木霉腐植酸土壤修復(fù)劑的開發(fā)應(yīng)用

張常書 張麗娟 唐衛(wèi)東 趙 玉

(1 上海通微生物技術(shù)有限公司 上海 201800 2 上海大井生物工程有限公司 上海 201800)

我國腐植酸主要分為兩大類：一類是礦源腐植酸，包括褐煤、風化煤、草炭或泥炭中的腐植酸，其主要成分為黃腐酸、棕腐酸、黑腐酸3種；另一類是生物腐植酸，是以作物秸稈、有機廢料等植物源(或稱生物質(zhì))為原料，經(jīng)過生物發(fā)酵所得到的一種類似礦源腐植酸的物質(zhì)。生物腐植酸，因生產(chǎn)原料、工藝、菌劑等不同，其化學(xué)特征、生物活性、作用功能等也不盡相同[1]。

木霉腐植酸是生物腐植酸的一種，是以褐煤或草炭為原料，采用從土壤根際生物中經(jīng)多次試驗篩選出來的木霉菌(Trichoderma)或螢光假單孢菌復(fù)合劑作為發(fā)酵菌劑，在專門配制的木霉腐植酸培養(yǎng)基上發(fā)酵培養(yǎng)5～7天后，產(chǎn)生大量的木霉菌體和分生孢子，再經(jīng)加工處理所得。木霉腐植酸具有木霉生物功能和腐植酸生物功能的雙重特征，其在促進作物生長和抗病改土功能方面，源于腐植酸而優(yōu)于腐植酸；特別是木霉菌的代謝產(chǎn)物和“共生”拮抗作用，對作物多種土傳病害有抑制作用，因而木霉腐植酸對土壤修復(fù)和抗病功能有獨到之處。

目前，我國土壤污染嚴重，土壤修復(fù)迫在眉睫。木霉腐植酸的開發(fā)及研制成功，不僅為我國生物腐植酸的定向發(fā)酵開辟了一條全新的工藝路線，也為開展土壤修復(fù)工作提供了一項新技術(shù)和產(chǎn)品。

1 我國土壤種類及現(xiàn)狀

我國土壤有多種類型，種植方式千變?nèi)f化，人為高產(chǎn)耕作和生態(tài)環(huán)境污染，對土壤環(huán)境的影響越來越大。據(jù)調(diào)查，我國土壤資源現(xiàn)狀，可分為以下幾種類型。

(1) 正常土壤。

有機質(zhì)豐富，團粒結(jié)構(gòu)好，保水保肥能力強，微生態(tài)環(huán)境發(fā)育正常，作物土傳病害和連作障礙不明顯，土壤鹽分和pH值正常，無化學(xué)物質(zhì)或重金屬污染。此類土壤可稱為正常健康的土壤。這種土壤在我國農(nóng)村越來越少。

(2) 鹽堿化土壤。

土壤含鹽量在0.1%～0.6 %，一般用電導(dǎo)率EC值表示，EC值＞4即為鹽漬化土壤，pH＞8為鹽堿化土壤。在我國沿海、沼澤、荒漠或排水不良的耕地，容易形成鹽堿土，風干后，土表有一層白霜，pH偏堿，這是典型的鹽堿地。在我國北方及沿海地區(qū)較多。

(3) 貧瘠化土壤。

土壤有機質(zhì)含量，是土壤肥力的重要標志，一般土壤有機質(zhì)含量＜1%時，為貧瘠土。土壤肥力不足，土壤有機質(zhì)會自然消耗下降，必須連年補充。我國多數(shù)農(nóng)田土壤肥力不足，有機質(zhì)逐年下降，土壤微生物活力消失，僅靠化肥來維持產(chǎn)量。

(4) 板結(jié)化土壤。

土壤長期使用化肥，有機質(zhì)嚴重消耗，團粒結(jié)構(gòu)被破壞，保水、保肥功能下降，土壤容重增大，通氣性變差，土壤變成“天晴一把刀，落雨一團糟”的硬土、死土，失去了土壤的生命活力。

(5) 酸性化土壤。

土壤pH＜6的酸性土質(zhì)，一是因地質(zhì)構(gòu)造中某些礦物質(zhì)演化為酸性土壤(如紅壤)；二是大量施用含硫、含氯的化肥，使土壤變酸；三是土壤中有機質(zhì)的分解、厭氧微生物的活動等，都可使土壤酸化。我國酸性土壤面積正在逐年擴大。

(6) 沙漠化土壤。

土壤水土流失，飛砂走塵，粘土無存，沙化嚴重，無法種植。我國北方土壤沙化面積越來越大，勢不可擋；除氣候條件影響外，人為耕作制度不良，植被破壞，生態(tài)失衡等，是導(dǎo)致沙漠化的根本原因。

(7) 富營養(yǎng)土壤。

為了尋求高產(chǎn)，大量施用化肥已成為普遍現(xiàn)象。有的蔬菜大棚，每畝用肥量達數(shù)百斤，化肥過量并大量流失，水體富營養(yǎng)化，作物病蟲害嚴重，作物品質(zhì)下降，農(nóng)藥殘留污染等，嚴重影響食品安全和人類健康。

(8) 多病害土壤。

由于生態(tài)環(huán)境失衡，作物抗病、抗逆能力下降，作物發(fā)病率增大，特別是連作帶來的土傳病害，日益擴大，嚴重影響正常耕作。這樣的多病土壤，國內(nèi)普遍存在，特別是蔬菜大棚，高產(chǎn)耕作、連作、化肥過量施用等，都易導(dǎo)致病土現(xiàn)象。

(9) 重污染土壤。

重污染是指重金屬或化學(xué)物質(zhì)、化學(xué)農(nóng)藥等對土壤的污染，特別是化肥、農(nóng)藥和除草劑的大量使用，禽畜糞便中的重金屬累積沉淀等，使土壤生態(tài)環(huán)境惡化，生物活性降低，作物品質(zhì)下降，化學(xué)殘留增加，嚴重危害人類健康。

(10) 低產(chǎn)值土壤。

低產(chǎn)值土壤，是一個或多個問題的綜合反應(yīng)，要按具體情況來具體分析。多數(shù)低產(chǎn)值土壤是土壤貧瘠板結(jié)或鹽堿化提高，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。常用加施化肥來彌補這一缺限，但卻帶來生態(tài)失衡、惡性循環(huán)、農(nóng)業(yè)不可持續(xù)發(fā)展的嚴重后果。

鑒于以上狀況，我國耕作土壤生態(tài)環(huán)境失衡，雖然農(nóng)民開始重視施用有機肥，但沒有重視土壤生物修復(fù)，特別是土傳病害和連作障礙，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展造成很大影響。因此，土壤生態(tài)修復(fù)是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

2 土壤修復(fù)原理和生態(tài)工程

眾所周知，我國土壤生態(tài)失衡。如何修復(fù)土壤，解決生產(chǎn)實際中的土壤問題，有很多科學(xué)技術(shù)和理論實踐需要探討，現(xiàn)就作者多年研究體會和實踐總結(jié)如下。

(1) 土壤生命和生態(tài)科學(xué)。

自然界原生態(tài)土壤是有生命活力的，我們可以在沒有耕種過的森林、沼澤或山地中找到。該類土壤屬于生態(tài)型土壤，含有極豐富的有機質(zhì)，土質(zhì)疏松，容重小，通透性好，保水能力強，病蟲少，微生物多，腐殖質(zhì)高，土壤充滿生命活力。

人類在耕作活動中，有兩種耕作方式，一是精耕細作，重施有機肥，以農(nóng)家菜園為例，此類土壤肥沃疏松，微生態(tài)旺盛，土壤充滿生命活力；另一種是粗放型耕作，為向土地高效索取財富，耗盡土壤有機資源，以重施化肥維持高產(chǎn)，導(dǎo)致土壤貧瘠板結(jié)，無生命活力，生態(tài)失衡，活土變死泥，這就是當今農(nóng)村土壤發(fā)展變化總的趨勢！

(2) 有機物質(zhì)是土壤生命之源。

生態(tài)型土壤的發(fā)育，必須在含有豐富有機質(zhì)的參與下，在一定溫度、濕度和微生物的作用下，逐步降解有機物，并分泌產(chǎn)生酶類、多糖、醇類、核酸、氨基酸、腐殖酸(胡敏酸)、黃腐酸(富里酸)等多種活性物質(zhì)，以及少量的氮、磷、鉀和中微量元素，這對土壤團粒結(jié)構(gòu)、離子交換、病蟲抑制、鹽堿緩沖、根系發(fā)育、促進生長、抗病抗逆、改善品質(zhì)、高產(chǎn)豐收等，都具有明顯作用和效果。

(3) 微生物是土壤生命之種。

土壤中的微生物有成千上萬種，一般可分為三大類：益生菌類、致病菌類、其他自然菌。這些菌群(包括真菌、細菌、放線菌、病毒和各種微型昆蟲、線蟲、蚯蚓等)在土壤有機質(zhì)中大量存在和繁衍。土壤中的微生物每時每刻都在進行生命活動，分解有機物，又不斷合成新的物質(zhì)。假設(shè)土壤中沒有微生物，土壤就沒有生命活力，就是死土。這種土壤有機物無法降解，團粒結(jié)構(gòu)無法形成，土壤嚴重板結(jié)，作物生長困難，哪怕用化肥種植，作物也無法正常生長，甚至顆粒無收。所以，微生物是土壤生命之種。

(4) 有機種植是生態(tài)農(nóng)業(yè)之本。

當今社會強調(diào)有機農(nóng)業(yè)，實質(zhì)上就是在耕作過程中完全或基本不施人工合成的化肥、農(nóng)藥，采用有機肥和無污染的水和土進行農(nóng)業(yè)種植?？梢?，有機肥對生態(tài)農(nóng)業(yè)具有重要作用。也就是說，不用人工合成的化肥和農(nóng)藥，使用純有機肥，土壤具有更高的生命活力和肥力，一樣可以獲得高產(chǎn)豐收。由此可見，有機農(nóng)業(yè)對土壤生命修復(fù)和培育至關(guān)重要，是必由之路，是成功之本。

(5) 土壤修復(fù)的技術(shù)核心。

目前，有害或不良土壤種類很多，生態(tài)失衡程度不一，但不論是哪種土壤，有機生物修復(fù)應(yīng)是技術(shù)的核心和關(guān)鍵。所謂土壤“有機生物修復(fù)”，就是選用最佳的生物有機質(zhì)后，最佳的生物發(fā)酵菌劑，最佳的工藝配方組合，生產(chǎn)出專用生物有機肥，可以針對各類不同缺限的土壤，為土壤益生菌創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境，提高益生菌的生命活力，從根本上加以修復(fù)。具體來說，木霉腐植酸，是采用有機質(zhì)之精華——生物腐植酸或生化黃腐酸等活性物質(zhì)，經(jīng)專用哈茨木霉或綠色木霉發(fā)酵制成的“土壤修復(fù)劑”，對多種土壤的生態(tài)修復(fù)具有獨到之處。但針對不同土壤類型，需要協(xié)同處理，重點是從微生態(tài)環(huán)境加以修復(fù)，它是土壤生態(tài)修復(fù)的一項系統(tǒng)工程。

3 木霉腐植酸生物防治和土壤修復(fù)機理

木霉菌是自然界廣泛存在的一種生防真菌，目前有60多個國家在使用木霉生防制品。將木霉菌與腐植酸融為一體，會產(chǎn)生1+1＞2的效果。木霉腐植酸不僅能防病，還具有促進植物生長，提高營養(yǎng)利用率，增強植物抗逆性，提高植物免疫力，修復(fù)農(nóng)化污染環(huán)境等作用，且效果顯著[2]。

(1) 木霉次生代謝與抗生作用。

木霉種類繁多，次生代謝產(chǎn)物多達幾百種。目前，我國應(yīng)用研究的主要有哈茨木霉和綠色木霉。哈茨木霉代謝產(chǎn)物有12種，主要是蒽醌類、吡喃酮類、聚酮類、異腈類、二酮哌嗪類、倍半萜烯類、膠毒素和肽醇類等；目前發(fā)現(xiàn)木霉大量基因與次生代謝有關(guān)，其中哈茨木霉存在抗菌肽合成酶、蒽醌類、萜烯類和抗菌肽等生物活性物質(zhì)，對植物多種病原菌有抑制作用[2]。

(2) 木霉-病源-植物誘導(dǎo)抗性。

在木霉繁衍過程中，可以侵入、纏繞、穿透病原菌和植物根系形成“重寄生”過程，誘導(dǎo)植物多種酶類產(chǎn)生抗逆、抗病基因的表達，對土壤病菌的抑制和植物抗性的誘導(dǎo)都有一定作用；同時還能提高植物對非生物脅迫因子的抗逆性[2]。

(3) 木霉腐植酸土壤環(huán)境修復(fù)機理。

利用LC/MS方法鑒定木霉代謝產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)，其代謝產(chǎn)物中含有大量的酶、激素、生物酸、活性分子和抗生素等。其中，激素類物質(zhì)對作物生長有促進作用，一般可增產(chǎn)10%～15%。生物酸具有解磷、解鉀作用，可提高化肥利用率30%以上；其他活性物質(zhì)可降解敵敵畏90%，降解辛硫磷30%～50%，降解氰化物80%，吸附重金屬鎘(Cd)、銅(Cu)40%～60%。陳捷等采用“功能基因轉(zhuǎn)化”“生物礦化”“生物吸附”等系統(tǒng)生防工程進行土壤污染修復(fù)，取得了明顯的效果[2]。

(4) 木霉腐植酸生防促長機理。

木霉在生殖過程中，需要向寄主攝取養(yǎng)分，爭奪空間，抑制其他微生物從而拮抗土傳病菌；木霉“重寄生”的胞外酶拮抗病原菌生長；木霉產(chǎn)生的抗菌類物質(zhì)(如膠毒素、抗菌肽等)，溶解酶(如纖維素酶、匍聚糖酶、肌丁質(zhì)酶等)等，對土傳病菌都有明顯防治作用。木霉主要促長作用：一是溶解礦物質(zhì)，解磷、解鉀，提高養(yǎng)分利用率；二是腐植酸與木霉代謝產(chǎn)物，經(jīng)生物活性處理后，對作物根系發(fā)育具有明顯的刺激作用，對出菌率、幼苗長勢、抗病、抗逆等均有明顯效果[3]。

(5) 木霉菌與腐植酸共生優(yōu)勢。

據(jù)試驗，木霉菌可以在腐殖質(zhì)上寄生繁衍，也就是說，腐植酸在某種條件下可以成為木霉菌的培養(yǎng)基，通過對有機質(zhì)定向發(fā)酵，獲得大量的生物腐植酸、抗生素、激素、酶類及生化活性物質(zhì)，其防病促長和土壤修復(fù)效果，都遠遠優(yōu)于單一品種。木霉腐植酸施入土壤后，在適宜條件下，木霉在富含有機質(zhì)的土壤中，可以再次繁殖，繼續(xù)擴大木霉菌的生物效應(yīng)，從而活化土壤，提高化肥利用率，促進作物生長，增加土壤團粒結(jié)構(gòu)，營造良好的土壤生態(tài)環(huán)境，這對修復(fù)有害土壤，防治連作障礙，增強作物免疫力，提高抗逆性，改善品質(zhì)，提高產(chǎn)量，減少農(nóng)化殘留污染等效果顯著。因此，木霉菌與腐植酸共生培養(yǎng)，是木霉菌生防和土壤修復(fù)的最佳選擇。

4 木霉腐植酸的開發(fā)和應(yīng)用

綜上所述，土壤“有機生物修復(fù)”意義重大。目前，最常用的是施用有機肥、生物肥、秸稈還田和沃土工程來實現(xiàn)。特別是隨著有機農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)的興起，大規(guī)模施用有機肥、生物肥和各種腐植酸類肥料，都是土壤“有機生物修復(fù)”的重要舉措。但是，這些方式中，缺少對核心物質(zhì)的選擇和利用。我們認為，具有土壤生命活力的核心物質(zhì)是腐植酸(胡敏酸)、黃腐酸(富里酸)和具有多功能高活性代謝產(chǎn)物的生物菌。

所謂高活性代謝產(chǎn)物，是指該生物菌劑可降解更多的有機物，轉(zhuǎn)化為黃腐酸、吲哚酸、核苷酸、活性酶、抗生素、抗菌肽等生化活性物質(zhì)，這對土壤生命修復(fù)起到積極作用。經(jīng)多年研究，某些根際微生物(如綠色木霉、哈茨木霉、5406放線菌、螢光假單孢菌等真菌或細菌)具有特殊的代謝功能，對土壤有機修復(fù)、理化修復(fù)、生命修復(fù)和生態(tài)修復(fù)都具有一定功能；特別是對土傳病害微生物(如引起蔬菜枯萎病的鐮刀菌、苗期猝倒病的腐霉菌，導(dǎo)致蔬菜爛根的疫霉菌、核盤菌或絲核菌等)，具有較好的抑制效果。因此，用這些益生菌作為土壤生物修復(fù)極為有利[4]。

土壤修復(fù)的關(guān)鍵是要在作物根際范圍，營造一個良好的生態(tài)環(huán)境。良好的生態(tài)環(huán)境有利作物根系和植株的健康生長，對病原微生物可自然防控。要實現(xiàn)這樣的土壤環(huán)境，就必須創(chuàng)造一個有益生物活動的微生態(tài)環(huán)境?！澳久垢菜嵬寥佬迯?fù)劑”的研發(fā)正是基于這個理念，可以在作物根際土壤(根際周圍)形成一個有生命活力的生態(tài)環(huán)境，為保證作物安全健康生長創(chuàng)造良好的條件。

土壤生態(tài)修復(fù)，首先要解決生物修復(fù)，要選擇最佳的生物菌劑和菌劑載體?！澳久垢菜嵬寥佬迯?fù)劑”以礦源生化黃腐酸為基質(zhì)，以多種微生物菌劑混合發(fā)酵后，成為有機生物組合體。施入田間后，腐植酸經(jīng)水化膨脹，成為膠體微粒，將礦物質(zhì)土壤顆粒進行膠聯(lián)與化學(xué)吸附，從而形成有生命的土壤團粒結(jié)構(gòu)。在適宜的溫度、濕度范圍，有益微生物開始大量繁殖，其代謝產(chǎn)物抑制了病原菌的生長，并刺激作物生長發(fā)育，提高作物抗逆、抗病、抗倒伏能力，為作物根系營造了良好的生態(tài)土壤環(huán)境，保證作物正常健康生長。這就是土壤有機修復(fù)和生物修復(fù)相互作用的結(jié)果。

作為土壤有機生物修復(fù)劑，“木霉腐植酸土壤修復(fù)劑”是一種高濃度生物制劑，每克產(chǎn)品含菌量(孢子數(shù))高達2億以上，每畝施用量一般為5～20 kg；如果土壤有機質(zhì)少，益生菌無法繁殖和生存，因此應(yīng)加施有機肥、農(nóng)家肥或秸稈還田后，再施“木霉腐植酸土壤修復(fù)劑”，這樣效果更好；如果土壤有機質(zhì)豐富，則可直接施用，也可將本品與有機肥混合施用，以利于提高土壤有機質(zhì)含量和保障益生菌的繁衍；如果在比較惡劣的土壤環(huán)境，如沙化、鹽磩、貧瘠、病害等土壤中，必須加大“木霉腐植酸土壤修復(fù)劑”的施用量，每畝用量可達100～200 kg，但成本太高，農(nóng)民難以接受。因此，在土壤惡劣條件下，必須重施有機肥、腐植酸肥等，在成本允許條件下，可盡量多施土壤修復(fù)劑，并結(jié)合其他措施綜合治理。

施用“生物腐植酸土壤修復(fù)劑”，還必需注意土壤環(huán)境條件(溫、濕、氣、土)。施用前，應(yīng)對土地進行翻耕，作為種肥或基肥與種子一起下地，施用較好；應(yīng)選擇氣溫回升的春天，夏秋也可，但冬天施用效果不佳(大棚，南方例外)；施用后，如果土壤干燥，應(yīng)適當澆水護墑，促進種子萌發(fā)；如果施用后積水成澇，應(yīng)注意開溝排水，保持土壤通風透氣，營造良好的土壤生態(tài)環(huán)境。

5 木霉腐植酸土壤修復(fù)工程的前景和意義

目前，我國耕地面積僅為18.26億畝，土地質(zhì)量越來越差，土壤污染嚴重，生態(tài)環(huán)境惡化，給食品安全和人類健康帶來嚴重威脅！

土壤修復(fù)是一項沃土工程與修復(fù)工程相結(jié)合的長期的生態(tài)工程。“木霉腐植酸土壤修復(fù)劑”的研制成功，與沃土工程和生態(tài)修復(fù)工程緊密結(jié)合，以少量的生物菌肥，配合大量的有機肥，可以快速改良土壤，為作物創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境，為我國土壤有機生物修復(fù)開辟了一條全新的思路。

木霉生物菌肥已列入國家“863”計劃和農(nóng)業(yè)部10項國家重大科技攻關(guān)項目。2010年，上海大井生物工程有限公司獲得了農(nóng)業(yè)部第一個“木霉生物肥料”臨時登記證，2012年12月獲得正式登記證。2013年3～10月，上海通微生物技術(shù)有限公司采用木霉腐植酸固體和液體產(chǎn)品，在上海航頭蔬菜大棚生態(tài)園進行了試驗。結(jié)果顯示，以木霉腐植酸固體和液體產(chǎn)品代替化肥使用，對大棚蔬菜連作障礙，具有明顯的抗病效果；對草莓的產(chǎn)量和品質(zhì)具有明顯的提高和改善作用，深受菜農(nóng)歡迎。實踐證明，木霉腐植酸不僅可用于土壤修復(fù)，也可用于“腐植酸水溶性液體肥”和“腐植酸有機無機復(fù)合肥”，充分發(fā)揮木霉和腐植酸的多功能作用。其替代化肥是成功的，具有良好的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。

目前，我國有多所高校和科研院所參與了木霉菌劑的試驗研究，在木霉菌基因編碼、基因克隆、抗性誘導(dǎo)、分子改良、生防機理、免疫誘導(dǎo)等課題研究方面，都取得了重大突破，某些項目研究己處于國際領(lǐng)先水平。2014年10月，國際木霉學(xué)術(shù)研討會將于上海交通大學(xué)舉行，這對我國木霉生防和土壤生物修復(fù)工程無疑是一次有力的推動。

[1]張常書，單俊偉. 利用生物技術(shù)開發(fā)生化黃腐酸新肥源[J]. 腐植酸，2005，(2)：1～3

[2]陳捷，朱潔偉，張婷，等. 木霉生物防治機理與應(yīng)用研究進展[J]. 中國生物防治學(xué)報，2011，27(2)：145～151

[3]王建鋒，陸寧海.木霉菌在農(nóng)業(yè)中的研究與應(yīng)用前景[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報，2008，14(14)：41～43，136

[4]王慧中，趙培潔. 多效有機菌肥的研制及其特性研究[J]. 江西農(nóng)業(yè)科學(xué)，1999，11 (3)：19～23