摘要：研究针对盐碱地土壤修复中微生物存活率低、功能单一及修复效果不稳定等问题，构建了基于微生物群落调控的协同修复技术体系。通过优化荧光假单胞菌、植物乳杆菌与芽孢杆菌的质量配比（1:40:10），结合分阶段精准施用策略和泥浆蘸根技术，在内蒙古河套灌区开展了为期30 d的盐碱地修复实验。结果表明，T3组土壤pH值从8.8降至7.5，有机质质量分数提升至1.6%，重金属Cd有效态质量分数降低42%，Pb残渣态质量分数增至65%。微生物群落分析显示，芽孢杆菌成为优势种群（相对丰度19.7%），氮循环（nirK基因拷贝数增加4.2倍）和碳固定（acsA基因表达上调2.8倍）功能显著增强。研究结果验证了微生物-改良剂协同修复技术对盐碱地土壤理化性质和微生物功能的改善效果，为盐碱地生态修复提供了高效可持续的技术路径。

　　关键词：盐碱地修复；微生物群落；土壤改良剂；重金属；协同修复

　　0引言

　　在全球范围内，盐碱地的分布广泛，面积超过950万km2，约占全球陆地面积的7%。这些盐碱地不仅限制了植被的生长，导致土地生产力下降，还对生态系统的稳定性构成威胁。在我国，盐碱地面积达100万km2，约占国土面积的10%，主要分布在西北、东北、华北及滨海地区。盐碱地的存在严重制约了农业生产、生态环境及社会经济的可持续发展，因此，盐碱地的改良与修复成为亟待解决的重要课题。传统的盐碱地修复技术，如物理改良法（平整土地、深耕松耕、灌排洗盐等）和化学改良法（施用石膏、硫酸亚铁、腐殖酸类改良剂等），虽然在一定程度上能够降低土壤盐分和pH值，改善土壤理化性质，但这些方法往往存在成本高、效率低、易造成二次污染等问题。随着对环境保护和可持续发展的重视，微生物修复技术因其具有环境友好、成本低、可持续性强等优点，逐渐成为盐碱地修复领域的研究热点。

　　1当前研究现状

　　在盐碱环境中，微生物面临着高pH值和盐碱化导致的养分匮乏等极端条件的挑战，导致其存活率和活性显著降低。研究表明[1]，当土壤pH值大于8时，微生物群落多样性下降约60%，许多微生物的生长和代谢活动受到抑制，难以在盐碱地中发挥有效的修复作用。同时，单一菌种往往只能实现单一功能，如解磷、固氮或抗逆性，难以满足盐碱地修复过程中对多种功能的需求。在实际应用中，需要多种微生物协同作用，才能实现对盐碱土壤的全面改良。然而，目前在构建多功能协同的微生物菌群方面仍存在技术难题，不同菌种之间的相互作用和协同机制尚不完全清楚[2]。

　　其次，现有微生物修复技术在施用参数方面缺乏标准化，不同研究中微生物菌剂的稀释倍数范围在10~1 000倍之间，差异较大，导致修复效果不稳定[3]。而且微生物菌剂的施用方式、时间和频率等因素也对修复效果产生重要影响，但目前相关研究较少，缺乏系统的优化和指导[4]。

　　2项目基本信息

　　本项目为内蒙古某区盐碱地微生物协同修复示范工程。实施地点在内蒙古巴彦淖尔市河套灌区某连片盐碱化农田（面积50亩）。项目的核心问题主要体现在土壤pH为8.8～9.2，有机质质量分数仅1.2%，盐分质量分数0.8%，且重金属Cd超标（总质量分数0.8 mg/kg，有效态质量占比45%），Pb残渣态质量分数仅38%。同时，项目所在地微生物多样性低，作物出苗率不足30%。为此，项目为实现的修复目标主要是通过微生物-改良剂协同技术，实现30 d内将pH降至7.5以下，有机质质量分数提升至1.6%以上，重金属Cd有效态质量分数降低40%，Pb残渣态质量分数提升至60%。

　　3研究方法

　　本项目基于“阶梯式菌群激活-土壤改良剂协同”技术，期待解决现有微生物修复技术存在的问题。具体包括通过多菌种配比优化，确定了荧光假单胞菌、植物乳杆菌与芽孢杆菌的最佳质量配比（1∶40∶10）。其中，荧光假单胞菌与植物乳杆菌的协同作用可降低土壤pH值并调节微生物群落结构，而芽孢杆菌的加入能够通过产生抗生素抑制有害微生物，同时其孢子形态在盐碱胁迫下具有更强的存活率，为后续修复阶段快速增殖奠定基础。同时，采用分阶段精准施用策略[5]，根据盐碱地的不同修复阶段，精准调控微生物菌剂和土壤改良剂的施用时间和剂量。在修复初期，先施用土壤改良剂降低土壤盐分和pH值，为微生物的生长创造适宜条件；然后，分阶段逐步激活微生物菌群，使其充分发挥修复作用，提高修复效果的稳定性和可持续性。同时，也引入泥浆蘸根技术[6]，将微生物菌剂与泥浆混合，蘸涂在植物根系表面，使微生物能够快速定殖在植物根系周围，形成稳定的共生关系，增强植物的耐盐性和抗逆性，促进植物在盐碱地中的生长和发育。

　　4材料与方法

　　4.1实验设计

　　菌种配比基于预实验结果确定，即当芽孢杆菌质量配比低于1%时，其抑菌功能显著减弱；质量配比高于5%时，会抑制荧光假单胞菌的酶活性。最终选定荧光假单胞菌、植物乳杆菌与芽孢杆菌的质量配比为1∶40∶10。实验组分别施用不同稀释倍数和施用量的该比例菌剂。芽孢杆菌因其孢子形态对高盐、高pH环境具有强耐受性，可在修复初期存活并快速萌发；同时，其代谢产生的抗生素能够抑制有害微生物，分泌的胞外多糖（EPS）还可促进土壤团聚体形成，改善土壤结构[7]。这些菌种的最适生长pH值为6.5～7.5，耐盐浓度≤4%，能够较好地适应盐碱地环境。基于预实验确定的稀释倍数有效范围（100～200倍），实验组设置梯度递增的施用量（50～70 mL/m2），以维持单位面积活菌数稳定（约1×106~2×106 CFU/m2）。

　　具体参数为：实验组1（T1）（稀释100倍+50 mL/m2）、实验组2（T2）（稀释150倍+60 mL/m2）、实验组3（T3）（稀释200倍+70 mL/m2），确保三组单位面积活菌数分别为5×106、4×106、3.5×106 CFU/m2。在实验过程中，将微生物菌剂与适量的水混合均匀，采用喷雾的方式均匀施用于土壤表面，然后进行浅耕，使菌剂与土壤充分混合。空白对照组不施用微生物菌剂，仅进行常规的田间管理。

　　4.2分析方法

　　在实验过程中，项目团队定期采集相关理化性质。其中，采用玻璃电极法测定pH值，重铬酸钾氧化法测定有机质含量，氯仿熏蒸-浸提法测定微生物量碳。同时，采用BCR连续提取法对土壤中的重金属形态进行分析，并将重金属分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态5种形态，目的是为了通过分析不同形态重金属的含量和变化，评估微生物菌剂对土壤重金属有效性和迁移性的影响[8]。本实验还利用IlluminaMiSeq测序技术提取土壤总DNA，并扩增16SrRNA基因的V3-V4区域对土壤微生物群落结构进行分析，然后进行高通量测序，从而获得土壤微生物群落的物种组成、多样性和丰富度等信息。采用qPCR技术对土壤中参与氮循环和碳循环的功能基因（如nirK、acsA）进行定量分析，研究微生物菌剂对土壤功能微生物群落的影响。

　　5结果与讨论

　　5.1土壤改良效果

　　在为期30 d的实验周期内，对各实验组的土壤pH值进行了动态监测。结果显示，T3组的pH值下降最为显著，从初始的8.8降至7.5（见图1-1），下降了1.3个单位。这主要归因于微生物菌群在代谢过程中分泌乳酸、乙酸等有机酸。植物乳杆菌能够将糖类物质发酵产生乳酸，荧光假单胞菌也能分泌多种有机酸，这些有机酸与土壤中的碱性物质发生中和反应，从而有效降低了土壤的pH值。T3组的有机质质量分数呈现出明显的增加趋势，从初始的1.2%增至1.6%（见图1-2）。通过相关性分析发现，腐殖酸与微生物多糖之间的交互作用显著，相关系数R2达到0.89。

　　5.2微生物群落演变

　　修复后，芽孢杆菌相对丰度达到19.7%，成为优势种群。尽管其在初始菌剂中占比仅为2%，但其孢子形态在盐碱胁迫下保持高存活率，且在土壤改良剂降低pH值后迅速萌发并利用土壤中的有机质增殖。此外，芽孢杆菌与荧光假单胞菌、植物乳杆菌的协同作用进一步促进了其代谢活性，能够在盐碱环境中快速繁殖，并产生多种有益的代谢产物，抑制有害微生物的生长，促进土壤中有机物质的分解和转化。而采用qPCR技术对土壤中参与氮循环和碳循环的功能基因（nirK、acsA）进行定量分析。结果表明，nirK基因拷贝数增加了4.2倍（见图2-1），acsA基因表达上调了2.8倍（见图2-2）。nirK基因因为是反硝化细菌中编码亚硝酸还原酶的关键基因，其拷贝数的增加表明土壤中反硝化细菌的数量和活性显著提高，能够促进土壤中硝态氮的还原，减少氮素的流失，同时，acsA基因作为参与土壤中碳固定的关键，其表达上调则表明土壤中碳固定能力增强，有利于土壤中有机物质的合成和积累。

　　5.3重金属修复效率

　　T3组土壤中Cd的有效态质量分数从0.8 mg/kg降至0.46 mg/kg，降低了42%（见图3-1）。分析原因是微生物菌剂中的微生物通过生物吸附和沉淀双重机制降低了Cd的有效态含量。其中，荧光假单胞菌和芽孢杆菌的细胞壁表面含有大量的羧基、羟基等官能团，这些官能团能够与Cd离子发生络合反应，将Cd吸附在细胞表面；同时，微生物在代谢过程中会产生一些磷酸根、碳酸根等无机阴离子并与Cd离子结合形成难溶性的沉淀，从而降低了Cd的有效态含量。经过微生物修复后，土壤中Pb的残渣态质量分数从38%显著升至65%（见图3-2）。傅里叶红外光谱分析显示，土壤中形成了羟基磷灰石。通过分析判断微生物在代谢过程中会分泌一些有机酸、多糖等有机物质与土壤中的Ca、P等元素结合，形成羟基磷灰石。因为羟基磷灰石具有较强的吸附能力，能够将Pb离子吸附在其表面，使其转化为残渣态，降低了Pb的迁移性和生物有效性。

　　6结论

　　本研究通过构建“阶梯式菌群激活-土壤改良剂协同”技术体系，成功解决了盐碱地修复中微生物存活率低、功能单一及修复效果不稳定等技术难题。创新性地优化了多功能菌群质量配比（1∶40∶10），并结合分阶段精准施用策略，实现了盐碱地土壤pH值、有机质含量和重金属有效态的显著改善。该技术不仅提升了土壤功能微生物的活性和多样性，还增强了土壤的氮循环和碳固定能力，为盐碱地生态功能的恢复提供了理论依据和技术支撑。该方法具有环境友好、成本低廉、可持续性强等优点，在盐碱地改良、农业增产和生态环境保护方面具有广阔的应用前景，同时对保障粮食安全和推动区域经济发展具有重要意义。

参考文献

　　[1]高旭，谢杰，李子怡，等.微生物修复技术促进安徽庐南某矿山生态恢复的初步研究[J].现代矿业，2024，40（12）：240-244.

　　[2]陈妍.重金属污染土壤的稳定化/固化修复技术研究[J].中国资源综合利用，2024，42（12）：58-60.

　　[3]张海强，李奥云，朱国平，等.基于土壤修复的旱区沙化土地生态修复技术综述[J].山西水土保持科技，2023（4）：1-5.

　　[4]张雁鸿.镉污染土壤修复治理技术研究[J].世界有色金属，2023（24）：56-58.

　　[5]郭富强，潘磊，戴家生.土壤镉（Cd）污染的生物修复技术[J].浙江国土资源，2021，（S1）：1-5.

　　[6]沈云.土壤污染修复基本原理及土壤生态保护策略[J].资源节约与环保，2021（12）：33-35.

　　[7]杨娇娇，柴冠群，刘桂华，等.微生物肥料修复重金属污染土壤研究进展[J].山地农业生物学报，2019，38（6）：37-42.

　　[8]赵杨，季恺悦，齐雅丽，等.土壤污染防治及修复初探[J].资源节约与环保，2019（12）：83.