《土壤微生物生态工程》——土壤微生物生态工程（5）

1．土壤微生物生态工程定义

土壤微生物生态工程是基于土壤学、微生物学和生态学的原理和技术，使用微生物改善土壤环境，使之健康可持续发展。土壤微生物生态工程主要是通过向土壤中接种微生物功能群物种或改良土壤环境以刺激微生物的生长繁殖，从而改善土壤环境、减少土传病害、降解土壤中的污染物以及加快土壤生态恢复。

2.土壤微生物生态工程的研究内容

（1）土壤微生物生态工程与污染场地的生态修复  由于微生物的代谢类型极其多样，作为一个整体，微生物分解有机物的能力是惊人的，可以说，凡自然界存在的有机物，几乎都能被微生物所分解。如葱头假单孢菌（Pseudomona cepacia）甚至能降解90种以上的有机物，它能利用其中任何一种作为唯一的碳源和能源进行代谢。然而，由于近几十年来，工业的迅速发展，人工合成的有机物大量问世，如杀虫剂、除草剂、洗涤剂、增塑剂等等，它们都是地球化学物质家族中的新成员。尤其是不少合成有机物的研制开发时的目的之一，就是要求它们具有化学稳定性。对于新合成的化合物，自然界中原本不可能存在可作用于它的微生物和酶系，因而可能大量存积于环境中而造成污染。近年来的研究表明，当环境条件发生改变时，微生物能逐步改变自身条件以适应变化的环境。它们可能通过改变自身条件以适应变化的环境；也可能通过形成诱导酶以适应新的环境，而后一种情况，则更为普遍。产生了新酶系的微生物，具备了新的代谢功能，从而能降低或转化新合成的化合物。目前已发现许多微生物能降解人工合成的有机物，甚至原以为不可生物降解的合成有机物，也找到了能降解它们的微生物。

另外，共代谢机制的存在，大大拓展了微生物对难降解有机污染物的作用范围，共代谢又称协同代谢，是指只有在初级碳源和能源存在的条件下，微生物才能进行有机物降解的过程，所提供的初级碳源和能源物质称之为共代谢底物。也就是说，有些不能作为唯一碳源与能源被微生物降解的有机物污染物，当提供其他有机物作为碳源或能源时，这一有机物就有可能因共代谢作用而被降解。例如，有实验表明，在有联苯、水杨酸作为共代谢底物时拜叶林克菌（Beijerinckia sp.）可以分解原本不被其作为碳源和能源的苯并[a]蒽。

（2）土壤微生物与农业生态工程  农业生态工程是应用农业生态系统中物种共生与物质再生产的原理，多种成分相互协调和促进的功能原理，以及物质和能量多层次、多途径利用和转化的原理，采用系统工程的最优化方法而设计的分层次多级别物质的农业生态系统。其目标是在促进自然界和农业生态系统良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益与生态效益同步发展。

微生物具有种类多、分布广、数量大等特点，并且参与自然界中氮、磷、碳、硫等循环。在农业生态工程建设中，土壤微生物在改善土壤肥力、控制氮、磷等面源以及植物保护等方面发挥着巨大作用。在改善土壤肥力方面，土壤中许多有特殊功能的微生物，如固氮菌、解磷菌、解钾菌等可增加土壤有效氮、磷、钾的含量及供给强度，根际促生菌可增强植物对逆境的抗性。另外，土壤微生物把动植物的残体及排泄物经过一系列的分解和转化，形成腐殖质，使分散的土粒相互胶结起来形成稳固的团粒结构，从而改善土壤的水、气、肥和湿度。在植物保护力面，目前开发的微生物农药主要包括微生物杀虫剂、微生物杀菌剂、微生物除草剂及利用微生物代谢分泌的有效活性物质制成的农用抗生素。在针对面源污染控制的湿地生态工程中，存在大量的厌氧、好氧和兼性微生物群落。这些微生物存在于湿地的土壤或填料的表面以及植物的根系表面，通过参与营养物的循环和改善填料氧化还原条件，以实现有机物的降解、含氮化合物的脱氮、磷化合物的转化等功能。

（3）土壤微生物与矿区生态恢复  土壤微生物是土壤生态系统中的养分源，在植物凋落物的降解、养分循环与平衡、土壤理化性质的改善中起着重要的作用，高质量的土壤应具有良好的生物活性和稳定的微生物种群组成。在矿区生态恢复过程中，发现复垦区土壤多为养分贫瘠、土壤结构性差、微生物含量低的自然生土。另外，在施工过程中土壤又经过人为扰动，导致微生物数量和种类受到影响。因此，在矿区生态恢复过程中，土壤微生物的缺乏是影响植被的重建的限制因子之一。有研究表明，在复垦的过程中，接种微生物可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，提高土壤肥力，加速自然土壤向农业土壤的转化过程。有些微生物还可以改善植被营养条仵、促进植物生长发育，从而缩短复垦周期。微生物复垦技术在国外复垦中有较快的发展，特别是微生物肥料已在复垦土壤培肥中得到工业化应用，除固氮菌、磷细菌、钾细菌肥料及复合菌肥技术以外，内生菌根技术的应用也已取得较快的进展。

（4）土壤微生物与滨海盐土生态工程  滨海盐土，是海相沉积物在海潮或高浓度地下水作用下形成的全剖面含盐的土壤。我国有长约3000km的海岸线，其中长江口以北的江苏、山东、河北、辽宁诸省滨海盐土面积达1500万亩，滩涂面积则难估计。除了土壤溶液中含有大量的可溶性盐外，滨海盐土还存在有机质含量较低，土壤养分缺乏，保水保肥能力较差的特点。近年来，在利用生态工程改良滨海盐土的过程中发现微生物菌剂可以促进土壤中难溶性磷、钾活化，改善作物营养条件。另外，在利用野大豆等豆科植物改良滨海盐土的过程中，接种根瘤菌还可起到固氮作用，从而起到提高盐土的氮素含量，增强养分的作用。