乳酸菌組合制劑對土壤改良的作用效果

      土壤鹽堿化作為我國較嚴峻的農業問題已受到廣泛關注，我國鹽堿地面積約9.91×107ha，約占全國土地面積的十分之一（朱建峰等，2018）。大面積的鹽堿化土壤不僅

      嚴重浪費土地資源，還會帶來水土流失、土地荒漠化等一系列環境問題。長期以來，鹽堿地的改良主要通過物理、水利及化學改良劑等傳統改良方法（馬晨等，2010；呂建東等，2018）。隨著人們對生態平衡和可持續發展的重視，生物改良措施成為鹽堿地改良的重點與熱點，其中微生物復合制劑在鹽堿地改良中發揮較大作用。微生物復合制劑可有效降低鹽堿地的pH及含鹽量，提高土壤有機質和養分含量，還可提高農作物的成活率與產量（Bossuytetal.，2001；SinghandReddy，2011）。乳酸菌復合制劑作為一種新型微生物制劑，在提高土壤肥力、促進植物生長及預防土傳病害等方面具有巨大潛力（高鵬飛等，2014）。因此，探討乳酸菌復合制劑對鹽堿地改良與土壤微生物群落的影響，對農業生產中緩解土壤鹽堿化、減少使用化肥、提高農產品質量及農業的可持續發展均具有重要意義。

       目前，土壤中施用的微生物復合制劑菌種主要以放線菌、固氮菌、芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌及光合菌為主，諸多研究表明乳酸菌在農業生產中具有良好效果。Chen等（2005）從果樹土壤中分離鑒定出植物乳桿菌、乳酸乳球菌乳酸亞種、副干酪乳桿菌及短乳桿菌，并證明其對土壤致病菌的防治有積極作用。Bhakta等（2012）發現乳酸菌對土壤中的重金屬（鉛、鎘）具有良好的吸附作用。Gajbhiy等（2012）從石榴中分離出200株乳酸菌，發現其中有142株對禾谷鐮刀菌有較好的抑制特性。

      Wang等（2012）研究發現，植物乳桿菌IMAU10014能產生苯乳酸等并抑制炭疽病菌、桔青霉菌、尖孢鐮刀菌等常見的果蔬腐敗菌與病害菌。Zlotnikov等（2013）從不同地區不同季節的蒔蘿葉面分離出4株乳酸菌，并證明這些乳酸菌可有效溶解土壤中的磷類礦物質。周游等（2017a，2017b）研究發現，乳酸菌制劑可有效增加草莓的株高、莖粗及葉面積，并顯著改善草莓品質；對茶樹的生長及茶葉品質也具有良好的促進作用。黃詩宸等（2018）研究發現，使用植物乳桿菌產生的胞外多糖浸種可顯著提高水稻幼苗的生長特性及葉綠素含量。

      乳酸菌是一種非致病性、安全級的微生物，農業生產中乳酸菌復合制劑主要用于降解重金屬和農藥殘留，以及抑制致病菌和腐敗菌的增殖，但目前關于乳酸菌復合制劑在改良鹽堿地方面的相關研究相對較少。將乳酸菌復合制劑噴施于蔬菜葉面及根部土壤，結合土壤理化指標及土壤微生物宏基因組學數據，分析乳酸菌復合制劑對土壤成分及土壤微生物群落結構變化的影響，以期為抗鹽堿乳酸菌制劑在生產中的應用提供參考依據

1、乳酸菌復合制劑對土壤理化性質及植物生長的影響

      土壤三相比和總孔隙度作為決定土壤結構的重要指標，在保水保肥、提高土壤養分方面具有重要意義（VogelandRoth，2001）。研究發現，可通過施用活性炭、秸稈還田及深耕等理化方法改善土壤物理性質，但微生物改良措施對土壤的物理性質無顯著影響（丁奠元等，2018；張聰等，2018）。本研究結果同樣表明，施用乳酸菌復合制劑后，土壤的三相比和總孔隙度等物理性質與對照組無顯著差異；但與對照組相比，菌劑組土壤pH顯著降低，與王維華（2018）的研究結果一致，表明乳酸菌可通過產生有機酸等代謝產物來降低土壤pH，進而改善土壤鹽堿化的情況。

      銨態氮和硝態氮均是可直接被植物吸收利用的速效性氮素。本研究結果表明，施用乳酸菌劑后，土壤中兩種速效性氮源均顯著增加，可能是菌劑提高了土壤中脲酶的活性（艾童非等，2016），脲酶將土壤中的尿素分解為CO2、H2O和NH+4，NH+4通過細菌作用轉化為NO-3并釋放出H+，在降低土壤pH的同時可提供氮源。土壤中的有效磷是一種可被植物吸收利用的磷成分，包括所有水溶性磷、部分吸附態磷及有機態磷，有的土壤中還包括某些沉淀態磷（Sellesetal.，2011）。本研究結果表明，乳酸菌復合制劑具有良好的解磷效果，可使土壤速效磷含量大幅度增加，與馬海林等（2013）的研究結果相同。乳酸菌在發酵過程中產生多種有機酸，主要包括乳酸、乙酸、檸檬酸及苯乳酸等，這些酸在降低土壤pH的同時與鐵、鋁、鈣、鎂等離子結合，從而使難溶性磷酸鹽溶解。

也有研究認為，微生物解磷機制是磷酸鹽與質子的交換作用，乳酸菌在代謝活動中產生大量質子，使介質酸度升高從而溶解磷酸鹽。乳酸菌在解磷過程中可能存在酶促作用，Harishankar等（2013）發現L.fermentum和L.lactis均能產生有機磷磷酸酶（OPP），該酶可水解有機磷化合物釋而放出磷酸鹽。施用菌劑后，西紅柿的各項農藝性狀均有所提高，也證明乳酸菌復合制劑能在有效增加土壤養分含量的同時，改善鹽堿地的不良環境并促進植物生長，與周游等（2017a）的研究結果一致。

2、乳酸菌復合制劑對土壤微生物多樣性的影響

      有研究表明，變形菌門的相對豐度與土壤有機質含量呈顯著正相關，其較高的相對豐度可能與土壤中有機質含量增加有關（Zengetal.，2016）。放線菌門的相對豐度也有明顯提高，放線菌適合在弱堿性土壤中生存，菌劑能有效降低土壤pH，因此放線菌的數量有所提升；趙卉琳等（2008）研究認為土壤中有效氮和有效磷含量與放線菌的數量和種類呈顯著正相關。因此，土壤養分含量提高也可能是放線菌數量增加的原因之一。此外，鹽堿土壤樣品中含有酸桿菌門，這是一類廣泛存在于各種生境內的菌，在碳循環中發揮重要作用（Lladóetal.，2016），其相對豐度可隨演替時間的增長而增加（Lozanoetal.，2014）。

在屬分類水平上，乳桿菌屬的相對豐度有明顯提升，可能是由于菌劑中大量乳桿菌的引入增加了土壤中乳桿菌含量。此外，藤黃單細胞菌屬、交替赤桿菌屬的相對豐度顯著減少。交替赤桿菌屬是屬于紅細菌科的一個菌屬，張建峰等（2017）的研究表明該菌屬具有耐鹽堿的能力，適宜在堿性條件下生存，乳酸菌復合劑具有降低土壤pH的效果，推測乳酸菌抑制了交替赤桿菌屬的生長，因此其相對豐度降低。藤黃單細胞菌屬是2000年首次發現的一種菌屬（Finkmannetal.，2000），屬于黃單細胞科，Narihiro等（2004）發現從固體肥料堆肥混合物中分離得到的Luteimonassp.strainTUT1238具有較強的蛋白水解活性，因此推測施用乳酸菌復合制劑對其具有一定抑制生長的作用。

3、乳酸菌復合制劑對土壤微生物功能基因的影響

     碳水化合物作為土壤中重要成分之一，主要來源于植物和土壤微生物。不僅是有氧呼吸的主要能源物質，還具有重要的生理功能（郭景恒等，2000）。施用乳酸菌劑后，土壤中碳水化合物活性酶的含量均顯著升高，既意味著土壤中碳元素的利用率升高，也標志著土壤微生物代謝活動的增強，與Andrade等（2017）的研究結果相似。其中，基因序列數最高的為糖苷水解酶，該酶具有水解碳水化合物之間糖苷鍵或碳水化合物與非碳水化合物之間糖苷鍵的功能（DaviesandHenrissat，1995），糖苷水解酶含量的增加有助于提高土壤中單糖的含量，從而為土壤微生物的活動提供更多的能量。

      土傳病害一直是農業生產中不可忽視的問題，目前生物防治手段已成為防控土傳病害的研究熱點。本研究結果表明，施用乳酸菌菌劑后，毒素的基因序列數目由原來的11574下降到8820，證明土壤中的病原微生物含量有所降低，說明乳酸菌復合制劑具有抑制病原微生物的作用，與許筱等（2012）發現乳酸菌對黃瓜炭疽病菌、煙草赤星病菌、玉米大斑病菌及黃瓜灰霉病菌具有良好的抑菌效果，Shrestha等（2009）發現乳酸菌KLF01對青枯病菌具有良好抑制作用的研究結果相似。