活性微藻生物肥技術(shù)對鹽堿土壤的改良

林衛(wèi)紅 張英奇

一、微藻生物技術(shù)

（一）微藻簡介

微藻是指在顯微鏡下才能辨別其形態(tài)的微小藻類群體，是地球高等植物的共同原始祖先，它包括水生微藻、陸生微藻和氣生微藻。微藻是地球上比表面積最大的物種，通過光合作用為自己和其他生物制造食物，提供能量，吸收二氧化碳，釋放氧氣，是地球碳氧循環(huán)的重要媒介，是地球生態(tài)系統(tǒng)中近90%氧氣的制造者。

微藻在生物柴油、保健品、食品、醫(yī)藥、飼料、精細化工等領域有廣泛應用，近年來研究發(fā)現(xiàn)，微藻在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有巨大的應用潛力。

（二）微藻土壤改良技術(shù)

該技術(shù)的核心是活性微藻土壤改良劑，它是以活體固氮藍藻、光和營養(yǎng)綠藻等多種特定微藻和營養(yǎng)物質(zhì)復合而成的一種無添加、純天然、安全可靠的活體微藻藻種液體。這種土壤改良劑具有中和土壤pH 值、放氧、固碳、固氮、溶磷、解鉀等作用，增加土壤有機質(zhì)含量；能促進土壤有益微生物生長，改善土壤微環(huán)境，改良土壤結(jié)構(gòu)；能分泌植物生長素，提高植物抗逆性；可廣泛用于鹽堿性土壤、酸性土壤、砂性土壤，起到增加土壤團粒結(jié)構(gòu)、提高土壤腐殖層、降低土壤容重的作用。

（三）微藻土壤改良作用機理

活性微藻土壤改良劑以其活體微藻細胞放氧，降低電導率和可交換性鈉，加大水力傳導率及土壤孔隙度，提高總有機碳，增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，以達到增加腐殖層的效果，使土壤更肥沃，并以其次生代謝產(chǎn)物對微生物和植物的作用，增加土壤有益微生物的繁殖，改善土壤生態(tài)環(huán)境。

1.固氮藍藻的細胞結(jié)構(gòu)和功能

固氮藍藻屬于原核微生物，具有革蘭氏陰性細菌的結(jié)構(gòu)，但是卻有與真核藻類和高級植物相似的自養(yǎng)型光合系統(tǒng)。它主要具有如下的結(jié)構(gòu)和功能：

（1）具有原核微生物的典型細胞結(jié)構(gòu)，細胞內(nèi)含有核酸成分，但無細胞核的完整結(jié)構(gòu)，細胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，具有調(diào)節(jié)pH值的作用。

（2）屬于革蘭氏染色陰性，細胞壁帶有大量的負電荷，因而可以吸附Na+。

（3）細胞中含有葉綠素a，進行產(chǎn)氧型光合作用。營養(yǎng)極為簡單，不需要維生素，以硝酸鹽或氨作為氮源，其異形細胞是進行固氮的場所，因而固氮藍藻細胞能在完全不含氮化物的環(huán)境中依靠光合作用和固氮而獨立生存。這對于提高鹽堿土的氮含量，改善土質(zhì)具有重要的意義。

（4）細胞分泌的胞外多糖，除含有中性單糖外，還含有硫酸基團、己糖醛酸或氨基己糖，有些還含有甲基化的己糖或戊糖。多糖為多聚陰離子大分子，含有多種功能基團，如羧基、羥基、羰基、硫酸基等均可與陽離子作用，它對Na+的吸附能影響外環(huán)境pH 值改變。此外，多糖具有保持水分、降低蒸發(fā)的作用，因此能夠抵抗強干旱環(huán)境。

2.固氮藍藻細胞對鹽堿土作用的機理

固氮藍藻對鹽堿土的作用機理：①調(diào)節(jié)滲透壓；②Na+/H+和Na+/H+-K+反向載體系統(tǒng)；③結(jié)合氮的存在加強耐鹽性；④調(diào)節(jié)pH值。

（1）調(diào)節(jié)滲透壓

藍藻為了適應鹽脅迫的環(huán)境，主要是通過在細胞內(nèi)積累無機離子（K+）或有機溶質(zhì)進行滲透壓調(diào)節(jié)。

（2）Na+/H+和Na+/H+-K+反向載體系統(tǒng)

反向載體系統(tǒng)是指物質(zhì)跨膜運動的方向與離子轉(zhuǎn)移的方向相反。主要作用是促使Na+流出，減少累積，以增加固氮藍藻對于鹽分環(huán)境的耐受性，同時不斷將胞外H+攝入胞內(nèi)，以調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的pH值的平衡。

（3）結(jié)合N的存在加強耐鹽性

上述兩種途徑都可以減少Na+的流入以提高固氮藍藻耐鹽性，但是固氮藍藻Na+傳輸能力的調(diào)節(jié)還可以通過環(huán)境因素，尤其是結(jié)合氮得到改善，具有這種功能的氮化物主要包括：硝酸鹽、銨鹽、谷氨酰胺、谷氨酸鹽和天冬氨酸等。在鹽脅迫的情況下，上述氮化物可以阻止過多Na+的積累，從而提高固氮藍藻的耐鹽性。

（4）調(diào)節(jié)pH值

固氮藍藻細胞是嗜鹽堿微生物或耐鹽堿微生物。在鹽脅迫情況下， 固氮藍藻細胞壁具有的酸性化合物所帶的負電荷可以降低細胞表面的pH值，進而維持細胞內(nèi)pH值的平衡。

二、微藻細胞分泌的EPS

活性微藻細胞在自身生命代謝活動中會產(chǎn)生大量的次生代謝產(chǎn)物，如：某些堿基是核酸（遺傳物質(zhì)RNA 和DNA 的總稱）的重要成分，生長素（吲哚乙酸）與赤霉素等植物內(nèi)源激素參與生命活動的調(diào)節(jié)，類胡蘿卜素等萜類物質(zhì)作為光合色素參與光合作用過程，生物堿、酚類衍生物、類黃酮類化合物、有機酸、萜類和甾類等化感物質(zhì)在參與植物防御過程的同時，重點形成了富含有機質(zhì)的團粒結(jié)構(gòu)土壤。

（一）微藻細胞改善土壤結(jié)構(gòu)

荒地土壤和干燥的沙漠土壤中的腐殖質(zhì)多來自土壤藻類，它們的生長和代謝能導致土壤中礦物成分的改變。活體微藻在土壤中不斷地釋放氧氣。無論土壤原來是什么樣的結(jié)構(gòu)，微藻都要進行切割、分離、重構(gòu)，從而為自己營造生存空間。微藻細胞通過自身的生命活動放氧及代謝產(chǎn)物-胞外多糖，促使土壤微粒相互黏結(jié)，改善土壤結(jié)構(gòu)，使耕作層不斷加深，且通氣、保水能力明顯增強。這種結(jié)構(gòu)恰恰就是農(nóng)作物生產(chǎn)的最佳土壤結(jié)構(gòu)。

（二）微藻細胞使土壤更健康營養(yǎng)

微藻細胞持續(xù)向土壤注入、積累生物態(tài)氮和有機質(zhì)，土壤肥力得以持續(xù)增加。巨量的活性微藻細胞群體在土壤中生存、活動，提高土壤溫度，同時提高北方植物自身的抗性，使用微藻細胞的農(nóng)作物比沒使用微藻細胞的更耐寒。