微生物菌肥在煙草種植中的應(yīng)用

杜玉海，范增博，馬 強，賀鵬霖，田洪彰，張 強

（1.山東濰坊煙草有限公司，山東濰坊 261205；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院，山東泰安 271018；3.山東臨沂煙草有限公司，山東臨沂 276000）

煙草是我國重要的經(jīng)濟作物之一，隨著煙草種植規(guī)模的逐漸擴大，部分農(nóng)戶過量施用農(nóng)藥、化肥追求產(chǎn)量。然而，肥料及農(nóng)藥的長期不合理使用帶來了一系列的土壤環(huán)境問題，如土壤酸化、土壤微生物活性降低、土壤重金屬含量增加，導(dǎo)致土壤營養(yǎng)失衡、土層板結(jié)及肥力下降等，使得煙田土壤日益退化，土壤微生物多樣性減少，嚴(yán)重影響了煙葉品質(zhì)，阻礙農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。為避免土壤環(huán)境問題加重，微生物菌肥作為生物技術(shù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一類重要肥源受到人們的廣泛關(guān)注[2]。在土壤缺乏某些微量元素時，微生物菌肥的使用能夠滿足煙草生長對微量元素的需求，避免煙草生長緩慢、產(chǎn)量低及品種差等現(xiàn)象的出現(xiàn)，促進煙草的生長代謝，同時提高煙草對大量元素的利用率，促進煙草生長發(fā)育。此外，微生物菌肥能改善土壤理化性質(zhì)，改善土壤環(huán)境。為了給微生物菌肥在煙草上的應(yīng)用和發(fā)展提供理論支持，本文針對微生物菌肥的發(fā)展現(xiàn)狀、類型、作用機理、在煙草種植中的應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢進行討論。

1 微生物菌肥的發(fā)展現(xiàn)狀

微生物菌肥是指一類含有活微生物的特定制品，其以有機廢物為原料，人為添加一種或幾種微生物，可以提供更多的養(yǎng)分并改善土壤中的有益微生物群落，降低病原菌含量[3]。微生物菌肥中富含大量微生物，這些微生物的代謝活動能夠快速分解土壤中的有機質(zhì)，提升土壤肥力，并對土壤中的無機元素起到固定作用[4]。微生物菌肥中的有益微生物既可以抑制病原菌增殖傳播，又可以改良田間土壤，誘導(dǎo)植物抗逆基因的表達(dá)[5]。

我國對于微生物菌肥的研究始于20世紀(jì)三四十年代，當(dāng)時研究人員針對根瘤菌、固氮菌與硅酸鹽細(xì)菌等菌種進行了初步的探索與研究；20世紀(jì)80年代初，由于技術(shù)缺乏、宣傳不足及市場混亂等因素，微生物菌肥的發(fā)展出現(xiàn)了停滯；21世紀(jì)初，我國的微生物菌肥研究迎來了飛速發(fā)展。隨著微生物菌肥的生產(chǎn)從最初的小作坊發(fā)展到現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；c產(chǎn)業(yè)化，微生物菌肥的各種規(guī)范與安全標(biāo)準(zhǔn)逐步完善，微生物菌肥的生產(chǎn)企業(yè)不斷增加，微生物菌肥種類也從最初的單一菌肥發(fā)展到現(xiàn)在的復(fù)合型菌肥，如有機無機復(fù)合菌肥、基因工程菌肥等新型微生物菌肥種類，極大地豐富了微生物菌肥的種類。相較于其他劑型，微生物粉劑的保質(zhì)期較長，容易運輸且可以較好地保存其中微生物的活性，已成為目前我國微生物菌肥的主要使用劑型。

2 微生物菌肥特點和功能

2.1 固氮微生物菌肥

固氮微生物菌肥是應(yīng)用最早的一類微生物菌肥，因具有高效、環(huán)保等特點而得到廣泛應(yīng)用。菌肥中微生物種類多樣，作用機理也不相同。固氮微生物主要包括3類：1）共生固氮生物，如根瘤菌屬（Rhizobium）通過侵入豆科植物根內(nèi)形成共生根瘤，將N2分子還原為NH3，然后植物利用NH3合成一系列維生素、蛋白質(zhì)和含氮化合物等物質(zhì)，根瘤菌的固氮能力使豆科植物比大多數(shù)其他非豆科作物對化學(xué)氮肥的依賴程度更低；2）游離活性固氮生物，如固氮菌屬（Azotobacter）主要生活在中性和堿性土壤中，它能夠獨立固定大氣中的N2，尤其是棉花、水稻和蔬菜等非豆科植物，并且不需要特定的寄主；3）締合共生固氮生物，如固氮螺菌屬（Azospirillum），其必須生活在植物根際、葉面等處才能固氮[1]。

2.2 溶磷微生物菌肥

磷是農(nóng)作物生長過程中必需的大量營養(yǎng)元素之一，以400～1 200 mg·kg-1的劑量存在于土壤中。盡管土壤中磷的總濃度很高，但可溶性磷的濃度很低，植物無法直接吸收利用。磷酸鹽增溶微生物可以將不溶性磷轉(zhuǎn)化為可溶性磷，使植物容易吸收利用，進而促進植物生長。目前已經(jīng)從不同作物根際土壤中分離出多種芽孢桿菌和假單胞菌等，且均表現(xiàn)出磷增溶特性[2]。吳劍鋒等研究表明，溶磷微生物可以生產(chǎn)各種植物激素（如吲哚乙酸）促進植物生長，甚至產(chǎn)生鐵載體，使溶磷微生物充當(dāng)生物肥料[3]。

菌根（mycorrhizae）分布廣泛，在磷的活動中起著核心作用，對微生物數(shù)量和養(yǎng)分循環(huán)也有顯著影響。例如，土壤中叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhiza fungi，AMF）能夠促進植物對磷的吸收，有效地利用叢枝菌根真菌能夠在低劑量的肥料下達(dá)到良好的產(chǎn)量水平，降低成本和對環(huán)境的危害[4]。

2.3 增鉀微生物菌肥

煙草是喜鉀作物，鉀離子能夠維持細(xì)胞膨壓，同時具有參與葉片及氣孔的運動、促進烤煙生長、促進光合產(chǎn)物和同化產(chǎn)物的輸送、脂肪的合成、氮的吸收和蛋白質(zhì)合成等多種功能，在抗旱和抗病方面也具有關(guān)鍵作用。在不同的研究中已經(jīng)報道了許多增鉀微生物，包括氨基桿菌屬（Aminobacter）、嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）、環(huán)狀芽孢桿菌（Bacillus circulans）、伯克氏菌屬（Burkholderia）、霍氏腸桿菌（Enterobacter hormaechei）、類芽孢桿菌屬（Paenibacillus）、假單胞菌屬（Pseudomonas）及鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）等[5]。研究表明，在低鉀土壤中添加土壤芽胞桿菌（Bacillus edaphicus）后，煙草植株的根、芽生長明顯改善，與未接種的煙草植株相比，N、P、K含量更高[6]。尚翠使用芽孢桿菌（Bacillus mucilaginosus）對煙草種植土壤進行處理，使得生產(chǎn)力得到明顯提高[7]。

3 微生物菌肥在煙草種植中的應(yīng)用

3.1 改善土壤微生物環(huán)境

土壤微生物能夠通過分解有機質(zhì)，為作物根系提供能量和物質(zhì)來源，提高土壤中的酶活性，維持生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)，進而維持生態(tài)平衡[8]。因此，土壤微生物環(huán)境與作物的生長發(fā)育有著密不可分的聯(lián)系，但長期使用化肥及不合理田間勞作方式，會破壞土壤細(xì)菌群落。微生物菌肥能夠有效改善這種環(huán)境，為煙草植株生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，同時提高土壤中微生物的多樣性。例如，添加生防菌枯草芽孢桿菌Tpb55和哈茨木霉菌HG1，可以有效抑制煙草土傳病害的發(fā)生[9]。在土壤中施加微生物菌肥后，可增加煙草還苗期根系土壤中放線菌等細(xì)菌的數(shù)量，使得土壤中細(xì)菌、真菌等群落數(shù)量達(dá)到動態(tài)平衡，有效改善煙草植株根系的微生物群落，促進烤煙土壤微生物的生態(tài)平衡。

3.2 改善土壤理化性質(zhì)

包括煙草在內(nèi)的所有農(nóng)作物的生長都受到土壤透氣度、養(yǎng)分、pH值等各種物理化學(xué)性質(zhì)影響。煙草是喜鉀作物，但煙區(qū)長期使用鉀肥、氮肥會使得土壤中氮磷鉀比例失衡，影響煙葉的品質(zhì)及產(chǎn)量。微生物菌肥中部分微生物具有固氮、溶磷、增鉀等作用，可以有效固定養(yǎng)分，平衡土壤中氮磷鉀比例[10]。長期使用化肥會導(dǎo)致土壤板結(jié)，而微生物菌肥中的微生物可以通過多種生命活動，產(chǎn)生多種植物生長調(diào)節(jié)劑，提高土壤內(nèi)部蛋白酶等多種酶的活性，并形成土壤團粒結(jié)構(gòu)，能夠有效防治土壤板結(jié)；且微生物菌肥可以調(diào)節(jié)土壤pH值，活化土壤養(yǎng)分，有效改良土壤理化性狀[11]。

3.3 提高煙草產(chǎn)量

微生物菌肥能夠增加土壤中氮素的來源，分泌多種有機酸，產(chǎn)生誘導(dǎo)物提高土壤酶活性，有利于植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用。煙草良好的生長條件要求土壤層深厚，土壤質(zhì)地疏松，結(jié)構(gòu)良好，通透性強，且具有良好保肥性能。安德榮研究表明，施用微生物菌肥能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，使得煙草的煙株高度、葉數(shù)、葉面積指標(biāo)、最大葉面積等各方面指標(biāo)都有較大程度的提高[12]。曾慶賓等研究表明，施用微生物菌肥不僅能增加作物產(chǎn)量，也能提高作物品質(zhì)，提高安全性[13]。

3.4 提升煙草的品質(zhì)

優(yōu)質(zhì)煙葉要具有成熟度好，組織疏松，厚薄適中，顏色金黃，色澤足，有良好光澤，葉片長，葉寬，彈性好等特征。滿足這些條件的前提是有良好的生長環(huán)境，養(yǎng)分供應(yīng)充足。相比于化肥、復(fù)合肥等，微生物菌肥能夠為植株生長提供所需的養(yǎng)分及良好的土壤條件，顯著提升烤煙的質(zhì)量。劉展展等研究表明，增施固氮菌的煙株在株高和莖圍等方面都有明顯的增加，煙葉刺激性、吃味、勁頭及經(jīng)濟效益顯著高于對照組的煙株[14]。高銘研究表明，微生物菌肥能夠降低煙葉各葉位的煙堿含量，特別是上部煙葉尤為明顯，煙堿含量相比對照組減少16%～18%[15]。

4 微生物菌肥在煙草中的應(yīng)用展望

只有因地制宜地施用微生物菌肥，才能有效解決傳統(tǒng)施肥增產(chǎn)的局限性，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。有研究表明，應(yīng)用微生物菌肥的關(guān)鍵在于利用菌株活性改善土壤性質(zhì)[16]。對此，企業(yè)可以與當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)高?；蚩蒲性核献?，共同開發(fā)適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境及可以顯著提高當(dāng)?shù)刈魑锂a(chǎn)量的高效菌株，解決目前的微生物菌肥效果不穩(wěn)定、菌種單一的問題；同時學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進生產(chǎn)技術(shù)，引進先進生產(chǎn)設(shè)備，改善工藝流程，降低成本，提高微生物菌肥品質(zhì)。