沿海灘涂圍墾后用于農業發展是國家重大戰略規劃，然而灘涂新圍墾土壤鹽分高、養分低等特征嚴重限制了灘涂農業的進程。本發明涉及一種快速培育灘涂圍墾土壤自然生物膜的方法及應用，尤其是涉及沿海灘涂重度鹽分土壤表面原位、快速、大面積培養土壤自然生物膜的方法和材料，通過制備自然生物膜懸浮液，灘涂土壤原位接種富集自然生物膜，并通過一定技術手段加速擴大化培育土壤自然生物膜，從而有效控制灘涂圍墾土壤返鹽，同時提升土壤養分含量，改良灘涂土壤，為沿海灘涂農業可持續發展提供有力保障。

技術領域

本發明涉及一種快速培育灘涂圍墾土壤自然生物膜的方法及應用，尤其是涉及沿海灘涂重度鹽分土壤表面原位、快速、大面積培養土壤自然生物膜的材料和方法，通過制備自然生物膜懸浮液，灘涂土壤原位接種富集自然生物膜，并覆膜加速擴大化培育土壤自然生物膜，從而有效控制灘涂圍墾土壤返鹽，提升土壤養分含量，為后期作物生長提供適宜生長環境，屬于鹽土生物改良技術領域。

背景技術

我國沿海灘涂分布廣、面積大，是巨大的潛在土地后備資源，極具拓展潛力。隨著城市化的快速推進，灘涂圍墾（marshy reclamation）成為我國沿海地區緩解耕地減少、保持耕地總量動態平衡的戰略選擇。建國以來，我國實施了一系列圍填海工程，經歷了50年代末期、70年代末期和90年代末期三次圍墾高潮，其中江蘇沿海灘涂開發戰略規劃到2020年，圍填18萬hm²海域灘涂，其中農業用地要占到總圍填面積的60%。 而沿海新圍墾土壤鹽分濃度較高，且質地多數為泥沙性質，理化性質較為一致，養分含量低。因此，如何有效改良灘涂新圍墾土壤，從而增加可利用耕地，對保障國家糧食安全具有重要的戰略意義。

目前，沿海灘涂圍墾后，種植水稻已成為沿海地區提高糧食總產量和改良鹽堿土壤的重要手段之一。水稻種植可以利用大量淡水灌溉，加快土壤的水鹽運動，達到快速淋洗土壤鹽分，減少土壤蒸發，有效抑制土壤返鹽，增加入滲淋鹽，從而達到改良灘涂土壤的目的。然而，沿海新圍墾灘涂土壤多數為泥沙，理化性質較為一致，養分固持能力差。因此，在灘涂圍墾區域種植水稻過程中，過量施肥、超量施肥的現象普遍存在。大量施入化肥不僅增加了生產成本，而且過量的氮磷養分通過農田地表徑流、農田排水和地下滲透進入附近水體，是引起鄰近河流、湖泊等水體營養化的主要原因之一。

新近研究發現，自然生物膜廣泛存在于稻田系統中，是一種生物和非生物物質共同組成的膜狀聚合體，一般由藻類、細菌、真菌及小型原生動物及少量土壤組成。自然生物膜是在一定的水體環境條件下產生的微生物聚集體，主要由光合自養型生物主導，一般呈現綠色，普遍存在于河流、湖泊、濕地環境中的巖石、表層沉積物表面上，并由地球上不同種類的微生物組成。以往研究多集中于水體中的自然生物膜，對土壤表層生物膜的研究較匱乏。土壤自然生物膜可以看作一種先鋒“物種”，能夠在2%高鹽濃度的土壤表層存活生長，并在表層形成一層膜狀隔離層，有效抑制鹽分向表層土壤的運移，從而為其他物種如植物的生存和繁殖提供適宜土壤環境。研究表明，自然生物膜是水土界面養分和鹽分運移、轉化及傳輸的必經之地，自然生物膜具有顯著的固氮作用，對磷也具有較強的親和力，其磷含量是周圍水體和植物中磷含量的幾百至幾千倍，可以將氮磷等養分固持在生物膜體內。例如，自然生物膜可以通過吸收、截留、共沉降、吸附等方式有效的將水體中磷元素固定，并且可以釋放堿性磷酸酶轉化水體中有機磷，進而達到吸收利用有機磷的效果。研究發現，自然生物膜含磷量高達1-10 mg g^-1（DW，干重），是其他水生植物含磷量的幾千倍。在全球磷礦資源短缺，磷元素價格逐年飆升的背景下，對土壤生物膜進行優化利用，提高磷肥利用率。同時，通過人工干預手段將生物膜翻耕入土，可以有效增加土壤有機質、磷等養分，達到有效改良灘涂圍墾土壤性質，為我國灘涂農業可持續發展提供重要保障。

發明內容