打開土壤“黑匣子”垣曲土壤改良技術的應用與研究

文|唐清池 張慧 山西博亞方舟生物科技有限公司 梁淑娟 山西省運城市垣曲縣科技局編輯|周蓉

打開土壤“黑匣子”垣曲土壤改良技術的應用與研究

文|唐清池 張慧 山西博亞方舟生物科技有限公司 梁淑娟 山西省運城市垣曲縣科技局編輯|周蓉

編者按：近日，國務院印發《土壤污染防治行動計劃》（“土十條”）。據此，環保部有關負責人表示，到2020年，預計可帶動環保產業新增產值約4500億元。“土十條”明確提出了“推動治理與修復產業發展”，那么在一哄而上的“冒進”情緒中，冷靜看看現實實踐顯得愈發重要。

目前壤有，修了國復諸內和多外改探在良討土的，壤微但深生是耕物國技技內術術關、方于土面生物和土壤修復的研究，特別是生物-理化聯合修復技術的研究相對較少，缺乏生物組合與空間配置技術及其關鍵技術體系。在這種背景下，“垣曲土壤改良技術的應用與研究”在結合國內外先進技術、探討國內土壤改良現狀的基礎上，總結了土壤生物、物理、化學和工程改良技術取得的進展及存在的問題，展望了未來土壤改良技術發展方向。

微生物，土壤中的小超人

土壤微生物能夠合成土壤腐殖質，增加土壤有機物質，促進營養物質的轉化，同時土壤中真菌菌絲的積累，能使土壤的物理結構得到改善。目前主要推廣EM利用技術。EM是將經過仔細篩選出的好氧性和厭氧性微生物加以混合，采用獨特的工藝，發酵而制成的微生物活菌制劑。EM在土壤中能夠加速土壤有機物分解，促進土壤團粒化，提高土壤肥力，使有效養分含量明顯增加，大大節約肥料，控制有害微生物，減少病蟲害。

土壤微生物改良劑主要從合成土壤腐殖質，增加土壤有機物質，促進營養物質的轉化等幾方面發揮作用，主要以菌肥的形式加以應用。由于大量的施用化肥可能導致土壤地力退化、植物品質降低，主要利用微生物自身的生長、繁殖、侵染過程而改善植物生長根際環境的菌肥在近十幾年來發展較快，已成為繼有機肥和無機肥之后的國內外第三大肥料。

生物菌肥的種類比較廣泛，近些年比較新穎的生物菌肥主要是VA（Vesicalar-Arbuscular，即泡囊-叢枝菌根）菌根，是土壤共生真菌中分布最廣泛的一類。

當前國內外土壤改良方面的發明專利共有3828項，主要集中于土壤改良劑的制備方法、加工工藝以及應用等方面，一共有2234項。另外還有土壤改良劑的生產裝置和撒播裝置23項，土壤保水劑、保肥劑和保墑劑等專利500多項，土壤堆肥相關專利100多項，微生物復合菌肥200多項。

垣曲土壤改良實踐

垣曲縣地處山西省南端，北依太行，隔黃河與河南省澠池、新安縣相望。垣曲蒲掌鄉多丘陵山地。從2011年開始，該鄉在省市縣有關部門的關心支持下，投資1.2億元，將1.2萬畝荒坡改造成梯田，同時整修了道路，配套了部分基本農田水利設施，基本具備農業耕作的條件。

重建土壤微生態新平衡

要對坡改梯田塊進行快速土壤修復，建立穩定的土壤質地，構建穩固的土壤結構和微生態平衡。從土壤普查入手，通過取土化驗，明確影響土壤肥力恢復的制約因素，通過配方施肥技術，利用有機肥、復混肥料、腐殖酸、微生物肥料等協調作用，快速構建土壤養分體系，保證農作物正常生長發育所需要的養分，實現作物增產增收。

該研究的主要技術是重新建立坡改梯土壤中新的穩定的微生態平衡。既要保證土壤中土著微生物的種類和數量，還要保證發酵型微生物的種類和密度，同時還要和該區域大的生態系統結合起來，避免造成由于一種或一類微生物的不科學的施入，造成原有土著微生物種群的變化，進而產生不可預知的生物入侵等生態問題。

通過優先篩選該區域內的土著優勢微生物種群，通過人工培養的方式擴繁增殖，結合有機、無機載體，以微生物肥料的方式重新投入坡改梯田塊土壤中，構建穩定可靠的土壤微生態平衡。同時，通過測土配方施肥技術，結合所種植農作物的種類和產量水平，科學配方，合理施肥，結合節水灌溉技術，沉降土層，恢復土壤理化性狀和團粒結構，做到作物“吃飽吃好而不浪費”，同時，依靠農作物根系快速恢復地力，實現坡改梯土壤快速修復成良田。

將不同菌株進行反復篩選組配，保證微生物菌株之間無明顯的拮抗現象，還原蒲掌鄉原產地土壤土著微生物為主導的主體功能微生物群。為保證微生物菌種的質量，進行了多品種、多組合的研究，經分離純化、篩選出效價高的多種不同功能的菌種，并進行堆肥發酵試驗，取樣檢測發酵底物的有效養分、有機質、水分、重金屬含量與原始數據進行比對，將作用效果最佳的一組配伍作為農作物的生物肥。

創新點在于從坡改梯的土壤類型入手，通過對土壤的物理肥力、化學肥力和生物肥力進行系統分析，找出影響和制約土壤生產能力的因素，通過系統配方施肥技術，快速恢復土壤的保水、保肥、保溫、通氣性，尤其要恢復土壤中微生物活性，建立并維持良好的土壤質地和微生態平衡，為農作物生產提供良好的土壤條件。

通過對原生地土壤中細菌、放線菌和真菌的種類和數量分析，建立微生物間G+/G-的標準，以此判斷土壤修復的成果。

“生態種植”成良性循環

窗墻面積比是指窗戶洞口總面積與同朝向建筑立面面積的比值。對于門窗，首先應符合功能要求，如充足的光線可避免白天燈光的使用，減少電能的損耗，同時也要滿足通風的要求；要使用保溫、隔聲，氣密性等級、水密性能好的符合國家標準的中空保溫玻璃，可以積極使用推廣一些先進的材料，如現在示范性項目中用的Low-E玻璃等，以達到節能的目的。

大肥大水的栽培模式，不僅使食物失去了真味，也使土壤中的小生靈們失去蹤跡了，土壤正迅速板結和日漸貧瘠，莊稼疾病百出，艱難生長，瓜果蔬菜有殘留毒害，人、禽、畜們每天都在“服毒解饑”。

在這種形勢下，一種新的種植方式，即“生態種植”便應運而生。“生態種植”的具體做法是在田野里使用微生物技術和輪作制，即豆類、糧食、苜蓿（一種綠肥植物）、根莖植物不斷輪種，均衡利用土壤營養元素，提高肥效。待農作物收獲之后，再把其根莖和麥稈搗碎，噴灑上益生菌原液后埋入地下，使地表下形成一層肥沃的天然腐殖質，同時又能促使有機物的轉化，保持水土不致流失。為了杜絕傳染病的侵害，“生態種植”連人、畜的糞便不經微生物發酵都不予使用。

此外“生態種植”還帶來了一系列良性循環。由于不使用農藥、化肥，使田地園林免受污染，生態環境得到大大的改善，從而在自然界形成健康的食物鏈，使各種野生動植物都能得到自然生長和繁衍，通過“以菌治菌”、“以菌治蟲”來減少病蟲害。最終既提高農作物的產量，又提高了它的質量，在市場上賣出了高價錢，給農民帶來了莫大的好處。

通過坡改梯土壤改良后，土壤的主要技術指標是：有機質＞0.8%，pH值6.5～8.0，全氮＞1.0克/千克，堿解氮大于30毫克/千克，有效磷＞5毫克，速效鉀＞100毫克/千克。細菌總數＞5000萬個/克，放線菌總數＞2000萬個/克，真菌總數＞500萬個/克。農作物種植產量在投入相當的情況下，同比坡改梯之前增產5%～15%，品質改善。

通過項目實施，對1.2萬畝坡改梯土壤進行快速修復，變成良田，實現農作物中產田標準。按玉米面積3000畝，谷子面積1000畝，煙草面積2000畝，蔬菜面積2000畝，其他4000畝計，增產率5%～15%，預計增產糧食30萬千克、煙草6萬千克、蔬菜100萬千克，其他作物100萬千克，增加農業收入800多萬元。

垣曲土壤改良的博亞方舟技術實踐

土壤污染的微生物修復技術，就是利用微生物在污染的脅迫下，能夠從體內分泌出某種具有絡合或分解轉化污染物能力的有機物質，使污染物的移動性降低或極性改變，從而不容易進入生物體內；或者，使污染物在微生物分泌的胞外酶的作用下，在體外被分解轉化為無毒無害的物質。此國家發明專利可增加土壤中抗性微生物的數量，因此可以降低污染程度，還可以提高土壤的肥力，這是一項既經濟又實效的技術。此技術可活化土著微生物分解能力和利用土著微生物代謝能力達到修復土壤的目的，同時添加具有高速分解難降解化合物能力的特定微生物（群）的方法達到修復土壤的目的。

在垣曲使用的博亞方舟生物科技有限公司國家發明專利主要是由乳酸菌、酵母菌、光合細菌、放線菌、磷細菌、鉀細菌、固氮細菌、硝化細菌和纖維素降解細菌等構成，進行土壤修復。微生物土壤改良技術，是將有機肥與促使土壤養分快速釋放的微生物群體混合物施于土壤中。微生物在土壤中可快速、高效地分解有機質并且加速自身的生長與繁殖，將空氣中的分子態氮固定并轉化為植物可以吸收的氨態氮，同時將土壤中不溶的P、K分解為可溶性的元素，從而易于為植物吸收利用，以此來改良土壤。此外，在作物收獲后，直接將有效微生物群體噴施在殘茬上，可使地表上下的殘茬迅速分解，以達到增加土壤肥力、改良土壤結構、充分保持和利用土壤水分的目的。在實際工作中，已經將該技術商業化，制成微生物土壤改良劑、微生物肥或土壤微生物增肥劑等。

此法是利用微生物的接種優勢，對復墾區土壤進行綜合治理與改良的一項生物技術措施。通過向新建植的植物接種微生物，在改善植物營養條件、促進植物生長發育的同時，利用植物根際微生物的生命活動，使失去微生物活性的復墾區土壤重新建立和恢復土壤微生物體系，增加土壤生物活性，加速復墾地土壤的基質改良，加速自然土壤向農業土壤的轉化過程，使生土加速熟化，提高土壤肥力，從而縮短復墾周期。微生物可改變土壤酸堿性，它是借助能在極端環境條件下生長的微生物類群，利用其能改變環境條件的pH特性的代謝產物來改良土壤酸堿性，這是土壤改良的重要方面。

此技術特點是：用微生物對土壤污染物的降解與轉化機理，達到環境保護與治理措施，提高元素的轉化率，降解有毒、有害物質，以促進營養物質更易被生物所吸收，從而提高農產品質量和土壤環境質量。

生物技術在玉米、核桃、蘋果、桃、煙葉、紅薯、谷子、蔬菜等多種作物上實驗應用，均取得了良好效果。比如華豐馬村安新社的蘋果，今年在地頭以2.1 元/斤的價格批發給廣東果商，蘋果在廣東市場一搶而光。另一邊，使用傳統技術種植的華豐蘋果卻出現了滯銷現象。如今，垣曲縣客都和今美超市最貴的蘋果都是土壤改良示范園生產的4.18元，其他的蘋果有一塊七八的和兩塊七八的，同樣，垣曲縣古城鄉的桃、西瓜，英言示范園的核桃、毛家的小米等都達到了有質有價的狀態。

以益生菌原液與傳統農藥、化肥制劑對比有本質性區別；無毒、無副作用、不產生抗藥性，是天然的微生物菌劑。益生菌原液能有效改善土壤的酸、堿、黏、沙、易澇、易旱等不良性質，保水透氣；能活化土壤中磷、鉀，固氮，有效消除土壤板結，釋放土壤肥力，提高肥料利用率，為農作物營造出良好的微生態生長環境；能提高種子發芽率及幼苗的健壯度，促進農作物在各時期的生長發育、保花保果、提高結實率；能預防連種帶來的影響，減少農作物病、蟲、害的發生；能有效降解各種有害殘留，減少種植戶對化肥、消毒劑、殺蟲劑的依賴；能顯著改善農作物品質，增產增收。

各種新技術的不斷完善與發展，特別是分子生物技術的發展使我們逐漸打開了土壤這個“黑匣子”。利用這些新技術可以對土壤微生物多樣性進行分析，詳細了解其群落結構及其功能，并通過各種管理措施調整土壤微生物的種類組成及數量，促進有益微生物數量的增長，抑制有害微生物的發展，提高土壤肥力，克服各種土壤障礙因子，提高農田生態系統的輸出量。

在我國耕地質量下滑、農產品質量安全不保的現實下，對過去幾十年農業生產盲目使用化肥農藥進行反思，無論從精準施肥的角度進行緩控釋肥技術的研發，還是從傳統種植中吸取智慧利用現代科技進行有機種植，都是對當下問題切實可行的解決方案。至于哪條道路將走得更遠，更能保障糧食安全，更能保證產品質量，尚需漫長的論證和等待。