微生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的大作為

隨著全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求日益增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)業(yè)方法面臨著環(huán)境和安全的雙重挑戰(zhàn)。在這種背景下，利用微生物技術(shù)來(lái)提高土壤肥力，尤其是在果園土壤管理中成了研究的熱點(diǎn)。天水地區(qū)作為重要的果園基地，其土壤肥力的維護(hù)和提升對(duì)于保證果品質(zhì)量和產(chǎn)量至關(guān)重要。因此，文章就基于微生物技術(shù)的天水果園土壤肥力提升方法進(jìn)行探討，以期能夠?yàn)樘焖邦?lèi)似地區(qū)的果園土壤管理提供可參考的方法。

甘肅省天水市作為我國(guó)重要的果園基地之一，其土壤健康狀況直接關(guān)系到果園的經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)發(fā)展能力。近年來(lái)，天水地區(qū)果園面臨土壤板結(jié)、有機(jī)質(zhì)含量下降以及微生物多樣性減少等多重問(wèn)題，阻礙了土壤肥力的提升和果品品質(zhì)的改進(jìn)。在此背景下，開(kāi)展基于微生物技術(shù)的土壤改良研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。這一研究能夠?yàn)樘焖捌渌貐^(qū)的果園土壤管理提供一種科學(xué)、有效且環(huán)境友好的土壤改良方法，從而改善土壤的肥力狀態(tài)，提高果園的產(chǎn)量和果實(shí)的質(zhì)量。同時(shí)，此研究還將促進(jìn)微生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)土壤管理中的應(yīng)用推廣，助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。文章旨在深入探索微生物技術(shù)在提升天水果園土壤肥力中的應(yīng)用效果和機(jī)制，以揭示微生物技術(shù)如何通過(guò)增加土壤中有益微生物的數(shù)量和活性來(lái)改善土壤物理和化學(xué)性質(zhì)，促進(jìn)有機(jī)物的分解和養(yǎng)分的循環(huán)，從而有效提升土壤的自然肥力。

微生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用概述

微生物技術(shù)的基本原理

遺傳工程是微生物技術(shù)中的一個(gè)核心應(yīng)用原理，這一技術(shù)是將外源基因?qū)胛⑸锏幕蚪M中，使之能夠表達(dá)新的遺傳信息和合成特定蛋白質(zhì)。例如，將人類(lèi)胰島素基因?qū)氪竽c桿菌可使這些改造的細(xì)菌產(chǎn)生人類(lèi)胰島素，從而為糖尿病治療提供重要的藥物來(lái)源。同時(shí)，還可以通過(guò)基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9系統(tǒng)精確修改微生物基因組中的特定基因，從而改善其生產(chǎn)能力、適應(yīng)性或安全性。這種技術(shù)的應(yīng)用極大拓寬了微生物在生物制藥、生物修復(fù)及新材料合成領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。生物轉(zhuǎn)化過(guò)程則是微生物技術(shù)的另一基本原理，即微生物通過(guò)其內(nèi)在的酶系統(tǒng)能夠催化多種化學(xué)反應(yīng)，這種生物轉(zhuǎn)化過(guò)程被廣泛應(yīng)用于藥物合成、有機(jī)酸生產(chǎn)、生物能源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域。

微生物在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的作用

土壤微生物能夠分解土壤中的有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素，這一過(guò)程直接關(guān)系到土壤肥力維持與提升。具體而言，土壤中的細(xì)菌、真菌和放線菌等微生物的生命活動(dòng)可將土壤有機(jī)質(zhì)分解為氮、磷、鉀等無(wú)機(jī)物，這些元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基本物質(zhì)，能夠使土壤環(huán)境更適宜植物生長(zhǎng)。同時(shí)，土壤微生物在提升植物抗逆性方面也顯示出了重要作用。微生物與植物之間形成的共生關(guān)系幫助植物應(yīng)對(duì)病原體侵襲、干旱和鹽堿等逆境。在這種共生關(guān)系中，某些根圍微生物能產(chǎn)生生物活性物質(zhì)，如抗生素和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子能夠抑制病原微生物的生長(zhǎng)，降低植物疾病的發(fā)生率并且還能激發(fā)植物的免疫反應(yīng)，增強(qiáng)植物細(xì)胞的防御能力，提高植物體對(duì)外界不利因素的整體抵抗力。以根霉類(lèi)微生物為例，這類(lèi)微生物可在植物根部形成一層保護(hù)性的菌絲網(wǎng)絡(luò)阻止病原體的侵入，幫助植物吸收更多的水分和營(yíng)養(yǎng)，顯著提高植物的生存能力。

微生物對(duì)土壤肥力的影響機(jī)制

微生物促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)分解

土壤微生物如真菌、細(xì)菌、放線菌等分泌的各類(lèi)酶能夠?qū)?fù)雜的有機(jī)化合物（如纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)）分解為糖類(lèi)、氨基酸和其他簡(jiǎn)單化合物，這些簡(jiǎn)單化合物隨后被微生物進(jìn)一步利用，轉(zhuǎn)化為生長(zhǎng)所需要的能量和構(gòu)建細(xì)胞的物質(zhì)，同時(shí)釋放出對(duì)植物有益的營(yíng)養(yǎng)元素。具體來(lái)看，真菌通過(guò)分泌纖維素酶和木質(zhì)素酶等外酶系統(tǒng)能夠分解植物的纖維素和木質(zhì)素這兩種難以降解的復(fù)合多糖，這種分解過(guò)程既為真菌自身提供了碳源和能量，同時(shí)釋放的簡(jiǎn)單糖類(lèi)和其他小分子物質(zhì)也能夠被其他土壤微生物利用，增加土壤的微生物多樣性和生物活性；細(xì)菌則通過(guò)其多樣的代謝途徑快速繁殖并參與更多的有機(jī)物分解和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)過(guò)程，從而為土壤提供氮源以及其他必需營(yíng)養(yǎng)元素。在這一過(guò)程中，微生物分解有機(jī)物質(zhì)的過(guò)程中產(chǎn)生的胞外多糖和其他黏性物質(zhì)還可以幫助土壤顆粒聚合，形成良好的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，以增加土壤的孔隙率，從而提高土壤的根際環(huán)境，使植物根部更容易吸收水分和營(yíng)養(yǎng)。

微生物在氮磷循環(huán)中的作用

在氮循環(huán)中，微生物的作用體現(xiàn)在氮的固定、硝化和反硝化過(guò)程中，對(duì)這一作用進(jìn)行深入分析，生物固氮是由固氮菌如根瘤菌和自由生活的固氮細(xì)菌完成的，這些微生物能將大氣中的氮?dú)猓∟2）轉(zhuǎn)化為銨離子（NH4+），提供給植物作為可利用的氮源。根瘤菌與豆科植物形成共生關(guān)系，相關(guān)資料豆科植物為根瘤菌提供合適的固氮環(huán)境及生長(zhǎng)所必需的碳水化合物，作為回報(bào)，根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)變成含氮化合物，滿(mǎn)足豆科植物對(duì)氮元素的需求。硝化作用是由硝化細(xì)菌完成的，它們將銨態(tài)氮（NH4+-N）氧化為亞硝酸鹽（NO2-）和硝酸鹽（NO3-）。硝酸鹽是植物最常使用的氮源，硝化過(guò)程中土壤中的氮素有效性得到了極大提升，使得植物能夠獲得穩(wěn)定的氮素供應(yīng)。而反硝化過(guò)程則是將土壤中的硝酸鹽還原為氮?dú)忉尫呕卮髿庵校@一過(guò)程由反硝化細(xì)菌在缺氧條件下進(jìn)行，有助于防止氮素的過(guò)度積累，避免水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題的發(fā)生。

在磷循環(huán)中，微生物通過(guò)溶磷和礦化過(guò)程將難以利用的磷酸鹽轉(zhuǎn)化為植物可吸收的有效磷。在土壤中，大部分磷以不溶性礦物形式存在，難以直接為植物利用，溶磷微生物如真菌和細(xì)菌則能夠通過(guò)分泌有機(jī)酸、酸性磷酸酶等物質(zhì)溶解土壤中的磷礦物，將其中的磷釋放出來(lái)轉(zhuǎn)化為可被植物根系吸收的有效磷。這些微生物通過(guò)調(diào)節(jié)土壤的酸堿度或直接與磷酸鹽反應(yīng)，打破了磷酸鹽與其他礦物質(zhì)結(jié)合的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，極大地提高了磷的生物有效性。此外，微生物還參與有機(jī)磷的礦化過(guò)程，將有機(jī)磷化合物如動(dòng)植物殘骸中的磷轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷，供植物吸收利用，從而維持土壤中磷元素的動(dòng)態(tài)平衡。由于磷是植物生長(zhǎng)和代謝中不可或缺的元素，微生物在磷循環(huán)中的作用極大地促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的再生和植物生產(chǎn)力的提升。

天水果園土壤肥力與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

天水果園土壤肥力情況

天水地區(qū)的果園存在土壤板結(jié)、有機(jī)質(zhì)含量下降以及微生物多樣性減少的問(wèn)題，其中，土壤板結(jié)主要是由于重型機(jī)械的頻繁使用和過(guò)度耕作造成。這種現(xiàn)象不僅限制了根系的擴(kuò)展和深入，而且還減少了土壤的滲透能力，影響了水分和養(yǎng)分的有效利用，這對(duì)依賴(lài)穩(wěn)定水分供應(yīng)的果樹(shù)尤為不利。同時(shí)，天水果園土壤的有機(jī)質(zhì)含量下降也是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。有機(jī)質(zhì)對(duì)改善土壤結(jié)構(gòu)、提高水分和養(yǎng)分保持能力具有至關(guān)重要的作用，然而在長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，天水地區(qū)的果園沒(méi)有適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)物回補(bǔ)措施，致使土壤中的有機(jī)質(zhì)越來(lái)越少。有機(jī)質(zhì)的減少直接導(dǎo)致土壤的生物活性降低，減弱了土壤自我恢復(fù)的能力，從而影響到果園的持續(xù)生產(chǎn)能力。而關(guān)于微生物多樣性的減少這一問(wèn)題，微生物多樣性的豐富是土壤健康的一個(gè)重要指標(biāo)，多樣的微生物群落可以增強(qiáng)土壤的抗逆性，提高養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化效率并維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而，由于化學(xué)農(nóng)藥和肥料的長(zhǎng)期過(guò)量使用以及生物棲息地的破壞，天水地區(qū)果園的土壤微生物多樣性正在逐漸減少，這不僅降低了土壤的自我調(diào)節(jié)能力，也增加了植物病害的發(fā)生，從而影響了果園的整體健康和產(chǎn)出。

天水果園發(fā)展現(xiàn)狀

2024年，天水市積極響應(yīng)國(guó)家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施了“三抓三促”行動(dòng)，大力推進(jìn)果園的改造與提升工作。這一行動(dòng)聚焦于果園的規(guī)劃設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)、經(jīng)濟(jì)激勵(lì)以及增強(qiáng)服務(wù)支持四大領(lǐng)域，不僅加快了果園現(xiàn)代化進(jìn)程，也為農(nóng)民增收和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了積極影響。具體來(lái)看，天水市已經(jīng)超額完成年度計(jì)劃任務(wù)的175%，改造提升面積達(dá)到35 000畝（23.33平方千米）。同時(shí)，為確保改造工作的科學(xué)性和系統(tǒng)性，天水市還專(zhuān)門(mén)從鄉(xiāng)村振興補(bǔ)助資金中撥出1.1億元，專(zhuān)項(xiàng)用于果園改造提升的獎(jiǎng)補(bǔ)，這一政策大力促進(jìn)了項(xiàng)目的實(shí)施力度和改造質(zhì)量。

其中，天水市秦州區(qū)皂郊鎮(zhèn)作為該區(qū)果品產(chǎn)業(yè)的重要區(qū)域，也在今年進(jìn)行了積極的果園改造。面對(duì)果園品種老化、產(chǎn)量低下等問(wèn)題，皂郊鎮(zhèn)對(duì)1 300多畝（約0.87平方千米）老舊果園進(jìn)行了系統(tǒng)的提升和改造，目前已完成果園改造583畝（0.39平方千米），并預(yù)計(jì)全年改造面積將達(dá)到1 350畝（0.9平方千米）。為提高改造效率和科學(xué)性，天水市還組織果樹(shù)研究的專(zhuān)家和技術(shù)骨干，成立了果園改造提升工作技術(shù)服務(wù)隊(duì)負(fù)責(zé)提供專(zhuān)業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)。這種從頂層設(shè)計(jì)到具體實(shí)施的全方位推動(dòng)不僅優(yōu)化了果園的結(jié)構(gòu)，提升了管理水平，還極大地增強(qiáng)了果園的生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為天水市果品產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

微生物技術(shù)在天水果園土壤管理中的應(yīng)用

選取適宜的微生物種類(lèi)

蘋(píng)果是天水地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)樹(shù)種，適宜的微生物種類(lèi)不僅能優(yōu)化土壤的化學(xué)和生物性質(zhì)，還能直接影響蘋(píng)果樹(shù)的生長(zhǎng)狀況和果實(shí)品質(zhì)?？紤]到蘋(píng)果園土壤板結(jié)和有機(jī)質(zhì)含量下降的普遍問(wèn)題，應(yīng)選擇能夠促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)改良和有機(jī)物質(zhì)分解的微生物，如白僵菌、木霉菌，這些微生物具有強(qiáng)大的纖維素和木質(zhì)素降解能力，能有效分解土壤中的植物殘留物，加速有機(jī)質(zhì)的循環(huán)，從而改善土壤結(jié)構(gòu)和增加土壤的通透性，同時(shí)，還能產(chǎn)生天然的抗生素和植物生長(zhǎng)激素，有助于抑制土傳病害的發(fā)生和促進(jìn)蘋(píng)果樹(shù)根系的健康發(fā)展。與此同時(shí)，考慮到天水地區(qū)蘋(píng)果園土壤微生物多樣性減少，需要引入能夠恢復(fù)和增加微生物多樣性的微生物種類(lèi)，包括根瘤菌、解磷細(xì)菌及促生根際細(xì)菌等，這幾種微生物能夠與蘋(píng)果樹(shù)根系建立共生關(guān)系，提高蘋(píng)果樹(shù)對(duì)磷、氮的吸收效率。其中，根瘤菌能夠固定大氣中的氮并將其轉(zhuǎn)化為植物可直接吸收的氮源，而解磷細(xì)菌則能將土壤中難以利用的磷釋放出來(lái)供植物利用，從而為蘋(píng)果樹(shù)提供更均衡的營(yíng)養(yǎng)，進(jìn)而促進(jìn)果實(shí)的生長(zhǎng)和提高果實(shí)的品質(zhì)。

微生物制劑施用的時(shí)機(jī)與頻率

首先，微生物制劑的施用時(shí)機(jī)應(yīng)根據(jù)蘋(píng)果樹(shù)的生長(zhǎng)周期及土壤條件進(jìn)行合理安排。春季和秋季是果樹(shù)生長(zhǎng)的重要階段，也是土壤微生物活動(dòng)最為活躍的時(shí)期。因此，在春季蘋(píng)果發(fā)芽前期可施用微生物制劑增強(qiáng)土壤中的微生物活性，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，以此來(lái)提高果樹(shù)對(duì)養(yǎng)分的吸收能力。在春季土壤溫度逐漸升高時(shí)，微生物的繁殖能力增強(qiáng)，施用微生物制劑能夠促進(jìn)土壤中微生物群落的迅速恢復(fù)和繁殖，從而改善土壤環(huán)境，為果樹(shù)的生長(zhǎng)提供良好的根際環(huán)境。在秋季施用微生物制劑則有助于促進(jìn)果樹(shù)在冬季的根系健康并為下一年的生長(zhǎng)儲(chǔ)備營(yíng)養(yǎng)。在采收期后，果樹(shù)需要修復(fù)和恢復(fù)，此時(shí)施用微生物制劑有助于加快分解殘留的有機(jī)物質(zhì)，提升土壤肥力。

其次，施用頻率的選擇必須結(jié)合果園的具體情況來(lái)制定，對(duì)于天水地區(qū)的蘋(píng)果園，建議每年施用2到3次微生物制劑以維持土壤中的微生物群落穩(wěn)定，促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的分解和養(yǎng)分的循環(huán)。在具體操作中，第一次施用應(yīng)在春季果樹(shù)萌芽期，增強(qiáng)土壤微生物的活性和根系生長(zhǎng)；第二次施用則在秋季果實(shí)采收后施用，以幫助土壤恢復(fù)肥力并為來(lái)年打下良好的基礎(chǔ)。第三次，可根據(jù)天水果園的土壤情況和氣候特點(diǎn)在生長(zhǎng)期進(jìn)行一次中期施用，從而幫助維持微生物的數(shù)量和活性，使果樹(shù)在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)都能夠得到良好的營(yíng)養(yǎng)支持。

最后，施用微生物制劑時(shí)也要考慮到天水地區(qū)的氣候條件。由于微生物活性對(duì)溫度和濕度有較強(qiáng)的依賴(lài)性，因此施用時(shí)應(yīng)避開(kāi)極端的高溫和干旱天氣。在適宜的土壤濕度和溫度條件下，微生物能夠更好地繁殖和定殖，充分發(fā)揮其對(duì)土壤結(jié)構(gòu)改良和養(yǎng)分循環(huán)的促進(jìn)作用，這對(duì)于提升果園產(chǎn)量與質(zhì)量而言尤為關(guān)鍵。

微生物技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)的整合應(yīng)用

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)包括耕作管理、有機(jī)施肥、以及病蟲(chóng)害的綜合防治等，這些方法與微生物技術(shù)的結(jié)合能夠有效促進(jìn)天水果園的發(fā)展。在天水地區(qū)的蘋(píng)果園中，輪耕和深翻是常見(jiàn)的耕作管理措施，這些技術(shù)有助于破壞土壤板結(jié)，改善根際環(huán)境，使土壤變得更加疏松，有利于根系的擴(kuò)展和深入，而將這些耕作技術(shù)與微生物制劑施用相結(jié)合能夠進(jìn)一步優(yōu)化土壤的物理結(jié)構(gòu)和生物活性。在具體操作中，可施用具有固氮、解磷、鉀溶解功能的微生物制劑，這種微生物制劑能夠在耕作后的土壤中迅速定居并發(fā)揮作用，促進(jìn)有機(jī)物的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，為果樹(shù)提供充足的養(yǎng)分。微生物制劑的施用還有助于提高土壤的微生物多樣性和生物量，增強(qiáng)土壤的自我調(diào)節(jié)能力，減少果樹(shù)病害的發(fā)生。

此外，還可以將微生物技術(shù)與有機(jī)施肥及病蟲(chóng)害的綜合防治技術(shù)結(jié)合使用，以提升蘋(píng)果園生產(chǎn)效率和果品質(zhì)量。天水地區(qū)的果園大多都采用了有機(jī)肥料如農(nóng)家肥和綠肥，這些有機(jī)物料不僅為果樹(shù)生長(zhǎng)提供了必要的養(yǎng)分，也改善了土壤的生物活性。比如，可以在有機(jī)施肥中添加促生根際細(xì)菌和生物防治微生物，這些微生物能夠有效地利用和轉(zhuǎn)化肥料中的養(yǎng)分，同時(shí)抑制土傳病原菌和害蟲(chóng)的活動(dòng)；也可以施用含有拮抗菌的生物有機(jī)肥，這些有益微生物能夠在土壤中迅速建立起一個(gè)有效的生物防御屏障，從而顯著降低土傳病原菌的數(shù)量和活性，抑制病害的發(fā)生。這種做法不僅有效地保護(hù)了果園生態(tài)，還因其無(wú)化學(xué)殘留而更加安全健康，增加了果品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，從而使得果品更容易獲得消費(fèi)者的青睞。這種綜合性的效益提升，是將現(xiàn)代微生物技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)實(shí)踐中的明顯優(yōu)勢(shì)。

（作者單位：甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)）