生物技術(shù)修復(fù)鹽堿化草地研究進(jìn)展

郭偉 薛帥 張哲超 刁風(fēng)偉 胡杰 張敏 劉美淳 丁勝利 賈冰冰 史中奇

（內(nèi)蒙古大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院蒙古高原生態(tài)學(xué)與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境污染控制與廢物資源化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010021）

作為全球五大主要生態(tài)系統(tǒng)之一，草地生態(tài)系統(tǒng)也是我國(guó)占地面積最大的生態(tài)系統(tǒng)類型，草地作為一種重要的農(nóng)業(yè)資源約占我國(guó)陸地面積的41%。隨著全球氣候的不斷變化和人類活動(dòng)的影響，近年來(lái)，嚴(yán)重土地退化類型之一的鹽堿化，已經(jīng)成為全球關(guān)注的主要問(wèn)題。據(jù)估計(jì)全世界包括100多個(gè)國(guó)家在內(nèi)的9.32億hm2土地受到鹽堿化的影響，甚至在一些地方其鹽堿化程度仍在不斷增加。我國(guó)約3 500萬(wàn)hm2的土地受到鹽堿化的影響，其中2 930萬(wàn)hm2是受鹽堿化影響的草地［1-2］，廣泛分布在我國(guó)北方地區(qū)。例如，松嫩平原的鹽堿化草地約占其總面積的2/3以上，吉林省西部草地有30%-50%已變成堿斑裸地，失去利用價(jià)值［3-4］。草地鹽堿化是指草地土壤中的鹽（堿）含量增加，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)牧草的生長(zhǎng)性能降低，耐鹽（堿）力強(qiáng)的植物增加，致使草原的利用率降低，鹽（堿）斑面積增大［5］。一般根據(jù)鹽堿化草地是否存在鹽斑、鹽堿斑區(qū)域大小、土壤中是否含有可見(jiàn)白色鹽粒和植物覆蓋程度這4個(gè)方面將其分為重度鹽堿化、中度鹽堿化、輕度鹽堿化3個(gè)類型［6］。通常重度鹽堿化草地的含鹽量為0.4%-0.6%，堿化度為15（20）%-25（30）%，pH值大于9.5；中度鹽堿化草地的含鹽量為0.2%-0.4%，堿化度為10%-15（20）%，pH值在8.5-9.5之間；輕度鹽堿化草地的含鹽量為0.1%-0.2%，堿化度為5%-10%，pH值在7.0-8.5之間［7-8］。鹽堿化的草地嚴(yán)重阻礙了草原地區(qū)的發(fā)展建設(shè)和牧民生活水平的提高，威脅著我國(guó)的生態(tài)環(huán)境安全，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。目前，大量研究顯示生物修復(fù)技術(shù)與其它傳統(tǒng)的物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比具有投入少、效果好、對(duì)環(huán)境影響小等顯著優(yōu)勢(shì)，為越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外研究者所關(guān)注和重視。

1 植物修復(fù)

土壤鹽堿化可顯著降低植物地上生物量、物種豐富度和多樣性，導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力明顯下降［9］。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在修復(fù)鹽堿化土壤方面開(kāi)展了一定的研究工作發(fā)現(xiàn)，一些耐鹽堿植物或鹽生植物可以通過(guò)一定的適應(yīng)機(jī)制克服鹽環(huán)境的脅迫而生存，其主要機(jī)制包括根部排鹽、細(xì)胞內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)、液泡內(nèi)鹽的隔離和鹽通過(guò)葉片表面的特殊腺體排出。其中腺體分泌鹽離子機(jī)制并不屬于植物修復(fù)的范疇，因?yàn)榇蟛糠蛀}分仍然會(huì)回到植物附近的土壤中；而根部排鹽機(jī)制也是如此，其阻擋了Na+和Cl-進(jìn)入根部，盡管植物可提高土壤的水力傳導(dǎo)性使鹽分更容易被濾除，但鹽分大部分還會(huì)存留在土壤中。將Na+和Cl-提取、穩(wěn)定到植物的地上組織中是理想的植物修復(fù)機(jī)制，許多耐鹽堿植物或鹽生植物通過(guò)將鹽隔離在葉片液泡當(dāng)中就可達(dá)到這一目的，但選擇合適的植物品種是植物修復(fù)主要的影響因素之一。例如，一些極為耐鹽堿植物的生長(zhǎng)比較緩慢，導(dǎo)致在一定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有足夠的生物量進(jìn)行修復(fù)，但一些生長(zhǎng)速度較快的植物卻又無(wú)法很好地適應(yīng)鹽堿環(huán)境的脅迫而不良生長(zhǎng)，在一定程度上影響了修復(fù)效果［10-11］。當(dāng)前有研究顯示，耐鹽堿牧草或鹽生牧草是修復(fù)鹽堿化草地最為經(jīng)濟(jì)有效的途徑之一。其方法簡(jiǎn)單，不但能顯著改善土壤物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，提高土壤透氣性和儲(chǔ)水能力，費(fèi)用少、效果顯著，且同時(shí)可產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益［12-13］。Novikova等［14］也認(rèn)為通過(guò)大量牧草的生物量積累，可以帶走土壤表層大量的鹽分。植物修復(fù)鹽堿化草地主要有3種方法，包括直接接種或種植耐鹽堿植物、利用基因工程技術(shù)篩選培育耐鹽堿植物品種和加強(qiáng)草地的管理即用原生植物進(jìn)行修復(fù)。

1.1 典型植物修復(fù)品種及其修復(fù)效果

1.1.1 鹽地堿蓬 鹽地堿蓬是一年生草本植物，在我國(guó)多個(gè)地區(qū)均有分布，是一種生長(zhǎng)于鹽堿地的先鋒植物。具有較高的耐鹽性，是高鹽堿地人工種植的最佳草種，可以大范圍的栽培利用［15］。研究顯示，雖然鹽地堿蓬種子在不同類型鹽脅迫下其萌發(fā)會(huì)受到抑制，且濃度越高抑制效果越明顯［16］，但其種子在0.2 mol/L鹽濃度下仍能保持較高的萌發(fā)率，而在0.8 mol/L鹽濃度下還可以萌發(fā)［17］。研究顯示，鹽地堿蓬在鹽度為0.53%-6.26%，pH為8.07-8.64的環(huán)境中可以正常生長(zhǎng)，脫鹽效果顯著，脫鹽率可達(dá)到6.1%［18］。祁通等［19］在氣候不同的兩試驗(yàn)地進(jìn)行鹽地堿蓬的種植發(fā)現(xiàn)，兩地土壤表層的鹽分均有顯著的下降，鹽分下降量分別比裸地高出6.3和14.9個(gè)百分點(diǎn)。梁飛等［20］向種植鹽地堿蓬的土壤追施氮肥使其莖稈、籽粒和生物量提高，增加了鹽地堿蓬各部分對(duì)K+、Na+、Ca2+和Mg2+的積累，提高了鹽地堿蓬對(duì)鹽漬化土壤的修復(fù)效率。此外，在旱鹽互作的條件下，鹽地堿蓬的生物量和含水量會(huì)有所增加，對(duì)于Na+、Cl-、K+的積累增強(qiáng)，改善了其滲透調(diào)節(jié)能力和生存能力［21］。因此，鹽地堿蓬的種植對(duì)處于干旱地區(qū)的鹽堿化草地修復(fù)具有十分重要的意義和潛在應(yīng)用價(jià)值。

1.1.2 羊草 羊草是根莖型多年生禾本科牧草，抗旱、耐寒、耐鹽堿、耐貧瘠，是改善我國(guó)北方草原生態(tài)環(huán)境和改良退化草原以及修復(fù)鹽堿化草地的優(yōu)勢(shì)草種。羊草可通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)的生理生化指標(biāo)以及Na+、K+濃度維持細(xì)胞離子平衡，提高對(duì)鹽堿脅迫的耐受能力。另外，羊草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、適口性好，可作為含鹽飼料，是修復(fù)鹽堿化草地的優(yōu)良品種之一［22-23］。目前，種子直播是進(jìn)行鹽堿化草地植物修復(fù)最傳統(tǒng)的方法，但是在超過(guò)一定的鹽堿濃度后（≥20mmol/L），隨鹽堿濃度增加羊草種子的發(fā)芽率具有下降的趨勢(shì)，濃度越高抑制作用越強(qiáng)［24］。申忠寶等［25］研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽堿化程度（20 mmol/L-120 mmol/L）的提高羊草幼苗苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)逐漸降低，對(duì)根長(zhǎng)的抑制效果尤為嚴(yán)重從5.92 cm減小到0.4 cm，對(duì)羊草幼苗的生長(zhǎng)產(chǎn)生傷害。這與Bao等［26］的研究結(jié)果一致，因此在鹽堿程度較高的鹽堿光斑地不宜使用種子直播的方法進(jìn)行修復(fù)。梁正偉等［27］利用羊草無(wú)性繁殖能力強(qiáng)的特點(diǎn)提出了羊草移栽的方法，該方法不但可以避免重度鹽堿化對(duì)羊草幼苗產(chǎn)生傷害的問(wèn)題，還可以利用其根莖分蘗能力，快速繁殖耐鹽堿能力強(qiáng)的苗株，從而提高對(duì)鹽堿化草地的修復(fù)效率。經(jīng)過(guò)多年研究證明，在重度鹽堿化草地的修復(fù)和植被重建方面，移栽羊草是一項(xiàng)速度較快、行之有效的措施［28］。仝淑萍等［29］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)羊草移栽可提高草地群落的植物種類和密度，羊草移栽處理下植物總密度為566.20株/m2，植物地上總生物量為357.77 g/m2，分別是對(duì)照的6.85倍和2.14倍。移栽羊草提高了鹽堿化草地的生產(chǎn)力和修復(fù)效果，豐富了植物的群落結(jié)構(gòu)，在修復(fù)鹽堿化草地的同時(shí)還可以帶來(lái)良好的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益，是一項(xiàng)操作相對(duì)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)效益較好的修復(fù)方法。

1.1.3 紫花苜蓿與無(wú)芒雀麥混播 紫花苜蓿是多年生草本植物，廣泛種植用于飼料與牧草，它富含粗蛋白、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是提高飼草蛋白含量、促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展的首選牧草。有研究表明，在低濃度鹽脅迫下其生長(zhǎng)不會(huì)受到顯著影響，甚至在鹽濃度為50 mmol/L的脅迫下會(huì)對(duì)紫花苜蓿幼苗的生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用［30-31］。因此，紫花苜蓿適合種植于輕中度鹽堿化草地中，楊洪濤等［32］的研究獲得了相似的結(jié)果。由于紫花苜蓿含有大量蛋白質(zhì)，少量碳水化合物，而無(wú)芒雀麥具有大量碳水化合物，少量蛋白質(zhì)的特點(diǎn)，楊國(guó)偉［13］在鹽堿化草地上將紫花苜蓿與無(wú)芒雀麥進(jìn)行混播，研究結(jié)果表明兩者混播對(duì)于鹽堿化草地的修復(fù)具有重要的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。紫花苜蓿與無(wú)芒雀麥混播不僅可以克服單一飼草在營(yíng)養(yǎng)成分上的缺陷，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，且可顯著使得鹽堿化草地土壤0-30 cm土層的含水量、容重、pH和全鹽含量分別降低9.88%、14.37%、10.56%和24.80%；另外，種植紫花苜蓿與無(wú)芒雀麥后0-30 cm土壤主要養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、全磷和速效磷分別是對(duì)照的1.41、1.29、1.09、1.15和1.39倍，種植年限越長(zhǎng)增量越多［33］。因此，對(duì)于輕中度鹽堿化草地的修復(fù)，紫花苜蓿與無(wú)芒雀麥的混播是一種效果較好、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益較高的方法。

1.1.4 補(bǔ)播牧草和秸稈覆蓋 秸稈作為多種禾本科農(nóng)作物成熟后莖葉的剩余部分，其含有大量有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀及多種微量元素，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的有機(jī)肥料。將秸稈覆蓋到土壤表面，可增加土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及微生物的含量，改善土壤的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，增強(qiáng)土壤蓄水保墑能力，改善土壤供水狀況，調(diào)節(jié)土壤溫度和pH并促進(jìn)微生物活動(dòng)［34］。牛壯等［35］通過(guò)向鹽堿化草地補(bǔ)播稗草和星星草，并覆土2-3 cm后覆蓋1.0 kg/m2-2.0 kg/m2的秸稈發(fā)現(xiàn)牧草的生長(zhǎng)量均有所提高，覆蓋秸稈1.5 kg/m2時(shí)生物量最高，且3年土壤微生物數(shù)量最高，真菌、放線菌、細(xì)菌含量分別提高了30.43%、13.89%和8.19%。王彥慶等［36］將補(bǔ)播牧草品種換為虎尾草和野大麥后還發(fā)現(xiàn)土壤中過(guò)氧化氫酶等5種土壤酶活性均有顯著提高，其中補(bǔ)播野大麥時(shí)覆蓋1.5 kg/m2秸稈，補(bǔ)播虎尾草時(shí)覆蓋2 kg/m2秸稈，土壤的酶活性最高，可以有效的改善土壤生態(tài)環(huán)境和養(yǎng)分狀況。在鹽堿化草地中，覆蓋秸稈和補(bǔ)播牧草對(duì)土壤的化學(xué)性質(zhì)也有一定的改善作用，在補(bǔ)播了野大麥的鹽堿化草地上覆蓋1.5 kg/m2秸桿，土壤中Na+、HCO3-和SO4

2-含量分別降低了29.57%、45.48%和33.57%，Ca2+含量增加了36.97%，K+含量增加了1.7倍，改良效果最為顯著［37］。李洪影［12］發(fā)現(xiàn)分別補(bǔ)播上述4種牧草和覆蓋秸稈可顯著提高0-20 cm土壤養(yǎng)分含量，有效降低土壤pH及全鹽量，改善土壤的化學(xué)性質(zhì)，最后綜合多種因素，覆蓋1.5 kg/m2秸稈+種植多年生的牧草是鹽堿化草地修復(fù)的最佳組合。因此，補(bǔ)播牧草+秸稈覆蓋的方法不但可以降低土壤的含鹽量、維持土壤肥力，還可以增強(qiáng)土壤中的酶活性，提高鹽堿化草地植物的株高和生物量。由于不同鹽堿化草地的土壤肥力、含水量、酶種類等基本理化性質(zhì)存在顯著的差異，選取合適的補(bǔ)播耐鹽植物品種是運(yùn)用該方法的關(guān)鍵。

1.2 基因工程

從植物改善和克服鹽堿脅迫的機(jī)制，我們不難看出鹽堿脅迫與植物之間是一種影響和適應(yīng)的過(guò)程，通過(guò)了解和研究這些機(jī)制，我們可以利用一些措施去提高植物的抗逆性，從而強(qiáng)化修復(fù)效果。隨著分子生物學(xué)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)的迅速發(fā)展，植物耐鹽堿轉(zhuǎn)基因技術(shù)已成為研究耐鹽堿植物的一條重要途徑［38］。由于常規(guī)育種存在著時(shí)間長(zhǎng)、工作繁重及遺傳性狀不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，當(dāng)前利用基因工程或遺傳育種等技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因耐鹽堿植物的技術(shù)已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注，特別是對(duì)于耐鹽堿牧草基因工程的研究。Li等［39］通過(guò)從紫花苜蓿中分離鑒定出MsPIP2；2并轉(zhuǎn)入到擬南芥中降低了其在低鹽脅迫下細(xì)胞膜的損傷，使擬南芥具有了耐鹽性。而Su等［40］發(fā)現(xiàn)將擬南芥I型H+-焦磷酸酶基因AVP1引入紫花苜蓿中，在100 mmol/L NaCl條件下2個(gè)轉(zhuǎn)基因株系生長(zhǎng)良好，而野生紫花苜蓿幾乎全部死亡。目前，用于改善植物耐鹽堿性的基因有滲透調(diào)節(jié)基因、離子區(qū)隔轉(zhuǎn)基因、抗氧化基因、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)相關(guān)基因和轉(zhuǎn)錄因子等，雖然現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因技術(shù)取得了一定的研究成果，但想要獲得高效的耐鹽堿新物種并運(yùn)用到鹽堿化草地的修復(fù)與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)中仍然需要進(jìn)一步的研究［41］。

1.3 草地管理

牧場(chǎng)是草地利用的一種重要形式，約占陸地生態(tài)系統(tǒng)的1/3，在牧民的生產(chǎn)生活中起著重要作用，連續(xù)放牧是牧場(chǎng)采用最多的一種管理方法。這種全年連續(xù)利用同一個(gè)草場(chǎng)的方式會(huì)引起植被結(jié)構(gòu)和土壤物理性質(zhì)的改變，造成生態(tài)系統(tǒng)功能的急劇變化，使草地發(fā)生荒漠化和鹽堿化［42］。近些年來(lái)許多研究結(jié)果表明，通過(guò)改變草地管理方法如圍封禁牧或輪牧可以改善土壤的質(zhì)量和鹽堿化草地的植物群落結(jié)構(gòu)［43］。喬榮等［44］通過(guò)在內(nèi)蒙古希拉穆仁草原實(shí)行圍封禁牧發(fā)現(xiàn)3個(gè)圍封年限下土壤有機(jī)質(zhì)含量分別比未圍封的高出0.602%、2.526%和3.251%，速效磷含量分別比未圍封草地高5.067、6.803和20.388 mg/kg，堿解氮和速效鉀的含量也與圍封年限有著顯著的相關(guān)性，表明圍封禁牧是促進(jìn)土壤改良和植被修復(fù)的一項(xiàng)有效措施。王悅等［8］也認(rèn)為通過(guò)圍封禁牧能顯著提高地表植被覆蓋率，改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而減緩草地的鹽堿化，對(duì)鹽堿化草地的修復(fù)具有積極作用。當(dāng)草地植被的再生潛力比較低時(shí)，輪牧也是一種較好的方法。Taboada和Jacobo等［45-46］的研究表明輪牧可以提高植被覆蓋率、增加草地的承載力、提高牧草的產(chǎn)量和品質(zhì)、減緩和阻止草地的鹽堿化。當(dāng)前的研究顯示，不論是圍封禁牧還是輪牧都對(duì)鹽堿化草地的修復(fù)具有重要意義，這兩種草地管理方法本質(zhì)上都是通過(guò)對(duì)原生植被的修復(fù)達(dá)到改善土壤物理化學(xué)性質(zhì)的目的，最終起到修復(fù)的作用，因此草地管理也屬于植物修復(fù)的范疇。由于長(zhǎng)時(shí)間的圍封禁牧?xí)?dǎo)致草地物種單一化以及經(jīng)濟(jì)上的不可持續(xù)性，而輪牧的草地也會(huì)受到放牧和牲畜踐踏的影響使草地的修復(fù)效果降低，所以將它們聯(lián)合起來(lái)，在輪牧的條件下實(shí)行短期的圍封禁牧，既有利于草地生產(chǎn)力的提高和植被的修復(fù)又對(duì)鹽堿化草地的修復(fù)具有積極的作用，是目前鹽堿化草地的主要修復(fù)措施之一。

2 微生物修復(fù)

鹽堿化草地的土壤環(huán)境中有機(jī)質(zhì)含量低，土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，生態(tài)系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單和脆弱，不適宜動(dòng)植物的生存，微生物作為有機(jī)質(zhì)與土壤養(yǎng)分間的紐帶在物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其數(shù)量和活性也會(huì)隨鹽度的增加而下降，進(jìn)而損害有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)，導(dǎo)致土壤的肥力和質(zhì)量下降［47-48］。在過(guò)去的研究中顯示一些耐鹽堿或嗜鹽堿的微生物類群在高鹽堿的環(huán)境中仍可存活，這些微生物不但可以通過(guò)生命活動(dòng)形成與一般微生物不同的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、遺傳特性和生理功能，并且通過(guò)這些特殊的結(jié)構(gòu)、功能等會(huì)對(duì)土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，從而達(dá)到改善及修復(fù)鹽堿化草地的目的。

目前，我國(guó)對(duì)鹽堿土壤中微生物的研究多集中在細(xì)菌和真菌群落［49］。一些研究發(fā)現(xiàn)嗜（耐）鹽堿的真菌通過(guò)吸收和/或限制鹽離子、分泌有機(jī)酸和/或大分子降解酶及其它有利于提高土壤質(zhì)量的各種生物質(zhì)的方式來(lái)減輕鹽堿的脅迫，特別是纖維素酶等酶的分泌，其對(duì)鹽離子具有生物還原作用并可將纖維素降解，增加土壤中有機(jī)物的含量，而有機(jī)酸的分泌能有效將土壤養(yǎng)分活化并使其得到釋放，對(duì)土壤性質(zhì)的改善具有重要的作用，是進(jìn)行修復(fù)的優(yōu)良生物資源［50］。曲發(fā)斌等［51］對(duì)堿蓬和檉柳根際土壤中的耐鹽微生物進(jìn)行篩選并在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，其中短小芽孢桿菌具有降鹽降堿的效果，降鹽率和降堿率分別達(dá)到了45.42%和16%，可以作為一種良好的生物改良劑。Bao等［52］發(fā)現(xiàn)硫氧化細(xì)菌對(duì)鹽堿化土壤具有一定的修復(fù)作用特別是在pH為7.5-8.0的環(huán)境中，將其施用到吉林省西部的鹽堿化草地土壤中，70 cm深度土壤的pH可由7.7降至7.0、100 cm深度土壤的pH可由7.6降至7.0。目前，利用微生物修復(fù)鹽堿化土壤的報(bào)道很多，篩選出的具有修復(fù)效果的微生物也有很多，有AM真菌、放線菌及光合細(xì)菌等，人們往往將多種耐鹽堿的微生物制成復(fù)合菌劑進(jìn)行使用。吳曉衛(wèi)等［53］將從鹽堿環(huán)境中篩選出的4株耐鹽菌株按一定比例進(jìn)行了兩兩復(fù)配后其降鹽和降pH效果顯著，具有較好的環(huán)境效益，可以大規(guī)模應(yīng)用［54］。利用微生物特別是耐鹽堿的微生物活化土壤養(yǎng)分與促進(jìn)養(yǎng)分釋放的作用來(lái)改善土壤的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，進(jìn)而修復(fù)鹽堿化草地的方法具有顯著的生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益。但是一般來(lái)說(shuō)，處于鹽堿環(huán)境中的微生物與正常環(huán)境中的微生物相比雖然耐鹽堿系統(tǒng)較為發(fā)達(dá)，但其纖維素降解系統(tǒng)較弱。因此，如何增強(qiáng)微生物的纖維素降解能力或者分離和篩選更為合適的微生物是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，也是未來(lái)研究關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。

3 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)

目前我國(guó)在植物修復(fù)鹽堿化草地方面已經(jīng)取得一定成果，其中植物品種的選擇是關(guān)鍵，與此同時(shí)耐鹽堿植物的選育也尤為重要，但通常其選育時(shí)間較長(zhǎng)，而轉(zhuǎn)基因的方法也仍需要進(jìn)一步的研究，這在一定程度上阻礙了植物修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用。事實(shí)上，即使是篩選出的耐鹽堿植物在鹽堿環(huán)境中的生長(zhǎng)發(fā)育仍然會(huì)受到一定的影響，因此在牧民賴以生產(chǎn)和生活的草原地區(qū)，如何在修復(fù)的同時(shí)收獲優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的作物或牧草是需要考慮的重要因素之一。隨著微生物修復(fù)技術(shù)的不斷發(fā)展與實(shí)踐，微生物的促生作用以及提高植物耐鹽堿抗逆境的能力得到了越來(lái)越多的重視，植物-微生物聯(lián)合技術(shù)進(jìn)行鹽堿化草地的修復(fù)已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，目前微生物促進(jìn)植物生長(zhǎng)和提高耐鹽性的機(jī)理已初步探明，但是我國(guó)對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的研究仍處于起步階段，還需要進(jìn)行系統(tǒng)而深入的探索，相信在不久的將來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)為草地生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)積極的影響。

3.1 植物-植物促生菌聯(lián)合修復(fù)

植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是一種新興的修復(fù)技術(shù)，植物和微生物間的相互作用對(duì)在脅迫環(huán)境下維持植物生長(zhǎng)和土壤生產(chǎn)力方面發(fā)揮著重要作用［55］。其中植物促生菌的篩選及應(yīng)用已被廣泛關(guān)注，植物根際促生菌如植物有益細(xì)菌（Plant benefcial bacteria，PBB）和叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）等通過(guò)增強(qiáng)植物對(duì)各種脅迫環(huán)境（如鹽度、干旱、極端溫度和重金屬等）的抗性，可以幫助植物在各種脅迫環(huán)境條件生存和生長(zhǎng)從而提高植物產(chǎn)量，強(qiáng)化對(duì)土壤的修復(fù)效果［56-57］。此外，有些植物內(nèi)生菌在鹽堿環(huán)境下不僅可以促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，還可以增強(qiáng)植物的耐鹽性，如Sphingomonas、Bacillus、Enterobacter和Pantoea不但可以促進(jìn)雜交狼尾草（Hybrid pennisetum）的生長(zhǎng)還可以減輕鹽脅迫產(chǎn)生的不良影響［58］。植物促生菌促進(jìn)植物生長(zhǎng)和提高耐鹽性的主要機(jī)理有通過(guò)調(diào)節(jié)植物激素促進(jìn)植物生長(zhǎng)；誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗ROS酶類，提高植物耐鹽性；誘導(dǎo)植物產(chǎn)生脯氨酸減輕鹽對(duì)植物的滲透脅迫；產(chǎn)生胞外多糖減輕鹽分對(duì)植物的脅迫；調(diào)控植物體內(nèi)離子平衡，增強(qiáng)植物耐鹽性；影響植物的光合速率，減輕鹽脅迫的影響［59］。植物-植物促生菌聯(lián)合修復(fù)作為一種全新的、經(jīng)濟(jì)的方法對(duì)鹽堿化草地的修復(fù)具有重要的意義，但是植物促生菌對(duì)土壤的適應(yīng)性是其作用效果的決定因素，而當(dāng)前關(guān)于它在鹽堿脅迫條件下的適應(yīng)能力的研究還較少［60］。因此，近年來(lái)越來(lái)越多的學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向了一類特殊的植物促生菌—耐鹽促生菌。Bharti等［61］研究發(fā)現(xiàn)一種耐鹽的植物促生菌Dietzia natronolimnaeaSTR1，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)植物耐鹽的轉(zhuǎn)錄機(jī)制來(lái)保護(hù)小麥植株免受鹽脅迫影響。魯奧等［62］通過(guò)在鹽堿條件下對(duì)水稻、向日葵、小麥及星星草施用篩選出的耐鹽纖維素降解菌后發(fā)現(xiàn)該菌對(duì)這5種植物均具有促生作用，其干重、根長(zhǎng)等指標(biāo)均有不同程度的增加，最為顯著的是水稻干重增加了150%。已有研究在一定程度上證明了耐鹽的植物促生菌對(duì)于鹽堿環(huán)境中植物生長(zhǎng)及耐鹽性的積極作用，鑒定了不同的微生物種類與其相關(guān)的植物的促生效果，表明微生物與宿主（植物）間的相互作用可能會(huì)在一定程度上影響鹽堿化土壤的植物修復(fù)效果。植物-植物促生菌聯(lián)合修復(fù)技術(shù)雖然是鹽堿化草地生態(tài)修復(fù)的首選方法，但目前大部分研究都集中在耐鹽植物促生菌的篩選和促生作用方面，對(duì)于植物-耐鹽促生菌聯(lián)合修復(fù)鹽堿化草地的研究仍處于初級(jí)階段，需要更多的關(guān)注和應(yīng)用。

3.2 植物-AM真菌聯(lián)合修復(fù)

近年來(lái)，利用真菌與牧草的共生關(guān)系修復(fù)鹽堿化草地已經(jīng)開(kāi)展了初步的研究，特別是AM真菌與耐鹽堿牧草聯(lián)合。AM真菌是一類有益微生物，在土壤中廣泛分布，可以與宿主植物形成菌根共生體，并通過(guò)菌絲更為有效地獲取宿主植物根際的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，特別是改善植物磷營(yíng)養(yǎng)狀況，使植物從土壤中吸收水分的能力增強(qiáng)，植物的生長(zhǎng)發(fā)育得到促進(jìn)，通過(guò)對(duì)植物滲透平衡的調(diào)節(jié)、光合速率的提高以及抗氧化速率的增強(qiáng)等效應(yīng)的協(xié)同作用下使植物的競(jìng)爭(zhēng)力與抗逆性也有所提高［63-65］，從而更好的幫助植物提高對(duì)鹽堿化草地的生態(tài)修復(fù)。張義飛等［66］發(fā)現(xiàn)在高鹽脅迫下，AM真菌顯著降低了鹽脅迫效應(yīng)，提高了羊草（Leymus chinensis）生物量，菌根化羊草的根莖比顯著增加，N、P、Ca2+和K+濃度較高，而Na+和Cl-濃度較低，其P/Na+和K+/Na+高于非菌根化羊草。在自然條件下，多種AM真菌均能與羊草形成共生體，可顯著提高羊草在重度鹽堿化草地上的定植率［2，67］。何漢瓊等［68］研究了 AM 真菌對(duì)鹽-旱交叉脅迫下羊草抗氧化酶活性的影響，結(jié)果顯示在鹽堿脅迫下接菌后羊草葉片SOD、POD和APX活性均得到顯著提高。Dashtebani等［69］發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫下，AM真菌Claroideoglomus etunicatum可顯著增加堿茅（Puccinellia distans）的生長(zhǎng)量，提高葉的光合作用和水分利用效率，促進(jìn)鉀和鈣的吸收，減少Pro和MDA的濃度，增加葉的滲透勢(shì)。王娜等［70］將從松嫩鹽堿草地篩選到的2種AM真菌地表球囊霉（Glomus versiforme）和根內(nèi)球囊霉（Glomus intraradices）接種到不同濃度鹽脅迫（0、0.5%和1.0%）下的紫花苜蓿根中，結(jié)果表明2種AM真菌均能促進(jìn)紫花苜蓿生物量的積累，使葉片相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛的含量降低，增加葉綠素含量。耐鹽堿牧草-AM真菌聯(lián)合具有提高鹽堿化草地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)效率的潛在作用，挖掘并利用AM真菌與耐鹽堿牧草的共生關(guān)系，對(duì)于改善牧草的抗鹽堿能力和提高鹽堿化草地的生態(tài)修復(fù)效率是一個(gè)行之有效的方法。

4 展望

相對(duì)于退化和沙化草地，鹽堿化草地的治理是一個(gè)復(fù)雜而長(zhǎng)期的過(guò)程，是世界性的難題。因此，鹽堿化草地的植被修復(fù)也是今后草原建設(shè)和草業(yè)工作者的重要研究方向之一。目前，在生物技術(shù)方面對(duì)于鹽堿化草地的修復(fù)已經(jīng)開(kāi)展了較多的研究，利用耐鹽堿植物特別是耐鹽堿牧草修復(fù)鹽堿化草地的技術(shù)得到了一定的應(yīng)用，但是在耐鹽堿植物的培育、改良、轉(zhuǎn)基因方面的研究我國(guó)仍處于初級(jí)階段，其中如何提高牧草的耐鹽堿閾值和促進(jìn)牧草的生長(zhǎng)及對(duì)鹽分離子的吸收積累，已成為鹽堿化草地生態(tài)系統(tǒng)植物修復(fù)研究領(lǐng)域的關(guān)鍵所在。研究顯示，耐鹽植物促生菌和AM真菌具有增強(qiáng)植物耐鹽堿性，提高耐鹽堿植物對(duì)鹽堿化草原土壤修復(fù)效率的重要潛在作用，因此深入的開(kāi)展耐鹽堿牧草-微生物聯(lián)合修復(fù)鹽堿化草地的相關(guān)研究，并將此技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際鹽堿化草地的修復(fù)中，必將對(duì)鹽堿化草地的修復(fù)技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。此外，鹽堿化草地的修復(fù)通常需要較長(zhǎng)的時(shí)間，因此研究合適的栽培措施是推廣這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。