發(fā)布時(shí)間：2019-05-08所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 【摘要】由于社會(huì)人口的不斷增加、糧食資源短缺以及土地生態(tài)環(huán)境的日益惡化，鹽堿地作為我國(guó)重要的后備耕地資源，越來(lái)越受到重視，土地鹽堿化的治理問(wèn)題也顯得尤為重要。本文首先介紹了土壤鹽堿化的原因以及常用的治理方法，并詳細(xì)介紹了微生物+復(fù)合型土壤修
【摘要】由于社會(huì)人口的不斷增加、糧食資源短缺以及土地生態(tài)環(huán)境的日益惡化，鹽堿地作為我國(guó)重要的后備耕地資源，越來(lái)越受到重視，土地鹽堿化的治理問(wèn)題也顯得尤為重要。本文首先介紹了土壤鹽堿化的原因以及常用的治理方法，并詳細(xì)介紹了“微生物+”復(fù)合型土壤修復(fù)技術(shù)的作用機(jī)理，可以對(duì)鹽堿地進(jìn)行有效的治理改造，從而起到恢復(fù)改善鹽堿地生態(tài)系統(tǒng)的作用。
【關(guān)鍵詞】鹽堿地,土壤修復(fù),微生物修復(fù),改良劑
根據(jù)農(nóng)業(yè)部組織的全國(guó)土壤普查資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鹽漬土面積為5.2億畝(不包括濱海灘涂)。在這些鹽漬土中已經(jīng)被重新開(kāi)發(fā)利用的大概在1億畝。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大概還有將近3億畝的潛在鹽漬化土壤，如果這些土壤采用錯(cuò)誤的方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，將會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生次生鹽漬化。
長(zhǎng)期以來(lái)，鹽堿地改良利用被認(rèn)為是一項(xiàng)世界性的難題。我國(guó)鹽堿地資源比較豐富，如何合理開(kāi)發(fā)利用好這些鹽堿地資源，是維持土壤鹽堿化地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。在土壤改良劑的研究應(yīng)用方面，我們國(guó)家先后在物理改良和化學(xué)改良方面做了很多工作，隨后電磁處理技術(shù)也應(yīng)用到了鹽堿地改良中，均取得了一定的改良效果。在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，環(huán)境治理日益緊迫的情況下，生物修復(fù)法逐漸成為鹽堿地治理研究的熱門方向，并具有極大的推廣應(yīng)用潛力。
經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單純的物理與化學(xué)方法在鹽堿地修復(fù)時(shí)或多或少存在著一定的缺點(diǎn)，比如投入成本高、維持時(shí)間短等，甚至?xí)䦷?lái)其他形式的二次污染。由于采用單一的土壤改良技術(shù)，治理效果往往并不明顯，所以實(shí)踐中一般采用多種土壤改良技術(shù)相結(jié)合的方法來(lái)提高鹽堿土壤的改良效果。
1土壤鹽堿化問(wèn)題簡(jiǎn)析
土壤鹽堿化是一個(gè)世界性的問(wèn)題，土壤鹽堿化會(huì)引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，比如土地荒漠化，植物資源減少，生物多樣性減少等。尋求合理有效的土壤鹽堿化防治措施，已經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家和地區(qū)以及學(xué)者們的共識(shí)。
1.1土壤鹽堿化的主要原因
引起土壤鹽堿化的原因有很多，主要包括氣候條件、地理位置、地下水位、土壤質(zhì)地層次等多種因素。按照土壤鹽堿化的成因可以分為原生鹽堿化和次生鹽堿化：
1)原生鹽堿化是指由自然環(huán)境因素(氣候、地質(zhì)、地貌、水文和土壤條件等)變化引起的土壤鹽堿化。此種情況下，土壤地下水與表層水維持一定的動(dòng)態(tài)平衡，土壤中各種離子的含量也相對(duì)穩(wěn)定。氣候干旱時(shí)，土壤表層的水分含量下降，引起地下水水位提升，土壤中的鹽分也隨著水位的提升而向上移動(dòng)。當(dāng)水分蒸發(fā)以后，鹽分則在土壤表層積累，如此周而復(fù)始，逐漸發(fā)生土壤鹽堿化。
2)次生鹽堿化是指人類對(duì)土地資源和水資源不合理利用引起的區(qū)域水鹽失調(diào)，所導(dǎo)致的土壤表層不斷積鹽的過(guò)程。此種土壤鹽堿化往往是由于不合理的耕作灌溉導(dǎo)致的地下水抬升，進(jìn)而使土壤中的鹽分也隨著水位的提升而提升。當(dāng)土壤水分蒸發(fā)量大于灌溉量時(shí)，土壤表層鹽分便會(huì)增加，長(zhǎng)此以往就會(huì)引起土壤鹽化。
1.2土壤鹽堿化對(duì)土壤的危害
土壤中的鹽分主要是由Ca2+、Mg2+、、Na+、以及等離子組成的鹽類化合物。由于鹽類化合物的溶解度不同，其對(duì)土壤的影響程度也不同，其中對(duì)土壤的鹽堿度影響比較小，而NaCL、和對(duì)土壤的危害比較大，其余鹽分對(duì)土壤的影響則介于這兩種情況中間。土壤是一個(gè)巨大的陰離子膠體，土壤鹽堿化的過(guò)程其實(shí)就是不斷吸附Na+的過(guò)程。當(dāng)交換性Na+占交換量的5%-15%時(shí)，土壤已經(jīng)有輕度的堿化;當(dāng)交換性Na+達(dá)到交換量的25%-35%時(shí)，土壤已經(jīng)嚴(yán)重鹽堿化。土壤內(nèi)大量鹽分的積累，會(huì)導(dǎo)致土壤滲透系數(shù)低，通氣性差，土壤中的微生物數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)粘滯，甚至造成土壤冷、硬、結(jié)板等現(xiàn)象。
1.3土壤鹽堿化對(duì)植物的影響
當(dāng)土壤表層的含鹽量超過(guò)0.6%時(shí)，只有一些耐鹽性強(qiáng)的植物可生長(zhǎng)。當(dāng)可溶性鹽達(dá)到1%以上，只有一些特殊的植物能夠生長(zhǎng)。鹽分對(duì)農(nóng)作物的危害主要有以下幾個(gè)方面：
1)當(dāng)鹽堿地的鹽分含量比較高時(shí)，土壤中溶液的滲透壓高于植物細(xì)胞液的滲透壓，這樣會(huì)導(dǎo)致根毛細(xì)胞向外滲水，使植物出現(xiàn)枯萎或“燒苗”現(xiàn)象。
2)高濃度的鹽分會(huì)破壞植物對(duì)鹽離子的正常吸收，比如如果土壤溶液中的Na+過(guò)高，會(huì)妨礙農(nóng)作物對(duì)其他鹽離子的吸收比如鈣離子、鉀離子等;如果K+濃度過(guò)高，則會(huì)阻礙農(nóng)作物對(duì)Fe3+和Mg2+的吸收，并引發(fā)性缺素癥等疾病。
3)土壤的強(qiáng)堿性會(huì)使植物體內(nèi)積累了大量鹽分，影響植物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，導(dǎo)致一些含氮的代謝物積累，影響植物細(xì)胞的正常發(fā)育等。簡(jiǎn)單地說(shuō)，鹽堿地會(huì)影響農(nóng)作物對(duì)養(yǎng)分吸收利用，使農(nóng)作物根系難以下扎，造成植被僵苗、枯萎等現(xiàn)象。
1.4常用的鹽堿土壤修復(fù)方法
目前鹽堿土壤修復(fù)方法主要有以下幾種：
1.4.1物理修復(fù)法通過(guò)有效合理的水利工程設(shè)施以及合理的灌溉方式來(lái)淋洗沖淡土壤鹽分，從而達(dá)到改良鹽堿土目的。
1.4.2化學(xué)修復(fù)法化學(xué)修復(fù)方法就是在土壤中施用一些化學(xué)肥料或制劑，將土壤中的Na+置換出來(lái)，來(lái)改善土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)而減輕或消除鹽堿的危害作用。
1.4.3電磁修復(fù)法通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小對(duì)土壤的呼吸作用強(qiáng)度有所影響，磁場(chǎng)還能影響電子傳遞，進(jìn)而影響與電子傳遞相關(guān)的化學(xué)過(guò)程。此外，磁場(chǎng)對(duì)水的締合度、溶解力等均有影響。
1.4.4動(dòng)物修復(fù)法此種方法就是利用一些生存在土壤中的動(dòng)物，將體內(nèi)的某些分泌物排放于鹽堿土壤中，與土壤中的鹽堿成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到降低土壤鹽堿度，改良鹽堿土的目的。最常用的方法就是接種蚯蚓，蚯蚓的生命活動(dòng)能夠改善鹽堿地土壤的生態(tài)系統(tǒng)，有效的鞏固鹽堿地改良效果、促進(jìn)鹽堿地的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用。
1.4.5植物修復(fù)法植物修復(fù)法就是通過(guò)種植耐鹽堿的植物，來(lái)吸收土壤中的鹽堿成分，從而降低土壤的鹽堿度，達(dá)到修復(fù)鹽堿地的目的。此方法的效果比較好，而且經(jīng)濟(jì)環(huán)保，但植被成活率有待提高。
1.4.6微生物修復(fù)法利用微生物修復(fù)法可以在有效改善植物營(yíng)養(yǎng)環(huán)境的同時(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鹽堿土壤重新建立和恢復(fù)其微生物體系，增加土壤的生物活性，使生土熟化、土壤肥力提高。
2“微生物+”復(fù)合型鹽堿土壤修復(fù)技術(shù)
實(shí)踐表明，利用單一的鹽堿地土壤改良技術(shù)效果往往并不明顯，而且容易反復(fù)，所以實(shí)際應(yīng)用中一般利用多種土壤改良方法相結(jié)合的形式來(lái)改變土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)。本文提到的“微生物+”復(fù)合型土壤修復(fù)技術(shù)，就是利用微生物修復(fù)技術(shù)與其他鹽堿土壤修復(fù)技術(shù)相結(jié)合對(duì)土壤鹽堿化進(jìn)行治理。既能有效避免傳統(tǒng)方法用工量大，維持時(shí)間短等不足，又能利用微生物修復(fù)方法的協(xié)同作用，對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善起到潛移默化的作用。
2.1嗜堿微生物土壤修復(fù)技術(shù)的機(jī)理
一般把最適生長(zhǎng)PH值在9.0以上的微生物稱嗜堿微生物，其所能承受的PH值可高達(dá)10~12。嗜堿微生物生存的自然環(huán)境一般多為碳酸鹽類湖泊或者荒漠，比如中國(guó)的青海湖等。嗜堿微生物也能在人為堿性環(huán)境下生存，比如堿性污水等。研究發(fā)現(xiàn)嗜堿微生物的細(xì)胞壁上一般都含有半乳糖醛酸、天門冬氨酸、谷氨酸和磷酸等一些酸性物質(zhì)。
由于這些酸性物質(zhì)帶有負(fù)電荷，因此其細(xì)胞表面可以吸附Na+和H+，并排斥氫氧根。除此之外嗜堿微生物可以產(chǎn)生大量的堿性菌，這些堿性菌具備Na+和H+反向運(yùn)輸?shù)幕颍鳱a+的反向運(yùn)輸需要細(xì)胞內(nèi)有足夠的Na+。正是由于嗜堿微生物的這一特性，可以有效的減少土壤中的Na+，改善土壤堿性問(wèn)題。
2.2嗜鹽微生物土壤修復(fù)技術(shù)的機(jī)理
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，它們大多數(shù)生長(zhǎng)在含鹽量比較高的環(huán)境中，目前發(fā)現(xiàn)的嗜鹽微生物主要有鹽生杜氏藻、綠生杜氏藻、鹽桿菌、鹽球菌等。目前有一部分嗜鹽微生物的嗜鹽機(jī)理已經(jīng)比較清楚，但是更多嗜鹽微生物的嗜鹽機(jī)制仍在不斷的研究探索中。
在這些已被了解的嗜鹽微生物中如鹽桿菌、鹽球菌等嗜鹽菌的生長(zhǎng)雖然需要Na+的大量存在，但細(xì)胞內(nèi)的Na+濃度往往并不高。這是因?yàn)槭塞}菌具有一種濃縮吸收外部K+而向細(xì)胞外排放Na+的能力，通過(guò)細(xì)胞膜上的H+和Na+的反向載體來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)K+和Na+的平衡。當(dāng)細(xì)胞外鹽濃度升高時(shí)，嗜鹽微生物細(xì)胞內(nèi)的中性磷脂轉(zhuǎn)化為帶負(fù)電的磷脂，然后和細(xì)胞外的Na+的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)電荷平衡以抵御外界較高的滲透壓。
2.3微生物在鹽堿地修復(fù)中的作用
我國(guó)土壤微生物學(xué)鼻祖陳華癸先生指出，微生物肥料是一中含活微生物的特定制品，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠獲得特定的肥料效應(yīng)，而活性微生物在當(dāng)中起到了關(guān)鍵性作用。目前的微生物肥料按照制品中微生物的種類可分為細(xì)菌肥料、真菌肥料和藻類肥料等;按照微生物肥料作用機(jī)理可分為固氮菌肥料、解磷菌肥料以及硅酸鹽類肥料等;按其制品內(nèi)微生物的種類是否單一可分為單一微生物肥料和復(fù)合微生物肥料。微生物在鹽堿地修復(fù)中的作用主要有以下幾點(diǎn)：
2.3.1改良土壤物理性質(zhì)
微生物肥料可以改善土壤理化特性，增加土壤孔隙，對(duì)土壤水分和鹽分的運(yùn)動(dòng)有著重要影響。在鹽堿地施用有機(jī)肥還可以減少土壤水分蒸發(fā)，抑制鹽分在土壤表層積累，同時(shí)可增加土壤表層水的滲入，有助于土壤鹽分脫洗。另外，耕地施用有機(jī)肥料還可以增加土壤中微生物活性、改善土壤溶液中鹽離子的構(gòu)成，減少土壤表層鹽分的積累，并有利于灌水對(duì)土壤表層鹽分的淋洗。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在鹽堿地土壤中施用微生物肥料后還可以有效地提高土壤固氮強(qiáng)度，提高土壤內(nèi)蛋白酶活性等，對(duì)鹽堿地土壤具有明顯的固氮作用。
2.3.2抑制生物病蟲災(zāi)害
研究發(fā)現(xiàn)，徽生物肥料對(duì)許多種類的農(nóng)作物病菌有很好的抑制作用。其主要原因之一在于有益細(xì)菌在植物根系的大量繁殖，使這些細(xì)菌形成優(yōu)勢(shì)種群，從而間接抑制了其他病菌微生物的生長(zhǎng)繁殖，降低了植被疾病蟲害的發(fā)生;原因之二就是這些有益微生物能夠誘導(dǎo)植物產(chǎn)生一些抗菌素類物質(zhì)并參與植物的防御反應(yīng)，進(jìn)而提高了植物的抗病害能力。這些作用都在很大程度上保護(hù)和提高了鹽堿地植物的成活概率，為長(zhǎng)期有效改良鹽堿地，改善鹽堿地的理化性質(zhì)，恢復(fù)鹽堿地生態(tài)環(huán)境起到了決定性作用。
2.3.3提高生物改良效果
實(shí)踐表明，微生物修復(fù)法可以有效地恢復(fù)鹽堿地土壤的生產(chǎn)利用效能，提高植被成活率。而鹽堿地植被的大量恢復(fù)對(duì)于減少鹽堿地土壤水分蒸發(fā)，控制土壤表層積鹽，增加土壤內(nèi)部植物根系的數(shù)量，增強(qiáng)土壤中微生物種類及活性，改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)近地土壤空間的生態(tài)平衡有著至關(guān)重要的作用。
3“微生物+”復(fù)合型鹽堿土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用
由于微生物修復(fù)法同時(shí)兼顧了經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和生態(tài)效益，目前已經(jīng)成為眾多鹽堿地修復(fù)法研究中的熱點(diǎn)，并具有很好的推廣應(yīng)用潛力。成都某公司推出的“施地佳”微生物肥料就是一種很好的“微生物+”復(fù)合型鹽堿土壤修復(fù)技術(shù)的典型應(yīng)用。其利用氨基酸給鹽堿地土壤以及土壤中微生物提供相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)元素，然后通過(guò)土壤微生物的生命代謝活動(dòng)合成植物生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，大大增強(qiáng)并促進(jìn)有益微生物繁殖生長(zhǎng)。
微生物的新陳代謝促進(jìn)了有機(jī)物的分解，提高了土壤中有機(jī)物質(zhì)的含量，使土壤PH值下降，從而達(dá)到生物調(diào)節(jié)鹽堿土壤的作用。與此同時(shí)“施地佳”微生物肥料利用特定的有機(jī)水溶性高分子絡(luò)合土壤中的某些鹽離子，把已被土壤固化凝結(jié)的有益營(yíng)養(yǎng)元素如磷、鉀、鈣、鎂等，有機(jī)的結(jié)合成利于農(nóng)作物吸收的鹽分，達(dá)到生物降鹽減漬的作用。
近日某鹽堿地治理吉林省院士工作站正式成立，這標(biāo)志著其研發(fā)的治理鹽堿地新技術(shù)——“微生物-納米整合技術(shù)”已試驗(yàn)成功，同時(shí)也標(biāo)志著“微生物+”復(fù)合型鹽堿土壤修復(fù)技術(shù)的再次成功應(yīng)用。該技術(shù)從鹽堿地形成的機(jī)理和土壤結(jié)構(gòu)等多角度入手，通過(guò)優(yōu)選的天然準(zhǔn)納米非金屬礦物介質(zhì)，使鹽堿地耕作層自發(fā)地進(jìn)行水土分離，從而使土壤近地區(qū)域形成惰性鹽堿隔離層。
同時(shí)，在土壤中施用嗜鹽堿微生物菌劑，利用其生理特性來(lái)達(dá)到降低土壤鹽堿度，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，根治鹽堿地的目的。“微生物-納米整合技術(shù)”成功解決了鹽堿地改造過(guò)程中反復(fù)出現(xiàn)的返鹽堿和次生污染的問(wèn)題，并為鹽堿地治理新技術(shù)的研究推廣提供技術(shù)支撐。
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