專利名稱：高羊茅-硅酸鹽細(xì)菌-泥炭聯(lián)合改良濱海鹽漬土的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高羊茅-硅酸鹽細(xì)菌-泥炭聯(lián)合改良濱海鹽漬土的方法，是一種進行濱 海鹽漬土的改良和生態(tài)重建的方法。
背景技術(shù)：
據(jù)聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)和糧農(nóng)組織(FA0)不完全統(tǒng)計，全世界鹽堿地面積 為9. 5X 108hm2，分布在從寒帶，溫帶到熱帶的各個地區(qū)，除南極洲尚待調(diào)查研究外， 從美洲、歐洲、亞洲到澳洲，遍及各個大陸及亞大陸地區(qū)，涉及100多個國家和地區(qū)， 全球的鹽堿地面積每年以1 X 106-1. 5X 106hm2的速度在增長。我國鹽堿土地資源總額 約為9913X 104hm2，其中現(xiàn)代鹽堿土面積為3693X 104hm2，殘余鹽堿土約4487 X 104hm2，并且尚存在有約1733X 10"h^的潛在鹽堿土。
當(dāng)土壤發(fā)生鹽堿化以后，依據(jù)鹽分離子的種類和濃度以及地形的差異，鹽堿地生 態(tài)系統(tǒng)中的各組成部分(土壤、微生物和植物)的生態(tài)功能都受到了影響。由于土壤 內(nèi)大量鹽分的積累，引起一系列土壤物理性狀的惡化結(jié)構(gòu)粘滯，通氣性差，容重高， 土溫上升慢，土壤中好氣性微生物活動性差，養(yǎng)分釋放慢，滲透系數(shù)低，毛細(xì)作用強， 導(dǎo)致表層土壤鹽漬化的加劇。鹽土中含有過多的可溶性鹽類，可提高土壤溶液的滲透 壓，從而引起植物的生理干旱，使植物根系及種子發(fā)芽時不能從土壤中吸收足夠的水 分，甚至還會導(dǎo)致水分從根細(xì)胞外滲，使植物萎蔫甚至死亡。土壤含鹽量過高，尤其 在干旱季節(jié)，鹽類集聚表土常傷胚軸，其傷害能力以碳酸鈉、碳酸鉀為最大。在高 pH值下，還會導(dǎo)致氫氧根離子對植物的直接傷害。有的植物體內(nèi)集聚過多的鹽，使 原生質(zhì)受害，蛋白質(zhì)的合成收到嚴(yán)重阻礙，從而導(dǎo)致含氮的中間代謝物的積聚，造成 細(xì)胞受害。由于鈉離子的競爭，使植物對鉀、磷和其它營養(yǎng)元素的吸收減少，磷的轉(zhuǎn) 移也會收到抑制，從而影響植物的影響狀況。在高濃度鹽類作用下，氣孔保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi) 的淀粉形成收到阻礙，致使細(xì)胞不能關(guān)閉，因此植物容易干旱枯萎。
目前，針對鹽堿土的改良措施主要有物理改良、水利改良、化學(xué)改良和生物改 良等。 一切改良土壤的措施都是相輔相成的，但又都有各自的局限性物理改良措施 盡管被認(rèn)為是行之有效的方法，但投資非常昂貴，維護的代價也很高；水利改良除了 投資巨大、運營成本高之外，還要面對處理含鹽排出水的問題，在水源不足或水質(zhì)不
3適，排水條件不好或沒有排水出路，特別是濱海地區(qū)或沿河低地勢的地區(qū)，不易甚至 不能降低地下水位地區(qū)的鹽堿地，就不具備水利改良條件；化學(xué)改良措施通常是加入 含鈣物質(zhì)來置換土壤膠體表面吸附的鈉，或采用加酸或酸性物質(zhì)的方法改良，但化學(xué) 物質(zhì)的使用必須謹(jǐn)慎，以免造成二次污染；生物改良措施投資小，但見效慢，美化效果差。
因此，在改良鹽堿土?xí)r不能只用單一方法，應(yīng)著眼于綜合治理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高羊茅-硅酸鹽細(xì)菌-泥炭聯(lián)合改良濱海鹽漬土的方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
a) 制備巨大芽胞桿菌和膠質(zhì)芽胞桿菌的母種菌液，培養(yǎng)基為(濃度單位g/L):
蔗糖IO，磷酸氫二鉀0.5，硫酸鎂0.2，氯化鈉0.2，碳酸鈣l.O，硫酸銨l.O， 酵母膏0.5， pH為7.4;菌種培養(yǎng)在250mL錐形瓶中裝50mL液體培養(yǎng)基， 滅菌lh，冷卻后，接種于200mL液體培養(yǎng)基中，振蕩培養(yǎng)2 3D (天)，即 得母種菌液；
b) 制備泥炭載體，將泥炭無菌水拌成濕度為50% 60%后，裝成每袋0.5kg，滅 菌2h，冷卻后每袋接種10mL步驟a的母種菌液，混勻后，在溫室中培養(yǎng)7D;
c) 將高羊茅(FerfMca arawtfowcea)種子表面消毒后，在濃度為15 3Ommol/L 的外源物質(zhì)CaCl2溶液中進行浸種處理；
d) 將需要改良的鹽漬土布置成三層，最底層為石英石過濾層，中間層為濱海鹽 漬土層，表層為處理層，處理層由濱海鹽漬土均勻混入10 20n/。步驟b的泥 炭載體組成；
e) 將步驟c處理后的高羊茅(Fe加ca ara"&"acea)種子種植于步驟d的處理層 中，培養(yǎng)條件為氣溫在10 3(TC。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明采用高羊茅為耐鹽植物，以泥炭顆 粒作載體，開發(fā)硅酸鹽細(xì)菌制劑作為改良濱海鹽漬土的介質(zhì)進行濱海鹽漬土的改良和 生態(tài)重建的方法。其改良效果好、費用低、易于管理與操作、不產(chǎn)生二次污染；具有 廣泛的應(yīng)用前景。因而也是濱海鹽漬土改良最主要的發(fā)展方向。
具體實施例方式
4以下以修復(fù)上海臨港新城濱海鹽漬土為例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)的說明。應(yīng) 理解的是，所述的實施例僅僅是用于說明而不是限制本發(fā)明。 一、植物的選擇
選取六種常見綠化草坪草(百喜草(Pw戸/ww "ato加w)、日本節(jié)縷草(ZqyWa 乂apow'ca )、 高羊茅(FeWwca A'"acea )、 紅三卩十(7>z/o//i jt rafem^ ) 、 二月蘭 ((90^/2op/zrag附ws v/o/acews)禾口狗牙根(Cy"ofitow t/ad^/cw))的禾中子做蹄選試驗。
(1) 種子萌發(fā)篩選試驗
篩選試驗采取培養(yǎng)皿法。每皿加入50mL不同濃度(50、100、150、200、250mmol/L) 的NaCl溶液，以無NaCl的1/4強度霍格蘭氏(Hoagland)營養(yǎng)液作為對照。溫度 25'C黑暗培養(yǎng)。種子萌發(fā)試驗的周期為2周，每隔2天調(diào)査一次種子萌發(fā)數(shù)，統(tǒng)計種 子萌發(fā)情況。通過對種子萌發(fā)率的篩選，得出高羊茅耐性最強。
(2) 種子萌發(fā)提高試驗
種子萌發(fā)提高試驗同樣采用培養(yǎng)皿法。對高羊茅種子進行不同濃度梯度(5、 10、 20、 40、 80mmol/L)的外源物質(zhì)(CaCl2)浸種處理，每皿加入50mL的濃度為 100mmol/LNaCl鹽溶液，以沒有外源物質(zhì)浸種的作為對照。通過對種子萌發(fā)率的篩選， 得出適宜濃度的外源CaCl2 (20mmol/L)的浸種處理，在鹽脅迫下，能使高羊茅種 子提前萌發(fā)，并顯著提高種子萌發(fā)率，高于對照試驗組的15.4%。
(3) 幼苗生長耐性試驗
通過對幼苗生長指標(biāo)(鮮重、株高、根長、干重等)、植物體內(nèi)地上部分和地下 部分離子含量、葉片細(xì)胞質(zhì)膜透性和抗氧化物歧化酶(SOD)的測定，確定高羊茅幼 苗所能承受的鹽濃度極限為100mmol/L。幼苗生長耐性試驗采用砂培法。每天用1/4 強度的Hoagland營養(yǎng)液進行澆灌，于以下條件下培養(yǎng)白天溫度25'C，夜間溫度20 °C，相對濕度75%，實驗光照強度60001x并設(shè)置日周期變化。高羊茅出苗后5天，挑 選長勢一致的植物幼苗進行鹽處理，采用1個強度的Hoagland營養(yǎng)液配制不同濃度 (50、 100、 200、 300、 400mmol/L)的NaCl鹽溶液，同時設(shè)置僅用營養(yǎng)液澆灌的為 空白試驗對照。通過對各指標(biāo)的測定，得出鹽濃度《100mmol/L時對高羊茅幼苗生長 無顯著影響，根部則只是在高鹽環(huán)境(NaCl》300mmol/L)脅迫下生長受到明顯抑制。
5(4)幼苗耐性提高試驗
高羊茅出苗后5天，挑選長勢一致的植物幼苗進行鹽處理，試驗采用不同濃度(5、 10、 20、 40、 80mmol/L)的外源物質(zhì)(CaCl2)處理，用1個強度的霍格蘭氏(Hoagland) 營養(yǎng)液配制的100mmol/LNaCl鹽溶液，并設(shè)一個100mmol/LNaCl鹽溶液作空白對照。 通過對各指標(biāo)的測定，得出在一定鹽脅迫下，適宜濃度的外源CaCl2 (20mmol/L) 浸種處理能明顯緩解地上部分受到的鹽分抑制作用，降低了高羊茅的根冠比值，體內(nèi) 的C^+濃度增加會增強細(xì)胞膜的選擇性和穩(wěn)定性，緩解氧化脅迫，提高了高羊茅的耐
鹽性o
二、濱海鹽漬土的改良
首先，制備巨大芽胞桿菌和膠質(zhì)芽胞桿菌的母種菌液。培養(yǎng)基(g/L):蔗糖10，
磷酸氫二鉀0.5，硫酸鎂0.2，氯化鈉0.2，碳酸鈣l.O，硫酸銨1.0，酵母膏0.5， pH 為7.4;菌種培養(yǎng)在250mL錐形瓶中裝50mL液體培養(yǎng)基，滅菌lh，冷卻后，接種 于200ml液體培養(yǎng)基中，振蕩培養(yǎng)2-3D(天)，即得母種菌液；接著，制備泥炭載體， 將泥炭無菌水拌成一定的濕度(50%-60%)后，每袋0.5kg，滅菌2h，冷卻后每袋接 種10mL步驟a的母種菌液，混勻后，在溫室中培養(yǎng)7D;然后，將高羊茅(FeWwca anvm^7"cea)種子表面消毒后，經(jīng)外源物質(zhì)CaCl2 (20mmol/L)浸種處理；將需要改 良的鹽漬土布置成三層，最底層為石英石過濾層，中間層為濱海鹽漬土層，表層為處 理層，處理層由濱海鹽漬土均勻混入15%的泥炭載體組成；最后，將浸種處理后的高 羊茅(FeWwcaanm力"acea)種子種植于鹽潰土處理層中即可。培養(yǎng)條件氣溫在10-30 。C。
自播種之日起，2個月后采集土壤樣品，測定土壤的pH值、含鹽量、有機質(zhì)、 含N量、陽離子交換量等指標(biāo)，并采集植物樣品，測定植物的生長情況。記錄滲濾 時間。滲濾液收集測定Na+、 K+、 Ca2+和Mg2+等離子含量。通過對各指標(biāo)的測定， 得出泥炭的加入使土壤中有機質(zhì)和N、 P、 K等養(yǎng)分顯著增加，提高土壤的陽離子 交換量(CEC)，增強了土壤的保水能力、保肥能力和緩沖能力，土壤的pH值得到 有效降低；微生物菌劑的投加能明顯的改善植物的營養(yǎng)狀況，可以增加N、 P、 K在 植物體內(nèi)的含量，增加了高羊茅的生物量；同時微生物的投加對于濱海鹽漬土的pH 值降低又一定的貢獻；但是微生物菌劑對于鹽離子的去除沒有明顯的效果。
6(1) 幼苗生長指標(biāo)測定幼苗經(jīng)鹽脅迫處理后，在第15D進行采樣，蒸餾水沖洗干凈，用吸水紙擦干植物表面水分，將植物的根部和地上部分分開，分別稱量鮮重，測定株高和根長，然后在烘箱中105。C殺青10min， 75。C烘干48h，然后稱量干重。
(2) 離子含量測定植物的營養(yǎng)元素Na+、 K+、 Ca2+、 M^+離子含量進行根部和地上部分的測定，樣品烘干粉碎研磨后，過40目篩，精確稱量約0. 5000g，用H2S04:H202 =3: 1 (V/V)消煮，定容于100mL，經(jīng)適量稀釋，采用等離子電感耦合原子發(fā)射光譜儀(工CP-AES)測定含量。
(3) 葉片細(xì)胞質(zhì)膜透性和抗氧化物歧化酶(SOD)測定
細(xì)胞質(zhì)膜透性的測定，取9個切成小段的葉片，去離子水洗凈后，吸干，放入裝有10ml去離子水的試管中，密閉后在旋轉(zhuǎn)振蕩儀培養(yǎng)4h (25°C)后，測定溶液電導(dǎo)率(EC),記U，然后在高壓滅菌鍋中120°C， 20min，測定EC，記L。。細(xì)胞質(zhì)膜透性(%)=Lt/ L。*100。
抗氧化物岐化酶(SOD)的測定，反應(yīng)混合物由2.41*10—^01/L核黃素，01013mol/L蛋氨酸1. 671(Tmol/LNBT， 0. 05mol/L(pH7. 8)磷酸緩沖液和適量酶液組成。以不加酶液(用1/15mol/LK-Na磷酸緩沖液代替)的試管為最大光還原管，用緩沖液代替NBT作空白管，將各管在10000Lx反應(yīng)10分鐘，測反應(yīng)液0D56。值，以抑制NBT光化還原50%作為一個酶活單位(W。
(5)測定土壤的pH值、含鹽量、有機質(zhì)、含N量、陽離子交換量等指標(biāo)，具體測定方法參見《土壤理化指標(biāo)測定》(南京土壤研究所)。
四、 試驗結(jié)果
在一定濃度的鹽脅迫(100mmol/LNaCl)環(huán)境下，適宜濃度的外源CaCl2(20mmol/L)的浸種處理，能使高羊茅種子提前萌發(fā)，并顯著提高種子萌發(fā)率，高于對照試驗組的15.4%。
高羊茅幼苗在經(jīng)過CaCl2 (20mmol/L)處理IOD后，無論是地上部分還是地下部分，每盆植物的鮮重質(zhì)量在CaCl2《20mmol/L時，隨著CaCl2處理濃度的增加而增加，
7與對照呈顯著性差異(？〈0.O5A 當(dāng)CaCl2》20mmol/L，鮮重質(zhì)量有下降的趨勢，甚至在80mmol/L時低于對照；每盆植物的干重在不同濃度CaCl2處理下，彼此之間沒有顯著性差異，只有20mmol/L濃度時有少量的增加，達到了顯著性差異。<0.0^;高羊茅地上部分的相對生長量在20mmol/L達到最大，繼續(xù)增加CaCl2的濃度，相對生長呈下降趨勢，地下部分的相對生長量在各處理差異不是很明顯，只有20mmol/L時達到了顯著性差異。
高羊茅-硅酸鹽細(xì)菌-泥炭聯(lián)合改良濱海鹽漬土的研究表明該方法能有效降低土壤的pH值，平均降低pH值1.55; 土壤有機質(zhì)含量顯著增加，由5.42±0.600 g/kg增加至62.85士2.17;提高土壤的陽離子交換量(CEC)，增強了土壤的保水能力、保肥能力和緩沖能力；提高了土壤中N、 P、 K等養(yǎng)分的含量，N、 P、 K的含量分別由0.40±0.025g/kg、 0.88±0.035g/kg、 23.20 ±0.361 g/kg提高至4.22 ± 0.18lg/kg、 1.83 ±0.115g/kg、 24.10±0.500g/kg;高羊茅的生長種植，根系活動和呼吸作用使土壤中根際區(qū)的微生物活性加強，產(chǎn)生大量的有機酸和C02，能夠有效改善濱海鹽漬土壤的堿性環(huán)境，根系的生長可以改善濱海鹽漬土的滲水性能，在灌溉水體積為0.9L的條件下，土壤滲透時間由54.3(士3.79)min增加至37.0(士1.73)min;加速了土壤的脫鹽作用，鹽漬土分層電導(dǎo)率值在0-15cm和15-35cm分別由4.7(±0.41) dS/m和6.9(±0.42)dS/m降至2.5(土0.40) dS/m和4.2(±0.30) dS/m;促進土壤微團顆粒的形成，有效改善土壤結(jié)構(gòu)；高羊茅自身生長狀況良好，其干重由0.753 (土0.0153)g增加至0.894(土0麓3)g。
可見，本方法篩選的高羊茅-硅酸鹽細(xì)菌-泥炭對濱海鹽漬土改良的效果顯著。
8
權(quán)利要求
1. 一種高羊茅-硅酸鹽細(xì)菌-泥炭聯(lián)合改良濱海鹽漬土的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下a)制備巨大芽胞桿菌和膠質(zhì)芽胞桿菌的母種菌液，培養(yǎng)基為(濃度單位g/L)蔗糖10，磷酸氫二鉀0.5，硫酸鎂0.2，氯化鈉0.2，碳酸鈣1.0，硫酸銨1.0，酵母膏0.5，pH為7.4；菌種培養(yǎng)在250mL錐形瓶中裝50mL液體培養(yǎng)基，滅菌1h，冷卻后，接種于200ml液體培養(yǎng)基中，振蕩培養(yǎng)2～3D(天)，即得母種菌液；b)制備泥炭載體，將泥炭無菌水拌成濕度為50％～60％后，裝成每袋0.5Kg，滅菌2h，冷卻后每袋接種10mL步驟a的母種菌液，混勻后，在溫室中培養(yǎng)7D；c)將高羊茅種子表面消毒后，在濃度為15～30mmol/L的外源物質(zhì)CaCl2溶液中進行浸種處理；d)將需要改良的鹽漬土布置成三層，最底層為石英石過濾層，中間層為濱海鹽漬土層，表層為處理層，處理層由濱海鹽漬土均勻混入10～20％步驟b的泥炭載體組成；e)將步驟c處理后的高羊茅種子種植于步驟d的處理層中，培養(yǎng)條件為氣溫在10～30℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高羊茅-硅酸鹽細(xì)菌-泥炭聯(lián)合改良濱海鹽漬土的方法。該方法的具體步驟為在培養(yǎng)基中對菌種進行振蕩培養(yǎng)，制得母種菌液；隨后制備泥炭載體；將高羊茅種子消毒后，用外源物質(zhì)CaCl₂浸種處理；然后將鹽漬土布置成三層，最底層為石英石過濾層，中間層為濱海鹽漬土層，表層為由鹽漬土均勻混入10～20％泥炭載體組成的處理層；最后，將浸種處理的高羊茅種子種植于處理層中，在氣溫為10～30℃培養(yǎng)，即可完成對濱海鹽漬土的改良和生態(tài)重建。本發(fā)明方法改良效果好、費用低、易于管理與操作、不產(chǎn)生二次污染，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號A01B79/00GK101455138SQ200910044819
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日
發(fā)明者何池全, 義 朱, 瑋 杜, 勝 白, 陳玉麗, 雷雁茹 申請人:上海大學(xué)