生物菌肥在甘蔗節本高效栽培中的應用

陳思同，邢永秀

（廣西大學農學院，廣西 南寧 530004）

0 引言

世界人口的快速增長對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境惡化均給農業生產與糧食安全帶來了巨大挑戰。甘蔗（Saccharum officinarumL.）屬于多年生草本C4植物，其對CO2同化能力強，生物量大，是重要的環境友好型作物。此外，因其含糖量高而在熱帶和亞熱帶地區廣泛種植，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，同時又要滿足人口增長對糧食的巨大需求，需要大幅提高種植強度以及作物單產［4］。據估計，全球作物總產量的提升動力90%來源于作物單產的提高［5］。為此，探索作物產量形成機制以及單產提高方法一直以來都是農業領域的研究熱點。曾艷等［6］研究結果顯示廣西蔗區土壤肥力等級為Ⅲ級，屬于低肥力水平。化學肥料可為甘蔗生長提供必要的礦質營養元素，蔗地施用化肥能明顯提高甘蔗產量和糖分含量，發揮甘蔗生產潛力，是蔗農增收的關鍵措施之一［7，8］。然而，化學肥料施用表現出嚴重過量、營養元素配比失衡、肥效短等問題［9，10］。這些不合理的使用方式不僅不能提高甘蔗產量，反而增加了種植成本，同時還對環境造成不良影響，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植物生長的固氮微生物、解磷微生物、解鉀微生物等組成的制劑，是發展綠色農業的理想肥料。近年來國內外均有報道利用生物菌肥代替化肥實現環保節本、增產增收的案例［13-17］。充分發揮有益微生物作用以減少農用化學品投入，達到可持續的環境和經濟目標，已成為未來農業發展的新機遇，生物有機肥部分替代化學肥料，是可持續農業發展戰略的必由之路。

1 常見菌肥微生物

1.1 固氮微生物

根據固氮微生物與宿主的關系可大致分為自生固氮、內生固氮和聯合固氮3種類型。其中，自生固氮是指固氮微生物與植物無依存關系，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。內生固氮和聯合固氮是指與植物存在相互作用關系，需借助宿主植物才能完成固氮反應，以根瘤菌屬和固氮螺菌屬等為代表［18］。Boddey等［19］利用同位素標記法研究了固氮菌對甘蔗氮效率的貢獻，發現固氮菌可為甘蔗提供生長發育所需60%的氮素，有些品種甚至可達80%。前人研究證明，固氮菌可促進甘蔗植株氮代謝積累量，增加甘蔗產量，減少化肥用量，提高經濟效益［20-22］。可見，固氮微生物菌可作為菌肥用于甘蔗節本高效栽培。

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化為能被植物吸收的有效磷。根據解磷微生物的作用底物不同，解磷微生物可分為有機磷分解菌和無機磷分解菌，兩者之間沒有嚴格界限，部分菌種同時具備降解有機磷和無機磷作用，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果表明，解磷微生物菌肥處理的小區在磷用量減少25%的情況下比對照增產12.6%，同時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能栽培上更具有利用價值［28-32］。相比之下，國內關于解磷微生物菌肥在甘蔗上的運用研究報道非常少。

1.3 解鉀微生物

解鉀微生物主要指能對難溶的含鉀礦質以及含鉀有機物進行分解，把土壤中無效鉀轉變為植物可以吸收利用的溶解鉀的微生物。土壤和作物根際存在大量的解鉀微生物，這類微生物包括真菌類和細菌類，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，結果發現，施用微生物菌肥處理的烤煙產量和效益較當地常規栽培好，其中以施菌肥80 mL/株的處理產量和產值最高，可增加產量和經濟效益分別達16.14 kg和253元。吳俊林等［35］從煙區土壤分離獲得1株高效解鉀菌，驗證該菌株的解鉀和溶磷能力較強，對煙葉中鉀含量的吸收與利用有協調促進作用，能明顯提高煙田煙葉的產量和質量，有利于增加種煙的經濟效益。Etesami等［36］研究發現，解鉀微生物不僅可以提高根際土壤有效鉀含量，同時還能減少鉀的流失，促進作物生長，提高作物產量，此外還可提高作物免疫力，減少病害發生，在節本增效和環境友好的作物栽培生產實踐中具有重要意義。但國內外很少有解鉀微生物菌肥在甘蔗生產上運用的研究報道。

2 展望

2.1 我國微生物菌肥行業發展現狀

目前，我國微生物菌肥用量占肥料總用量的比例較小。近幾年來，得益于政策扶持和人們對微生物菌肥認識的提高，我國微生物肥料產業持續快速穩定發展。根據2020年3月的統計數據，我國微生物肥料企業年產量可達2000萬t。2021年出版的《中國工業統計年鑒》顯示，到2020年底我國有規模以上有機肥料及微生物肥料制造企業和單位590家，這些企業2020年營收額達430.51億元。據《工業統計年鑒》與農業農村部數據估算，我國規模以上企業中，微生物肥料占有機肥料及微生物肥料制造行業營收比例的64%。2020年，我國規模以上微生物肥料銷售收入達325億元。我國微生物肥料登記數據分析顯示，2001—2018年我國微生物肥料登記數量呈上升趨勢，2018年登記數量激增，達3486個；2020年，新增微生物肥料登記數高達1591個；2021年僅前8個月，新增微生物肥料登記數即達1108個。

2.2 微生物菌肥在甘蔗生產中應用受限原因

近年來，我國微生物肥料行業發展迅速，在農作物中的應用越來越廣泛，但其在甘蔗生產中的應用還非常少，主要存在以下幾個原因：一是針對甘蔗的有益菌多數停留在實驗室研究階段，沒有很好地與載體結合生產出符合甘蔗生長發育所需的微生物肥料；二是缺乏篩選標準，不能選育出高效適宜的有益微生物；三是目前技術手段略顯不足，不能有效地改造有益微生物，影響了有益微生物的實用價值；四是宣傳力度不足，蔗農不了解、不愿買、不會用，使微生物菌肥的發展缺乏群眾支持；五是行業缺乏安全監控體系，不能保證微生物菌肥的健康可持續發展。因此，對于微生物菌肥在甘蔗生產上的應用和推廣還需要政府、科研機構、生產企業的多方位投入，這對于提高甘蔗的生產效益、增加蔗農收入和改善生態等具有重要意義。

2.3 推進微生物菌肥在甘蔗生產中應用的建議

人口增長與環境變化給農業生產和糧食安全帶來了巨大挑戰。甘蔗是重要的糖料和能源作物，提高其單位面積產量、降低種植成本對蔗農和當地經濟的發展均具有重要意義。生物菌肥是由能直接或間接促進植物生長的固氮微生物、解磷微生物和解鉀微生物等配合不同養分形成的制劑，是農業綠色可持續發展的理想肥料。固氮、解磷和解鉀微生物菌肥不僅可促進作物生長，增強作物免疫力，提高作物產量和品質，降低投入成本，而且對環境友好。但國內有關生物菌肥在甘蔗上的運用研究報道很少，為此，建議今后可從以下多方位展開研究：一是以蔗地土壤和甘蔗植株為有益微生物分離源，這種來源的微生物更適合甘蔗栽培環境；二是以多功能指標為標準篩選具有復合能力且適應能力強的有益微生物；三是利用現代生物技術對有益微生物進行改造，使其更具有利用價值；四是開發能同時攜帶多種菌體，且不同菌體間不會發生拮抗效應，田間施用方便，生產成本低，環境友好的載體；五是加強菌肥使用宣傳推廣力度，培訓一批懂用、會用菌肥的蔗農，以引導帶動廣大蔗農科學使用菌肥；六是構建菌肥使用安全監控體系，保證研發安全、生產安全和使用安全。

生物菌肥是減少國內蔗區化肥施用量，節省投入成本，提高種植效益，實現綠色農業、生態農業、可持續農業發展的新舉措，在甘蔗化肥減量增效的栽培中具有廣闊的應用前景。