[科普中國]-土壤微生物的利用

土壤微生物是指生活在土壤中的細菌、真菌、放線菌、藻類的總稱。其個體微小，一般以微米或毫微米來計算，通常1克土壤中有幾億到幾百億個，其種類和數(shù)量隨成土環(huán)境及其土層深度的不同而變化。它們在土壤中進行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等過程，促進土壤有機質(zhì)的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。土壤微生物一般以細菌數(shù)量最多，有益的細菌有固氮菌、硝化細菌和腐生細菌；有害的細菌有反硝化細菌等。1 土壤微生物與作物的關(guān)系土壤中微生物數(shù)量多、繁殖快、活動性強，對植物有非常重要的影響，主要表現(xiàn)在以下方面：1.1 固定氮素：微生物在生命活動過程中能將空氣中的惰性氮素轉(zhuǎn)化成植物可直接吸收的離子態(tài)氮素，提供給植物吸收，保證了植物的氮素營養(yǎng)。一般把它們分為自生固氮菌、共生固氮菌和聯(lián)合固氮菌。屬于自生固氮菌的有固氮球菌屬(Azococcus)、念珠藍菌屬(Nostoc)、拜葉林克氏菌屬(Beijerinckia)等； 屬于共生固氮菌的有根瘤菌屬(Rhizobium)、弗蘭克氏菌屬放線菌(Frankia)、滿江紅魚腥藍菌(Anabaena azollae)等；屬于聯(lián)合固氮菌的有芽抱桿菌屬(Bacillus)、褐球固氮菌屬(Azotobacter)等。1.2 釋放難溶礦質(zhì)中的營養(yǎng)元素：微生物在其生命活動期間能分解土壤中難溶性的礦物，并把它們轉(zhuǎn)化成易溶性的礦質(zhì)化合物，從而幫助植物吸收各種礦質(zhì)元素。土壤中含有很多鉀細菌和磷細菌，它們能夠?qū)⑼寥赖V物無效態(tài)的鉀和磷釋放出來，供植物生長發(fā)育用。鉀細菌又叫硅酸鹽細菌，硅酸鹽細菌能對土壤中云母長石等含鉀的鋁硅酸鹽及磷灰石進行分解，釋放出鉀、磷與其他灰分等。1.3 提高植物的抗逆性:一些真菌的菌絲與高等植物的根系形成一種聯(lián)合體，有利于提高植物在不良環(huán)境下的抗御能力，促進植物生長。菌根是土壤中的菌根真菌與高等植物的根系形成的一種聯(lián)合體，是植物在長期的生存過程中，與菌根真菌一起共同進化的結(jié)果。它的存在不僅有利于菌根真菌的生存，也有利于相互的生存，有利于提高植物在不良環(huán)境下的抗御能力，促進植物生長。1.4 產(chǎn)生植物激素:土壤微生物能產(chǎn)生一些次生代謝產(chǎn)物，對植物的生長發(fā)育有刺激作用。一些土壤微生物在進入自身生命周期的后期時，能分泌出一些微量的次生代謝產(chǎn)物，其中就有一些是植物激素，可以刺激植物根系的發(fā)育，提高植物對營養(yǎng)元素的吸收。1.5 提供物理屏障，減少病原菌侵害:根際的土壤微生物在植物的根系周圍形成一個物理屏障，在這微生態(tài)環(huán)境中保護植物根系，減少了病原菌和蟲害的入侵。2 土壤微生物對環(huán)境的作用工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和家庭消費引起的有機無機污染廢棄物給環(huán)境帶來了相當大的破壞，而微生物可在一定程度上降解或轉(zhuǎn)化有機無機污染物，對土壤的生態(tài)健康和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到了一定的作用。2.1 有機污染物：主要是有機農(nóng)藥，大多為一些鹵代芳烴，最難降解的是一些氯化烴殺蟲劑如艾氏劑，六六六、DDT、狄氏劑及苯氧基除草劑如2、4-D等。土壤中的一些微生物則具有降解這些有機農(nóng)藥的功能。一些微生物可以把非芳環(huán)碳上的氯原子以氫原于取代，具有這種還原脫氯功能的微生物有酵母、普通變形菌、粘質(zhì)沙雷氏菌(Serratia marcescens)、紅平諾卡氏菌(Nocardia erythropolis)、產(chǎn)氣氣桿菌(Aerobactteraerogenes)和鏈霉菌等。而降解DDT的微生物則有假單胞菌屬、黃單胞菌屬、歐文氏菌屬等。2.2 無機污染物：主要是一些重金屬的污染，如汞、砷、鉛、鉻和鎘等的污染，微生物對土壤中重金屬活性的影響主要體現(xiàn)在以下五個方面:2.2.1 生物吸附和富集作用。微生物可通過帶電荷的細胞表面吸附重金屬離子，或通過攝取必要的營養(yǎng)元素主動吸收重金屬離子，將重金屬離子富集在細胞表面或內(nèi)部；2.2.2 溶解和沉淀作用。微生物對重金屬的溶解主要是通過各種代謝活動直接或間接地進行的。土壤微生物的代謝作用能產(chǎn)生多種低分子量的有機酸，如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等。真菌產(chǎn)生的有機酸大多為不揮發(fā)性酸，如檸檬酸、蘋果酸、延胡索酸、琥珀酸和乳酸等，且真菌可以通過分泌氨基酸、有機酸以及其它代謝產(chǎn)物溶解重金屬及含重金屬的礦物；2.2.3 氧化還原作用。土壤中的一些重金屬元素可以多種價態(tài)存在，它們呈高價離子化合物存在時溶解度通常較小，不易遷移，而以低價離子形態(tài)存在時溶解度較大，易遷移，微生物可以氧化土壤中多種重金屬元素；2.2.4 微生物對重金屬-有機絡(luò)合物的生物降解。重金屬可與土壤有機質(zhì)形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，對重金屬在土壤中的化學(xué)行為產(chǎn)生深刻的影響；2.2.5 菌根真菌與土壤重金屬的生物有效性關(guān)系。菌根真菌與植物根系共生可促進植物對養(yǎng)分的吸收和植物生長，菌根真菌也能借助有機酸的分泌活化某些重金屬離子，菌根真菌還能以其它形式如離子交換、分泌有機配體、激素等間接作用影響植物對重金屬的吸收。編輯：武瑩審核專家：山西省農(nóng)業(yè)廳研究員 石建國