促進根系健康的土壤微生態探究

王天竺 崔雨薇 吳恒梅 王玉新 高 平 岳麗紅

（1.佳木斯大學生命科學學院 黑龍江佳木斯 154007；2.佳木斯大學外國語學院 黑龍江佳木斯 154007）

部分地區和農戶盲目追求農作物的高產量，在栽培農作物的過程中大量使用農藥，同時在單位面積土地上過度縮小作物行距和株距，增加播種量，增加株數密植連作，對秸稈進行焚燒等，極大地破壞了土壤微生態平衡，當下正面臨著農作物根部受損或土傳病害越發嚴重的問題。文章對農作物的根系健康及土壤的微生態做了簡單分析。

1 土壤微生態與植物根系健康的關系機理

通常我們所說的根系健康是指當根系處于相對平衡的土壤微生態中的時候，它不會因為受到病原微生物感染而發生病變，同時能夠快速并穩定地吸收土壤中的養分和水分。而土壤微生態則指的是整體的系統，在這個系統中存在著各種植物、土壤微生物及其環境條件的相互作用，其中還同時包括了生物遺傳（即基因的識別、調控和表達）等引起的根際競爭。土壤微生態中存在的動態過程是通過植物和微生物先產生一定的信號物質，從而實現調控，植物通過專一性根系分泌物來適應環境。土壤微生態研究應包括土壤學、植物病理學、植物營養學、生態學和分子生物學等多個學科的交叉。根系健康的概念不僅包含了植物病理學的相關內容，還涉及了植物營養的內容，所以我們需要將其納入土壤微生態學的系統里開展統一的分析研究。目前對于如何有效提升植物根系健康的研究已經非常多，主要有土壤病原微生物在土壤中的生存、數量和侵染勢研究；根系分泌物、微生物及病原微生物相互關系及其對侵染影響的研究；土壤的理化環境與植物、微生物、病原微生物相互作用的研究；拮抗作用，特別是抗生和重復寄生現象研究；土傳病原物的侵染，特別是復合侵染和微侵染研究；土壤抑菌作用研究；土傳病原物或土傳病害自然衰退研究；各種農事操作對土傳病害影響的研究：殺菌劑、殺蟲劑、除草劑對土壤微生物和土傳病害影響的研究；增產菌（即促進植物生長的根細菌）以及范圍甚廣的各種生物防治研究等等。

1.1 土壤環境的物質與能量對根際微生物生長的影響

土壤微生物可以參與多種反應過程，包括礦化-同化、氧化-還原等，這些反應過程既可以促進植物養料轉化、有機碳代謝及污染降解，也可以在一定程度上反映土壤活性大小。大多數土壤中，異養型微生物占大多數，因此還需要提供一定的能量用于保持異養型微生物。微生物對有機碳的利用率是一項反映土壤質量的重要特性，利用率愈高，維持相同微生物量所需的能源愈少，說明土壤環境有利于土壤微生物的生長。因此，能源不足會在很大程度上影響土壤中存在的微生物正常繁殖和活性[1]。重金屬超過一定濃度對土壤微生物活性和數量均有明顯的影響。有研究學者根據一定的研究得出結論，我們可以通過觀測一定重量微生物素產生的碳的呼吸量值，進而可以得出重金屬污染對土壤中微生物產生的影響大小。

1.2 不同品種、不同生育期的根系對根際微生物的數量和種類的影響

不同的植物品種會有不同的根病抗性，其根際微生物也會有所區別，包括這些微生物的種類、數量和優勢種、抑菌作用強弱等，例如棉花黃婁病感病品種所含有的根際線蟲數量遠多于抗病品種的，抗病品種所擁有的根際放線菌數量要遠多于感病品種所擁有的，但是其中的細菌目前還沒有發現明顯的規律。通過研究發現棉花在不同時期所包含的根際微生物有所不同，具體表現為現蕾期所擁有的根際真菌、細菌、放線菌數量等遠遠多于苗期的，這主要是因為現蕾期棉花代謝比較旺盛，同時在這個階段地表溫度較高。關于浙江小麥根際土壤腐霉的研究表明，在小麥苗期和分蘗期根際土壤含有的腐霉數量較多，而在生育中后期根際土壤中腐霉數量明顯，該顯著變化與小麥的生長階段以及土壤溫度有關。而學者研究發現，小麥在抽穗期根際和非根際細菌、真菌和原生動物數都是最多的，而在成熟期線蟲數量最多。

1.3 土壤理化性質對病菌在土壤中生長和對寄主侵染的影響

一般情況下，土傳病害的致病菌大多以菌絲體、卵孢子的形式存在于土壤之中，所以在造成侵染規律的眾多因素之中，土壤是對于病菌生長和侵染產生影響的重要因素之一。禾谷鐮孢菌（Fusarium graminearum）和瓜果腐霉菌（Pythium aphanidermatun）是造成玉米產生莖腐病的主要因素。在相應的研究中，我們主要針對土壤呈現的溫度、濕度和酸堿度等因素進行觀察，分析病菌在土壤中生長的規律得出，不同的病菌適應不同的土壤情況，例如禾谷鐮孢菌適合生存于中性土壤和低濕的環境，無法經受高溫；而瓜果腐霉菌適應的則是中性土壤以及較高溫度的情況，因此多生存于砂土或黏土之中。病菌對玉米幼苗的侵染程度，主要受土壤溫度、濕度的影響（尤其是濕度的影響）。一般在濕度較高的情況下，腐霉菌的致病力更強，并且引發的癥狀十分嚴重。除此以外，土質也會影響發病程度，一般情況下，砂土地比普通土壤中癥狀更為嚴重。

2 土壤微生態調節促進植物根系健康的方法和效果

對土壤微生態進行調節主要是通過生態平衡的原理來實現的，具體表現為加速土壤中所包含的物質和能量循環，進而實現保護土壤中多種微生物的目的[2]。針對目前存在的多種問題，專家給出了相應的解決方法：對于農作物品種單一問題提出了多品種種植，針對使用化肥過度現象而提倡精確且平衡的施肥方式，將原本的連續耕作模式改為輪流耕作等，通過調節微生態來減少對于土壤的危害和損傷。而由于我們已經初步掌握了土壤微生態規律，已經意識到利用有益微生物不僅可以有效地開展土壤微生態調節，還能夠促進植物根系健康，將這種方法廣泛運用到實際生活中已經取得了良好的效果。由于生物技術迅猛發展，大量繁殖有益微生物用于農業生產前景廣闊。

通過秸稈還田、輪作以及施用有機肥等方式可以一定程度上提高土壤表層的微生物數量，而土壤的營養狀況則可以通過添加容易腐解的有機改良劑來改良，這些措施都會導致土壤中微生物群體發生大的波動。40年代就有學者研究得出在棉花田里施加更多的廄肥，能夠有效避免根腐病的產生或者促使病癥的現象在棉株成熟后才顯現出來。在當今的農業種植當中，人們已經開始大量使用有機改良劑，這些改良劑多是由各種農作物制作而成的，例如豆餅、纖維粉等。

3 問題與展望

我們需要關注到有益菌對于植物的作用是一把雙刃劍，有益菌既可以促進也可能阻礙植物的正常生長，這個發現源于一些研究人員已經發現了叢枝菌根能夠通過侵染宿主的過程提高土壤中磷酸酶活性，而另外一些研究者卻在研究之中發現菌根菌絲無法有效地增加土壤中磷酸酶的活性。因此有很多報道都堅持VA 菌根菌和植物的抗病性之間并沒有關聯性。如果我們能夠將不同菌種組合以及秸稈還田、畜禽糞處理等措施進行有機的統一利用，就可以讓微生物菌劑的生產與使用更具多樣性[3]。微生物菌劑施用效果受土壤、作物、水分、氣候等諸多因素的影響，微生物菌劑的生產使用存在效果不穩定的情況。經過相關的實驗可以得出，單純利用高效菌系進行生物防治并不能完全實現有效的治理，必須采取措施幫助高效菌系真正地生長在土壤中，這樣才能夠達到最佳的效果，所以，我們在采用生物菌系治理的時候，必須具體情況具體分析，針對實際情況，設定所要使用的微生物組合，同時必須注意保證養分與能量之間的平衡性，合理地運用兩者，嚴格把控環境因子可能產生的影響，不斷研發出功能較穩定且有效的微生物菌劑。

我們可以通過使用現代的各種高科技來獲取更多的優良菌株和繁殖有益微生物，在離體培養的情況下，我們可以發現VA 菌根真菌很難產生新DNA，所以也并不會出現新的細胞核，這大概就是我們可以準確實施VA 菌根真菌純培養術的有效前提。一些學者通過相應的技術使得宿主細胞的核基因組中吸收了發根土壤桿菌的RiT-DNA 成分，通過此技術制作出來的不定根可以在無外界其他生長激素的前提下正常健康成長，同時能夠實現連續的繁殖過程，能夠幫助VA 菌根在無菌的環境中提供相應的最適宿主實現健康成長，可以最大限度滿足VA 菌根生長所需的外部條件。綜上所述，現代生物技術應用在農業方面，不僅可以有效地促進優良菌株的繁殖，還可以實現大量繁殖的需求。