打开土壤“黑匣子”垣曲土壤改良技术的应用与研究

文|唐清池 张慧 山西博亚方舟生物科技有限公司 梁淑娟 山西省运城市垣曲县科技局编辑|周蓉

打开土壤“黑匣子”垣曲土壤改良技术的应用与研究

文|唐清池 张慧 山西博亚方舟生物科技有限公司 梁淑娟 山西省运城市垣曲县科技局编辑|周蓉

编者按：近日，国务院印发《土壤污染防治行动计划》（“土十条”）。据此，环保部有关负责人表示，到2020年，预计可带动环保产业新增产值约4500亿元。“土十条”明确提出了“推动治理与修复产业发展”，那么在一哄而上的“冒进”情绪中，冷静看看现实实践显得愈发重要。

目前壤有，修了国复诸内和多外改探在良讨土的，壤微但深生是耕物国技技内术术关、方于土面生物和土壤修复的研究，特别是生物-理化联合修复技术的研究相对较少，缺乏生物组合与空间配置技术及其关键技术体系。在这种背景下，“垣曲土壤改良技术的应用与研究”在结合国内外先进技术、探讨国内土壤改良现状的基础上，总结了土壤生物、物理、化学和工程改良技术取得的进展及存在的问题，展望了未来土壤改良技术发展方向。

微生物，土壤中的小超人

土壤微生物能够合成土壤腐殖质，增加土壤有机物质，促进营养物质的转化，同时土壤中真菌菌丝的积累，能使土壤的物理结构得到改善。目前主要推广EM利用技术。EM是将经过仔细筛选出的好氧性和厌氧性微生物加以混合，采用独特的工艺，发酵而制成的微生物活菌制剂。EM在土壤中能够加速土壤有机物分解，促进土壤团粒化，提高土壤肥力，使有效养分含量明显增加，大大节约肥料，控制有害微生物，减少病虫害。

土壤微生物改良剂主要从合成土壤腐殖质，增加土壤有机物质，促进营养物质的转化等几方面发挥作用，主要以菌肥的形式加以应用。由于大量的施用化肥可能导致土壤地力退化、植物品质降低，主要利用微生物自身的生长、繁殖、侵染过程而改善植物生长根际环境的菌肥在近十几年来发展较快，已成为继有机肥和无机肥之后的国内外第三大肥料。

生物菌肥的种类比较广泛，近些年比较新颖的生物菌肥主要是VA（Vesicalar-Arbuscular，即泡囊-丛枝菌根）菌根，是土壤共生真菌中分布最广泛的一类。

当前国内外土壤改良方面的发明专利共有3828项，主要集中于土壤改良剂的制备方法、加工工艺以及应用等方面，一共有2234项。另外还有土壤改良剂的生产装置和撒播装置23项，土壤保水剂、保肥剂和保墒剂等专利500多项，土壤堆肥相关专利100多项，微生物复合菌肥200多项。

垣曲土壤改良实践

垣曲县地处山西省南端，北依太行，隔黄河与河南省渑池、新安县相望。垣曲蒲掌乡多丘陵山地。从2011年开始，该乡在省市县有关部门的关心支持下，投资1.2亿元，将1.2万亩荒坡改造成梯田，同时整修了道路，配套了部分基本农田水利设施，基本具备农业耕作的条件。

重建土壤微生态新平衡

要对坡改梯田块进行快速土壤修复，建立稳定的土壤质地，构建稳固的土壤结构和微生态平衡。从土壤普查入手，通过取土化验，明确影响土壤肥力恢复的制约因素，通过配方施肥技术，利用有机肥、复混肥料、腐殖酸、微生物肥料等协调作用，快速构建土壤养分体系，保证农作物正常生长发育所需要的养分，实现作物增产增收。

该研究的主要技术是重新建立坡改梯土壤中新的稳定的微生态平衡。既要保证土壤中土著微生物的种类和数量，还要保证发酵型微生物的种类和密度，同时还要和该区域大的生态系统结合起来，避免造成由于一种或一类微生物的不科学的施入，造成原有土著微生物种群的变化，进而产生不可预知的生物入侵等生态问题。

通过优先筛选该区域内的土著优势微生物种群，通过人工培养的方式扩繁增殖，结合有机、无机载体，以微生物肥料的方式重新投入坡改梯田块土壤中，构建稳定可靠的土壤微生态平衡。同时，通过测土配方施肥技术，结合所种植农作物的种类和产量水平，科学配方，合理施肥，结合节水灌溉技术，沉降土层，恢复土壤理化性状和团粒结构，做到作物“吃饱吃好而不浪费”，同时，依靠农作物根系快速恢复地力，实现坡改梯土壤快速修复成良田。

将不同菌株进行反复筛选组配，保证微生物菌株之间无明显的拮抗现象，还原蒲掌乡原产地土壤土著微生物为主导的主体功能微生物群。为保证微生物菌种的质量，进行了多品种、多组合的研究，经分离纯化、筛选出效价高的多种不同功能的菌种，并进行堆肥发酵试验，取样检测发酵底物的有效养分、有机质、水分、重金属含量与原始数据进行比对，将作用效果最佳的一组配伍作为农作物的生物肥。

创新点在于从坡改梯的土壤类型入手，通过对土壤的物理肥力、化学肥力和生物肥力进行系统分析，找出影响和制约土壤生产能力的因素，通过系统配方施肥技术，快速恢复土壤的保水、保肥、保温、通气性，尤其要恢复土壤中微生物活性，建立并维持良好的土壤质地和微生态平衡，为农作物生产提供良好的土壤条件。

通过对原生地土壤中细菌、放线菌和真菌的种类和数量分析，建立微生物间G+/G-的标准，以此判断土壤修复的成果。

“生态种植”成良性循环

窗墙面积比是指窗户洞口总面积与同朝向建筑立面面积的比值。对于门窗，首先应符合功能要求，如充足的光线可避免白天灯光的使用，减少电能的损耗，同时也要满足通风的要求；要使用保温、隔声，气密性等级、水密性能好的符合国家标准的中空保温玻璃，可以积极使用推广一些先进的材料，如现在示范性项目中用的Low-E玻璃等，以达到节能的目的。

大肥大水的栽培模式，不仅使食物失去了真味，也使土壤中的小生灵们失去踪迹了，土壤正迅速板结和日渐贫瘠，庄稼疾病百出，艰难生长，瓜果蔬菜有残留毒害，人、禽、畜们每天都在“服毒解饥”。

在这种形势下，一种新的种植方式，即“生态种植”便应运而生。“生态种植”的具体做法是在田野里使用微生物技术和轮作制，即豆类、粮食、苜蓿（一种绿肥植物）、根茎植物不断轮种，均衡利用土壤营养元素，提高肥效。待农作物收获之后，再把其根茎和麦秆捣碎，喷洒上益生菌原液后埋入地下，使地表下形成一层肥沃的天然腐殖质，同时又能促使有机物的转化，保持水土不致流失。为了杜绝传染病的侵害，“生态种植”连人、畜的粪便不经微生物发酵都不予使用。

此外“生态种植”还带来了一系列良性循环。由于不使用农药、化肥，使田地园林免受污染，生态环境得到大大的改善，从而在自然界形成健康的食物链，使各种野生动植物都能得到自然生长和繁衍，通过“以菌治菌”、“以菌治虫”来减少病虫害。最终既提高农作物的产量，又提高了它的质量，在市场上卖出了高价钱，给农民带来了莫大的好处。

通过坡改梯土壤改良后，土壤的主要技术指标是：有机质＞0.8%，pH值6.5～8.0，全氮＞1.0克/千克，碱解氮大于30毫克/千克，有效磷＞5毫克，速效钾＞100毫克/千克。细菌总数＞5000万个/克，放线菌总数＞2000万个/克，真菌总数＞500万个/克。农作物种植产量在投入相当的情况下，同比坡改梯之前增产5%～15%，品质改善。

通过项目实施，对1.2万亩坡改梯土壤进行快速修复，变成良田，实现农作物中产田标准。按玉米面积3000亩，谷子面积1000亩，烟草面积2000亩，蔬菜面积2000亩，其他4000亩计，增产率5%～15%，预计增产粮食30万千克、烟草6万千克、蔬菜100万千克，其他作物100万千克，增加农业收入800多万元。

垣曲土壤改良的博亚方舟技术实践

土壤污染的微生物修复技术，就是利用微生物在污染的胁迫下，能够从体内分泌出某种具有络合或分解转化污染物能力的有机物质，使污染物的移动性降低或极性改变，从而不容易进入生物体内；或者，使污染物在微生物分泌的胞外酶的作用下，在体外被分解转化为无毒无害的物质。此国家发明专利可增加土壤中抗性微生物的数量，因此可以降低污染程度，还可以提高土壤的肥力，这是一项既经济又实效的技术。此技术可活化土著微生物分解能力和利用土著微生物代谢能力达到修复土壤的目的，同时添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生物（群）的方法达到修复土壤的目的。

在垣曲使用的博亚方舟生物科技有限公司国家发明专利主要是由乳酸菌、酵母菌、光合细菌、放线菌、磷细菌、钾细菌、固氮细菌、硝化细菌和纤维素降解细菌等构成，进行土壤修复。微生物土壤改良技术，是将有机肥与促使土壤养分快速释放的微生物群体混合物施于土壤中。微生物在土壤中可快速、高效地分解有机质并且加速自身的生长与繁殖，将空气中的分子态氮固定并转化为植物可以吸收的氨态氮，同时将土壤中不溶的P、K分解为可溶性的元素，从而易于为植物吸收利用，以此来改良土壤。此外，在作物收获后，直接将有效微生物群体喷施在残茬上，可使地表上下的残茬迅速分解，以达到增加土壤肥力、改良土壤结构、充分保持和利用土壤水分的目的。在实际工作中，已经将该技术商业化，制成微生物土壤改良剂、微生物肥或土壤微生物增肥剂等。

此法是利用微生物的接种优势，对复垦区土壤进行综合治理与改良的一项生物技术措施。通过向新建植的植物接种微生物，在改善植物营养条件、促进植物生长发育的同时，利用植物根际微生物的生命活动，使失去微生物活性的复垦区土壤重新建立和恢复土壤微生物体系，增加土壤生物活性，加速复垦地土壤的基质改良，加速自然土壤向农业土壤的转化过程，使生土加速熟化，提高土壤肥力，从而缩短复垦周期。微生物可改变土壤酸碱性，它是借助能在极端环境条件下生长的微生物类群，利用其能改变环境条件的pH特性的代谢产物来改良土壤酸碱性，这是土壤改良的重要方面。

此技术特点是：用微生物对土壤污染物的降解与转化机理，达到环境保护与治理措施，提高元素的转化率，降解有毒、有害物质，以促进营养物质更易被生物所吸收，从而提高农产品质量和土壤环境质量。

生物技术在玉米、核桃、苹果、桃、烟叶、红薯、谷子、蔬菜等多种作物上实验应用，均取得了良好效果。比如华丰马村安新社的苹果，今年在地头以2.1 元/斤的价格批发给广东果商，苹果在广东市场一抢而光。另一边，使用传统技术种植的华丰苹果却出现了滞销现象。如今，垣曲县客都和今美超市最贵的苹果都是土壤改良示范园生产的4.18元，其他的苹果有一块七八的和两块七八的，同样，垣曲县古城乡的桃、西瓜，英言示范园的核桃、毛家的小米等都达到了有质有价的状态。

以益生菌原液与传统农药、化肥制剂对比有本质性区别；无毒、无副作用、不产生抗药性，是天然的微生物菌剂。益生菌原液能有效改善土壤的酸、碱、黏、沙、易涝、易旱等不良性质，保水透气；能活化土壤中磷、钾，固氮，有效消除土壤板结，释放土壤肥力，提高肥料利用率，为农作物营造出良好的微生态生长环境；能提高种子发芽率及幼苗的健壮度，促进农作物在各时期的生长发育、保花保果、提高结实率；能预防连种带来的影响，减少农作物病、虫、害的发生；能有效降解各种有害残留，减少种植户对化肥、消毒剂、杀虫剂的依赖；能显著改善农作物品质，增产增收。

各种新技术的不断完善与发展，特别是分子生物技术的发展使我们逐渐打开了土壤这个“黑匣子”。利用这些新技术可以对土壤微生物多样性进行分析，详细了解其群落结构及其功能，并通过各种管理措施调整土壤微生物的种类组成及数量，促进有益微生物数量的增长，抑制有害微生物的发展，提高土壤肥力，克服各种土壤障碍因子，提高农田生态系统的输出量。

在我国耕地质量下滑、农产品质量安全不保的现实下，对过去几十年农业生产盲目使用化肥农药进行反思，无论从精准施肥的角度进行缓控释肥技术的研发，还是从传统种植中吸取智慧利用现代科技进行有机种植，都是对当下问题切实可行的解决方案。至于哪条道路将走得更远，更能保障粮食安全，更能保证产品质量，尚需漫长的论证和等待。