陳鑫

摘? 要：土壤板結(jié)是現(xiàn)階段農(nóng)田建設(shè)中的一種常見(jiàn)問(wèn)題，由于土面變硬而不適合農(nóng)作物和花木生長(zhǎng)。本文提出應(yīng)用極端環(huán)境微生物的方法來(lái)解決這一問(wèn)題，主要針對(duì)導(dǎo)致土壤板結(jié)的幾個(gè)主要因素進(jìn)行作用，通過(guò)穩(wěn)定土壤中的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、消耗氮元素、分解有機(jī)質(zhì)形成腐殖質(zhì)、中和酸性等方法，消除引起土壤板結(jié)的關(guān)鍵因素，從而達(dá)到治理土壤板結(jié)的效果。由于微生物方法屬于生物方法，因此是生態(tài)環(huán)保的，且是可持續(xù)利用的，所以應(yīng)用極端環(huán)境微生物方法解決土壤板結(jié)問(wèn)題是生態(tài)可靠、環(huán)保安全、持續(xù)發(fā)展的新方法。

關(guān)鍵詞：土壤板結(jié);極端微生物;極端環(huán)境微生物

中圖分類(lèi)號(hào)：S-1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.11974/nyyjs.20181032008

1? ? ?土壤板結(jié)及原因探究

1.1? ? ?土壤板結(jié)

土壤板結(jié)[1]是由于土壤表層缺乏有機(jī)質(zhì)，結(jié)構(gòu)不良，在灌水或者降雨等外因作用下造成土壤結(jié)構(gòu)破壞、土料分散，而干燥后受內(nèi)聚力作用使土面變硬，不適合農(nóng)作物和花木等生長(zhǎng)的現(xiàn)象。

1.2? ? ?土壤板結(jié)原因

土壤板結(jié)在現(xiàn)階段已有很深入的研究，很多專(zhuān)家與學(xué)者都提出了多種不同的基于各種因素考慮下的土壤板結(jié)的原因，影響比較大，被廣泛接受的主要有以下幾種：農(nóng)田土壤質(zhì)地太粘，耕作層深度不夠;有機(jī)肥嚴(yán)重不足，秸稈還田量過(guò)少;塑料制品投入過(guò)多，處理不及時(shí)不充分;長(zhǎng)期單一地偏施化肥，化學(xué)肥料使用不合理;應(yīng)用大型機(jī)械碾壓、翻耕等農(nóng)耕措施導(dǎo)致上層土壤結(jié)構(gòu)破壞;不合理利用增產(chǎn)措施，有害物質(zhì)的積累;風(fēng)沙、暴雨水土流失;灌溉不合理、漫灌導(dǎo)致地表通氣性下降。

2? ? ?土壤板結(jié)治理研究

2.1? ? ?土壤板結(jié)治理研究現(xiàn)狀

曹玉賢[2]研究表明土壤板結(jié)一般是土壤鹽漬化的伴生結(jié)果，主要是由于人們長(zhǎng)期或單一偏施無(wú)機(jī)肥，不施或少施有機(jī)肥，破壞了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使得土壤容重增加，孔隙度降低，從而土壤水穩(wěn)性結(jié)構(gòu)破壞率提升，土壤微團(tuán)聚體分散系數(shù)升高，以致耕層土壤發(fā)僵，土體粘韌板滑，也就是土壤板結(jié)。土壤板結(jié)不僅影響作物根系的生長(zhǎng)，同時(shí)也改變了土壤中的水、肥、氣、熱環(huán)境，導(dǎo)致肥料-土壤-植物養(yǎng)分系統(tǒng)失衡。

尚平染[3]研究認(rèn)為同一種作物品種在同等氣候、溫濕度、氧氣濃度、水肥施用等條件下，種植在不同的土壤當(dāng)中，其產(chǎn)量、品質(zhì)卻大不相同，究其原因，土壤板結(jié)程度是影響產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)不容忽視的關(guān)鍵因素。

段壽甫[4]認(rèn)為土壤板結(jié)是指土壤表層缺乏有機(jī)質(zhì)，結(jié)構(gòu)不良，在灌水或降雨等外因作用下土壤結(jié)構(gòu)破壞、土料分散，土壤干燥后受內(nèi)聚力作用使土壤變硬。并指出土壤板結(jié)是因?yàn)檗r(nóng)田土壤質(zhì)地太黏，耕作層淺黏土中的黏粒含量較多，加之耕作層平均不到500px，土壤中毛細(xì)管空隙較少，通氣、透水、增溫性較差，下雨或灌水以后，容易堵塞空隙，造成土壤表層結(jié)皮。

近年來(lái)，耕地土壤板結(jié)情況越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致作物產(chǎn)量及品質(zhì)受到嚴(yán)重影響。趙儉波[5]分析了土壤板結(jié)的成因并提出相應(yīng)的解決途徑，以期為建立耕地用地與養(yǎng)地相結(jié)合的良性循環(huán)提供參考。

2.2? ? ?土壤板結(jié)治理方法總結(jié)

不同的專(zhuān)家和學(xué)者因?yàn)椴煌难芯克悸放c方法，也提出了許多可行的方法，大多數(shù)方法在投入使用后也取得了很大程度的良好效果，也有一些辦法效果不明顯，需要進(jìn)一步改善或等其在一定時(shí)效范圍內(nèi)發(fā)生作用，現(xiàn)階段，對(duì)于土壤板結(jié)的治理，主要的方法有以下幾點(diǎn)：深耕與旋耕相結(jié)合;促進(jìn)科學(xué)合理施肥，增施有機(jī)肥;積極推廣作物秸稈還田;使用土壤改良調(diào)節(jié)劑;測(cè)土配方施肥;秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù);棚內(nèi)洗鹽法;合理灌溉，保持水土;曬垡和凍垡;徹底清除農(nóng)田殘膜;調(diào)節(jié)土壤酸堿度。

2.3? ? ?土壤板結(jié)問(wèn)題突出

2016年，李竟涵在農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《2016年全國(guó)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)報(bào)告》之后指出，我國(guó)耕地質(zhì)量呈現(xiàn)三大特點(diǎn)——土壤結(jié)構(gòu)性問(wèn)題比較明顯、土壤養(yǎng)分含量穩(wěn)中有升、土壤健康狀態(tài)總體良好。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)耕地土壤結(jié)構(gòu)性問(wèn)題主要表現(xiàn)為耕層變淺，板結(jié)問(wèn)題較為突出[6]。全國(guó)有65.5%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)耕層厚度較淺，其中上海、江蘇、廣東等省（市）耕層平均厚度低于18cm，而適宜作物生長(zhǎng)的耕層厚度在20cm以上，有的地區(qū)土壤容重以及超出適宜作物生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。總體而言，土壤板結(jié)問(wèn)題全國(guó)性存在，且日漸突出。

3? ? ?極端環(huán)境微生物治理土壤板結(jié)的原理

3.1? ? ?極端微生物與環(huán)境微生物

極端微生物[7]是指能夠在至少一種物理因子接近已知的生命要求極限的生態(tài)環(huán)境中旺盛生長(zhǎng)的微生物。這些影響生命活動(dòng)的物理因子包括溫度、鹽度、pH、壓力、光度、氣候等，極端微生物的發(fā)現(xiàn)沖擊了人們對(duì)于生命的固有理解，并對(duì)很多科學(xué)研究提供了思路。

極端環(huán)境微生物是生存于極端環(huán)境中的微生物的統(tǒng)稱(chēng)，其種類(lèi)包括極端環(huán)境中生存的極端微生物和非極端微生物，極端環(huán)境微生物種類(lèi)龐雜、數(shù)量極大，隨著微生物在生命工程中的應(yīng)用，越來(lái)越多不同領(lǐng)域提出了運(yùn)用微生物方法解決問(wèn)題的方案。極端微生物作為一種生態(tài)安全的生物技術(shù)，因其特殊的生存方式，可控的條件選擇性，對(duì)于土地工程的治理和建設(shè)將起到不可限量的作用。

3.2? ? ?極端環(huán)境微生物的生存特點(diǎn)

極端微生物種類(lèi)龐多，因其適合生存的物理因子不同而有著不同的利用價(jià)值，適合土壤板結(jié)治理的主要由嗜鹽微生物與嗜酸微生物，因?yàn)槠涮赜械拇x類(lèi)型與生存機(jī)制，可以有效解決引起土壤板結(jié)的土壤鹽堿化、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)破壞、土壤有機(jī)質(zhì)不足等問(wèn)題。

3.2.1? ? ?嗜鹽微生物

嗜鹽微生物是指生活在10%～30%（m/v）高鹽濃度環(huán)境中的微生物。根據(jù)微生物最佳生長(zhǎng)時(shí)需要NaCl的濃度，可將微生物分為5類(lèi)：不嗜鹽微生物、耐鹽微生物、輕微嗜鹽微生物、中度嗜鹽微生物、極端嗜鹽微生物。前面兩者屬于不嗜鹽微生物，后面三者屬于嗜鹽微生物，要根據(jù)不同的土地條件進(jìn)行應(yīng)用。

嗜鹽微生物的種類(lèi)很多，各有差異，一些嗜鹽微生物類(lèi)群在缺乏外部電子受體時(shí)轉(zhuǎn)化有機(jī)物獲取能量，古菌域中的鹽桿菌可基本上是以氧為電子受體進(jìn)行有氧呼吸，其中一些種類(lèi)進(jìn)行反硝化作用厭氧生長(zhǎng)，或利用菌視紫紅質(zhì)吸收光能進(jìn)行光氧生長(zhǎng)。這些嗜鹽微生物的這種發(fā)酵代謝的代謝方式可將土壤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)。一些嗜鹽微生物是通過(guò)無(wú)機(jī)化能自養(yǎng)代謝的，將氨氧化為亞硝酸然后再氧化為硝酸，能消耗土壤中的氮，也能改善土壤的pH。

3.2.2? ? ?嗜酸微生物

嗜酸微生物是指需要很低pH條件才能正常生長(zhǎng)的微生物。根據(jù)微生物pH條件的不同，可將微生物分為3類(lèi)：耐酸微生物、嗜酸微生物、極端嗜酸微生物（超嗜酸微生物）。在處理土壤板結(jié)的問(wèn)題上，主要運(yùn)用耐酸微生物。

耐酸微生物是嗜酸微生物中相對(duì)生存環(huán)境比較正常的種類(lèi)，也適應(yīng)于治理土壤板結(jié)問(wèn)題，耐酸微生物（嗜酸硫酸還原菌）能在土壤酸化后的環(huán)境中生存，還可以中和酸性并修復(fù)酸[7]污染。

3.3? ? ?極端環(huán)境微生物治理土壤板結(jié)的原理

3.3.1? ? ?吸K+吐Na+

嗜鹽微生物具有吸K+吐Na+的應(yīng)對(duì)鹽脅迫的機(jī)制，能夠有效吸收土體中的大量鉀離子，上文中提到，土壤中的鉀離子具有非常強(qiáng)的置換性，能置換出形成穩(wěn)定的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)所需的多價(jià)陽(yáng)離子，因?yàn)橐粌r(jià)的鉀離子不具有鍵橋作用，多價(jià)陽(yáng)離子被置換后土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的鍵橋就被破壞，土壤中的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞，就會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)。嗜鹽微生物的吸K+吐Na+機(jī)制剛好完美的解決了這個(gè)問(wèn)題，鉀離子被吸收后，鈉離子又不具有那么強(qiáng)的置換性，土壤中的多價(jià)陽(yáng)離子就能和陰離子形成足夠穩(wěn)定的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，從而根治土壤板結(jié)。

3.3.2? ? ?發(fā)酵代謝

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化肥越來(lái)越得到人們的賞識(shí)，方便見(jiàn)效快還相對(duì)衛(wèi)生，廄肥、積肥就慢慢淡出了的視野，在田間地頭運(yùn)用的越來(lái)越少，秸稈還田因?yàn)槠滢D(zhuǎn)化時(shí)間較長(zhǎng)不利于耕作，也較少被利用，如此，大部分土地的土壤腐殖質(zhì)嚴(yán)重缺乏，土壤微生物活動(dòng)微弱，導(dǎo)致土壤蓄水保水能力差，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量也會(huì)越來(lái)越少。引入嗜鹽微生物后，因其發(fā)酵代謝時(shí)能分解有機(jī)質(zhì)形成腐殖質(zhì)，可使得土壤中的有機(jī)物被保留下來(lái)，微生物的活動(dòng)也有利于土壤疏松通氣。

3.3.3? ? ?自養(yǎng)代謝

在土壤中，微生物的氮素供應(yīng)每增加1，相應(yīng)消耗的碳素就增加25，而被消耗的碳素都來(lái)源于土壤中的有機(jī)質(zhì)，嗜鹽微生物特有的自養(yǎng)代謝，可以氧化土壤中的氨，先轉(zhuǎn)化為亞硝酸，再氧化為硝酸，從而阻止碳元素的消耗，確保土壤中的機(jī)質(zhì)含量在一定的范圍內(nèi)。

3.3.4? ? ?中和酸性

在土壤中本來(lái)就存在著大量的微生物，它們也可以完成對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解，形成腐殖質(zhì)，但是由于土地中化肥的不合理使用，導(dǎo)致土壤鹽堿化、酸堿化，使得很多微生物無(wú)法生存，因此引入嗜鹽微生物與嗜酸微生物，這些極端環(huán)境微生物可以在多鹽和酸化的土壤中生存，完成土地疏松通氣，更重要的是其中的耐酸微生物（嗜酸硫酸還原菌）還可以中和酸性并修復(fù)酸污染。耐酸微生物可以中和酸性，使土地恢復(fù)正常，這是一種標(biāo)本兼治的方法。

3.3.5? ? ?死亡形成有機(jī)質(zhì)

極端環(huán)境微生物的生存條件各不相同，其中大多數(shù)都是在特定環(huán)境中具有較好的活性，而在其他環(huán)境中活性降低甚至失活，因此，嗜鹽微生物和嗜酸微生物在改善土壤條件后，生存環(huán)境變化，尤其是嗜酸微生物在酸性中和后會(huì)失去活性，而這些微生物死亡后，尸體會(huì)形成新的有機(jī)質(zhì)，為土壤提供新的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

4? ? ?展望

近年來(lái)，微生物在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用逐漸廣泛，不僅是因?yàn)槠湫Ч@著、方便操作，更因?yàn)槠渖鷳B(tài)安全、可持續(xù)發(fā)展。隨著國(guó)家對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)要求的逐漸規(guī)范，擬解決的農(nóng)田問(wèn)題關(guān)鍵因子越發(fā)明顯，非生物方法必將帶來(lái)不同程度的土壤環(huán)境污染或?yàn)?zāi)害，而普通的生物方法又具有太多的局限性，適用性不夠廣泛，極端環(huán)境微生物的應(yīng)用將會(huì)解決這些長(zhǎng)期以來(lái)想解決卻又沒(méi)能解決的問(wèn)題，以其生存能力強(qiáng)、適用范圍廣、環(huán)保生態(tài)的優(yōu)勢(shì)，為國(guó)家高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的全面優(yōu)質(zhì)建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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