微生物技術在農業中的大作為

隨著全球農業可持續發展的需求日益增長，傳統的化學農業方法面臨著環境和安全的雙重挑戰。在這種背景下，利用微生物技術來提高土壤肥力，尤其是在果園土壤管理中成了研究的熱點。天水地區作為重要的果園基地，其土壤肥力的維護和提升對于保證果品質量和產量至關重要。因此，文章就基于微生物技術的天水果園土壤肥力提升方法進行探討，以期能夠為天水及類似地區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重要的果園基地之一，其土壤健康狀況直接關系到果園的經濟效益和可持續發展能力。近年來，天水地區果園面臨土壤板結、有機質含量下降以及微生物多樣性減少等多重問題，阻礙了土壤肥力的提升和果品品質的改進。在此背景下，開展基于微生物技術的土壤改良研究具有重要的現實意義。這一研究能夠為天水及其他地區的果園土壤管理提供一種科學、有效且環境友好的土壤改良方法，從而改善土壤的肥力狀態，提高果園的產量和果實的質量。同時，此研究還將促進微生物技術在農業土壤管理中的應用推廣，助力農業生產的環境友好和可持續發展目標的實現。文章旨在深入探索微生物技術在提升天水果園土壤肥力中的應用效果和機制，以揭示微生物技術如何通過增加土壤中有益微生物的數量和活性來改善土壤物理和化學性質，促進有機物的分解和養分的循環，從而有效提升土壤的自然肥力。

微生物技術在農業中的應用概述

微生物技術的基本原理

遺傳工程是微生物技術中的一個核心應用原理，這一技術是將外源基因導入微生物的基因組中，使之能夠表達新的遺傳信息和合成特定蛋白質。例如，將人類胰島素基因導入大腸桿菌可使這些改造的細菌產生人類胰島素，從而為糖尿病治療提供重要的藥物來源。同時，還可以通過基因編輯技術CRISPR-Cas9系統精確修改微生物基因組中的特定基因，從而改善其生產能力、適應性或安全性。這種技術的應用極大拓寬了微生物在生物制藥、生物修復及新材料合成領域的應用范圍。生物轉化過程則是微生物技術的另一基本原理，即微生物通過其內在的酶系統能夠催化多種化學反應，這種生物轉化過程被廣泛應用于藥物合成、有機酸生產、生物能源開發等領域。

微生物在農業生態系統中的作用

土壤微生物能夠分解土壤中的有機物，轉化為植物所需的營養元素，這一過程直接關系到土壤肥力維持與提升。具體而言，土壤中的細菌、真菌和放線菌等微生物的生命活動可將土壤有機質分解為氮、磷、鉀等無機物，這些元素是植物生長發育的基本物質，能夠使土壤環境更適宜植物生長。同時，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系幫助植物應對病原體侵襲、干旱和鹽堿等逆境。在這種共生關系中，某些根圍微生物能產生生物活性物質，如抗生素和生長調節因子能夠抑制病原微生物的生長，降低植物疾病的發生率并且還能激發植物的免疫反應，增強植物細胞的防御能力，提高植物體對外界不利因素的整體抵抗力。以根霉類微生物為例，這類微生物可在植物根部形成一層保護性的菌絲網絡阻止病原體的侵入，幫助植物吸收更多的水分和營養，顯著提高植物的生存能力。

微生物對土壤肥力的影響機制

微生物促進有機物質分解

土壤微生物如真菌、細菌、放線菌等分泌的各類酶能夠將復雜的有機化合物（如纖維素、木質素、蛋白質）分解為糖類、氨基酸和其他簡單化合物，這些簡單化合物隨后被微生物進一步利用，轉化為生長所需要的能量和構建細胞的物質，同時釋放出對植物有益的營養元素。具體來看，真菌通過分泌纖維素酶和木質素酶等外酶系統能夠分解植物的纖維素和木質素這兩種難以降解的復合多糖，這種分解過程既為真菌自身提供了碳源和能量，同時釋放的簡單糖類和其他小分子物質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；細菌則通過其多樣的代謝途徑快速繁殖并參與更多的有機物分解和營養循環過程，從而為土壤提供氮源以及其他必需營養元素。在這一過程中，微生物分解有機物質的過程中產生的胞外多糖和其他黏性物質還可以幫助土壤顆粒聚合，形成良好的土壤團粒結構，以增加土壤的孔隙率，從而提高土壤的根際環境，使植物根部更容易吸收水分和營養。

微生物在氮磷循環中的作用

在氮循環中，微生物的作用體現在氮的固定、硝化和反硝化過程中，對這一作用進行深入分析，生物固氮是由固氮菌如根瘤菌和自由生活的固氮細菌完成的，這些微生物能將大氣中的氮氣（N2）轉化為銨離子（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系，相關資料豆科植物為根瘤菌提供合適的固氮環境及生長所必需的碳水化合物，作為回報，根瘤菌將氮氣轉變成含氮化合物，滿足豆科植物對氮元素的需求。硝化作用是由硝化細菌完成的，它們將銨態氮（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定的氮素供應。而反硝化過程則是將土壤中的硝酸鹽還原為氮氣釋放回大氣中，這一過程由反硝化細菌在缺氧條件下進行，有助于防止氮素的過度積累，避免水體富營養化等環境問題的發生。

在磷循環中，微生物通過溶磷和礦化過程將難以利用的磷酸鹽轉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菌則能夠通過分泌有機酸、酸性磷酸酶等物質溶解土壤中的磷礦物，將其中的磷釋放出來轉化為可被植物根系吸收的有效磷。這些微生物通過調節土壤的酸堿度或直接與磷酸鹽反應，打破了磷酸鹽與其他礦物質結合的穩定結構，極大地提高了磷的生物有效性。此外，微生物還參與有機磷的礦化過程，將有機磷化合物如動植物殘骸中的磷轉化為無機磷，供植物吸收利用，從而維持土壤中磷元素的動態平衡。由于磷是植物生長和代謝中不可或缺的元素，微生物在磷循環中的作用極大地促進了土壤養分的再生和植物生產力的提升。

天水果園土壤肥力與產業發展現狀

天水果園土壤肥力情況

天水地區的果園存在土壤板結、有機質含量下降以及微生物多樣性減少的問題，其中，土壤板結主要是由于重型機械的頻繁使用和過度耕作造成。這種現象不僅限制了根系的擴展和深入，而且還減少了土壤的滲透能力，影響了水分和養分的有效利用，這對依賴穩定水分供應的果樹尤為不利。同時，天水果園土壤的有機質含量下降也是一個嚴重的問題。有機質對改善土壤結構、提高水分和養分保持能力具有至關重要的作用，然而在長期的農業生產過程中，天水地區的果園沒有適當的有機物回補措施，致使土壤中的有機質越來越少。有機質的減少直接導致土壤的生物活性降低，減弱了土壤自我恢復的能力，從而影響到果園的持續生產能力。而關于微生物多樣性的減少這一問題，微生物多樣性的豐富是土壤健康的一個重要指標，多樣的微生物群落可以增強土壤的抗逆性，提高養分的轉化效率并維持土壤生態系統的穩定性。然而，由于化學農藥和肥料的長期過量使用以及生物棲息地的破壞，天水地區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節能力，也增加了植物病害的發生，從而影響了果園的整體健康和產出。

天水果園發展現狀

2024年，天水市積極響應國家鄉村振興戰略實施了“三抓三促”行動，大力推進果園的改造與提升工作。這一行動聚焦于果園的規劃設計、專業技能培訓、經濟激勵以及增強服務支持四大領域，不僅加快了果園現代化進程，也為農民增收和地區經濟發展帶來了積極影響。具體來看，天水市已經超額完成年度計劃任務的175%，改造提升面積達到35 000畝（23.33平方千米）。同時，為確保改造工作的科學性和系統性，天水市還專門從鄉村振興補助資金中撥出1.1億元，專項用于果園改造提升的獎補，這一政策大力促進了項目的實施力度和改造質量。

其中，天水市秦州區皂郊鎮作為該區果品產業的重要區域，也在今年進行了積極的果園改造。面對果園品種老化、產量低下等問題，皂郊鎮對1 300多畝（約0.87平方千米）老舊果園進行了系統的提升和改造，目前已完成果園改造583畝（0.39平方千米），并預計全年改造面積將達到1 350畝（0.9平方千米）。為提高改造效率和科學性，天水市還組織果樹研究的專家和技術骨干，成立了果園改造提升工作技術服務隊負責提供專業的技術指導。這種從頂層設計到具體實施的全方位推動不僅優化了果園的結構，提升了管理水平，還極大地增強了果園的生態功能和經濟價值，為天水市果品產業的可持續發展奠定了堅實基礎。

微生物技術在天水果園土壤管理中的應用

選取適宜的微生物種類

蘋果是天水地區的主要經濟樹種，適宜的微生物種類不僅能優化土壤的化學和生物性質，還能直接影響蘋果樹的生長狀況和果實品質。考慮到蘋果園土壤板結和有機質含量下降的普遍問題，應選擇能夠促進土壤結構改良和有機物質分解的微生物，如白僵菌、木霉菌，這些微生物具有強大的纖維素和木質素降解能力，能有效分解土壤中的植物殘留物，加速有機質的循環，從而改善土壤結構和增加土壤的通透性，同時，還能產生天然的抗生素和植物生長激素，有助于抑制土傳病害的發生和促進蘋果樹根系的健康發展。與此同時，考慮到天水地區蘋果園土壤微生物多樣性減少，需要引入能夠恢復和增加微生物多樣性的微生物種類，包括根瘤菌、解磷細菌及促生根際細菌等，這幾種微生物能夠與蘋果樹根系建立共生關系，提高蘋果樹對磷、氮的吸收效率。其中，根瘤菌能夠固定大氣中的氮并將其轉化為植物可直接吸收的氮源，而解磷細菌則能將土壤中難以利用的磷釋放出來供植物利用，從而為蘋果樹提供更均衡的營養，進而促進果實的生長和提高果實的品質。

微生物制劑施用的時機與頻率

首先，微生物制劑的施用時機應根據蘋果樹的生長周期及土壤條件進行合理安排。春季和秋季是果樹生長的重要階段，也是土壤微生物活動最為活躍的時期。因此，在春季蘋果發芽前期可施用微生物制劑增強土壤中的微生物活性，促進根系生長，以此來提高果樹對養分的吸收能力。在春季土壤溫度逐漸升高時，微生物的繁殖能力增強，施用微生物制劑能夠促進土壤中微生物群落的迅速恢復和繁殖，從而改善土壤環境，為果樹的生長提供良好的根際環境。在秋季施用微生物制劑則有助于促進果樹在冬季的根系健康并為下一年的生長儲備營養。在采收期后，果樹需要修復和恢復，此時施用微生物制劑有助于加快分解殘留的有機物質，提升土壤肥力。

其次，施用頻率的選擇必須結合果園的具體情況來制定，對于天水地區的蘋果園，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定，促進有機物質的分解和養分的循環。在具體操作中，第一次施用應在春季果樹萌芽期，增強土壤微生物的活性和根系生長；第二次施用則在秋季果實采收后施用，以幫助土壤恢復肥力并為來年打下良好的基礎。第三次，可根據天水果園的土壤情況和氣候特點在生長期進行一次中期施用，從而幫助維持微生物的數量和活性，使果樹在整個生長期內都能夠得到良好的營養支持。

最后，施用微生物制劑時也要考慮到天水地區的氣候條件。由于微生物活性對溫度和濕度有較強的依賴性，因此施用時應避開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，充分發揮其對土壤結構改良和養分循環的促進作用，這對于提升果園產量與質量而言尤為關鍵。

微生物技術與傳統農業技術的整合應用

傳統農業技術包括耕作管理、有機施肥、以及病蟲害的綜合防治等，這些方法與微生物技術的結合能夠有效促進天水果園的發展。在天水地區的蘋果園中，輪耕和深翻是常見的耕作管理措施，這些技術有助于破壞土壤板結，改善根際環境，使土壤變得更加疏松，有利于根系的擴展和深入，而將這些耕作技術與微生物制劑施用相結合能夠進一步優化土壤的物理結構和生物活性。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揮作用，促進有機物的分解和養分的轉化，為果樹提供充足的養分。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，增強土壤的自我調節能力，減少果樹病害的發生。

此外，還可以將微生物技術與有機施肥及病蟲害的綜合防治技術結合使用，以提升蘋果園生產效率和果品質量。天水地區的果園大多都采用了有機肥料如農家肥和綠肥，這些有機物料不僅為果樹生長提供了必要的養分，也改善了土壤的生物活性。比如，可以在有機施肥中添加促生根際細菌和生物防治微生物，這些微生物能夠有效地利用和轉化肥料中的養分，同時抑制土傳病原菌和害蟲的活動；也可以施用含有拮抗菌的生物有機肥，這些有益微生物能夠在土壤中迅速建立起一個有效的生物防御屏障，從而顯著降低土傳病原菌的數量和活性，抑制病害的發生。這種做法不僅有效地保護了果園生態，還因其無化學殘留而更加安全健康，增加了果品的市場競爭力，從而使得果品更容易獲得消費者的青睞。這種綜合性的效益提升，是將現代微生物技術應用于傳統農業實踐中的明顯優勢。

（作者單位：甘肅林業職業技術大學）