淺談微生物制劑在連作障礙土壤中的應用與展望

肖 珉 王 令 周德平 褚長彬 趙 崢 吳淑杭

（1上海市農業科學院，上海市奉賢區 201403；2安順學院，貴州省安順市 561000；3長江大學，湖北省荊州市 434023）

我國雖然土地面積總量大，但人均耕地面積少，如何提高耕地利用率已成為農業生產者必須面對的問題。提高耕地利用率就意味著需要進行連作或提高復種指數，但一些農作物（如西瓜、草莓、大豆等）在進行連作種植后，往往會產生植株矮小、病蟲害發生嚴重、產品質量下降等一系列土壤連作障礙問題。有關研究及實踐表明，使用微生物制劑可多方位針對土壤連作障礙因子進行改善，且效果明顯。在此背景下，筆者擬對土壤連作障礙的成因及其對農作物的影響進行分析，通過揭示微生物制劑改良連作障礙土壤的作用機理，同時總結目前我國微生物制劑應用中存在的問題及其解決途徑，從而對未來微生物制劑的發展提出相關建議，以期加強對微生物制劑的推廣應用，從而推動現代農業的可持續發展。

1 土壤連作障礙的成因及其對農作物的影響

1.1 土壤連作障礙成因

1.1.1 土壤理化性狀改變

提高土壤復種指數后，土壤中的化肥積累量增加，導致土壤中有機質含量下降，團粒結構比例下降，且隨著連作年限的延長，還會造成有毒有害物質積累、土壤pH改變等。

1.1.2 土壤微生物種群改變

土壤微生物群落和種群變化在一定程度上可以反映土壤質量的變化趨勢。很多研究發現，連作障礙會打破土壤微生物生態的平衡，使真菌數量增加，放線菌和細菌數量減少。例如，華菊玲[1]等通過對不同連作年限的芝麻地土壤進行檢測發現，芝麻根際土壤中的細菌數量和放線菌數量隨連作年限的延長而下降，而真菌數量卻隨連作年限的延長而增加，從而使細菌主導型土壤轉變為真菌主導型土壤。

1.1.3 植物的他感作用

他感作用是指一種植物（包括微生物）通過釋放某些化學物質到環境中，而對其他種屬植物（包括微生物）產生直接或間接的有害影響，又稱為異種抑制效應或異種克生作用[2]，該情況在連作上表現尤為突出。劉曉珍[3]等研究發現，連作的藥用菊花分泌的香豆酸等物質會在土壤中越積越多，而高濃度的分泌物可抑制菊花幼苗的生長發育。

1.2 土壤連作障礙對農作物的影響

1.2.1 影響農作物正常生長發育

相比普通土壤，在連作障礙土壤中種植的農作物往往植株矮小、葉片發黃，且不能正常完成生命周期，而這些現象還會隨連作年限的延長表現得越來越嚴重。

1.2.2 農作物所需營養元素缺乏

農作物連作時，一般會對一些營養元素進行大量吸收，必然會造成土壤中這些元素的含量下降，以后重茬的農作物則可能會出現營養缺乏的現象。呂衛光[4]等研究發現，設施黃瓜在連作后，土壤養分會出現N多、K偏少、P過剩的現象，且連作三茬后就會發生土壤養分供應失衡。

1.2.3 農作物病害增加

同一田塊在連續種植某種作物后，會使相應的某些病菌得以連年繁殖，并在土壤中大量積累，當其累積到一定程度后，就會使農作物年年發病，出現一些常見的土傳病害。例如，茄科蔬菜連作，易發生疫病、枯萎病等，西瓜連作，易發生枯萎病，草莓連作2年以上的死苗率高達30%～50%[5]。

1.2.4 農作物產量及品質降低

農作物果實形成所需要的營養成分幾乎是由光合作用和土壤共同提供的，但在農作物連作后，往往會直接或間接導致果實產量和品質下降。例如，徐小軍[6]等研究表明，連作甜瓜隨連作年限的延長，其果實越來越小，果實總酸含量卻升高，可溶性固體物和總糖含量則不斷降低，大大影響了甜瓜的產量和品質。

2 微生物制劑對連作障礙土壤的改良機理

2.1 改善土壤理化性狀，釋放營養元素

從土壤理化性狀來看，施用微生物制劑（如微生物有機肥)，可改善土壤物理結構及調節土壤pH。例如，羅興錄[7]等發現，通過對木薯土壤施用添加含有不同微生物制劑的有機肥，可降低土壤容重，增加土壤團粒結構，有利于促進木薯塊根發育；王濤[8]等研究發現，施用微生物菌肥在防止溫室黃瓜長期連作而導致的土壤酸化上效果十分顯著。同時，施用微生物制劑可將連作土壤中植物難以直接利用的養分進行有效分解或轉化，使其更容易被植物根系吸收利用。例如，邵陽[9]等在獼猴桃果園混施枯草芽孢桿菌和解磷細菌一段時間后發現，土壤中的速效磷、銨態氮含量分別是對照的1.93倍和1.34倍。

2.2 減少病蟲害發生，增強植物抗病性，解決土壤農藥殘留污染問題

微生物制劑在防治農作物病蟲害方面的效果明顯。例如，張先亮[10]等發現，施用T42木霉和枯草芽孢桿菌Bs-6的復合微生物制劑處理土壤，可使連作土壤中的微生物數量發生變化， 對西瓜連作病害的田間防效良好。何天祥[11]等研究表明，施用那氏778微生物制劑后，水稻螟蟲的發生顯著下降。

同時，微生物制劑還具有分解殘留農藥的作用。連作土壤由于病蟲害發生嚴重，需要施用大量農藥才能保證農作物的產量，從而容易導致過多的農藥流入環境，不僅重創了農田生態系統，也間接危害了人們的身體健康。而微生物制劑可通過轉化和礦化兩種形式分解殘留的農藥[12]，解決土壤農藥殘留污染問題。

2.3 促進農作物生長，提高果實品質和產量

微生物的代謝活動可產生赤霉素、細胞分裂素等活性物質，從而促進農作物生長，或與農作物根系形成共生關系，如根瘤菌通過與根系結合，可擴大根系與土壤的接觸面積，從而加快根系對養分的吸收速度。同時，許多研究發現，施用微生物菌劑可直接或間接提高果實品質和產量。例如，劉偉成[13]等研究發現，施用微生物制劑既能使葡萄增產20%～30%，又能明顯提高果實中的可溶性糖、維生素C等含量。宋志偉[14]等研究表明，連作草莓施用復合微生物制劑后，增產效果顯著，果實中的維生素C、可溶性固形物、可溶性糖含量均得以提高，可滴定酸含量有所降低，從而明顯改善了草莓風味。

2.4 平衡土壤微生物群系，增加土壤酶活性

土壤酶活性是衡量土壤生化情況的重要指標。連作能改變土壤的酶活性，從而直接或間接影響土壤“健康”，而施用微生物制劑，可活化土壤中的酶活性，從而恢復土壤“健康”。例如，龐強強[15]等研究發現，施用微生物菌肥的土壤與常規施肥的土壤相比，土壤中的蔗糖酶和脲酶活性增加顯著。

同時，因連作形成的真菌主導型土壤可通過施用一些放線菌、細菌型微生物制劑，使土壤中的細菌、放線菌、真菌這三大類土壤微生物的種群結構保持平衡，三者相互協調、相互制約。

3 微生物制劑應用中存在的問題及其解決途徑

3.1 施用效果難以保證

微生物菌劑的施用效果取決于高效的菌種、土壤環境、完善的菌劑質量監督制度、合格的產品質量和正確的使用方法等[16]。但是，由于地塊間或年度間土壤的差別較大，導致微生物菌劑的施用效果往往與預期相差很大，這也是微生物菌劑難以推廣應用的根本原因。為解決此問題，可先對土壤進行了采樣檢測，弄清土壤的養分含量狀況，再選擇合適的菌劑；或直接施用多種針對該作物連作的微生物制劑，對土壤進行綜合改良。

3.2 產品質量不合格

目前，我國還存在菌劑質量監督制度不完善、有關部門監管力度不夠、一些廠家不具備基本的生產條件等問題，導致市場上銷售的微生物制劑存在活菌數不夠、菌劑退化等質量問題。因此，相關企業應注重產品質量、打造知名品牌，有關部門則要規范市場、統一標準，從而提高市場上微生物制劑的產品質量。

3.3 農民的接受程度不高

微生物制劑的速效性慢，導致一些農戶認為這種新型土壤改良劑的施用效果較差。因此，建議農業部門在各地區設立試驗示范田，加大對微生物制劑的宣傳力度，只有讓農戶親眼看到微生物制劑的田間施用效果，才能提高他們將微生物制劑應用到農業生產中的積極性。

4 未來微生物制劑的發展建議

4.1 加大對微生物制劑的研發和投入

微生物制劑具有無污染、無殘留、無公害等優勢，但我國目前應用于農業生產中的高效微生物制劑品種較少，無法滿足我國農業生產需求。因此，建議盡快完善我國微生物菌劑的相關政策，加大對微生物制劑的研發和投入，并扶持一批先進的農業微生物生產企業，且鼓勵各生產廠家在生產設備和生產條件上積極研發、增加投入資金，以通過提升產品質量來獲取更多的市場份額。

4.2 加強對微生物制劑品種的改良創新

目前，我國已研發出多種微生物肥料、復合微生物制劑等，但針對土壤連作障礙的微生物制劑土壤改良菌劑較少，尤其是針對不同作物連作的土壤改良菌劑更少。同時，隨著科學技術的不斷進步，未來微生物制劑的研發可采用轉基因技術，可把一些特定基因轉到一些目標菌株上，以研發出適應能力強、應用范圍廣、作用效果好的新型微生物制劑。

5 結 語

綜上所述，微生物制劑在改善土壤連作障礙上具有重要的現實意義和發展前景，尤其是在土壤問題眾多的設施農業生產中。因此，相關領域的專家和生產廠家應共同努力，積極進行微生物制劑的研發和生產，相關部門應加大對微生物制劑的宣傳與扶持力度，以鼓勵農民積極使用微生物制劑。