海洋科学  2025, Vol. 49 Issue (4): 95-105   PDF    
http://dx.doi.org/10.11759/hykx20241122001

文章信息

林丛, 陈晓琳, 战将, 刘娟, 刘松. 2025.
LIN Cong, CHEN Xiaolin, ZHAN Jiang, LIU Juan, LIU Song. 2025.
微生物菌剂在盐碱土壤修复中的应用进展
Study on the role of microbial agents in saline soil remediation
海洋科学, 49(4): 95-105
Marine Sciences, 49(4): 95-105.
http://dx.doi.org/10.11759/hykx20241122001

文章历史

收稿日期:2024-11-22
修回日期:2025-02-17
微生物菌剂在盐碱土壤修复中的应用进展
林丛1,3, 陈晓琳1,2, 战将1, 刘娟1,3, 刘松1,2     
1. 中国科学院海洋研究所 实验海洋生物学重点实验室, 山东 青岛 266071;
2. 青岛海洋科学技术中心 海洋药物与生物制品功能实验室, 山东 青岛 266237;
3. 中国科学院大学, 北京 100049
摘要:盐碱地面积的持续扩大对农业生产和粮食安全构成了严峻挑战, 滨海盐碱地作为中国盐碱地的重要组成部分, 在沿海经济发达、耕地资源紧张的背景下, 显得尤为宝贵。盐碱土壤中较高的盐分含量不仅会破坏土壤的理化性质和生物特性, 还会对农作物的种植产生不利影响, 进而降低土壤肥力和作物生长潜力。目前, 针对盐碱土壤的修复, 普遍采用多种改良技术相结合的策略。以微生物修复为基础, 辅以微生物菌剂以及土壤改良剂的综合修复方案, 已成为效果最为显著、应用范围最广且更加环保的盐碱地修复手段。本文梳理了微生物菌剂与生物炭、有机肥、脱硫石膏、腐殖酸、海藻提取物以及微纳米气泡等土壤改良剂的配施研究, 这些研究成果对于推动盐碱地尤其是滨海盐碱地的改良和农业可持续发展具有极其重要的意义。
关键词滨海盐碱地    微生物菌剂    微生物修复    盐碱土壤    土壤修复    海藻提取物    
Study on the role of microbial agents in saline soil remediation
LIN Cong1,3, CHEN Xiaolin1,2, ZHAN Jiang1, LIU Juan1,3, LIU Song1,2     
1. CAS and Shandong Province Key Laboratory of Experimental Marine Biology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China;
2. Laboratory for Marine Drugs and Bioproducts, Qingdao Marine Science and Technology Center, Qingdao 266237, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: The continuous expansion of saline soils poses a serious challenge to agricultural production and food security. As an important part of China's saline soils, coastal saline–alkali land are particularly valuable in a developed coastal economy and tight arable land resource context. The higher salt content in saline soils not only destroys the physicochemical properties and biological characteristics of the soil but also adversely affects crop cultivation, which in turn reduces soil fertility and crop growth potential. At present, saline soil rehabilitation generally adopts the strategy of combining various improvement technologies. The comprehensive restoration program based on microbial restoration, supplemented by microbial agents and soil conditioners, has become the most effective, widely used, and more environmentally friendly means of saline soil restoration. Therefore, this study reviewed the research on the application of microbial agents with soil conditioners, such as biochar, organic fertilizers, desulfurization gypsum, humic acid, algae extract, and micro/nanobubbles, which are crucial for the improvement of saline–alkaline land, especially coastal saline–alkaline land, and the sustainable development of agriculture.
Key words: coastal saline–alkali land    microbial agent    microbial remediation    saline–alkali soil    soil remediation    algae extract    

耕地和粮食安全在国民经济发展中具有重要的战略意义, 而耕地质量是农业综合生产能力的重要指标之一[1]。中国人多地少、土壤盐碱化、养分非均衡化、沙漠化、污染化等问题日益突出。其中, 盐碱地退化的速度逐年增加, 面积也在迅速扩大, 给农业生产和粮食安全带来巨大压力[2-3]。在经济发达、城市化水平高、人口密度大、耕地质量恶化、建设用地日益紧缺的沿海地区, 滨海盐碱地是非常可贵的可再利用资源[4]。土壤盐碱化是由易溶盐引起的, 这些盐含有氯离子、硫酸根、碳酸根和硝酸根等阴离子, 以及钠和钾阳离子[5]。较高的含盐量会对土壤理化性质和生物特性以及农作物的新陈代谢造成危害, 影响土壤的肥力和植物的正常生长, 对土壤微生物和土壤栖息生物的丰度和分布也会产生负面影响[6]。若当前的盐碱化状况持续下去, 预计到2050年, 全球耕地的盐碱化程度将由20%上升到约30%[5]。因此, 对盐碱地进行治理, 提高中轻度盐碱地上农作物的产量和质量, 开发重度盐碱地是缓解耕地紧张问题、保证农业可持续发展的重要途径之一[7]

目前, 修复盐碱地的方法主要包括物理改良、化学改良、生物改良等。物理改良方法自古以来就有, 主要包括平整土地、深耕晒垡、抬高地势、微区改土、灌溉洗盐等方法[8]。物理修复所采用的措施在应用中存在消耗水资源过多, 土壤养分流失, 养护工作量较大、运行维护费用较高等问题[6, 9]。化学改良是指通过增施化学改良剂和有机质等方式对土壤中的盐碱成分进行转化、吸附或固定, 从而达到降低土壤盐碱含量和改良土壤的目的[10]。其改良效果受到土壤深度的影响, 在应用过程中存在造成土壤二次污染的风险, 而且不能长期有效地改良盐碱地[11]。生物改良方法有种植耐盐作物、移除根系部分盐分或改变土壤微生物群落多样性等, 使盐碱地具有生态平衡性和长期稳定性[12]。生物修复一般要经过漫长的时间方可见效果且往往受到环境条件的限制[13-14]。而利用微生物修复为基础添加微生物菌剂及其他无机或有机改良剂共同修复盐碱地土壤是目前修复方式中效果最好、效率最高、应用最多的盐碱地土壤改良方法[15]。本文综述了微生物菌剂在改良盐碱土壤方面的作用研究及相关机制。

1 微生物菌剂修复盐碱地的方法

微生物菌剂, 也称为微生物接种剂, 被定义为含有一系列活的微生物及其产物的生物肥料, 从细菌、真菌、放线菌和藻类中分离出具有特定功能的有益细菌, 通过工业化生产扩繁目标微生物(有效菌), 并利用多孔物质作为吸附剂, 吸附菌体的发酵液加工而成[16]。主要以细菌和真菌为基础的微生物接种剂被施用到土壤中, 作为传统无机肥料(生物肥料)的替代品, 或发挥特定功能, 这种菌剂具有直接或间接改良土壤、恢复地力、预防土传病害、维持根际微生物区系平衡和降解有毒害物质等多种作用[17]。固氮菌、磷细菌、钾细菌、菌根菌、光合细菌等都是盐碱土改良利用的重要功能菌[18]。研究表明微生物复合菌剂比单一菌剂更能够在土壤中高效、长期稳定发挥作用促进作物生长, 是微生物菌剂发展的趋势[19-20]

表 1 受土壤盐化影响的主要国家[6] Tab. 1 Major countries affected by soil salinization[6]
国家 受盐影响的区域
中国 灌溉面积的15%
澳大利亚 农业总土地的32.89%
俄罗斯 灌溉土地的21%
埃及 灌溉面积的33%
印度 20%的灌溉农业土地正在转变为盐碱区域
美国 灌溉土地的23%
泰国 灌溉面积的10%
巴基斯坦 灌溉土地的25%
埃及 灌溉面积的33%
伊朗 灌溉土地的29%
叙利亚 总面积的40%

诸多研究表明, 微生物菌剂可以降低土壤盐度和pH, 提高土壤养分含量和作物产量[21]。Gao等[22]的研究结果显示, 微生物菌剂可以显著降低盐碱地pH与盐分, 提升玉米产量。Xu等[23]的研究结果表明, 微生物菌剂处理显著提高了盐碱地花生的全果率、出仁率、百果重、百仁重和产量, 对盐碱地花生生长有良好的促进作用, 是盐碱地花生增产增收的有效途径。此外, 微生物菌剂还可以改善菌群结构。Wang等[24]的研究结果表明, 施用微生物菌剂还可以提高盐碱土壤中蛋白细菌和类杆菌的相对丰度。

施用微生物菌剂能改善土壤条件, 降低土壤含盐量, 缓解土壤次生盐碱化状况。土壤中硝酸盐含量的上升会导致土壤次生盐碱化, 应用硝化细菌去除土壤中的硝酸盐是次生盐渍化土壤生物修复的有效途径之一[25]。You等[26]以巨大芽孢杆菌NCT-2为微生物菌剂, 通过生物增殖去除硝酸盐, 在不同程度的次生盐渍化土壤中, NCT-2菌剂显著增加了亚硝酸盐还原酶基因、谷氨酰胺还原酶基因和硝酸盐还原酶基因, 表明NCT-2菌剂能促进次生盐渍化土壤中硝酸盐的同化和氨的异化作用及还原作用, 降低次生盐渍化土壤中过高的硝酸盐含量。

微生物菌剂包含的微生物可以与植物根系相互作用, 调节植物生长, 增强植物对生物和非生物胁迫的抵抗力, 从而提高农作物的品质和产量, 减少化肥的使用量, 降低成本[16]。近年来, 由于高强度种植和土壤状况的恶化, 微生物菌剂的市场需求量不断增长, 已成为农业发展的重要方向。但单一微生物菌剂应用进行盐碱土壤改良, 修复周期较长, 无法达到理想的改良效果[27]。目前, 利用微生物菌剂与其改良剂如生物炭、腐殖酸、海藻提取物等配合施用, 能够进一步提高盐碱土壤改良效果, 并提高作物耐盐性和产量[28]

2 微生物菌剂与其他改良剂配施修复盐碱土壤研究 2.1 微生物菌剂与生物炭配施修复盐碱土壤

生物炭具有良好的吸附效果, 可为微生物提供栖息地, 发达的孔隙结构为微生物提供了降低风险的天然场所, 生物炭固定化微生物可提高微生物丰度、重复利用率、微生物代谢能力等, 因此被认为是微生物固定化的高效载体, 可接种特定的微生物以修复土壤[29-31]。生物炭中大量的活性羟基、羧基、磺酸基、氨基、亚氨基和酰氨基羟基和羧基官能团可以促进微生物细胞黏附和增殖, 通过吸附、静电相互作用、离子网格形成和共价结合附着在表面和孔上固定微生物[32]。营养物存在于生物炭中并被生物炭吸附, 可用于支持微生物生长[33]

土壤微生物数量的变化能够敏感反映出土壤环境的变化[34]。在土壤中施用生物炭可以改变微生物的栖息地, 提高土壤微生物的生物量, 直接或间接地影响微生物的代谢活动, 并从多样性和丰度方面改变土壤微生物群落, 有效缓解盐碱胁迫对土壤微生物种群的影响[35-37]。生物炭的施用改变了微生物群落的代谢模式, 加速了微生物对氨基酸、羧酸、聚合物和其他植物化学物质的利用。对棉花幼苗进行实验发现, 生物炭的添加促进了变形杆菌、类杆菌、酸性杆菌和放线菌等主要耐盐细菌的生长和新陈代谢。通过增强微生物与代谢物之间的正相关性, 生物炭减轻了盐离子对微生物的抑制作用[38]。在微生物修复盐碱地的过程中, 可向土壤中添加功能菌(FB), 由于本地菌的特异性竞争, 功能菌的功能会被削弱[39]。补充生物炭可以显著提高土壤中的微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)[40]。将功能菌与生物炭联合作用, 生物炭的添加提供了一个特定的生态位, 并增加了功能菌的相对丰度, 共同添加使土壤总碳(TC)、全氮(TN), 土壤中的可利用磷(AP)、可利用氮(AN)和可利用钾(AK)显著增加[39, 41]。此外, 生物炭材料还调解了水溶性P和K的变化程度, 增加了土壤颗粒对土壤溶液中可溶性P和K的吸收, 显著提高了土壤C/N值[42]。施用生物炭将通过提高微生物活性和利用不同类别的碳源(聚合物、羧酸等)来影响碳和氮的生物地球化学循环[43]

此外, 研究发现, 生物炭的改性方法对微生物改良土壤效果有一定的影响。生物炭改性方法主要有物理改性和化学改性法, 不同原料制备的生物炭对化学特性的影响各不相同。物理改性法主要是利用高温煅烧使生物炭孔隙结构发生改变, 在较高的热解温度(> 500 ℃)下制备的生物炭对体积密度和孔隙率的改善程度更大, 用较低的热解温度(< 500 ℃)制备的生物炭对微生物多样性(细菌和真菌)的影响更大[44]。通过化学改性可以制备酸改性生物炭(ABC), 土壤中施用ABC可以通过酸碱中和降低土壤碱度, 并通过增加养分(C、N、P)提高土壤肥力, 为土壤微生物提供更适宜的环境, 改变土壤微生物的数量和多样性[45]。Xu等[46]的盆栽实验也表明, 酸改性生物炭对草莓生长的促进作用显著, 添加酸性生物炭还能显著改善微生物群落结构, 增加与土壤养分循环相关的细菌的含量。

表 2 文献报道的生物炭对盐碱土的改良效果 Tab. 2 Improvement effect of biochar on saline–alkali soil reported in the literature
生物炭原料 热解温度 土壤类型 改良效果
小麦秸秆 350~550 ℃ 江苏的滨海盐碱地 降低土壤全盐和容重, 增加土壤有机质、水稳性团聚体平均重量直径和大团聚体含量[47]
小麦秸秆 350~550 ℃ 江苏的海涂围垦区盐碱土 显著增加了土壤有机质、提高土壤导水率和含水量来降低渗透胁迫、降低植物钠离子浓度和盐离子毒害[48]
棉花秸秆 650 ℃ 黄河三角洲的莱州沿海平原砂壤土 生物炭普遍提高氨氧化细菌的丰度并改变其组成; 生物炭的施用量越大, 氨氧化细菌的丰度越高[49]
玉米秸秆 450 ℃ 河北唐山的滨海盐碱地 土壤容重、田间持水量、总孔隙度和毛管孔隙度、有机碳含量明显改善[50]
水稻秸秆 400 ℃ 山东东营的滨海盐碱地 生物炭处理显著促进藜麦植株的生长发育, 增加叶片的光合面积, 促进穗部发育, 提高藜麦种子的饱满度及单株产量[51]
水稻秸秆 500 ℃ 新疆阿拉尔地区的盐碱土 生物炭缓解了盐胁迫引起的植物生长下降, 改变了盐碱土的代谢特征, 特别是与氨基酸和嘌呤的生物合成和代谢有关[52]
花生壳 350~500 ℃ 云霄县滨海盐碱地 0~40 cm土层盐分土壤pH、速效氮含量、速效钾含量、全氮含量随生物炭用量的增加先升高后降低[53]

给植物接种内生生物菌株并同时添加生物炭, 是在受盐分影响的土壤中维持作物生产的有效方法[54]。植物生长促进根瘤菌(PGPR)是一种在植物生长、抗逆和防病方面发挥着至关重要作用的植物有益菌, PGPR与植物的根瘤层结合, 通过多种机制直接或间接地促进植物的生长和发育, 包括增加可用的矿质养分、调节植物激素水平以及作为植物病原体的生物控制剂[55]。诸多研究结果表明[56-57], 在钠盐土壤种植作物并联合施用生物炭和PGPR, 生物炭不仅作为磷源, 还可增强PGPR的磷增溶作用, 显著改善土壤生态系统和理化性质, 提高K+、Ca2+和Mg2+含量, 降低土壤可交换钠百分比和Na+含量, 增加土壤和植物中的K+/Na+比例, 有效减轻盐度胁迫, 且生物炭和植物PGPR的共同施用对土壤质量和作物产量的提高远高于单独施用生物炭或PGPR的效果。此外, 施用生物炭和功能菌还能提高植物对养分的吸收, 改善土壤肥力, 提高土壤酶活性, 从而进一步促进植物的生长[41]

这些发现表明, 微生物菌剂与生物炭配施能降低土壤盐浓度, 缓解滨海黏重土壤板结, 增强透水性, 抑制反盐, 增加沿海土地资源和粮食生产。但滨海地区地下水位高, 淋溶作用强, 需优化生物炭的粒径, 避免生物炭流失。

2.2 微生物菌剂与有机肥配施修复盐碱土壤

有机肥可以通过改良土壤微环境来修复盐碱地, 施用有机肥后, 盐碱地的理化指标、酶活性和细菌多样性都得到了提高, 有机肥的表层施用能显著增强细菌群落的稳健性和拓扑特征, 大大增加细菌群落的生态位, 促进细菌群落的演替以及总有机碳的增加[58]

微生物扩繁吸附后再与有机肥混合则称为微生物菌肥, 其能发挥微生物活性并兼具有机肥效应, 改变土壤中养分, 改善土壤物理结构、防止板结退化, 提高微量元素含量。微生物菌剂单施对土壤养分的改良效果并不明显, 与有机肥配施能够更好地提高土壤肥力[59]。Fu等[60]通过富集培养和筛选, 从盐碱土壤中分离出有耐盐碱能力的菌株, 制成生物有机肥, 用于修复盐碱地。结果表明, 这些复合微生物制剂不仅能降低盐分含量和pH值, 还能增加盐碱地的有机质含量。在Chen等[61]研究中, 有机肥的施用可以使革兰氏菌和厌氧菌的数量增加, 它们通过促进铁的还原作用加速了黏土矿物的转化, 从而增加了SOC的储存。

有机肥不仅能提高土壤微生物数量[62], 而且对增加土壤酶、微生物生物量碳氮、脲酶、蔗糖酶和脱氢酶活性有更显著的作用, 可使更多微生物参与到水土保持过程中[63]。Zhang等[64]的研究结果显示, 微生物菌剂与有机肥配施显著降低了土壤电导率, 增加了微生物量C、N和P的含量, 明显提高了水解酶的活性, 显著增加微生物数量, 提高微生物活性, 对土壤改良的影响显著。在经有机改良剂改良的盐碱土壤中, 微生物底物代谢活性较高且多样性较低, 但可以在改良土壤中观察到重新组合的细菌群[65]。施用有机肥后, 土壤中的优势菌属是蛋白菌、固着菌和放线菌[66]。通过添加耐盐碱复合菌剂发酵的生物有机肥来修复盐碱土壤, 同时提高养分/有机质含量, 是一种很有前景的盐碱土壤修复策略。在滨海盐碱地修复中, 有机肥可以补充滨海盐碱地稀缺的有机碳, 改善保水保肥能力, 缓冲盐胁迫。有机质分解产生有机酸, 可活化土壤中Ca²⁺, 置换交换性Na⁺, 促进脱盐。但应避免使用含盐量高的畜禽粪肥, 优先选择腐熟度高的植物源有机肥。

2.3 微生物菌剂与脱硫石膏配施修复盐碱土壤

热煤利用方面引入了烟气脱硫技术以减少二氧化硫排放, 同时又生成副产物脱硫石膏, 其主要成分为CaSO4和CaSO3的混合物, 性质与天然石膏相类似, 并含有丰富的S、Ca、Si等植物必需或有益的矿质营养[67]。在碱化土壤中施用脱硫石膏, 硫酸钙与土壤中的碳酸盐反应, 生成硫酸钠并置换出钠离子。这不仅促进了钙胶体和有机-无机复合体的形成, 优化了土壤团粒结构, 增强了通透性, 还有效降低了土壤碱性, 减轻了钠离子的毒害。脱硫石膏的应用能显著降低土壤pH值和碱化度, 提升作物出苗率和产量, 同时增加土壤微生物多样性, 且不会对土壤产生污染。脱硫石膏中的钙离子和硫酸根离子在土壤中具有较好的稳定性, 不易流失。微生物菌剂中的有益微生物可以在土壤中长期存活, 持续发挥作用。两者的联合施用, 能够在较长时间内维持土壤的良好状态, 具有较高的长期稳定性。脱硫石膏与微生物菌剂联合施用可显著改良盐碱土壤, 降低碱化程度, 但需合理控制脱硫石膏用量以防盐化, 脱硫石膏本身作为一种盐分, 施加到土壤中会增加土壤的含盐量, 灌溉淋洗能够将代换出来的Na+和土壤盐分迅速淋洗出土体, 降低土壤的全盐量和pH值, 加速土壤的改良, 因此, 在脱硫石膏改良碱化土壤过程中必须选择最优的脱硫石膏用量和灌溉淋洗水量[68]。此外, 联合施用脱硫石膏和微生物菌剂, 可以有效地提高土壤中微生物的数量和多样性, 进一步促进土壤养分的转化和植物的吸收[69]

2.4 微生物菌剂与腐殖酸配施修复盐碱土壤

腐殖酸(HA)是一种生态友好型土壤改良剂, 对植物生长和土壤健康起着重要作用。腐殖酸因含大量羟基、羧基、氨基等官能团而具有弱酸性、离子交换性和吸附性等特性。其复杂的分子结构允许通过物理、化学或生物方法进行活化改性, 以扩展其在不同领域的应用[70]。它可以作为植物生长的促进剂, 有助于改善作物的产量和品质, 为微生物提供养分和生物刺激剂, 提高植物对养分的吸收能力, 改善土壤结构, 减轻土壤盐碱对植物的不利影响, 从而提高作物的抗逆性和生长状况[71-75]。不同腐植酸肥和复合微生物菌剂配施可以进一步提高土壤有机质含量, 降低土壤pH值, 增加土壤中有效养分含量[76]。两者的复配处理一方面腐殖酸作为营养物质增加了盐渍土的肥力, 另一方面微生物菌剂又利用营养物质大量繁殖, 促进盐渍土中营养物质的代谢和周转, 也利于更多微生物的繁殖与代谢, 进而促进了盐渍土的改良与修复[77]。土壤微生物一般受磷的限制, 施用HA后, 可以改善土壤微生物环境, 促进土壤无机碳含量的形成, 有利于提高盐碱地的总碳储量[78]。腐植酸肥料可以通过补充有机质、改善团聚体微观结构和调节微生物群落来改善盐碱土壤, 从而增加盐分淋失和抑制氮损失。用腐植酸接种促进植物生长和耐盐微生物, 可以缓解土壤盐碱化, 提高土壤养分含量, 改善土壤结构[79]。李任丰等[80]的研究显示, 施用含腐殖酸的微生物菌剂能够有效提高土壤有机质的含量, 改善根系微生物丰度, 利于作物生长发育, 从而解决连作出现作物产量降低和品质变劣的问题。高亮等[81]将巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌作为功能微生物接种到腐植酸中, 应用于滨海盐碱地改良, 不仅盐碱地土壤理化性状显著改善, 土壤微生物数量明显增多, 生物量碳、土壤的呼吸作用和酶活性也有一定增加。

2.5 微生物菌剂与海藻提取物配施

海藻是海洋中重要的生物资源, 富含多糖、蛋白质、脂肪、无机盐、褐藻胶和少量的酶、植物激素、多酚及多糖类等生理活性物质, 作为生物肥料在农业中得到广泛应用[82]。海藻多糖能够有效降低土壤中亚硝酸盐的积累和氨氮的产生, 与反硝化细菌配施, 可以修复次生盐渍化土壤[25]。枯草芽孢杆菌(BS)具有较强的硝酸盐去除能力和较快的生长速度, 研究表明, 海藻多糖对枯草芽孢杆菌的生长有明显的促进作用, 对枯草芽孢杆菌NO3-N的还原有明显的促进作用, 增加NH4+-N含量从而避免氮素的过度损失, 减少NO2-N的积累, 避免对植物造成毒害[83]。此外, 海藻多糖的添加可以使细菌过氧化氢酶和超氧化物歧化酶高表达, 保护其免受活性氧的伤害, 延长硝酸盐的消耗和转化, 从而使反硝化细菌在土壤修复中的广泛应用成为可能[84]。微生物和海藻提取物联合配施, 可增加植物根区中的促生长微生物的数量, 引起植物的根体积和渗透调节能力的增加, 改善植物生长和产量[85]。得益于生长培养基中富含的微生物、海藻提取物以及这些成分所具有的生物活性和特定功能, 作物的生长速度和产量均得到了显著提升[86]

作为海藻提取物的海藻肥富含多糖、多酚等活性物质以及有机质、大量和微量元素, 可激活土壤中各类有益菌, 改善土壤微生物结构和多样性, 间接影响植株对营养成分的摄取, 促进种子萌发、植物生长、开花, 提升作物产量、营养含量及抗逆性, 提高植物或植物根际的养分利用效率、对非生物胁迫的耐受性[87-88]。微生物菌肥和海藻肥都属于植物生物刺激剂, 其功能是刺激植物的营养过程, 提高植物或植物根际的养分利用效率、对非生物胁迫的耐受性、质量特征、土壤或根际中受限养分的可用性[87]。研究表明, 微生物菌剂与海藻肥联合配施能够替代部分化肥, 促进植物的生长, 提高作物的产量和品质[89]

海藻精是一种以天然海藻为主要原料的新型植物生长调节剂, 因其对植物无毒无残留且对环境无污染, 在蔬菜、水果等植物中被广泛利用[90]。将海藻精与微生物菌剂配施, 能够活化土壤养分, 促进植物根系的生长发育, 增强植物对矿物营养成分的吸收能力[91]。在化肥中补充施入海藻精和微生物菌剂, 以增强化肥的增产效果, 可达到肥料减施增效的作用[92]。菌在土壤中发挥促生或抑菌作用, 需要有营养性载体的存在, 载体的选择对保障微生物菌剂功能和效果至关重要。研究发现, 海藻精载体可显著提高耐盐碱的菌肥菌剂在土壤壤中的增殖能力, 显著增加植物生长, 是比较合适的土壤增殖和促生载体[93]

2.6 微生物菌剂与微纳气泡配施修复盐碱土壤

半径在0.05~25 μm范围内的微小气泡称为微纳米气泡(micro-nano bubbles, MNBs)[94]。微纳米气泡相较于普通气泡, 拥有存在时间长、气液传质率高、界面点位高、能自发产生自由基等特点, 同时也具有一些独特的化学特性[95]。微生物菌剂(MA)修复盐碱地对环境因素的湿度、温度, 氧含量具有较高敏感性, MA和MNBs的结合将通过改善土壤通气性和优化氧气环境来更好地解决这些缺点。研究结果表明, 与单独使用MA或MNBs工艺相比, MA-MNBs联合工艺在实验室条件下可显著改善盐碱土的性质, 降低土壤电导率和pH, 提高土壤肥力以及土壤团聚体的形成。MA-MNBs方法可以弥补单一MA修复盐碱土壤的缺陷, 提高MNBs处理的能量代谢和盐胁迫相关基因的表达, 从而显著改善植物的生长发育[96]。为盐碱土壤修复提供了一种新颖、高效和绿色的策略。

3 前景展望

在耕地质量恶化、建设用地日益紧缺的沿海地区, 滨海盐碱地作为一种尚未充分开发的潜在资源, 显得尤为珍贵。微生物菌剂在盐碱土壤修复中扮演着至关重要的角色, 尤其是当它们与土壤改良剂配施使用时, 凭借其提升土壤质量、增强土壤生产力、维持土壤微生物群落平衡、提高作物对气候变化的适应能力以及确保粮食生产稳定等多重优势, 极大地促进了土壤向更适宜农作物生长的状态转变, 不仅是改善土地退化的有效手段, 更是推动农业转型、应对气候变化的关键技术。鉴于全球海藻养殖产业的广泛分布, 海藻提取物原料来源丰富、成本效益高的特点, 微生物菌剂与海藻提取物联合施用不仅能够有效修复盐碱地, 防止次生盐碱化的发生, 而且在提升植物对非生物和生物胁迫的耐受性方面展现出显著的社会和经济效益。这一技术有望成为推动农业生产现代化进程、促进可持续发展的关键支撑, 为全球粮食安全和生态环境的改善贡献力量。

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