微生物菌劑在育苗基質中的應用與研究進展

摘要? ? 綜述了微生物菌劑在輕型基質中的應用與研究，從有機質降解、調控基質理化性狀、促進植物生長與發育等方面展開論述，分析了微生物菌劑在基質中的作用機制與存在的問題。最后，根據問題提出了微生物菌劑在基質應用中的發展方向，為新型菌劑基質的開發提供了指導。

關鍵詞? ? 微生物菌劑;育苗基質;應用;作用機制

中圖分類號? ? S144? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）02-0058-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract? ? Application and research of microbial agent in light substrate were summarized，and its mechanism in substrate and existing problems were analyzed from three aspects of the degradation of organic matter，regulation on physical and chemical properties of matrix and promotion to plant growth and development in this paper.Finally，according to the problems，the development direction of microbial agents in the application of substrate was proposed，which provided guidance for the development of new microbial agent substrate.

Key words? ? microbial agent;seedling substrate;application;mechanism

育苗基質是種苗生產的基礎物質，為植物提供良好的生長環境，可為幼苗提供穩定協調的水、氣、肥，成為幼苗根系營養庫，保證根系從中按需選擇吸收養分和水分[1]。育苗基質質量直接決定了幼苗生長發育與成苗質量。育苗基質大多采用草炭或腐熟降解的農業生產廢棄物配制而成，目前大部分育苗基質存在有效氮、有效磷、有效鉀轉化率低以及灰分偏高、酸性大、肥力較差、后勁不強、有機質降解速度慢等問題[2]。因此，部分優良的育苗基質需進行人為調節，例如添加營養驅動劑與保水劑。

針對育苗基質的缺陷，研究者大多考慮增加基質的肥料，注重基質材料選擇及各組分的配比調節，而對于基質作用機理卻鮮有逆向思維，主要以被動調節為主。隨著我國微生物技術研究的不斷深入，微生物菌劑得到廣泛應用，少數研究者嘗試加入一些專性生物菌劑等生物驅動劑[3]，以提高有機質的腐熟降解速度，增強植物吸收肥料的能力，提高基質中有效肥料的利用效率，從而達到對育苗基質和植物進行主動改造的目的。

微生物菌劑是經過生產擴繁所得的活性制劑，形態多為溶液、粉狀、固體[4]。活性制劑中微生物主要分為固氮菌菌劑、光合細菌菌劑、促生菌劑、細菌菌劑、真菌菌劑、放線菌菌劑等;按所含微生物種類多寡分為單一微生物菌劑、復混微生物菌劑[5]。大量試驗證明，通過添加微生物菌劑，可以有效提高有機質的腐熟降解速度，改善基質理化性質與植物生長環境[6-7]，顯著促進育苗植株的生長與發育，加大生物量累積，提高植株的經濟產品產量與質量[8-10]。

1? ? 微生物菌劑的應用與研究

1.1? ? 腐熟降解育苗基質

秸稈等農業廢棄物作為育苗基質的主要材料，在自然條件下發酵需要較長的時間，無法滿足育苗基質的生產需求。為了提高基質材料的發酵速度，縮短發酵時間，部分專性微生物菌劑被應用到基質材料的腐熟發酵試驗[6-7，11]，摸索各類基質降解的最佳菌劑配方，便于促進育苗基質的生產速度、擴大育苗基質生產規模。

李光義等[11]研究發現，嗜熱菌、有機廢物發酵菌均可加快木薯桿基質的腐熟，在處理第5天溫度就達到峰值，其中以嗜熱菌優勢更加明顯;2種菌劑對基質質量的影響相差不大，基質中總碳、總氮等性狀指標良好，表明兩者在木薯桿降解中具有一定的應用價值。對于枸杞枝條而言，粗纖維復合益菌、鋸末專用復合菌則比較適合進行基質化降解處理，兩者在第5天可促進枸杞枝條基質進入高溫分解期，且高于55 ℃的時間分別達到9 d和5 d，均加快了腐熟進度;腐熟后，接種2種菌劑的基質碳氮比值分別降低7.48、6.99，其他指標基本符合栽培標準[6]。與枸杞枝條類似，粗纖維降解菌比較適合苦參枝條的腐熟降解處理，快速進入高溫期，且高溫期較長，其中50 ℃以上高溫達到5 d，堆腐降解效果最好;20 d后，苦參枝條基質接近環境溫度，其理化性質適合育苗與栽培[7]。

然而，上述研究主要關注篩選適合基質腐熟的菌劑種類，但對于菌劑的最佳使用劑量則研究較少。尚秀華等[12]在稻殼基質中添加不同質量濃度的CM101發酵菌劑，發現基質添加1%發酵菌的綜合效果最好，其腐熟溫度最高（52 ℃），高溫持續期最長，40 ℃以上高溫達到11 d，且基質腐熟效果最好，培育幼苗質量最佳。因此，該菌劑及其濃度在稻殼基質實踐生產上具有重要的參考意義。

1.2? ? 改善育苗基質理化性狀

在育苗基質中，添加微生物可加強有機質降解，增加基質中有效元素，并通過分泌活性物質進一步改善育苗基質結構與理化性質[13]。侯樂梅等[13]在雞糞基質和牛糞基質中分別添加地福來（北京地福來科技發展有限公司生產）、酵素菌、EM菌及枯草芽孢桿菌等生物菌劑，研究其對基質性狀的影響，結果表明，處理40 d后，基質脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性均顯著提高，其中添加地福來的基質的酶活最高，分別高于對照120.0%、71.0%、141.0%。在酸性煤矸石基質與堿性粉煤灰基質中添加菌根菌（摩西球囊菌）、固氮菌，經研究發現，菌劑能顯著調控煤矸石基質酸堿值，使其pH值由5.63上升為7.00，但堿性基質的pH值下調不明顯;雙接摩西球囊菌與固氮菌可顯著提高基質中有效氮和有效磷含量，顯著改善了植物生長環境[14]。

在泥炭、珍珠巖、蛭石、椰糠等組成的混合基質中加入混合菌劑（包含固氮、解磷、解鉀等多種微生物）、圓褐固氮菌劑，處理90 d后，發現混合菌劑可顯著改善基質理化性狀，綜合表現最佳，其有機質、速效磷、速效鉀的含量分別達到56.17 g/kg、176.69 mg/kg、295.24 mg/kg[15]。與此類似，在稻草育秧苗基質中添加復合菌（黑曲霉、韋氏芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、葡萄球菌、氧化木糖無色桿菌等），基質水分含量、持水孔隙度等指標上升，堿解氮、速效磷及速效鉀高于非加菌對照13.16%、13.41%、12.22%，而碳氮比值低于對照14.88%，更利于水稻秧苗生長[16]。因此，復合生物菌劑是育苗基質發展的一個重要方向。

買買提吐遜·肉孜等[17]在黃瓜栽培基質（草炭∶蛭石=2∶1）中添加淀粉降解枯草芽孢桿菌、摩西球囊霉等菌劑，經過連續3茬種植，發現摩西球囊霉菌劑能保持基質酸堿度穩定，改善基質營養環境;淀粉降解枯草芽孢桿菌劑能顯著減少基質中細菌等病原菌數量，增加放線菌等有益微生物數量。此外，添加益生酵母菌可增加玉米秸稈基質的有益菌數量，同時增加基質蛋白質、有機酸、粗纖維含量，可顯著改善基質質量[18]。在煙草廢棄物堆肥中添加微生物菌劑，基質中N、P、K元素含量及總孔隙度、持水孔隙度得到顯著提高，而基質容重降低[19]。酵素菌可縮短雞糞和稻草等材料的氨揮發時間，降低NH4+-N揮發量，保存基質中氮元素，去除臭味，可明顯改善基質產品質量[20]。

1.3? ? 提高基質育苗質量

微生物菌劑可以改善基質結構，提高基質的養分供應能力[15-16]，并能通過菌根加強植物對營養元素的吸收[17]，促進植物生長。聶? 麗等[21]在稻草育秧苗基質中添加復合菌（黑曲霉、韋氏芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、葡萄球菌、氧化木糖無色桿菌等），對秧苗產生了顯著影響，其處理秧苗根系電導率最大，而葉片多酚氧化酶（PPO）、根系過氧化物酶（POD）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）等抗氧化酶活性均顯著高于非接菌植株，表明復合菌劑提高了基質秧苗的抗性與質量。在隨后的栽培過程中，接菌秧苗的葉面積指數、干物質質量及N、P、K元素吸收均高于非接菌秧苗，形成了較多的有效穗和充足的總穎花量，水稻產量提高了195.16 kg/hm2，表明添加復合菌劑的稻草基質是一種有效的水稻育秧基質[16]。金生英等研究表明，復合菌劑對基質栽培金銀花的生長發育影響顯著，處理150 d之后，其幼苗高度和覆蓋度分別提高23.0%和88.0%[15]。

買買提吐遜·肉孜等[17]經過連續3茬試驗，發現基質中添加淀粉降解枯草芽孢桿菌、摩西球囊霉等菌劑后，接菌植株的根長、根表面積及根體積得到顯著提高，使黃瓜3茬單株產量分別提高1.290、1.792、1.843 kg。在栽培過程中，黃瓜幼苗接種淀粉降解枯草芽孢桿菌后，其葉綠素含量上升，能保持較高的光合效率，而且經歷低溫后光合功能恢復正常歷時較短[22]。接種淀粉降解枯草芽孢桿菌能顯著提高黃瓜幼苗的抗寒性和低溫貯藏能力，摩西球囊霉功能次之，低溫處理12 d時幼苗光合功能與對照無顯著性差異[23]。由此表明，淀粉降解枯草芽孢桿菌能增強黃瓜基質栽培幼苗對低溫逆境的適應性，在黃瓜基質栽培生產中具有較大的應用潛力。

趙? 佳等[24]在牛糞基質中加入降解淀粉芽孢桿菌，發現添加菌劑顯著降低了甜瓜幼苗枯萎病、根腐病等病害的發病率，使其產量增加455 kg/hm2。與甜瓜相似，在雞糞基質和牛糞基質中添加地福來（北京地福來科技發展有限公司）、酵素菌、EM菌及枯草芽孢桿菌后，番茄產量與質量得到顯著提升，其中地福來綜合效果最好，單株產量分別比各自的對照高14.7%和40.0%，果實VC含量分別提高22.2%和39.7%[13]。添加菌根菌后，辣椒幼苗質量得到明顯提高，菌劑顯著提高了幼苗株高、莖粗、干質量和鮮質量，植株光合作用增強。究其原因是菌根菌與植株共生的菌根增加了根系的吸收范圍與吸收能力，從而有效促進了辣椒基質幼苗的生長與光合功能[25]。

2? ? 育苗基質微生物菌劑的作用機制

2.1? ? 促進無效元素向有效元素的轉化，提高植物的元素利用率

菌根菌通過菌絲與植物根系形成共生菌根，可提高植物根系對養分元素的吸收范圍與吸收能力[25]，促進植物生長。試驗數據表明，生物菌劑可改善基質物理結構[19]，提高基質酶活性[21]，增加有益微生物菌群數量[18]，提高育苗基質質量。在基質或自然環境中存在許多不能為植物所吸收的無效營養元素，例如不溶性或者有機類養分。許多微生物菌劑，例如固氮菌、解磷菌、解鉀菌等，可通過固定空氣中氮素，或分泌一些有機酸和酶類，或通過吸附鈣將無效氮、磷、鉀元素轉化成為植物能直接吸收的有效氮、磷、鉀元素[15]，提高植物元素利用率，調整植物營養狀態。AM菌與毛霉菌混施，可以促進麥秸稈顆粒基質中大量有效磷的轉化，并通過根外菌絲加強了磷元素的吸收，促進了萬壽菊生長發育，使其提前8 d開花[26]。

2.2? ? 通過生理生化途徑直接調控植株，提高基質育苗質量

與植物共生的微生物可以產生植物生長激素[27]，如細胞分裂素、生長素、赤霉素、乙烯、脫落酸等植物激素。這些生長激素會對植物生長起到一定的調控作用，例如生長素可以直接促進植物生長。席琳喬等[27]從長絨棉和陸地棉根際分離的固氮菌菌株均有分泌生長激素（IAA）的能力，分別為6.62～22.83 μg/mL和23.92～26.12 μg/mL，對棉花植株生長具有重要影響。

某些菌劑，例如淀粉降解枯草芽孢桿菌劑，能顯著增加放線菌等有益微生物數量[27]。隨著有益根際微生物的發展，微生物能形成大量煙酸、生物素、泛酸、V■[28-29]、水楊酸、核酸、有機酸[30]等產物，各種產物通過多種途徑調控植物，或直接促進植物生長，或促進植物根系對礦質元素的吸收[30]等，從而多向調節植物生長，提高基質育苗質量。

2.3? ? 調控根系有益微生物種群，提高植物對病蟲害的抗性

添加微生物菌劑能增加植物根系有益微生物群數量[27]，抑制植物病原菌的活動，減低植物病害感染率[24]。在育苗過程中，微生物菌劑調控植物根系有益微生物群，通過多種途徑提高其對病蟲害的抗性。一是產生鐵載體抑制病害。鐵載體可以與Fe3+結合，而與有害病菌、真菌形成競爭，抑制其孢子萌發。例如熒光假單胞菌可以形成專一Fe3+載體復合物（假單胞桿菌素）抑制有害真菌、細菌的活動[31]。二是形成次生代謝物卵磷脂酶C和幾丁質分解酶，提高植物的直接抗病害能力。卵磷脂酶C作用于細胞膜，影響其透性及其生理功能，具有強化植物激素和抑病物質的防病促生作用;幾丁質分解酶可以直接溶解致病細菌的細胞壁，抑制有害微生物活動，降低植物病害感染幾率[30]。三是有益微生物產生抗生素，如紫色鏈霉菌產生的抗生素和小單孢菌產生的纖維素酶[32]，可以直接對病蟲害形成防御，從而增強植物的抵抗能力。

3? ? 育苗基質微生物菌劑存在的問題與發展趨勢

我國是個農業大國，擁有產能巨大的農業有機廢棄物，將其轉化為輕型基質，既可減少環境污染，又能代替土壤在無土栽培中加以應用。其中，微生物菌劑在基質生產中具有重要的生產地位，既可加快有機質降解速度，又可提高基質育苗質量。目前，微生物菌劑在我國輕型基質開發與應用中存在一定的局限性，還有待進一步發展。一是微生物菌劑研究比較落后，大范圍生產應用的高活性、高效率菌株較少，尤其是那些纖維含量很高的有機廢棄物如花生殼等缺乏專用菌株;二是菌劑基質研究與生產比較粗放、落后，注重菌種的篩選與應用，但對于菌劑基質研究深度不夠，例如菌劑的最佳施用量、接種條件、接種方式等還未完全明確;三是缺乏微生物的系統概念，基質菌群的研究比較淺顯。基質中微生物菌劑是一個生態系統，在體現微生物菌多樣性的同時，更要研究微生物之間的關系，例如有益微生物種群的多樣性與發展、致病微生物動態等，便于形成一個健康、穩定的系統。

針對存在的問題，應強化以下途徑的研究：一是加強微生物技術方面的研究，包含自然菌株篩選、純化、擴繁、工藝及保質等方面內容，培育出高活性、高品質的微生物菌劑，尤其是一些特有基質專用的微生物菌劑;二是加強菌劑基質生產的系統化探索與研究，尤其是一些關鍵的技術細節，形成嚴謹的菌劑基質生產技術體系與標準，可以在生產實踐中直接推廣應用;三是注重復合菌劑基質開發，優化菌劑間的配比，深入研究基質中微生物系統動態及其與植物根系的互作，形成健康、穩定的復合菌劑基質，促進基質育苗的發展[33-34]。

4? ? 參考文獻

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