微藻与农业(一)

微藻是一类光合自养的低等植物,诞生于数亿万年前天地之初,广泛分布于地球各个角落,如广阔的海洋、温和的土壤、淡水湖、甚至是极端的环境,如干旱的沙漠、盐碱化的土壤、寒冷的湖泊或热的喷泉等都有藻的踪迹。

 

经过科学家们的潜心研究发现,微藻可以作为生物燃料、保健品、食品、医药品、饲料和化工领域中等各种产业的生物资源,且目前应用技术也相对成熟。而在农业中的应用还十分有限,且大部分的技术都处于试验阶段,但不可否认的是,藻在现代农业生产中也有着巨大的应用潜力。

 

 

藻在改善土壤品质的作用

藻在农业中的应用主要是通过促进养分供应、保持土壤的有机碳和肥力,以及促进土壤微生物活动等,从而促进植物生长和作物产量。

增加土壤有机质含量

微藻是农业生态系统中重要的有机物质来源之一,因为它们可以通过光合作用将大气二氧化碳直接吸收并固定到有机藻类生物质中。微藻生长过程中的分泌物(胞外多糖)或藻类死亡后,均可直接作为含碳有机物质增加土壤的有机碳库,供应作物生长的肥力需要。

生物固氮,减少化肥使用

经过研究,科学家们确定蓝藻中具有异形胞的种类,往往是可以生物固氮的种类,而且有些种有较强的固氮能力,如鱼腥藻属和念珠藻属等。目前世界上已知有30多个属150余种固氮蓝藻,我国已发现有10多种固氮蓝藻。固氮蓝藻在生长期间除固氮作用外,还可以不断地分泌出氨基酸、激素、糖等物质。有研究表明,在添加 75%化学氮肥和全磷全钾条件下,混合接种固氮蓝藻在显著提高土壤微生物活性和促进植物生长、提高产量的同时,节省 25%的化学氮肥。

改善土壤微生物活性

微藻分泌的胞外多糖(EPS)能为农业土壤中有益的微生物的生长提供有机碳,并使植物根际形成良好的生物块和生物膜,有助于将不同的细胞或生物聚集在一起,形成微菌落,促进养分的流动,并提供能够抵御食草动物和捕食者的稳定机械保护。研究还发现,接种单细胞土壤藻类能提高土壤磷酸酶活性,将磷矿粉中不能被作吸收的磷转化为可吸收的磷,从而提高土壤中有效磷的含量。因此,微藻能促进土壤中其他微生物群落和动物群的生长,改善土壤环境。

改善土壤结构

微藻生长分泌的胞外多糖(EPS)具有黏着性,能促进土壤颗粒聚集,形成大小均匀且稳定的团聚体,改善土壤结构,并在更大程度上防止土壤侵蚀或恶化。且良好的团聚体结构能够保肥、蓄水,有助于减少养分流失。在库布齐沙漠的试验中,也发现大规模接种固氮蓝藻 3~8 年后形成了生物土壤结皮,且其水分持留、总碳、总氮和可利用氮、磷含量均有增加。说明土壤结皮可以改善土壤肥力和表层土壤的微生态环境,且在沙质土壤中能够减少水的渗透,防止土壤侵蚀。

防治土壤虫害

研究发现固氮蓝藻在防治土壤线虫方面也具有一定的应用潜力。目前已于10多种固氮蓝藻均能杀死或抑制根结线虫J2s活性的作用,使线虫不动率和死亡率分别增加到88.2%~96.5%和4.2%~29.3%,从而降低线虫感染率,提高植物的产量。在大田接种试验结果也表明固氮蓝藻接种可以显著减少棉田植株寄生线虫数量(比常规施肥处理少22%~41%)。

藻在促进植物生长的作用

作为生长调节剂

很多微藻可以产生植物激素,而且高等植物的激素生物合成路径起源于微藻,目前已知藻类能产生植物激素主要是生长素和细胞分裂素。研究发现,用席藻的培养液处理烟草种子,可使萌发率提高40%, 并诱导烟草愈伤组织产生多重根。研究也发现从农田土壤分离到的4种固氮蓝藻可以产生生长素。Hussain等发现从水稻根部分离的内共生念珠藻能累积和释放细胞分裂素。

提高植物抗逆性

研究发现,接种单细胞土壤藻类能增强土壤过氧化氢酶活性,抑制或清除氧化氢对作物的毒害作用,同时为植物生长提高养料,从而有利的提高高等植物的生理活性及其对不利环境的抗逆性,最终促进植物的生长。

增加作物产量

黎尚豪的研究表明,接种固氮蓝藻后水稻平均增产超过15%,最高达33%。大田研究方面, Renuka发现施用含微藻的配方肥显著增加了小麦根、芽和谷粒的氮、磷和钾含量。在收获阶段,植株干重提高了7.4%~33.0%,穗重提高了10%,与常规施肥相比,千粒重增加了5.%~8.0%。

目前藻在在农业上的研究已在多方面取得了很多有价值的研究成果。相信随着微藻生物技术的快速发展,藻类作为土壤调节剂、生物肥料等方面的资源利用,对整个农业生态系统的可持续发展有重要的意义。

本文转自:中国藻人

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