活性微藻生物肥技术对盐碱土壤的改良

2022-04-26林卫红张英奇

农业知识 2022年4期

林卫红张英奇

一、微藻生物技术

（一）微藻简介

微藻是指在显微镜下才能辨别其形态的微小藻类群体，是地球高等植物的共同原始祖先，它包括水生微藻、陆生微藻和气生微藻。微藻是地球上比表面积最大的物种，通过光合作用为自己和其他生物制造食物，提供能量，吸收二氧化碳，释放氧气，是地球碳氧循环的重要媒介，是地球生态系统中近90%氧气的制造者。

微藻在生物柴油、保健品、食品、医药、饲料、精细化工等领域有广泛应用，近年来研究发现，微藻在农业生产中有巨大的应用潜力。

（二）微藻土壤改良技术

该技术的核心是活性微藻土壤改良剂，它是以活体固氮蓝藻、光和营养绿藻等多种特定微藻和营养物质复合而成的一种无添加、纯天然、安全可靠的活体微藻藻种液体。这种土壤改良剂具有中和土壤pH 值、放氧、固碳、固氮、溶磷、解钾等作用，增加土壤有机质含量；能促进土壤有益微生物生长，改善土壤微环境，改良土壤结构；能分泌植物生长素，提高植物抗逆性；可广泛用于盐碱性土壤、酸性土壤、砂性土壤，起到增加土壤团粒结构、提高土壤腐殖层、降低土壤容重的作用。

（三）微藻土壤改良作用机理

活性微藻土壤改良剂以其活体微藻细胞放氧，降低电导率和可交换性钠，加大水力传导率及土壤孔隙度，提高总有机碳，增加土壤有机质含量，改善土壤结构，以达到增加腐殖层的效果，使土壤更肥沃，并以其次生代谢产物对微生物和植物的作用，增加土壤有益微生物的繁殖，改善土壤生态环境。

1.固氮蓝藻的细胞结构和功能

固氮蓝藻属于原核微生物，具有革兰氏阴性细菌的结构，但是却有与真核藻类和高级植物相似的自养型光合系统。它主要具有如下的结构和功能：

（1）具有原核微生物的典型细胞结构，细胞内含有核酸成分，但无细胞核的完整结构，细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，具有调节pH值的作用。

（2）属于革兰氏染色阴性，细胞壁带有大量的负电荷，因而可以吸附Na+。

（3）细胞中含有叶绿素a，进行产氧型光合作用。营养极为简单，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源，其异形细胞是进行固氮的场所，因而固氮蓝藻细胞能在完全不含氮化物的环境中依靠光合作用和固氮而独立生存。这对于提高盐碱土的氮含量，改善土质具有重要的意义。

（4）细胞分泌的胞外多糖，除含有中性单糖外，还含有硫酸基团、己糖醛酸或氨基己糖，有些还含有甲基化的己糖或戊糖。多糖为多聚阴离子大分子，含有多种功能基团，如羧基、羟基、羰基、硫酸基等均可与阳离子作用，它对Na+的吸附能影响外环境pH 值改变。此外，多糖具有保持水分、降低蒸发的作用，因此能够抵抗强干旱环境。

2.固氮蓝藻细胞对盐碱土作用的机理

固氮蓝藻对盐碱土的作用机理：①调节渗透压；②Na+/H+和Na+/H+-K+反向载体系统；③结合氮的存在加强耐盐性；④调节pH值。

（1）调节渗透压

蓝藻为了适应盐胁迫的环境，主要是通过在细胞内积累无机离子（K+）或有机溶质进行渗透压调节。

（2）Na+/H+和Na+/H+-K+反向载体系统

反向载体系统是指物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。主要作用是促使Na+流出，减少累积，以增加固氮蓝藻对于盐分环境的耐受性，同时不断将胞外H+摄入胞内，以调节细胞内的pH值的平衡。

（3）结合N的存在加强耐盐性

上述两种途径都可以减少Na+的流入以提高固氮蓝藻耐盐性，但是固氮蓝藻Na+传输能力的调节还可以通过环境因素，尤其是结合氮得到改善，具有这种功能的氮化物主要包括：硝酸盐、铵盐、谷氨酰胺、谷氨酸盐和天冬氨酸等。在盐胁迫的情况下，上述氮化物可以阻止过多Na+的积累，从而提高固氮蓝藻的耐盐性。

（4）调节pH值

固氮蓝藻细胞是嗜盐碱微生物或耐盐碱微生物。在盐胁迫情况下，固氮蓝藻细胞壁具有的酸性化合物所带的负电荷可以降低细胞表面的pH值，进而维持细胞内pH值的平衡。

二、微藻细胞分泌的EPS

活性微藻细胞在自身生命代谢活动中会产生大量的次生代谢产物，如：某些碱基是核酸（遗传物质RNA 和DNA 的总称）的重要成分，生长素（吲哚乙酸）与赤霉素等植物内源激素参与生命活动的调节，类胡萝卜素等萜类物质作为光合色素参与光合作用过程，生物碱、酚类衍生物、类黄酮类化合物、有机酸、萜类和甾类等化感物质在参与植物防御过程的同时，重点形成了富含有机质的团粒结构土壤。

（一）微藻细胞改善土壤结构

荒地土壤和干燥的沙漠土壤中的腐殖质多来自土壤藻类，它们的生长和代谢能导致土壤中矿物成分的改变。活体微藻在土壤中不断地释放氧气。无论土壤原来是什么样的结构，微藻都要进行切割、分离、重构，从而为自己营造生存空间。微藻细胞通过自身的生命活动放氧及代谢产物-胞外多糖，促使土壤微粒相互黏结，改善土壤结构，使耕作层不断加深，且通气、保水能力明显增强。这种结构恰恰就是农作物生产的最佳土壤结构。