林业土壤生态修复中解磷微生物运用分析_莫亮团.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/12林业土壤生态修复中解磷微生物运用分析莫亮团，邓文贵（黔南州林业局，贵州 黔南 558000）【摘要】简要介绍解磷微生物的类别、使用原理，阐述林业土壤改善工作中引入解磷微生物的思路。以贵州玉湖农林企业经营的M林业项目为例，进行有目标的土壤修复侧重性的土壤培养，测定土层中氮磷情况，并采取小块林区试培方法，结合试培植物的营养吸收情况、土壤属性、土壤酶活，判定此种方法用于改善林业土壤的可行性，积极展现解磷微生物的应用价值。【关键词】林业；土壤；微生物【中图分类号】S714【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）12-0046-030引言植物生长期间会代谢磷元素，有助于植物生长、能量传输、信号传递、吸收营养。地层中，含磷平均值约为 0.12%。在风化成土环境中，岩层磷元素渗入土体，植物会吸收一部分磷元素，长此以往会形成土壤养分不足问题。而解磷微生物是借助代谢过程，进行多种生物协同，转化土层不易溶解的磷，使其成为微生物类别，具有一定可溶解性，能够有效激活土层生态功能，展现出土壤修复作用。1解磷微生物概述1.1解磷微生物类别解磷微生物用于土壤中，可激活林业、农业的植物培植能力，改善环境生态性。按菌种可将其划分为3 种类别：解磷细菌种类最多，共有 10 余种，包括“沙雷氏”“无色杆”等。真菌类仅有 4 种分别是“青霉”“曲霉”“根霉”“链格孢”。放线菌仅有一种，即链霉菌。解磷细菌主要分解植物根系位置的磷元素，各类微生物解磷过程具有一定差异性，对不同植物会产生“促进”“抑制”两种不同表现。例如，解磷细菌用于西瓜、花生等植物根系时，表现出“促进”作用，而在白三叶草植物根系中使用时，会阻碍植物根系生长。解磷真菌主要用于不易溶解的磷酸盐，解磷能力约为 6%，约是解磷细菌能力的 3 倍。解磷放线菌能够改变磷元素的状态，可借助植物代谢过程，防止植物病害的形成，提高植物栽种成功性1。1.2解磷机制（1）酸解。少数解磷微生物可在空气条件下进行有氧呼吸，呼出有机酸。此种呼出物具有低分子量特点，会进行多种气体交换，达到酸解磷元素的效果。有机酸类型多样，具体包括“苹果酸”“乳酸”等。各类解磷微生物形成的有机酸不完全相同，且相同类别的解磷微生物，在差异性培养环境中，生成的有机酸具有一定差异性。（2）无机酸。少数解磷微生物分散出氢元素，能够有效转化 PO43-，生成的 H2PO4-、HPO42-会被植物吸收。实践中，无机酸相比有机酸，解磷能力稍弱。（3）酶解。各类解磷微生物均可分泌多种类型的酶，比如“D-甘油磷酸酶”“C-P 键裂解酶”等。各类酶的解磷功能不同，磷酸酶的催化解磷效果会参照土壤酸碱值发生变化。当土壤酸碱值不足 6 时，酸性磷酸酶表现出解磷优势；当土壤酸碱值不低于 7时，碱性磷酸酶表现出较强的解磷催化功能。2林业土壤改善工作中引入解磷微生物的应用方向2.1人工林修复当前，国内解磷研究工作尝试从油茶、桉树等林木中提取具有较强解磷能力的微生物，如“单胞类”“青霉类”等。随着解磷微生物逐渐增多，“狍子型解磷微生物”“云南微球解磷微生物”作为新型物种，表现出解磷能效高、生态性强等优势，能够有效改善人工林苗期植株生命力不强的问题，促使植株根系发育。此外，使用优质解磷微生物，可显著调节土壤养分，有助于建成经济林。2.2红树林修复红树林多见于海陆交界处，具有较强的碳汇功能，含磷量高于 581 mg/kg 且不低于 1 132 mg/kg。在海水冲刷作用下，土壤中含有多种金属离子，在底泥处沉积较多磷酸盐，而使用“溶解菌”“短小芽孢杆菌”等解磷微生物，能够有效激活林地苗圃的生长能力，具有高效造林之效2。节能环保46DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.12.010LOW CARBON WORLD 2022/123改善M林业土壤生态性的实践分析3.1 M林业土质情况分析环境因素改变可能带来的解磷影响时，使用磷酸三钙、盐酸等多种试剂，干燥箱、酸碱计等各类测量仪器，对比查看解磷效果。首先，在土样制作时，选择 M 林业的土壤，采取多点取样方式，各点间隔 2 m，去除土壤中的杂物，在清爽通风处筛分土壤，筛分精细度为 2 mm。贵州 M 林区的土壤特征如表 1 所示。其次，选择芽孢杆菌解磷微生物，可从林区植物根系提取，共选出 20 株，培养 24 h，存储温度设计为28，存样时间为 7 d。培养完成后，将解磷微生物用于土样中，4 d 初步呈现可溶性磷。3.2配制有机肥解磷有机肥配制时，M 林业人员选择“食用菌废料”“玉米芯粉”作为材料，各取 50 g，分别从不同供应商购入。处理生产材料时，需进行风干、粉碎等操作，使用 18 目筛，各筛一次。筛料后，存储于蒸汽室，温度设为 120，时间设为 30 min，进行两次杀菌。杀菌完成后，将培养料取出，放置于自封袋内保存备用。随后称量 40 mL 的培养液，进行 24 h 培养，设定离心设备的运行速度为 4 000 转/min，共离心处理 8 min，去除上清液，使用离子水进行洗涤。洗涤完成后，将培养液放置于培养箱内，温度设为 25，进行一周的发酵处理。发酵期间，应适当补充肥料，补充氧气。参照组使用的肥料，使用无菌水代替培养液，其余不改变，侧重判断解磷微生物的作用3。3.3土壤样品处理M 林业划出一块试栽区，对比查看解磷有机肥的土壤修复效果。土样处理时，进行自然干燥、磨碎、过筛等各个环节，处理完成后将其存放在室温环境中。并选择 M 林业本土适应生长的植株进行试栽。M林区试栽的土壤样品处理方案如表 2 所示。在表 2 中，A 土样处理作为参照数据；B 方案使用芽孢杆菌解磷微生物的菌株，直接用于土样处理；C 方案是使用一般有机肥；D 方案是使用芽孢杆菌解磷微生物配制的有机肥。在土样备好后，选择 24 株杨树树苗进行试栽。每个土穴装入土样 500 g，每 4株使用一个土样方案，对比观看植株长势。2 个月后，查看土壤成分的变化情况。4 组土样处理的试栽结果如表 3 所示。由表 3 杨树植株试栽对比发现，4 组土样处理方法中，D 组方案使用解磷微生物制作的有机肥，混合于土壤中的试栽效果最好，栽植 60 d 内并未见异常，可保证杨树植株移栽成活率。A 组、B 组出现植株枯萎问题，说明土样结构欠佳、存在严重板结问题，不利于植物根系呼吸，有碍于植株生长。C 组使用了有机肥，初期未见异常，栽植 60 d 出现枝叶萎靡问题。由此可知，有机肥适用于 M 林区，具有较强的土质改善作用，可保持植株生命活性；解磷菌制成的肥料，具有较明显的植物栽培助益功能。3.4水质测定参照水质监测的相关要求，逐一测定水样的各项参数，如酸碱值、TP 等。每组参数监测 3 次，以平均数作为监测结果。监测各项指标时，分别采用分光光度、试剂消解等方法。3.5土壤属性测定土壤成分时，从酸碱值、氮、磷各方面逐一进行。每组参数测定 6 个数据，获取平均值，增加测定结果的代表性。测定酸碱值时，以 5 份水融合一份土的方式进行 30 min 的浸提处理，使用专用计量仪读取结果。对于土层磷含量，选择碳酸氢钠溶液进行土样浸提处理，选用比色法测定结果。土层氮含量的测定工作，选择碱解扩散法。4 组土样处理 60 d 后的土质测定结果如表 4 所示。由表 4 数据发现，B、C、D 三组处理土样后，土质土样酸碱值铵态氮有效磷西边林土5.0317.2385.82东边林土5.0723.1586.25表1贵州M林区的土壤特征单位：mg/kg处理方案处理详情A土样不处理B土样+菌株C土样 6：有机肥 1D土样 6：微生物肥 1表2 M林区试栽的土壤样品处理方案项目栽植 7 d栽植 28 d栽植 42 d栽植 60 dA 组整体较好枝叶严重萎靡全部枯萎全部枯萎B 组整体较好枝叶一般萎靡全部枯萎全部枯萎C 组整体较好长势不明显出现黄叶枝叶萎靡D 组整体较好枝叶变大长势较好长势较好表3 4组土样处理的试栽结果项目酸碱值铵态氮/（mg kg-1）有效磷/（mg kg-1）A 组5.0316.1185.17B 组5.1324.21149.21C 组5.1525.12240.11D 组5.1827.85315.87表4 4组土样处理60 d后的土质测定结果节能环保47LOW CARBON WORLD 2022/12各项参数比 A 组数据好，展示出土样处理的重要性。各组数据中，D 组肥料发酵时添加解磷微生物，能够增加微生物代谢量，使其转化出较多的有机酸，以此明显控制土样酸碱值、增加氮磷含量。其中，D 组磷含量最高，达到 315.87 mg/kg，相比 C 组高出 75.76 mg/kg，土壤养分的调节效果优异。为此，在修复呈碱性的土质时，需制备解磷有机肥，以此获取更多有机酸、磷肥。C 组、D 组土样处理后，酸碱值表现出一定浮动性，通过分析可知，在杨树试栽期间灌溉水补充量不足，致使土壤散出较多的碱性成分，使土样酸碱值出现浮动。所以在具体种植期间，应防止树苗长期处于淹水状态。3.6土壤酶活性在测定期间，应使用专用的试剂盒，检测土壤酶活性。选择紫外分光测定法，获取土样过氧化氢酶的含量，测定时重点查看 240 nm 波长位置。采用靛酚蓝比色法，测定脲酶含量，关注 630 nm 波长位置的比色结果。分光光度法用于测定磷酸酶含量，测定波长参考值为 660 nm。土壤酶具有明显的生物催化功能，主要作用于蛋白成分，是微生物代谢所得物，其是评价微生物活跃性的关键指标，能够真实展现土体微生物的变化情况，可用于判断土壤质量、土壤栽植能力4。4 组方案栽培杨树 60 d 后的土壤酶情况如表 5 所示。由表 5 可知，过氧化氢酶具有较强的催化能力，能够加快过氧化氢分解速度，抑制其毒害作用。C组、D 组的土样处理方法，过氧化氢酶表现出较高活性，而 A 组、B 组的过氧化氢酶活性较低，推测是定期浇灌量较大，间接增加了土层含水量，引起土质有内涝倾向，形成了微生物毒害现象，威胁着土壤栽培的正常性。脲酶主要反馈土样含氮量，C 组、D 组的脲酶含量较高，D 组最高，说明有机肥可促进脲酶活跃，微生物肥的促进效果更佳。磷酸酶可有效增强解磷速度，供给植物生长磷元素，C 组、D 组的磷酸酶含量较高，表现出较强的磷元素供给能力。3.7土壤微生物情况对于这 4 组土样，可使用 DNA 专用试剂盒判断土层微生物情况。参照说明书内容，逐一抽提 DNA，利用分光光度计获取抽提液的情况，计量结果达到标准时，将抽提液存储于-20 的专用设备中，由相关单位从微生物类别、丰富程度等方面测定土样修复情况。经实践发现，这 4 组方案中 C 组、D 组添加的有机肥，能够显著调整土体微生物组成，增加氮磷含量，激活土壤酶活性，间接增加土壤体系的微生物类型5。3.8预测试栽的生态效果使用小杯盛满 4 组方案的土样，各 2 g，杯底添加的石英砂厚度为 4 cm，待肥料发酵一周后装入土壤中，添加 0.8 mL 水，进行淋洗，并检测淋洗液的各项参数，如酸碱值、氮磷含量等。淋洗期间，4 组土样处理方案中 D 组参数大于 C 组，说明解磷微生物能够增强氮磷转化能力，显著增加可吸收的氮磷成分，具有较高的土壤生态修复价值，故 D 方案可用于 M林业土壤修复、生态优化相关工作中。4结语当前解磷微生物具有较强的土壤改善功能，将其制成有机肥，用在贵州 M 林业的试栽中，植株长势、土壤质量、酶活性、微生物数量、土壤修复能力，相较于其他有机肥、土样处理方案，均有明显优势。为此，在林业生态建设、植株移栽、土壤修复的工作中，可有效选用解磷微生物，规范制定有机肥，将其投入在土壤修复、土壤生态建设中，发挥其微生物活跃、高效转化氮磷元素的积极作用。参考文献1 孙健，张鑫鹏，李松龄，等.高寒冷凉环境中解磷微生物的效果初探J/OL.中国土壤与肥料：1-92022-09-25.http:/ 蒲文彬，冯晖.乡村振兴背景下贵州省林下经济高质量发展路径研究J.生产力研究，2022（7）：45-49，161.3 芶久兰，顾小凤，张萌，等.不同烤烟种植模式对贵州土壤养分、酶活性及细菌群落结构的影响J.核农学报，2022，36（7）：1475-1484.4 朱仁秀，陈江博.贵州土壤铊污染及防治研究进展J.内江科技，2021，42（7）：67-68，43.5 吴康，夏忠敏，韩峰，等.贵州土壤墒情监测现状及发展对策J.耕作与栽培，2017（3）：66-67.作者简介：莫亮团（1984），女，布依族，贵州荔波人，本科，工程师，主要从事林业工作。土壤酶过氧化氢酶脲酶磷酸酶A 组5.895.3215.21B 组6.126.0117.58C 组6.356.6819.25D 组7.237.8524.56表5 4组方案栽培杨树60 d后的土壤酶情况 单位：U/g节能环保48