优良产酸硫细菌的分离筛选及其对盐碱土的改良效果初探

优良产酸硫细菌的分离筛选及其对盐碱土的改良效果初探1优良产酸硫细菌的分离筛选及其对盐碱土的改良效果初探作者：张小鹏指导教师：来航线摘要：本实验对宁夏平罗地区的部分盐碱土进行了产酸菌的分离，通过降pH效果验证获得了25株具有氧化硫磺产酸效果的硫细菌，其中5株效果较好。并以此为出发菌株进一步进行土培试验，探讨了各个时期硫细菌在改良盐碱土过程中土壤微生物区系及土壤SO42-浓度、pH值和EC值的变化。试验表明：不同接种处理可显著提高土壤微生物的活性，增加硫细菌的种类和数量；SO42-浓度整体上表现为上升趋势，土壤pH值则表现为降低的趋势，EC值变化不明显。最后综合筛选出两株优良菌进行生长曲线测定，最终筛选出有利于工业发酵的菌株。关键词：降pH试验；硫细菌；土培试验；生长曲线Theisolationandscreeningoffinesulfurbacteriaproducingacidandstudyontheimprovementeffectonsaline-alkalinesoilAuthor:ZhangXiaopengAdvisor:LaiHangxianAbstract:Theproducingacidbacteriawereisolatedfromthesaline-alkalinesoilinPingluo,Ningxiaprovince.25sulfurbacteriaproducingacidhadbeenobtainedthroughtheaciddecreasingexperiment,amongthem，fivestrainshadagoodeffect.Then,soilcultureexperimentwasconductedtoresearchthechangingofsoilmicroflora,SO42-value,pHvalueandECvalueineachperiodafterthesaline-alkalinesoilinoculatedwithsulfurbacteria.Theresultshowsthatdifferentinoculationsofsulfurbacteriaonsaline-alkalinesoilcanimprovetheactivityofsoilmicroorganismsignificantly,increasethespeciesandquantitiesofsulfurbacteria;theSO2-4valueofthesoilshowedrisingtrendfromthewholeaspect,whilethepHvalueshoweddownwardtrend,theECvaluedidnotchangesignificantly.Twofinestrainshadbeencomprehensivelyselectedtodetectgrowthcurves,whichwasmeasuredtoselectdecidetheappropriatestraininindustrialfermentation.Keywords:theexperimentofdecreasingthepHvalue；sulfurbacteria;soilcultureexperiment;growthcurve优良产酸硫细菌的分离筛选及其对盐碱土的改良效果初探21综述1.1研究背景人类进入21世纪,科学技术的发展达到了一个新的阶段,极大地推动了社会经济的进步。另一方面,人类面临的问题仍然十分突出,如气候变化,土地沙漠化,盐碱化,环境污染等[1,2]。在发展中国家,由于人口日益增长,耕地面积不断减少,大量森林、草地、湿地等被开垦为耕地,进行集约经营,破坏了原有植被和土壤结构,导致土地盐碱化[3~5]，即使土壤逐渐成为含盐、碱、硝等有害盐类的低产土壤。在2002年9月约翰内斯堡召开的第二次国际可持续发展会议指出,继第一次国际可持续发展会议(1992里约热内卢)10年之后,全球面临的人口-环境-资源问题更加严重,其中土地沙漠化,水土流失和盐碱化呈现逐步加重的趋势。据估计,全球盐碱地每年以1×106～1.5×106hm2的速度在增长[6]。盐碱地(土)是盐化土,碱化土和盐碱土的总称。在土壤分类学上,不同的国家和国际组织对盐碱土的划分采用不同的分类系统。现在,通常用土壤溶液电导率和可交换性钠吸收比率作为划分土壤盐碱化程度的标准。一般公认的量化指标见表1。表1盐碱土分类的量化指标Table1saline-alkalisoilclassificationofquantitativeindicators土类盐化土碱化土盐碱土非盐碱土可交换性Na比率15151515土壤溶液电导率4444pH8.58.58.58.5人类在农业生产过程中,对盐碱土的性状很早就有了认识和记载。公元前2400年就对盐碱土有了分类与形状描述记录。1.1.1世界盐碱地资源概况由于所处地理位置不同,气候条件各异,盐碱地在不同国家和地区的分布也有很大差别。世界分布前十名的国家和地区见表2[1,6,]。表2世界上盐碱土分布最多的国家和地区Table2saline-alkalisoiloftheworld'slargestnumberofcountriesandregions国家和地区面积103hm2澳大利亚357240前苏联170720中国36658印度尼西亚13213巴基斯坦10456优良产酸硫细菌的分离筛选及其对盐碱土的改良效果初探3印度7000伊朗6726沙特阿拉伯6002蒙古4070马来西亚30401.1.2中国盐碱地资源概况我国盐渍土分布范围很广，覆盖了热带和寒温带、滨海和内陆、低地和高原地区。据统计，全国约有3693万hm2现代(活化)盐渍土[7]，而西北地区就占60%左右，其中与灌溉有关的土壤盐渍化面积达200万hm2[8]，近70%位于西北地区。盐渍土是一种重要的土地资源，科学合理地开发利用，具有重大的经济价值和社会意义。中国地域广大,气候多样,盐碱土的分布几乎遍布全国。但各地差异显著,不但面积有别,而且盐分组成与成因也颇为不同。以西北地区为例：新疆、青海、甘肃、宁夏、陕西和内蒙，是我国盐渍土分布面积最广最多的地域。新疆盐渍土主要发育在河流冲积平原上。在地势低平地区分布有盐碱荒漠土和结皮盐土；沿天山南北两侧冲积扇边缘的泉水带分布的是盐化草甸土、盐化和沼泽荒漠土；天山以南盆地的洼地和塔里木河两岸分布的是盐化草甸土。在上述盐土分布区内也有碱土分布。盐土盐份较为复杂，以硫酸盐和氯化物为主。天山以北伊犁盆地的盐土以氯化物硫酸盐为主；天山以南和东部地区的盐土分别以硫酸盐和氯化物为主；各盆地洪积扇边缘的盐土以硫酸盐为主；南疆的盐土主要含有碳酸盐。1.1.3西北地区盐碱土的形成特点西北地区盐渍土的形成是自然和人为多方面因素综合作用的结果。自然因素中包括气候、土壤、地形和地下水等，人为因素包括引水灌溉和排水状况等，引发并主控着地下水位升降、水土中盐份的转移、分配和积脱盐状态。在西北地区的不同地域，盐渍土的形成特点也有所差异。西北地区盐渍土形成的共性主要是：①该区地处大陆性气候区，干旱多风，降雨稀，蒸发强烈，蒸发量为降雨量的5～10倍以上，是我国最干旱的地区。这类气候因子为土壤可溶性盐份的积累创造了先决条件。②区内普遍发育着不同程度盐化的草甸土。其成土母质是在干旱气候条件下的岩石风化并经河流搬运沉积而成。这类沉积物未经充分的天然淋洗作用，通常含有较多的可溶盐。沉积物大多质地较轻，结构疏松，孔隙度较大，毛细管性能较强，十分利于地下水垂向运移，并携带可容盐向上层土层中运移聚集。③在地形地貌上，该区除青海外均处于我国由东向西形成的3个地形阶梯的第二个阶梯中，其间有天山、秦岭等大山系，平均海拔1000～2000m；在地质构造上多以断陷盆地和高原景观存在，其周边被高山、高地围限，而盆内则是宏阔、平坦的冲积平原。山区降水和冰雪融水约有35％～45%入渗地下，并与地表径流一起流入盆内补给地下水。盆地低洼地区成为地表、地下径流的汇水聚盐区。从盆地周边至盆优良产酸硫细菌的分离筛选及其对盐碱土的改良效果初探4地中部土壤含盐量、含盐土层厚度和地下水溶解固体量均渐次增高，这种规律性在新疆的塔里木盆地、准葛尔盆地，青海的柴达木盆地尤为明显。盆地内部形成大陆盐化潜水和广布的盐渍土以及盐湖。④地下水埋藏较浅的1～2m，较深的3～10m，富含较高的可容盐分，大多不能饮用。在地下径流滞缓带，地下水溶解固体量为最高。当地下水位升高，蒸发作用强烈，则带到土壤层中的盐分相对增多，反之则低。上述诸要素的交叉和综合作用是盐渍土形成和广泛发育的原因。西北地区盐渍土形成特点亦存在差异。按其差异性可将其分为内陆干旱区盐渍土（包括新疆、青海柴达木、甘肃河西走廊、内蒙古西部地区）和黄河中上游半干旱区盐渍土（包括青海、甘肃东部、宁夏、内蒙古河套地区和陕西）两个分区。内陆干旱区的农业灌排方式以内引内排为特点，盐分随水迁移和分异，最终无排泄出路而造成上游脱盐、下游积盐，灌区脱盐、排泄区积盐的格局。因此，西北地区盐渍土绝大多数分布在内陆干旱区。如新疆土壤含盐量之高，盐渍土类型之多和分布范围之广均属世界罕见。黄河中上游半干旱区由于黄河及支流流经该区，提供了良好的水源条件，故引黄灌区发展农业生产历史悠久。20世纪20年代，陕、甘、宁、蒙修建了引黄灌溉工程，但忽视排水，导致了次生盐渍化。深刻的教训是人们开始重视灌排结合，修筑引渠、排沟系统工程。该区排灌方式以外引外排为特点，灌溉淋溶盐分排向黄河，对灌区而言是良性循环，对黄河则是危害。半干旱区盐渍土开发利用的认为干预和影响的力度远高于干旱区。1.2国内外研究现状及发展趋势1.2.1利用灌溉排水措施改良盐碱地我国盐碱地改良利用工作起步较晚。解放前,金陵大学在苏北盐碱地治理、改良利用方面作了一些工作。大规模的盐碱地改良利用工作，主要是从解放后开始的。在改良盐碱地的措施中，20世纪60年代在山东禹城和河南封丘采用“井灌井排”的方法，70年代在我国北方部分地区采用“抽咸换淡”的方法。在上述两种方法的基础上，80年代末期,根据禹城市北丘洼的具体条件，采用了“强排强灌”的方法改良重盐碱地，在强灌前预先施用磷石膏等含钙物质以便于置换更多的钠离子和防止碱化，然后耕翻、耙平，强灌后要加以农业措施维持系统稳定。50年代末到60年代,在盐碱地治理上侧重水工措施，以排为主，重视灌溉冲洗。后来陈恩凤教授提出了“以排水为基础,培肥为根本”的观点，实行综合治理。1.2.2利用覆盖物改良盐碱地“盐随水来，盐随水去”是水盐运动的特点，只要能控制土壤水分蒸发就可以减轻盐分在地表积聚,达到改良的目的。B.A.科夫达在论证地下水与土壤盐碱化的关系时指出,在现代盐碱化过程的发生和发展因素中,地下水的移动、埋深和平衡最为重要，在炎热而优良产酸硫细菌的分离筛选及其对盐碱土的改良效果初探5干旱的气候条件下，气候虽然是形成盐碱土的条件之一，但如果地下水埋深在10m以下，土壤的水分蒸发就不会超过降雨总量，尽管气候干旱,土壤也不会发生盐碱化。但是如果地下水滞留，埋深为1～3m，则易遭受强烈蒸发，导致盐碱化过程的发展[9]。研究显示在盐碱地上覆盖作物秸秆后，可明显减少土壤水分蒸发，抑制盐分在地表积聚，它阻止水分与大气间直接交流，对土表水分上行起到阻隔作用，同时还增加光的反射率和热量传递，降低土表温度，从而降低蒸发耗水[10,11]。王久志(1986)在榆次市高村中度盐碱地上使用沥青乳剂作地面覆盖进行盐碱地改良，表明其可抑制水分蒸发，提高土温，改善土壤结构，降低土壤含盐量，提高出苗率及产量[12]。随着人口的不断增加，当前世界面临的最严峻问题之一就是淡水资源紧缺。所以要充分利用劣质水资源，用劣质资源进行盐碱地的灌溉需要通过实验研究制定出合理的灌溉制度,才能既利用又改良土壤。劣质水包括微咸水、咸水和低矿化碱水、农业用水等。毛建华、薛峰等的研究通过采取咸碱水、淡