耐盐品种,提高作物耐盐能力来修复盐渍化和次生盐渍化土地。生物修复措施较之工程措施改良盐碱地更经济有效,利用盐渍荒地种植牧草、灌木对于发展中国家具有巨大的经济与生态环境效益。我国的盐碱地生物修复研究结果成绩卓越,2002年以来名人从北京、甘肃、河南、内蒙古等地先后引进22个耐盐植物品种,在宁夏银北盐碱地上进行了筛选试验和示范种植,对盐碱地的改良和高效利用起了很大的作用。 认为植物不仅直接影响土壤的盐分积聚,而且植物耗水量常常超过裸露地的蒸发量, 文中写到,灌排水防止次生盐碱化,在技术上是有效的,但是在旱地农业中是不经济的。他主张:澳大利亚用恢复和建立植被来控制水盐平衡, ARIDITY))一书中提出可以利用咸水灌溉作物或通过种植耐盐植物来解决土地盐碱化问题。PECK“次生盐碱化的发展与改良’’ AND>
一、盐碱环境的极端微生物 
 1.嗜碱微物 
  1.1 嗜碱微生物的种类 
    一般把最适生长pH在9.0以上的微生物称嗜碱微生物,其所耐pH可高达10~12。 
中性条件或以下不能长的为专性嗜碱微生物,能在高pH条件下生长,但最适值并不在碱性pH范围内的微生物称耐碱菌。有些菌在pH中性或以下可以生长,称为兼性嗜碱。嗜碱菌生存的自然环境是碳酸盐湖及碳酸盐荒漠,极端碱性湖,如肯尼亚的Magadi湖,埃及的Wadyflatrun湖以及中国的青海湖等,人为碱性环境是石灰水、碱性污水等。由于大部分碱湖伴有商盐,嗜碱菌又分为盐嗜碱微生物和非盐嗜碱微生物,前者的生长需要碱性和高盐度。大多数嗜碱原核微生物是好气性的非海洋细,很多是杆菌。 
  1.2 嗜碱微生物的生理特点 
    多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中。此外,还有许多嗜碱菌同时也表现嗜冷、嗜热等。

   1.3嗜碱微生物的机制 
    嗜碱菌可以在pH 1O~11等条件下生长,但胞内要维持pH7~9以下。(1)钠离~ 质泵反向运输是嗜碱细胞质碱化基本原因,为了使其发挥作用,需要胞内有足够的钠离子,钠离子的跨膜循环是必要的。(2)相关嗜碱菌钠离子/氢离子反向运输的基因已经从嗜碱中得到了克隆。(3)细胞外被是胞内中性环境和胞外碱性环境的分隔,它是嗜碱微生物嗜碱性的重要基础。(4)嗜碱微生物可产生大量的碱性菌,为嗜碱微生物的生存提供了条件。 
  1.4 嗜碱微生物的应用 
    主要是应用该类所生产的酶,如应用于革脱脂、造纸木浆脱脂鱼品脱脂的碱性脂肪酶,用于洗涤剂添加物的碱蛋白酶和碱性纤维养酶以及用于纺织品退浆的碱性淀粉酶等。 
 2. 嗜盐微生物 
  2.1 嗜盐微生物的种类 
    根据对盐的不同的需要,嗜盐微生物可以分为弱嗜盐微生物、中度嗜盐微生物、极端嗜盐微生物极端嗜盐微生物的最适生长盐浓度为2.5~5.2 mol/L,它们大多数生长在高盐环境中, 已经分离出来的主要有藻类(盐生杜氏藻、绿生杜氏藻)、细菌(盐杆菌,如红皮盐杆菌、盐沼盐杆菌,盐球菌,如鳕盐球菌)。可以在高盐浓度下生长,但最适生长盐浓度较低的称耐盐微生物。 
  2.2 嗜盐微生物的生理特点 
    嗜盐微生物通常分布在晒盐场、盐湖、海洋等高盐度环境中 含有高浓度盐的自然环境主要是盐湖,例如青海湖(中国)、大盐湖(美国)、死海(黎巴嫩)和里海(俄罗斯)等, 此外还有盐场、盐矿和用盐腌制的食品。海水中含有约3.5 的 氯化钠,是一般的含盐环境。 
  2.3 嗜盐微生物的嗜盐机制 
    嗜盐微生物的嗜盐机制仍在不断的探索中,但有些嗜盐微生物的嗜盐机制已较清楚,像盐杆菌、盐球菌嗜盐菌的生长虽然需要高钠环境,但胞内的钠离子浓度并不高,这是因为嗜盐菌具有一种浓缩、吸收外部的钾离子而向胞外排放钠离子的能力,盐杆菌光介质的氧离子质泵还具有通过钠离/钾离子反向转运向细胞外排出钠离的功能。 
  2.4 嗜盐微生物的应用 
    (1)用菌体发酵,可生产离聚化合物。如聚羟基丁酸(PHB)可用于可降解生物材料的开发,又可生产食用蛋白添加荆、表面活性剂等 2嗜盐古菌和紫膜蛋白能通过构型的改变储存信息,可作为生物计算机芯片的新材料。(3)可用于高盐污水的处理。 

二、微生物在盐碱地修复中的作用 
    我国土壤微生物学奠基人,中国科学院院士陈华癸先生指出,微生物肥料是一类含活微生物的特定制品,应用于农业生产中,能够获得特定的肥料效应,在这种效应的生中,制品中的活微生物起关键作用,符合上述定义的制品均应归入微生物肥料。其的定义和说法还很多,但无论如何定义,微生物肥料都包含活的微生物活动因素,最导致促进植物生长的效应。因此,广义的微生物肥料还包括能够产生植物生长刺激的肥料制品和能对植物病原微生物产生抑制作用的促进植物生长的根圈(际)细菌lantGrowth-promotingRhinobaited,简称pGpR)制剂。 
    目前微生物肥料按照制品中特定的微生物种类可分为细菌肥料、放线菌肥料、真菌肥料和藻类肥料;按其作用机理分为根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌肥料、硅酸盐类肥料;按其制品内含分为单一的微生物肥料和复合微生物肥料。 
  1改良土壤物理性质 
    谢承陶等人研究表明施微生物肥料可改善土壤物理性状,如降低土壤容重、增加土孔隙度等,这将对土壤水分和盐分运动产生重要影响。石元亮、谢承陶研究也表,施有机肥可减少潜水蒸发,抑制盐分表聚,同时可增加灌水和降水的入渗,有利于壤脱盐。另外,田间施用有机肥还可以改善土壤胶体化学性质、增加土壤微生物活、改变土壤溶液离子组成。黄强等人用定期取表层土样测定其电导率和在不同深度埋盐分传感器探头的方法,在作物生长季节内,监测了施有机肥农田不同深度的土壤溶含盐量变化结果显示田间施用有机肥可明显减少土壤表层盐分积累,并有利于灌水对壤表层盐分的淋洗。灌水使有机肥处理小区10cm深处土壤盐分含量迅速下降;施用有肥可使30cm深土壤在灌水前的盐分累积过程变缓;有机肥处理小区的60cm深土壤溶盐分大幅度降低并保持在很低的水平。 
  2强大的生物固氮作用 
    微生物肥料在国际上的应用己有一百多年的历史了。Caron(1895)首次使用了几种土细菌使豆科作物增产。此后,Noble和Hilter(1905)首次将根瘤菌应用于生产,从蛆中分离出能分解铝硅酸盐矿物的细菌。20世纪20年代,美国、澳大利亚等国开始有瘤菌接种剂(根瘤菌肥料)的研究和试用,一直到现在根瘤菌依然是主要的品种。A.Mehknha从土壤中相继分离出硅酸盐细菌和解磷细菌,由于解磷细菌的使用,使有效磷含量提高了15一42%。使用圆褐固氮菌(自生或共生)及解磷细菌使作物增10%左右,而且应用面积很大。20世纪50年代,世界各国都在加强对本领域的研美、法等国将固氮螺菌接种禾本科植物,使玉米增产10一20%,固氮能力可达亩。宋玉珍在松嫩平原苏打盐碱地土壤施用微生物肥料的试验中表明,在盐碱地土施用微生物肥料后可以有效地提高受试土壤的水解性氮、氨氮的含量,提高了土壤化强度和固氮强度,提高了蛋白酶活性和服酶活性。这些数据充分证明了微生物肥盐碱地土壤有效的固氮作用。 
  3抑制生物病虫灾害 
    微生物肥料施用后,在微生物的生命活动中能产生多种生理活性物质如咧噪乙赤霉素、多种维生素。这些生理活性物质可以促进植物细胞分裂和增强吸收水分及营养的能力,并刺激植物内源激素的增加,从而促进种子萌发、根系发达、植株生早熟开花。各种微生物肥料通过自身TCA产生的许多有机酸,除了有鳌合作用和作用外,其本身就是一种生理活性物质,可促进作物生长。 
    研究证明,徽生物肥料对多种农作物病菌有抑制作用。其原因一是有益细菌在的大量繁殖,在植物根际区域形成优势种群,抑制了病原微生物的生长繁殖,降低物病虫害的发生;二是有益微生物可诱导植物产生抗菌素类物质和植物的过氧化物多酚氧化酶等参与植物的防御反应,提高植物的抗病虫害能力。这些作用都在一定程度上保护与促进了盐碱地植被的成活率与保存率,在很大上为长期改良盐碱地,恢复盐碱地土壤性质,从建盐碱地生态环境起到了决定性作用。 
  4提高农作物的产量 
    北京丹路生物科技有限公司,严慧峻等人于2008年做了对盐碱地土壤施用微生料并种植白菜的实验,其研究结果表明:通过田间试验,施用微生物肥对盐碱土微量、土壤容重、土壤盐分及白菜品质有一定的影响,其中,与不施肥、化肥和基质相比,白菜收获后施用微生物肥处理的土壤细菌总数分别增加了106.04%,58.948.12%;土壤容重分别降低0.059/cm,,0.039/cm,和0.02g/cm,。微生物肥对降低土壤含盐量有明显作用,但对lm土体土壤平均含盐量影响效果不明显。施用微生混肥能改善白菜品质,比不施肥与施化肥分别降低白菜硝酸盐含量0.14mg/kg,可溶性糖量分别提高0.4%和0.8%。 
  5提高生物改良效果 
    实践表明,生物措施可有效地恢复盐碱地生产利用性能,植被恢复对于盐碱地改良意义在于:减少土壤水分蒸发,控制地表积盐,增加土壤根系数量,增强土壤微生物系和活性,改善了土壤理化性质即l。我国的耐盐牧草资源比较丰富。尤其近年来随着碱土壤的改良需要,人们对耐盐品种进行了广泛的筛选,从文献统计来看,涉及到的种近70个。其中,禾本科植物约49种,豆科植物约11种,还有其他科的一些植物碱草地种植牧草,可以疏松土壤,减少表面土壤的积盐,待秋天枯草腐烂分解后,产的有机酸和COZ,可起中和改碱的作用,此外,还可促进成土母质石灰质的溶解。由牧草较好的覆盖度,使土壤表面的水分蒸发减少,土表积盐降低。与此同时,土壤的理性状也得到改善,土壤总孔隙度和毛孔隙度增加,透水性能改善。若在轻度盐碱地植豆科牧草,可增加土壤有机质,提高土壤肥力。澳大利亚为控制因地下水位抬高成的土壤次生盐碱化,通过种植首楷等多年生牧草,降低地下水位,碱茅属植物也是盐碱化土壤改良所选用的先锋植物之一。树木改良盐碱土壤的作用是多方面的,它以防风降温,调节地表径流,树木的庞大根系和大量的枯枝落叶也可改善土壤结构,高土壤肥力,抑制表面积盐。同时,枝繁叶茂的树冠可蒸发大量水分,使地下水位降,减轻表面积盐。植树造林,加强防护林建设,可以在近地农田空间形成多层次屏,降低风速、减少蒸发,促进近地空间的生态平衡,抑制地表返盐,确保作物正常生长发育。 


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