一种快速培育滩涂围垦土壤自然生物膜的方法及应用技术

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。本发明专利技术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。

Method and application for rapidly cultivating natural biological film of tideland reclamation soil

It is a national strategic plan for the development of agriculture after the reclamation of tidal flats. However, the characteristics of high salinity and low nutrient content in the newly reclaimed land have seriously restricted the process of agricultural development. The invention relates to a method and application of reclamation soil natural biofilm cultivation of fast, especially the methods and materials related to severe coastal salt soil surface in situ, rapid, large area cultivation of soil natural biological membrane, preparation of natural biofilm suspension through the system, tidal soil in situ enrichment of natural biofilm, and through some technical means to accelerate the expansion of cultivated soil natural biological membrane, so as to effectively control the reclamation soil salt, and improve soil nutrient content, soil improvement, providing a powerful guarantee for the sustainable development of agriculture in coastal area.

【技术实现步骤摘要】
一种快速培育滩涂围垦土壤自然生物膜的方法及应用
本专利技术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

技术介绍
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（marshyreclamation）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1-10mgg-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。
技术实现思路
沿海新围垦滩涂土壤盐分高、养分低，本专利技术的目的为改良沿海滩涂新围垦土壤理化性质，一方面为沿海滩涂新围垦土壤改良技术提供新途径，设计一种高效、廉价、易实现、环境友好的滩涂土壤自然生物膜的富集及其扩大化生长方法；另一方面为沿海滩涂围垦开发及滩涂生态功能提升提供技术支持和理论参考，合理资源化利用土壤自然生物膜资源，从而有效控制表层土壤盐分含量，增加土壤养分含量，提升滩涂新围垦土壤肥力。为达到上述目的，本方法是通过以下的技术方案来实现的：一种快速培育沿海滩涂围垦土壤自然生物膜的方法，步骤如下：（1）滩涂围垦土壤自然生物膜的快速富集；（2）滩涂围垦土壤自然生物膜接种液或悬浮液的制备；（3）滩涂围垦土壤的平整及配套设施的设计；（4）滩涂围垦土壤自然生物膜的原位培育及扩大化培养；（5）滩涂围垦土壤自然生物膜的后期管理与资源化处置。进一步的，步骤（1）滩涂围垦土壤自然生物膜的富集包括原位富集和异位富集方法，两种富集方法相辅相成。在滩涂土壤表面无自然生物膜的情况下，采用异位富集办法，室内富集滩涂土壤自然生物膜；在滩涂土壤表层具有自然生物膜的情况下，利用原位富集方法，直接在野外进行土壤自然生物膜的富集。具体为：在滩涂围垦土壤表面无自然生物膜的情况下，适宜采用异位富集办法，首先采取定量滩涂表层土壤（0-5cm），按水土比2.5:1将土壤与水充分混匀后静止，然后将土壤溶液导入透明玻璃缸内（玻璃缸大小根据土壤悬浮液而定），将自然生物膜富集材料（腐熟秸秆）放入玻璃缸中进行滩涂土壤土著微生物的富集形成生物膜聚合体，玻璃缸放入光照培养箱内，控制光照时间14/10h，光照强度大于或等于12000lux，温度30-35℃。为满足自然生物膜生长所需营养，定期加入适量培养液，具体配方如下：表1土壤生物膜培养液配方注：其他包括微量元素溶液、VB12溶液、硫胺素溶液、和生物素溶液。微量元素溶液母液配方为：Na2EDTA·2H2O4.36g、FeCl3·6H2O3.15g、CuSO4·5H2O2.5g、ZnSO4·7H2O22g、CoCl2·6H2O10g、MnCl2·4H2O180g、Na3VO418g、Na2MoO4·2H2O6.3g、蒸馏水1L；VB12溶液母液、硫胺素溶液母液和生物素溶液母液分别为27mgVB12、67mg硫胺素和2400mg生物素分别溶于200mLHEPES缓冲液（2.4g/200mLdH2O,pH7.8）中。在野外滩涂土壤已经具有一定自然生物膜的情况下，利用原位富集方法，直接将土壤自然生物膜采集，进行土壤自然生物膜的快速富集。在田块附近，挖一个1m3的水塘，用塑料膜覆上。光源是自养微生物生长繁殖必不可少的影响因子，因此选择在阳光充裕、温度适中（25℃以上）的条件下，将自然生物膜富集材料放入塘内进行自然生物膜的快速富集。进一步的，所述的自然生物膜富集材料为腐熟的农业固废，农业固废主要包括作物秸秆、作物果实壳，优选作物秸秆；农业固废的腐熟过程为：取预处理好的固废放入密闭玻璃箱内，加入蒸馏水，加入腐熟剂，保持箱内湿度为80%以上，在大于30℃条件下腐熟7-15天，然后将腐熟的农业固废放在室外自然烘干1-2周，备用。腐熟后的秸秆更有利于微生物吸收利用，且表面粗糙度增加，能够促进土壤自然生物膜的富集及生长。进一步的，步骤（2）滩涂土壤自然生物膜接种液或悬浮液的制备是将步骤（1）富集的生物膜聚合体加入蒸馏水中，充分搅拌混匀，制备成自然生物膜接种液或者悬浮液，以备接种所用。生物膜聚合体与蒸馏水的比例为1:10。具体的，按照每平米土壤约需5g土壤自然生物膜（鲜重）原样进行配置。优选的，土壤生物膜悬浮液的具体制备方法如下：在进水渠内，围起一块封闭空间（根据生物量和水量而定），用塑料膜覆上，加入富集好的土壤生物膜和水，水与生物膜质量比为10:1，用木棒或其他工具将水与生物膜充分搅拌均匀，制备成土壤生物膜悬浮液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速培育沿海滩涂围垦土壤自然生物膜的方法，其特征在于，步骤如下：（1）滩涂围垦土壤自然生物膜的快速富集；（2）滩涂围垦土壤自然生物膜接种液或悬浮液的制备；（3）滩涂围垦土壤的平整及配套设施的设计；（4）滩涂围垦土壤自然生物膜的原位培育及扩大化培养；（5）滩涂围垦土壤自然生物膜的后期管理与资源化处置。

【技术特征摘要】
1.一种快速培育沿海滩涂围垦土壤自然生物膜的方法，其特征在于，步骤如下：（1）滩涂围垦土壤自然生物膜的快速富集；（2）滩涂围垦土壤自然生物膜接种液或悬浮液的制备；（3）滩涂围垦土壤的平整及配套设施的设计；（4）滩涂围垦土壤自然生物膜的原位培育及扩大化培养；（5）滩涂围垦土壤自然生物膜的后期管理与资源化处置。2.根据权利要求1所述的快速培育沿海滩涂围垦土壤自然生物膜的方法，其特征在于，步骤（1）中滩涂围垦土壤自然生物膜的快速富集采用异位富集方法或者原位富集方法，在滩涂围垦土壤表面无自然生物膜的情况下，采用异位富集办法，室内富集滩涂土壤自然生物膜；在滩涂土壤表层具有自然生物膜的情况下，利用原位富集方法，直接在野外进行土壤自然生物膜的富集。3.根据权利要求2所述的快速培育沿海滩涂围垦土壤自然生物膜的方法，其特征在于，所述的异位富集方法具体为：首先采取定量滩涂表层土壤，将土壤与水充分混匀后静止，然后将土壤溶液导入透明玻璃缸内，将自然生物膜富集材料放入玻璃缸中进行滩涂土壤土著微生物的富集形成生物膜聚合体，玻璃缸放入光照培养箱内，定期加入营养液，控制光照时间10~14h，光照强度大于或等于12000lux，温度30-35℃。4.根据权利要求2所述的快速培育沿海滩涂围垦土壤自然生物膜的方法，其特征在于，所述的原位富集方法具体为：在田块附近，挖一个1m3的水塘，用塑料膜覆上，选择在阳光充裕、温度25℃以上的条件下，将自然生物膜富集材料放入塘内进行自然生物膜的快速富集。5.根据权利要求3或4所述的快速培育沿海滩涂围垦土壤自然生物膜的方法，其特征在于，所述的自然生物膜富集材料为腐熟的农业固废，农业固废主要包括作物秸秆、作物果实壳，优...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆海鹰，邵宏波，杨林章，徐照龙，成明根，冯彦房，郭士伟，黄益洪，彭陈，刘佳，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32