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我国北方水资源短缺,干旱和半干旱地区面积大,长期单一的农业种植模式造成土壤肥力下降,耕地逐渐退化。当土壤退化发生后,土壤层逐渐变薄,土壤的水肥气热调节功能随之降低,影响农作物根系的生长和发育,而土壤肥力的下降直接影响农作物的产量。当土壤中的有机养分接近枯竭后,不但会阻碍植物的生长,土壤微生物的数量也会随之显著降低,使土壤-植物-微生物三者的关系进入恶性循环,开启了反成土过程,随着风蚀,加剧了表层土壤不断流失,土壤开始沙化,并最终形成荒漠化。使用保水剂和土壤人工生物结皮,是干旱、半干旱地区,乃至荒漠化地区改善土壤结构,增加农作物产量的重要措施。本文从内蒙古翁牛特沙漠和甘肃郭嘉镇段坡村的荒漠化土样中,分离得到2株高产胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS)的菌株,其中菌株NM03合成的胞外多糖包括2个组分,分子量分别为1.13×10~8 KDa和1.12×10~7 KDa,占比分别为91.4%和8.6%,6 r/min的剪切速率下,该菌的发酵液黏度达到37900 mPa.s。菌株GS01合成的胞外多糖分子量为1.06×10~8 KDa,6 r/min的剪切速率下,该菌的发酵液黏度达到32200mPa.s。这两个菌株合成的胞外多糖(EPS)产物,既有保水作用,又可以在土壤表面形成结皮,将这些菌株的发酵液制成菌剂,喷施在土壤表面,具有保水保肥和促进作物生长的作用。具体研究结果如下:1、NM03-EPS菌剂对砂土、壤土和粘土均有保水效果,施用菌剂12d后,与对照相比砂土、壤土和粘土的含水率分别增加46.2%、92.5%和7.3%。用淋溶模拟降雨,结果表明NM03-EPS菌剂在砂土、壤土和粘土中均具有较好的保肥效果,能够减少土壤肥料的淋溶损失。与对照相比,施用NM03-EPS后粘土的铵氮、磷和钾的淋失减少了83.3%、61.1%和75.0%,在壤土中的淋失减少68.6%、41.2%、50.0%,在砂土中的淋失减少了17.3%、47.4%和14.3%。盆栽试验表明:NM03-EPS菌剂在土壤表面形成的生物结皮不会影响玉米和棉花的出苗,对玉米和棉花幼苗的生长均有一定的促进作用,对棉花幼苗的作用更明显,与对照组相比,不同质地土壤中生长的棉花幼苗,在株高、地上部分鲜重、地上部分干重、根部鲜重、根部干重等指标上均有提高。2、将菌株GS01的发酵液稀释5倍,制成的GS01-EPS菌剂对不同质地土壤均有一定的保水作用,但第二轮12d保水试验的数据比第一轮降低,说明菌株GS01合成的EPS在土壤中抗降解效果较差。在保肥能力上,GS01-EPS菌剂与NM03-EPS菌剂显示出明显差别,对粘土和壤土的保肥,NM03-EPS菌剂效果更好;而对砂土的保肥,GS01-EPS菌剂效果更好,与对照相比铵氮、磷和钾的淋失减少了36.1%,96.5%和36.3%。与玉米幼苗相比,GS01-EPS菌剂对在粘土、壤土和砂土中生长的棉花幼苗有更显著的生长促进作用,棉花幼苗的地上部分鲜重比化学保水剂处理组分别增加了86.4%、12.6%和34.4%,地上部分干重比对照组分别增加了98.1%。9.8%和22.0%。3、通过原生质体融合育种技术,筛选到NM03和GS01的融合菌0102,相同的发酵条件下,该菌株的发酵液黏度可达42000 mPa.s;比亲本菌株NM03的黏度提高10.8%,比GS01提高30.4%,凝胶渗透色谱测定结果表明,融合菌0102的胞外多糖分子量为1.83×10~8 KDa。0102-EPS菌剂喷施在土壤表面,具有一定的保水保肥和促进玉米、棉花幼苗生长作用,但提高的效果与NM03-EPS和GS01-EPS菌剂相比,并未见提高,可能与融合菌单糖组成上缺少葡萄糖醛酸有关。4、在保水保肥和作物生长试验结束后,在土壤中仍然可以分离到活的NM03、GS01和0102菌株,说明这三种EPS合成菌都具有极强的抗逆性和对土壤环境的适应性,将EPS菌剂施用于干旱和沙化土壤表面,将有助于土壤肥力的恢复和玉米、棉花等农作物的生长。