生物有機(jī)肥的發(fā)展與展望

胡 可，王利賓，王永富

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷 030801）

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康是指農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)免受發(fā)生“失調(diào)綜合癥”，滿足持續(xù)生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品，并具有處理脅迫狀態(tài)的能力[1]。近年來，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康研究在國(guó)際上日益受到多學(xué)科專家關(guān)注，已成為農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域之一[1-2]。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)場(chǎng)所是土壤，所以，土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康已越來越受到許多學(xué)者的關(guān)注[3-4]。土壤微生物生態(tài)是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，它既是土壤有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的執(zhí)行者，又是影響植物營(yíng)養(yǎng)元素活性的重要因素。土壤中的微生物絕大多數(shù)屬于有機(jī)異養(yǎng)型微生物，該類微生物通過分解土壤中的有機(jī)物攝取所需的能源，但一旦土壤中缺乏有機(jī)物質(zhì)或有益微生物種群遭到破壞，勢(shì)必造成土壤微生物生態(tài)的破壞，導(dǎo)致土傳病害的泛濫。良好的生態(tài)環(huán)境和持續(xù)的農(nóng)業(yè)高產(chǎn)，要求人們研究和發(fā)展有效的農(nóng)業(yè)管理措施和手段來保護(hù)土壤和環(huán)境資源，因此，生產(chǎn)多功能化、長(zhǎng)效化及生物化的有機(jī)肥料，對(duì)于調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，改善土壤質(zhì)量和肥力，提高土壤的更新或恢復(fù)能力，防治土傳病害等具有重要實(shí)際意義[5]。

目前，已經(jīng)進(jìn)入了對(duì)土壤微生物生態(tài)研究的領(lǐng)域，施用生物有機(jī)肥對(duì)土壤的肥力、土壤質(zhì)量和土壤可持續(xù)發(fā)展都有十分有益的影響。

1 生物有機(jī)肥能夠提高土壤微生物群落功能多樣性

目前，有機(jī)肥對(duì)土壤和根際土壤微生物影響的研究已十分廣泛。羅安程等[6]研究表明，施肥對(duì)土壤微生物的組成、數(shù)量和活力有明顯的影響，有機(jī)肥的施用能顯著地提高各類微生物的數(shù)量，特別是細(xì)菌的數(shù)量。高云超等[7]曾應(yīng)用平板計(jì)數(shù)法研究了秸稈覆蓋條件下土壤細(xì)菌、真菌、放線菌活性和總微生物數(shù)量的變化及其特征，與不施秸稈的對(duì)照處理相比，秸稈翻耕略可增加土壤細(xì)菌數(shù)量，而秸稈覆蓋免耕則增加真菌數(shù)量，同時(shí)還可以增加活性菌絲長(zhǎng)度與生物量。但傳統(tǒng)的分析方法不能反映土壤微生物多樣性特征。

隨著現(xiàn)代微生物生態(tài)研究方法的出現(xiàn)，國(guó)外許多學(xué)者應(yīng)用單一碳源微生物群落（BIOLOG）等先進(jìn)技術(shù)研究施用有機(jī)物料對(duì)土壤微生物群落多樣性的影響。BIOLOGECO微平板技術(shù)是采用3個(gè)重復(fù)的96孔反應(yīng)微平板，除3個(gè)對(duì)照孔A1，A5，A9只裝有四氮疊茂和一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，其余的孔均裝有不同的單一碳底物。土壤微生物在BIOLOGECO微平板反應(yīng)中，其新陳代謝過程中產(chǎn)生的脫氫酶能降解四氮疊茂，使四氮疊茂變成紫色，根據(jù)每孔顏色變化程度可以反映土壤微生物對(duì)31種不同單一碳源的代謝能力高低。因?yàn)槲⑸锶郝湓谝欢赜龝r(shí)間（144 h）內(nèi)，BIOLOG ECO微平板的變化孔數(shù)目和每孔顏色變化的程度與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能有密切的相關(guān)性。當(dāng)土壤中微生物處于貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)時(shí)，其生長(zhǎng)主要受碳源的限制，微生物對(duì)碳源的利用能力是表征土壤微生物生長(zhǎng)情況的主要指標(biāo)[8]。因此，BIOLOG ECO微平板技術(shù)可以用于估價(jià)土壤微生物群落代謝多樣性和功能多樣性的研究[9]。并有研究表明，有機(jī)耕作的土壤微生物群落功能多樣性顯著高于常規(guī)施用化肥的耕作土壤，說明有機(jī)耕作可以提高土壤微生物的代謝能力。O’Flahery[10]通過比較施用污泥和廄肥對(duì)土壤微生物多樣性的影響，發(fā)現(xiàn)二者均能提高土壤微生物的代謝均勻度和基因多樣性指數(shù)。

2 生物有機(jī)肥可以增加土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的數(shù)量

土壤微生物多樣性反映的是群落在總體功能上的變化，未能反映微生物群落組成特征，如利用不同碳底物能力的詳細(xì)信息。一些研究利用傳統(tǒng)技術(shù)與BIOLOG方法相結(jié)合研究施用堆腐過的稻草和麥糠對(duì)植株根際土壤微生物群落組成的影響，發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥料處理的土壤培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量略高于對(duì)照，但通過BIOLOG分析可知，有機(jī)肥的施用極顯著地影響土壤微生物群落的組成，并且不同種類的有機(jī)肥料處理的群落組成差異很大。Buyer等[11]應(yīng)用BIOLOG方法研究了施用有機(jī)肥料后，不同取樣時(shí)間的土壤微生物群落差異，結(jié)果表明，不同的取樣時(shí)間以及不同的有機(jī)肥料，對(duì)于土壤微生物群落的影響均較大。Garland等[9]研究表明，土壤微生物對(duì)BIOLOG微平板中各類碳源的利用情況的差異反映了土壤微生物群落的不同，說明施用有機(jī)肥料對(duì)土壤微生物具有誘導(dǎo)效應(yīng)，即施用單一碳源的有機(jī)肥料就會(huì)誘導(dǎo)土壤中喜該類碳源微生物的生長(zhǎng)，施用多碳源的有機(jī)肥料，就會(huì)誘導(dǎo)多種微生物的生長(zhǎng)。Sharma等[12]的研究證實(shí)了施入土壤中的玉米秸稈經(jīng)培養(yǎng)1 a后，土壤微生物對(duì)氨基酸類碳源的利用率高于對(duì)糖類碳源的利用率，這是由于玉米秸稈分解后誘導(dǎo)了土壤中喜氨基酸類碳源微生物的生長(zhǎng)。

3 生物有機(jī)肥能夠抑制常見的作物土傳病害

施用化學(xué)肥料會(huì)導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和組成失調(diào)，使得某些有益微生物和土著微生物生長(zhǎng)受到抑制，而病原菌卻大量繁殖，導(dǎo)致一些土傳病害發(fā)生嚴(yán)重，土壤生態(tài)肥力下降。立枯絲核菌（Rhizoctonia solari）、天南星柱帚霉菌（Cglindrocladium spathiphyui）、寄生疫霉（Plytophthora parasitica） 和番茄細(xì)菌性青枯?。≧alstonia solanacearum）都是常見的對(duì)作物危害相當(dāng)大的土傳病原菌。大量使用化學(xué)農(nóng)藥來防治土傳病害，往往會(huì)造成環(huán)境污染，誘發(fā)病菌產(chǎn)生抗藥性，而且容易殺死其他有益微生物，對(duì)土壤微生物群落產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，對(duì)于一些土傳病害進(jìn)行生物防治逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的生物防治是將拮抗菌導(dǎo)入土壤中，這種方法收效甚微，其原因是土壤中施入的拮抗菌與土著微生物存在強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)和排斥作用，難以有效地定植存活，故發(fā)揮不出應(yīng)有的生物防治作用。

有機(jī)肥的施用對(duì)提高作物抗病力有重要作用。馬利平等[13]利用家畜漚肥的浸漬液防治黃瓜枯萎病，結(jié)果表明，肥液中的部分微生物對(duì)黃瓜枯萎病菌具有一定的拮抗作用，從而降低了發(fā)病率。向土壤中施入對(duì)拮抗菌繁殖有利的餅肥，可促進(jìn)拮抗微生物的大量繁殖，抑制有害病菌生長(zhǎng)。施用有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥，也可以減輕病害發(fā)生[14]。施用雜草、秸稈堆肥可降低豆類根腐菌的發(fā)生率，提高土壤拮抗放線菌的數(shù)量[15]。施用未腐熟秸稈可以降低小麥的幾種土傳病害[16]。大部分有機(jī)肥均可防治作物生理病害，但缺乏穩(wěn)定的田間防治效果，其原因是影響外源微生物活性的因子復(fù)雜，人們往往只注重了其抗病性，而沒有對(duì)其原位生存的能力進(jìn)行研究。土壤中微生物的數(shù)量非常龐大，目前只開發(fā)了其中極少部分，人們的研究重點(diǎn)是通過一些有益微生物的加入改善土壤微生態(tài)的環(huán)境，改善其群落結(jié)構(gòu)，使得那些有害菌生存幾率下降進(jìn)而達(dá)到抑制病原菌的效果。所以，營(yíng)造一個(gè)適合有益微生物生存發(fā)展的土壤空間環(huán)境，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和組成，從而提高生防效果，其意義更為重大。

21世紀(jì)，肥料的重要發(fā)展方向之一是朝著多功能化、長(zhǎng)效化及生物化趨勢(shì)發(fā)展，為適應(yīng)這種潮流，肥料產(chǎn)業(yè)在科研成果的支持下，通過技術(shù)、設(shè)備、工藝、材料的改進(jìn)，生產(chǎn)出適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新型有機(jī)肥料，這對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的改善、作物的安全生產(chǎn)、環(huán)境的保護(hù)、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都起著巨大的推動(dòng)和促進(jìn)作用。

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