[发明专利]一种快速培育滩涂围垦土壤自然生物膜的方法及应用

说明书

沿海滩涂围垦后用于农业发展是国家重大战略规划，然而滩涂新围垦土壤盐分高、养分低等特征严重限制了滩涂农业的进程。本发明涉及一种快速培育滩涂围垦土壤自然生物膜的方法及应用，尤其是涉及沿海滩涂重度盐分土壤表面原位、快速、大面积培养土壤自然生物膜的方法和材料，通过制备自然生物膜悬浮液，滩涂土壤原位接种富集自然生物膜，并通过一定技术手段加速扩大化培育土壤自然生物膜，从而有效控制滩涂围垦土壤返盐，同时提升土壤养分含量，改良滩涂土壤，为沿海滩涂农业可持续发展提供有力保障。

技术领域

本发明涉及一种快速培育滩涂围垦土壤自然生物膜的方法及应用，尤其是涉及沿海滩涂重度盐分土壤表面原位、快速、大面积培养土壤自然生物膜的材料和方法，通过制备自然生物膜悬浮液，滩涂土壤原位接种富集自然生物膜，并覆膜加速扩大化培育土壤自然生物膜，从而有效控制滩涂围垦土壤返盐，提升土壤养分含量，为后期作物生长提供适宜生长环境，属于盐土生物改良技术领域。

背景技术

我国沿海滩涂分布广、面积大，是巨大的潜在土地后备资源，极具拓展潜力。随着城市化的快速推进，滩涂围垦（marshy reclamation）成为我国沿海地区缓解耕地减少、保持耕地总量动态平衡的战略选择。建国以来，我国实施了一系列围填海工程，经历了50年代末期、70年代末期和90年代末期三次围垦高潮，其中江苏沿海滩涂开发战略规划到2020年，围填18万hm²海域滩涂，其中农业用地要占到总围填面积的60%。 而沿海新围垦土壤盐分浓度较高，且质地多数为泥沙性质，理化性质较为一致，养分含量低。因此，如何有效改良滩涂新围垦土壤，从而增加可利用耕地，对保障国家粮食安全具有重要的战略意义。

目前，沿海滩涂围垦后，种植水稻已成为沿海地区提高粮食总产量和改良盐碱土壤的重要手段之一。水稻种植可以利用大量淡水灌溉，加快土壤的水盐运动，达到快速淋洗土壤盐分，减少土壤蒸发，有效抑制土壤返盐，增加入渗淋盐，从而达到改良滩涂土壤的目的。然而，沿海新围垦滩涂土壤多数为泥沙，理化性质较为一致，养分固持能力差。因此，在滩涂围垦区域种植水稻过程中，过量施肥、超量施肥的现象普遍存在。大量施入化肥不仅增加了生产成本，而且过量的氮磷养分通过农田地表径流、农田排水和地下渗透进入附近水体，是引起邻近河流、湖泊等水体营养化的主要原因之一。

新近研究发现，自然生物膜广泛存在于稻田系统中，是一种生物和非生物物质共同组成的膜状聚合体，一般由藻类、细菌、真菌及小型原生动物及少量土壤组成。自然生物膜是在一定的水体环境条件下产生的微生物聚集体，主要由光合自养型生物主导，一般呈现绿色，普遍存在于河流、湖泊、湿地环境中的岩石、表层沉积物表面上，并由地球上不同种类的微生物组成。以往研究多集中于水体中的自然生物膜，对土壤表层生物膜的研究较匮乏。土壤自然生物膜可以看作一种先锋“物种”，能够在2%高盐浓度的土壤表层存活生长，并在表层形成一层膜状隔离层，有效抑制盐分向表层土壤的运移，从而为其他物种如植物的生存和繁殖提供适宜土壤环境。研究表明，自然生物膜是水土界面养分和盐分运移、转化及传输的必经之地，自然生物膜具有显著的固氮作用，对磷也具有较强的亲和力，其磷含量是周围水体和植物中磷含量的几百至几千倍，可以将氮磷等养分固持在生物膜体内。例如，自然生物膜可以通过吸收、截留、共沉降、吸附等方式有效的将水体中磷元素固定，并且可以释放碱性磷酸酶转化水体中有机磷，进而达到吸收利用有机磷的效果。研究发现，自然生物膜含磷量高达1-10 mg g^-1（DW，干重），是其他水生植物含磷量的几千倍。在全球磷矿资源短缺，磷元素价格逐年飙升的背景下，对土壤生物膜进行优化利用，提高磷肥利用率。同时，通过人工干预手段将生物膜翻耕入土，可以有效增加土壤有机质、磷等养分，达到有效改良滩涂围垦土壤性质，为我国滩涂农业可持续发展提供重要保障。

发明内容