微生物菌肥的研究進展及其在中藥材生產(chǎn)中的應用

李欽　王引權(quán)　彭桐　荔淑楠　姚陽陽

摘 要：微生物菌肥作為綠色肥料，可提高化肥的利用率，減少化肥用量，在改善土壤環(huán)境和提高農(nóng)作物品質(zhì)上具有顯著效果。本文簡述了微生物菌肥的研究進展，根據(jù)微生物菌肥的種類、作用機理和在中藥材生產(chǎn)的研究及應用，討論了微生物菌肥未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：微生物菌肥;研究進展;作用機理;中藥材;發(fā)展趨勢

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20201015001

在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大量使用化肥、農(nóng)藥、除草劑等農(nóng)業(yè)投入品帶來作物增產(chǎn)的同時，也帶來許多阻礙農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的嚴重問題，如環(huán)境污染、土壤板結(jié)、肥力降低、生態(tài)惡化等。在此背景下，微生物菌肥因綠色環(huán)保、資源節(jié)約、環(huán)境友好的特點而成為研究的熱點。微生物菌肥以微生物生命活動為依托，通過菌種自身功能，為農(nóng)作物生長提供特定需要的肥效，可改良土壤結(jié)構(gòu)、改善土壤環(huán)境，抑制病原微生物、促進植物生長，提高產(chǎn)量、成本率較低等[1]。微生物菌肥已廣泛應用到多種作物中，成為肥料應用的重要產(chǎn)業(yè)。本文對微生物菌肥的研究進展、種類、作用機理、在中藥材中的應用研究及其未來開發(fā)趨勢與展望進行討論，旨在為微生物菌肥的應用和發(fā)展提供參考。

1 微生物菌肥的研究進展

微生物菌肥是一類含有特定微生物活體的制品，通過其中微生物的生命活動及代謝產(chǎn)物促使農(nóng)作物得到特定肥料效應。微生物菌肥從菌種到肥料成品需經(jīng)過土壤中有益菌的分離、培養(yǎng)、繁殖、菌種擴大培養(yǎng)、發(fā)酵、吸附后制成肥料[2]。

我國微生物菌肥起步較晚，在20世紀50年代初，主要的研究對象為大豆和花生根瘤菌及其接種劑，在應用到實際生產(chǎn)中取得了良好的應用效果，隨后將微生物菌肥研究擴展到解磷、解鉀和固氮細菌。20世紀60年代以后，紫云英根瘤菌、田菁根瘤菌及后來出現(xiàn)的牧草根瘤菌均有了較多的應用[3]，并且有關(guān)聯(lián)合固氮微生物的菌種選育和菌劑也在農(nóng)業(yè)上獲得研究成果[4]。目前，我國微生物菌肥的研究、生產(chǎn)和應用進入了全面發(fā)展的新階段，在功能菌種種類、產(chǎn)品類型、產(chǎn)能規(guī)模、應用范圍等方面均得到提升。

2 微生物菌肥的種類

目前我國微生物菌肥的種類繁多，從產(chǎn)品類型、微生物種類、微生物功能和肥料形態(tài)上可分為4種。從產(chǎn)品類型劃分為農(nóng)用微生物菌劑、生物有機肥和復合微生物肥料3大類;按照微生物種類劃分為細菌肥料，如根瘤菌肥料、固氮、解磷、解鉀菌肥料;放線菌肥料，如抗生素菌肥料;真菌肥料，如菌根真菌劑;按照其微生物功能劃分為增加植物營養(yǎng)的肥料、抵抗植物病害的肥料、刺激植物生長的肥料、溶磷解鉀的肥料等;按照肥料形態(tài)分為液態(tài)肥料和固體顆粒肥料[5]。

3 微生物菌肥的作用機理

微生物菌肥作為生物肥料，不僅可促進植物的生長，對土地的修復和保護也有優(yōu)勢。微生物菌肥的作用主要表現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)

有機質(zhì)及各種元素作為土壤養(yǎng)分的指標，而微生物可以改善土壤養(yǎng)分，許多菌種具有增強土壤肥力的效應。如，涇陽鏈霉菌具有增強土壤肥力的作用;固氮菌類可增加土壤中氮素;具有解鉀溶磷作用的微生物可將土壤中難溶的鉀、磷分解，轉(zhuǎn)化成可以被植物吸收利用的元素[6]。長期施用化肥導致土壤板結(jié)，土壤營養(yǎng)物質(zhì)減少，活力降低。微生物菌肥可促進土壤中微生物量增加，并通過自身的生命活動增強土壤的透氣、透水的能力，土壤相對容重減少，保土、保水、保肥能力越強，通氣性能越好，越有利于作物根系生長。有研究表明，施入微生物菌肥后提高了土壤中有機—無機團聚體的含量，改善了土壤物理性質(zhì)，改良了土壤結(jié)構(gòu)[7]。

3.2 釋放激素，降解有害物質(zhì)

改善土壤環(huán)境的同時，釋放出有利于農(nóng)作物生長的激素，如生長素、赤霉素、吲哚乙酸等，激素的增加不僅可以很好地調(diào)控植物的生長，對于植物營養(yǎng)的改善也有顯著效果[8]。另外，某些菌可以協(xié)助植物營養(yǎng)的吸收，促進根的生長使根更大面積地接觸土壤，汲取養(yǎng)分[9]。微生物菌肥中含有特殊的微生物，可以將土壤中殘留的殺蟲劑、除草劑、除菌劑等農(nóng)藥殘留清除，還可起到屏障作用[10，11]。微生物菌肥中大量的微生物可以通過自身活動產(chǎn)生相應的物質(zhì)再通過吸附沉淀、溶解、轉(zhuǎn)化作用方式與重金屬發(fā)生反應，從而降低土壤中重金屬的含量[12]。

3.3 抑制病蟲害，增強作物抗逆力

微生物菌肥中大量的有益菌可以通過產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，如抗生素、農(nóng)霉素、鏈霉素等抑制病原微生物的危害，提高作物根部的抗病能力，從而保護根際環(huán)境的安全。此外，還可以提前搶占根際周圍的有利點，形成屏障，保護根際生長，使病原微生物的生長受到抑制[13，14]。當有病蟲害等不良現(xiàn)象襲擊作物時，復合菌種中的過氧化酶和超氧化歧化酶可以起到消除自身自由基的方法減輕外界的不利作用[15]。施用YBGJ微生物菌肥能夠通過增加西瓜根部有益微生物數(shù)量，減少病原菌的繁殖而顯著降低西瓜枯萎病和根腫病發(fā)病率[16]。

3.4 改善作物品質(zhì)，提高作物產(chǎn)量

大量研究表明，微生物菌肥對作物的生長、發(fā)育，產(chǎn)量增加、品質(zhì)改善等方面有著明顯的作用。微生物菌肥抑制病原微生物的侵害，同時促進植物的營養(yǎng)吸收，植物可以在適宜的環(huán)境中生長，促使品質(zhì)改善，產(chǎn)量提高[17]。李琦等人研究了不同劑型促生菌肥與化肥配施對紫花苜蓿的影響，發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿營養(yǎng)成分中的苜蓿粗蛋白、苜蓿ASF、NDF和RFV均高于不施肥的[18]。

4 微生物菌肥在中藥材生產(chǎn)中的應用效果

中藥材作為經(jīng)濟作物，不僅提高農(nóng)民收入更為中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展做出重大貢獻，但目前品種質(zhì)量退化、種植技術(shù)落后、農(nóng)藥殘留等問題的出現(xiàn)，使得中藥材種植改革迫在眉睫。藥材種植方式不一，因?qū)ν寥拉h(huán)境要求不同，如當歸、白術(shù)等不能連作，連作障礙影響藥用植物生長狀況、質(zhì)量，并影響當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境[19]。土壤養(yǎng)分失衡、土壤酸化、土壤酶活性降低、土壤病蟲害增加、藥用植物化感自毒作用等都可引起連作障礙，而連作障礙又會導致中藥材低產(chǎn)、低質(zhì)、低效，更甚者會造成絕收[20]。

4.1 緩解連作障礙

連作障礙作為中藥材種植的難關(guān)，道地藥材種植的問題尤為突出。藥用植物連作障礙表現(xiàn)為土壤病害加重、植物易患病，生長趨勢減緩、影響植物生理活動，進而影響植株品質(zhì)[21]。造成連作障礙的原因很多，如土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變、土壤傳染性病蟲加重、藥用植物化感自毒作用[22]。近些年道地藥材因長期土地種植，導致道地產(chǎn)區(qū)土壤連作現(xiàn)象急劇增加，藥材品質(zhì)逐年降低。可通過改善土壤環(huán)境或施綠色肥料緩解連作障礙，微生物菌肥中大量的微生物群落作為有益菌注入土壤中，可改良土壤結(jié)構(gòu)，對有害菌的抑制能力增強。吳莉雅利用3種微生物菌肥對連作太子參進行試驗，通過對太子參的生長發(fā)育狀況及土壤pH測定，發(fā)現(xiàn)施用微生物菌肥提高了土壤的pH，從而提高重茬地土壤的緩沖效果，調(diào)整土壤微生物結(jié)構(gòu)，釋放封存的土壤養(yǎng)分，使連作障礙得到有效緩解[23]。

4.2 改良土壤

微生物菌肥中大量的有益微生物能分解土壤中有機物，增強土壤的團粒結(jié)構(gòu)，改善土壤組成。改良土壤不僅緩解了土壤因藥材種植方式受到限制所產(chǎn)生的問題，更解決了因單一種植而造成土壤肥力降低及土壤性狀改變的現(xiàn)象。柳玲玲等人通過不同生物有機肥對鉤藤產(chǎn)地土壤的試驗，根據(jù)種植鉤藤土壤微生物群落的變化發(fā)現(xiàn)用z-III號生物肥對土壤生物性狀的改良效果最好[24]。在研究中，不同濃度的菌肥處理人參農(nóng)田，通過分析人參根際土的理化性狀、土壤酶活性、菌群落數(shù)量，發(fā)現(xiàn)菌肥能夠改善土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)，改良土壤性質(zhì)，促進肥力的增加[25]。

4.3 提高土壤肥力與肥料利用效率

有機質(zhì)及各種元素作為土壤養(yǎng)分的指標，而微生物可以改善土壤養(yǎng)分。大量試驗發(fā)現(xiàn)，生物有機肥在果蔬方面，菌肥提高土壤肥力，改善土壤養(yǎng)分效果顯著，而中藥材生態(tài)種植的特點之一就是土壤環(huán)境要求需肥力豐厚，土壤養(yǎng)分充足。張晟通過4種生物肥料對枸杞地進行試驗，對土壤生態(tài)特征、化學性質(zhì)等方面進行分析發(fā)現(xiàn)，施用微生物肥料的土壤有效養(yǎng)分增加，改善了土壤結(jié)構(gòu)，提高了土壤肥力[26]。祝英等人使用不同微生物菌劑對當歸苗根際土壤的養(yǎng)分進行研究，相較于對照組，含有外源微生物菌劑的肥料顯著影響了有機質(zhì)、有效鉀和有效磷在根際土的積累和轉(zhuǎn)化利用（P<0.01）[27]。同時微生物肥可以提高化肥利用率，達到平衡施肥、合理施肥。采用微生物肥料與化肥配合施用，既能保證增產(chǎn)，又減少了化肥使用量，降低成本，同時還能改善土壤及作物品質(zhì)，減少污染。

4.4 提高植物的抗逆性

微生物菌肥的最大優(yōu)勢是能通過自身微生物的生命活動，分解有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為速效養(yǎng)分且能分解有毒有害物質(zhì)，防止重茬;菌群可形成根際環(huán)境屏障，阻止病原菌的侵襲，增強土壤緩沖能力，保留養(yǎng)分。王文麗等試驗發(fā)現(xiàn)，使用生物有機肥DZF-363在連作2a的當歸土地上，通過觀測當歸根際土壤細菌群落結(jié)構(gòu)和土壤酶的活性發(fā)現(xiàn)生物有機肥可以改善連作當歸根際土壤環(huán)境，并對根腐病有很好的防治效果[28]。

4.5 提高藥材的品質(zhì)

微生物菌肥在藥用植物上的研究尚且較少，馬紅紅等通過不同肥料的配比方式對伊貝母不同時期生長狀況進行研究，結(jié)果表明在生育期開溝追加菌肥可使產(chǎn)量增加[29]。菌肥施肥方式眾多，任建國等使用微生物菌肥拌種處理太子參種根，種植后測量塊根性狀及主要品質(zhì)指標，發(fā)現(xiàn)拌種后的太子參品質(zhì)得到改善，其表現(xiàn)在塊根氨基酸、多糖、皂苷、微量元素Mn、Fe含量的提高[30]。

5 微生物菌肥研究開發(fā)趨勢與展望

微生物菌肥作為一種新型肥料，具有生產(chǎn)成本低、應用效果好、保護環(huán)境、對作物增產(chǎn)增效等優(yōu)勢，因而在農(nóng)業(yè)上應用范圍不斷擴大，且效果十分顯著。微生物菌肥也由單一的菌種過渡到復合菌種，不同微生物的功效相互互補，以提高肥效，功效也日益多樣化。隨著我國人口的不斷增加，生活水平的提高，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量要求更為嚴苛，由于大量使用化肥導致環(huán)境污染、土壤理化性質(zhì)改變、土壤肥力降低、可耕地面積減少等問題日益突出，為環(huán)境友好型的微生物菌肥的綜合利用和研發(fā)提供了一個良好的發(fā)展機遇。

目前，微生物菌肥雖已成為農(nóng)作物的肥料主力軍，但現(xiàn)階段仍存在菌種效能不穩(wěn)定且肥效短期不明顯、肥料種類少，使用范圍窄、監(jiān)督管理體制不夠完善等問題。此外，微生物菌肥生產(chǎn)技術(shù)含量較高，且工廠生產(chǎn)中菌種資源匱乏，活菌數(shù)量少、雜菌多，再加上很多國內(nèi)企業(yè)不重視工藝設備的引進，導致不同規(guī)模企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)參差不齊。同時，部分企業(yè)由于對生產(chǎn)操作的要求不夠嚴格，對產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管的力度不夠，造成不同批次產(chǎn)品質(zhì)量不同，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定影響了農(nóng)戶對微生物菌肥的認知、接受和客觀評價。

隨著微生物菌肥的壯大發(fā)展，面對肥料生產(chǎn)中的問題，要提出針對微生物菌肥發(fā)展對策。應加強理論和應用基礎(chǔ)的研究、選育優(yōu)良菌株，搭配復合菌群、改進生產(chǎn)設備，完善工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量、加強監(jiān)督管理和宣傳引導等。通過解決微生物菌肥現(xiàn)有問題，以最佳方式生產(chǎn)，微生物菌肥憑借自身優(yōu)勢帶來的經(jīng)濟、社會、生態(tài)3大效益，在生態(tài)農(nóng)業(yè)中的作用越來越重要。隨著人們對優(yōu)質(zhì)、安全、綠色無公害農(nóng)產(chǎn)品認識的提高和需求的增加以及生態(tài)環(huán)保意識的增強，我國微生物肥料必將有更快的發(fā)展，為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展起到更加積極的促進作用。

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（責任編輯 李媛媛）

收稿日期：2020-08-31

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（項目編號：2017YFC1700705）;甘肅省高校協(xié)同創(chuàng)新科技團隊支持計劃（項目編號：2016C-05）

作者簡介：李欽（1994-），女，在讀碩士。研究方向：藥用植物資源保護與利用;通訊作者王引權(quán)， 男，教授， 博士生導師。研究方向：藥用植物資源保護與利用。