微生物改良曹妃甸盐碱土壤种植效果的研究

郭 玮，杨 宸，孙朝阳，郭之乐，路思晗，王巍杰

（1.华北理工大学 生命科学学院，河北 唐山 063210；2.唐山市丰南区惠福园生态养殖有限公司，河北 唐山 063300）

近年来，随着盐碱地面积不断扩大以及农业用地和水资源的枯竭，对盐碱地的改良和治理问题成为国际热门话题。我国盐碱地面积巨大且具有分布广泛的特点,研究和改良盐碱地并对其进行合理利用对修护我国生态环境,特别是在保证耕地总量平衡等方面具有极其重要的意义。河北唐山曹妃甸地区海水养殖场和盐田广泛分布，土壤盐分高度聚集，为重壤质滨海盐土，土壤盐分以氯盐和钠盐为主，土壤容重大、通透性差，盐碱化严重增加了对植物的胁迫作用，影响植物的生长，不利于当地经济发展。

目前，盐碱地改良主要采用物理改良、化学改良和生物改良3种方法。本研究以地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌为主要生物改良微生物，以鸡粪为菌剂载体制备一种具有改良盐碱土壤的微生物菌剂，通过盆栽试验，考察地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌不同混合比例对四季青小白菜生长情况、可溶性糖和维生素C含量，以及土壤中所含有机质、氮、磷、钾含量的变化，探索微生物改良曹妃甸盐碱土壤的种植效果。

1 材料和方法

1.1 试验土壤

供试盐碱土来自唐山市曹妃甸区华北理工大学生命科学学院前空地，采样时土壤表面布满碱斑，采样深度2～10 cm。

1.2 试验肥料

本研究所用肥料为新鲜鸡粪，加入稻壳、锯末、水，比例为3∶1∶1∶3，发酵2周后制得。

1.3 试验菌种、四季小白菜

地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌（由华北理工大学生命科学学院试验室提供）。

四季青小白菜品种为F（购于淘宝金种子农资店），前期将种子播种于营养土中获得幼苗供后期移苗用于试验。

1.4 试验仪器

T6型紫外分光光度计；OK-V24型土壤肥料养分速测仪；THZ-92A型气浴恒温振荡器；pH测试仪。

1.5 试验设计

根据盐碱土壤中是否加入肥料及加入菌剂比例不同，设置为7个处理组，各组处理条件如表1。

表1 盆栽试验分组及处理

每个处理重复3次，所有盆栽其他无关变量均一致。待四季青小白菜成熟，剪取叶片进行可溶性糖和维生素C含量测定；土壤测定pH值、有机质、铵态氮、全钾、磷含量。

1.6 测定项目与方法

1.6.1 菌种拮抗试验 采用划线法将地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的菌液涂布在培养皿中，37℃恒温培养24 h，观察2条线交叉处2种菌种是否正常生长。图1为菌种拮抗试验图，由图中方框两线交叉处可知2种菌可共同存在，验证2种菌种制成微生物菌剂的可行性。

图1 拮抗试验图

1.6.2 微生物菌剂的制备 分别活化地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌，采用分光光度计测定OD值，控制数值在0.6～0.8范围内。用Design-Experts设计地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌配比试验,按比例混合2种菌种制备微生物菌剂。

1.6.3 四季青小白菜可溶性糖、维生素C含量测定采用蒽酮法测定可溶性糖。精密称取葡萄糖0.1 g，用蒸馏水稀释成1 mL含200 μg葡萄糖的溶液，精密吸取0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL溶液，分别加水稀释至总体积2.0 mL，测定OD值，以葡萄糖含量为横坐标，吸光度值为纵坐标进行线性回归，得到回归方程=0.007+0.000 5，=0.999 5(n=6),葡萄糖在0～200 μg·mL范围内有良好的线性关系。

采用紫外分光光度法测维生素C含量。精密称取维生素C 0.1g，用2%偏磷酸溶液稀释成1 mL含0.1 mg维生素C的溶液，精密吸取0，1，2，4，6，8，10 mL溶液，分别加2%偏磷酸溶液稀释至总体积为100 mL，测定OD值，以维生素C含量为横坐标，吸光度值为纵坐标进行线性回归，得出回归方程=0.060 5-0.000 7，=0.999 5(n=7)，维生素C在0～10 μg·mL范围内有良好的线性关系。

根据不同处理下叶片匀浆后所测吸光度计算四季小白菜维生素C、可溶性糖含量。

1.6.4 土壤理化性质检测 使用土壤肥料养分速测仪检测土壤铵态氮、全钾、全磷、有机质含量，使用pH测试仪对土壤pH值进行测定。

1.7 数据处理

试验数据用Origin2017软件绘制柱状图，IBM SPSS Statistics 25软件分析显著性。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤理化性质的影响

曹妃甸地区适量生长植物的表层土pH值为6.9。表2为不同处理条件下土壤各项指标，空白组和试验组1、2a、2b、2c、2d、2e试验结果比较，试验组1 pH值仍偏碱性，试验组2a、2b、2c、2d、2e为适合植物生长的pH值，表明地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌能不同程度改善盐碱地pH值；试验组2a、2b、2c、2d、2e土壤有机质、铵态氮、全磷浓度均高于试验组1，其中试验组2a土壤有机质浓度和全磷浓度升高最多,分别为86.56‰和24.17‰；试验组2d铵态氮浓度增加最多，为281.91‰；试验组1、2a、2b、2c、2d、2e全钾的含量均高于空白组，除试验组2e全钾浓度均比试验组1高外，试验组2a、2b、2c、2d全钾浓度比试验组1低，土壤全钾含量的变化可能和复合菌剂中地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌配比有关。

表2 不同处理对土壤理化性质的影响

2.2 不同处理对四季青小白菜可溶性糖、维生素C含量的影响

2.2.1 不同处理对四季青小白菜叶片可溶性糖含量的影响 由图2可知，试验组1、2a、2b、2c、2d、2e可溶性糖含量均高于空白组，分别为3.0，9.81，13.6，14.1，15.0，15.7 mg·g，不同处理下各组四季青小白菜可溶性糖含量均具有明显差异。微生物菌剂能明显提高四季青小白菜可溶性糖含量，地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的比例为1∶3时，可溶性糖含量最高。

图2 不同处理对四季青小白菜可溶性糖含量影响

2.2.2 不同处理对四季青小白菜叶片维生素C含量影响 由图3可知，试验组1、2a、2b、2c、2d、2e维生素C含量均高于空白组，分别为0.19，0.38，0.44，0.52，0.57，0.63 mg·g，除空白组与试验组1试验结果无明显差异外，各组间均具有明显差异。微生物菌剂能明显提高四季青小白菜维生素C含量，地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的比例为1∶3时，维生素C含量最高。

图3 不同处理对四季青小白菜维生素C含量影响

2.2.3 不同处理对四季青小白菜长势的影响由空白组、试验组1、2a、2b、2c、2d、2e四季青小白菜长势图（图4）可以看出，试验组1、2a、2b、2c、2d、2e四季青小白菜长势优于空白组，试验组1四季青小白菜叶片呈黄绿色，试验组2e四季青小白菜叶片面积最大且绿色较深。结果表明，微生物菌剂具有促进植物生长的作用，地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的比例为1∶3时，促进蔬菜效果最佳。

图4 不同处理蔬菜长势图

3 结论与讨论

土壤是自然界最复杂的生态系统之一，是维持植物正常生长和保证粮食安全的必要条件。土壤pH值和有机质、氮、磷、钾等营养成分含量对植物生长至关重要。曹妃甸大部分地区为盐碱地，且植物生长必须的营养成分含量偏低，不适合植物生长，造成土地资源严重浪费。

本研究进行微生物改良曹妃甸盐碱土壤种植效果的探索，通过施加鸡粪、地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌制成的微生物菌剂研究四季青小白菜盆栽生长情况和叶片可溶性糖、维生素C含量，以及盐碱土壤pH值、有机质、全、磷、铵态氮含量变化。试验结果表明，鸡粪和微生物菌剂联合应用能够明显改善土壤理化性质，促进四季青小白菜生长，地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌制成的微生物菌剂的作用效果和2种菌种混合比例有关，地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌1∶3混合制备的菌剂改良曹妃甸盐碱土壤种植效果最好，土壤pH值为6.6，土壤有机质为80.97‰、铵态氮为277.84‰、全磷为17.92‰、全钾为14.51‰，土壤营养成分浓度提高幅度较大；四季青小白菜叶片可溶性糖和维生素C浓度明显提高，分别为15.7，0.63 mg·g。

我国盐碱地资源丰富，土地贫瘠，盐碱地治理是关系到国计民生的重要举措，合理利用微生物改良盐碱地，扩增植物种植面积，在“双碳”经济背景下，具有重要的经济效益和社会效益。