生物菌肥在甘蔗節(jié)本高效栽培中的應(yīng)用

陳思同，邢永秀

（廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣西 南寧 530004）

0 引言

世界人口的快速增長(zhǎng)對(duì)糧食的需求量急劇增加，全球可耕地的有限性，以及氣候變化引起栽培環(huán)境惡化均給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與糧食安全帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。甘蔗（Saccharum officinarumL.）屬于多年生草本C4植物，其對(duì)CO2同化能力強(qiáng)，生物量大，是重要的環(huán)境友好型作物。此外，因其含糖量高而在熱帶和亞熱帶地區(qū)廣泛種植，是世界前十栽培作物之一［1-3］。鑒于全世界可耕地的稀缺性，同時(shí)又要滿足人口增長(zhǎng)對(duì)糧食的巨大需求，需要大幅提高種植強(qiáng)度以及作物單產(chǎn)［4］。據(jù)估計(jì)，全球作物總產(chǎn)量的提升動(dòng)力90%來(lái)源于作物單產(chǎn)的提高［5］。為此，探索作物產(chǎn)量形成機(jī)制以及單產(chǎn)提高方法一直以來(lái)都是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。曾艷等［6］研究結(jié)果顯示廣西蔗區(qū)土壤肥力等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬于低肥力水平?；瘜W(xué)肥料可為甘蔗生長(zhǎng)提供必要的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，蔗地施用化肥能明顯提高甘蔗產(chǎn)量和糖分含量，發(fā)揮甘蔗生產(chǎn)潛力，是蔗農(nóng)增收的關(guān)鍵措施之一［7，8］。然而，化學(xué)肥料施用表現(xiàn)出嚴(yán)重過(guò)量、營(yíng)養(yǎng)元素配比失衡、肥效短等問(wèn)題［9，10］。這些不合理的使用方式不僅不能提高甘蔗產(chǎn)量，反而增加了種植成本，同時(shí)還對(duì)環(huán)境造成不良影響，顯著降低甘蔗的種植效益［11，12］。生物菌肥是由能夠直接或間接促進(jìn)植物生長(zhǎng)的固氮微生物、解磷微生物、解鉀微生物等組成的制劑，是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的理想肥料。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外均有報(bào)道利用生物菌肥代替化肥實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)本、增產(chǎn)增收的案例［13-17］。充分發(fā)揮有益微生物作用以減少農(nóng)用化學(xué)品投入，達(dá)到可持續(xù)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，已成為未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的新機(jī)遇，生物有機(jī)肥部分替代化學(xué)肥料，是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的必由之路。

1 常見(jiàn)菌肥微生物

1.1 固氮微生物

根據(jù)固氮微生物與宿主的關(guān)系可大致分為自生固氮、內(nèi)生固氮和聯(lián)合固氮3種類型。其中，自生固氮是指固氮微生物與植物無(wú)依存關(guān)系，可自行固定空氣中的氮，以固氮菌屬、念珠藻屬和紅螺菌屬等為代表。內(nèi)生固氮和聯(lián)合固氮是指與植物存在相互作用關(guān)系，需借助宿主植物才能完成固氮反應(yīng)，以根瘤菌屬和固氮螺菌屬等為代表［18］。Boddey等［19］利用同位素標(biāo)記法研究了固氮菌對(duì)甘蔗氮效率的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)固氮菌可為甘蔗提供生長(zhǎng)發(fā)育所需60%的氮素，有些品種甚至可達(dá)80%。前人研究證明，固氮菌可促進(jìn)甘蔗植株氮代謝積累量，增加甘蔗產(chǎn)量，減少化肥用量，提高經(jīng)濟(jì)效益［20-22］?？梢?jiàn)，固氮微生物菌可作為菌肥用于甘蔗節(jié)本高效栽培。

1.2 解磷微生物

解磷微生物能分泌次生代謝物將難溶性磷轉(zhuǎn)化為能被植物吸收的有效磷。根據(jù)解磷微生物的作用底物不同，解磷微生物可分為有機(jī)磷分解菌和無(wú)機(jī)磷分解菌，兩者之間沒(méi)有嚴(yán)格界限，部分菌種同時(shí)具備降解有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷作用，甚至有些解磷微生物兼有固氮能力，如固氮菌屬（Azotobactersp.）［23-26］。Natarajan等［27］以解磷微生物巨大芽胞桿菌（Bacillus megaterium）為菌肥在甘蔗上使用的結(jié)果表明，解磷微生物菌肥處理的小區(qū)在磷用量減少25%的情況下比對(duì)照增產(chǎn)12.6%，同時(shí)提高了蔗汁蔗糖含量。另有大量研究表明，從蔗地土壤或根際分離的解磷微生物在甘蔗的節(jié)能栽培上更具有利用價(jià)值［28-32］。相比之下，國(guó)內(nèi)關(guān)于解磷微生物菌肥在甘蔗上的運(yùn)用研究報(bào)道非常少。

1.3 解鉀微生物

解鉀微生物主要指能對(duì)難溶的含鉀礦質(zhì)以及含鉀有機(jī)物進(jìn)行分解，把土壤中無(wú)效鉀轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟梢晕绽玫娜芙忖浀奈⑸铩Ｍ寥篮妥魑锔H存在大量的解鉀微生物，這類微生物包括真菌類和細(xì)菌類，如Bacillussp.、Aspergillusspp.和Aspergillus terreus等［33］。李蘭玉等［34］在烤煙上使用溶磷解鉀微生物菌肥，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌肥處理的烤煙產(chǎn)量和效益較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培好，其中以施菌肥80 mL/株的處理產(chǎn)量和產(chǎn)值最高，可增加產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益分別達(dá)16.14 kg和253元。吳俊林等［35］從煙區(qū)土壤分離獲得1株高效解鉀菌，驗(yàn)證該菌株的解鉀和溶磷能力較強(qiáng)，對(duì)煙葉中鉀含量的吸收與利用有協(xié)調(diào)促進(jìn)作用，能明顯提高煙田煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量，有利于增加種煙的經(jīng)濟(jì)效益。Etesami等［36］研究發(fā)現(xiàn)，解鉀微生物不僅可以提高根際土壤有效鉀含量，同時(shí)還能減少鉀的流失，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量，此外還可提高作物免疫力，減少病害發(fā)生，在節(jié)本增效和環(huán)境友好的作物栽培生產(chǎn)實(shí)踐中具有重要意義。但國(guó)內(nèi)外很少有解鉀微生物菌肥在甘蔗生產(chǎn)上運(yùn)用的研究報(bào)道。

2 展望

2.1 我國(guó)微生物菌肥行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)微生物菌肥用量占肥料總用量的比例較小。近幾年來(lái)，得益于政策扶持和人們對(duì)微生物菌肥認(rèn)識(shí)的提高，我國(guó)微生物肥料產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速穩(wěn)定發(fā)展。根據(jù)2020年3月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)微生物肥料企業(yè)年產(chǎn)量可達(dá)2000萬(wàn)t。2021年出版的《中國(guó)工業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，到2020年底我國(guó)有規(guī)模以上有機(jī)肥料及微生物肥料制造企業(yè)和單位590家，這些企業(yè)2020年?duì)I收額達(dá)430.51億元。據(jù)《工業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》與農(nóng)業(yè)農(nóng)村部數(shù)據(jù)估算，我國(guó)規(guī)模以上企業(yè)中，微生物肥料占有機(jī)肥料及微生物肥料制造行業(yè)營(yíng)收比例的64%。2020年，我國(guó)規(guī)模以上微生物肥料銷售收入達(dá)325億元。我國(guó)微生物肥料登記數(shù)據(jù)分析顯示，2001—2018年我國(guó)微生物肥料登記數(shù)量呈上升趨勢(shì)，2018年登記數(shù)量激增，達(dá)3486個(gè)；2020年，新增微生物肥料登記數(shù)高達(dá)1591個(gè)；2021年僅前8個(gè)月，新增微生物肥料登記數(shù)即達(dá)1108個(gè)。

2.2 微生物菌肥在甘蔗生產(chǎn)中應(yīng)用受限原因

近年來(lái)，我國(guó)微生物肥料行業(yè)發(fā)展迅速，在農(nóng)作物中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但其在甘蔗生產(chǎn)中的應(yīng)用還非常少，主要存在以下幾個(gè)原因：一是針對(duì)甘蔗的有益菌多數(shù)停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，沒(méi)有很好地與載體結(jié)合生產(chǎn)出符合甘蔗生長(zhǎng)發(fā)育所需的微生物肥料；二是缺乏篩選標(biāo)準(zhǔn)，不能選育出高效適宜的有益微生物；三是目前技術(shù)手段略顯不足，不能有效地改造有益微生物，影響了有益微生物的實(shí)用價(jià)值；四是宣傳力度不足，蔗農(nóng)不了解、不愿買、不會(huì)用，使微生物菌肥的發(fā)展缺乏群眾支持；五是行業(yè)缺乏安全監(jiān)控體系，不能保證微生物菌肥的健康可持續(xù)發(fā)展。因此，對(duì)于微生物菌肥在甘蔗生產(chǎn)上的應(yīng)用和推廣還需要政府、科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)的多方位投入，這對(duì)于提高甘蔗的生產(chǎn)效益、增加蔗農(nóng)收入和改善生態(tài)等具有重要意義。

2.3 推進(jìn)微生物菌肥在甘蔗生產(chǎn)中應(yīng)用的建議

人口增長(zhǎng)與環(huán)境變化給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。甘蔗是重要的糖料和能源作物，提高其單位面積產(chǎn)量、降低種植成本對(duì)蔗農(nóng)和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展均具有重要意義。生物菌肥是由能直接或間接促進(jìn)植物生長(zhǎng)的固氮微生物、解磷微生物和解鉀微生物等配合不同養(yǎng)分形成的制劑，是農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的理想肥料。固氮、解磷和解鉀微生物菌肥不僅可促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增強(qiáng)作物免疫力，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，降低投入成本，而且對(duì)環(huán)境友好。但國(guó)內(nèi)有關(guān)生物菌肥在甘蔗上的運(yùn)用研究報(bào)道很少，為此，建議今后可從以下多方位展開(kāi)研究：一是以蔗地土壤和甘蔗植株為有益微生物分離源，這種來(lái)源的微生物更適合甘蔗栽培環(huán)境；二是以多功能指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)篩選具有復(fù)合能力且適應(yīng)能力強(qiáng)的有益微生物；三是利用現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)有益微生物進(jìn)行改造，使其更具有利用價(jià)值；四是開(kāi)發(fā)能同時(shí)攜帶多種菌體，且不同菌體間不會(huì)發(fā)生拮抗效應(yīng)，田間施用方便，生產(chǎn)成本低，環(huán)境友好的載體；五是加強(qiáng)菌肥使用宣傳推廣力度，培訓(xùn)一批懂用、會(huì)用菌肥的蔗農(nóng)，以引導(dǎo)帶動(dòng)廣大蔗農(nóng)科學(xué)使用菌肥；六是構(gòu)建菌肥使用安全監(jiān)控體系，保證研發(fā)安全、生產(chǎn)安全和使用安全。

生物菌肥是減少國(guó)內(nèi)蔗區(qū)化肥施用量，節(jié)省投入成本，提高種植效益，實(shí)現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的新舉措，在甘蔗化肥減量增效的栽培中具有廣闊的應(yīng)用前景。