生物基質應用研究進展與前景

2023-12-13 06:39:41孫錦

甘肅農業科技 2023年11期

孫錦

摘要：生物基質是有機基質和有益微生物在農業上的應用發展到一定階段的產物，在滿足基質基本功效的基礎上，將有益微生物有效導入有機基質之中，賦予基質促長、抗病和抗逆等功能，可為發展綠色農業和可持續農業提供物質保障。在簡述生物基質發展歷程的基礎上，重點總結了生物基質在提高作物產量、改善產品品質、增強防病抗逆能力、改善土壤理化性狀、優化土壤微生物群落結構等方面的應用研究進展，并結合產業發展趨勢，展望了生物基質在工廠化育苗、連作障礙克服、鹽堿地改良中的應用前景，進一步提出了微生物制劑與基質融合研究、有機物料的抗病促長功能挖掘、含有多種微生物菌群和功能復合型的生物基質的重點研發任務，為推動生物基質和無土栽培的技術進步提供參考。

關鍵詞：生物基質；無土栽培；有益微生物

中圖分類號：S317? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2097-2172（2023）11-0981-09

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.11.001

Research Progress and Prospects on the Application of Biological Substrate

SUN Jin

（College of Horticulture， Nanjing Agricultural University， Nanjing Jiangsu 210095， China）

Abstract： Biological substrate is the product of the application of organic substrate and beneficial microorganisms in agriculture to a certain stage. On the premise of meeting the basic functions of the substrate， it is beneficial to effectively introduce beneficial microorganisms into organic substrate， endowing the substrate with functions such as promoting growth， disease resistance， and stress resistance， thereby providing material guarantee for the development of green agriculture and sustainable agriculture. In this study， based on a brief overview of the development process of biological substrate， we focus on summarizing the research progress of biological substrate in improving crop yield， enhancing the quality of agricultural products， strengthening disease resistance and stress tolerance， improving soil physicochemical properties， and optimizing soil microbial community structure. Furthermore， by considering industrial development trends， we explore the application prospects of biological substrate in industrialized seedling production， overcoming continuous cropping obstacles， and improving saline-alkali soil. Additionally， we propose key research tasks such as the integration of microbial preparations with substrate， exploring the disease resistance and growth-promoting functions of organic materials， and developing biological substrate with diverse microbial communities and functional compounds. These tasks aim to provide references for promoting the technological advancement of biological substrate and soilless cultivation.

Key words： Biological substrate; Soilless cultivation; Beneficial microorganism

收稿日期：2023 - 09 - 13

基金項目：寧夏回族自治區重點研發計劃項目（2021BBF02005）；國家大宗蔬菜產業技術體系項目（CARS-23-B16）；泰州市科技支撐計劃（農業）項目（TN202126）。

作者簡介：孫? ?錦（1972 — ），男，甘肅民樂人，教授，博導，主要從事設施園藝與無土栽培方面的科研與教學工作。Email： jinsun@njau.edu.cn。

據統計，全世界已有100多個國家和地區應用無土栽培技術，采用無土栽培的蔬菜總面積達到19.7萬hm2［1 ］。2020年我國無土栽培面積為5萬hm2左右，其中有機基質無土栽培約占50%［1 ］，基質的年需求量在6 000萬m3以上［2 ］。有機基質是無土栽培的核心，是栽培成功與否的關鍵，它質地較輕，具有良好的保水、保肥及通氣性，克服了土壤栽培存在的部分缺陷，在作物栽培中表現出明顯的優越性［3 ］。但傳統有機基質的主要功能是固定作物，在促進作物生長、提高抗病性和抗逆性方面的作用甚微，從而導致有機基質無法完全替代土壤，甚至栽培效果不及土壤栽培，這成為制約有機基質無土栽培大面積推廣應用的主要因素之一。在有機基質中加入有益微生物制成的生物基質，既可保障作物生長過程中所需的營養又具有簡便快捷的優點，不僅可達到抗病的效果，而且可增強作物抗逆性，促進養分吸收，改善根際微生物結構，最終達到提高作物產量、改善品質和減緩病蟲害發生的效果［4 ］。生物基質的應用，符合農業可持續發展和無公害農產品生產的要求，不僅有效利用了固體廢棄物，而且可明顯促進作物生長和提高作物抗性，對減少化肥與農藥的使用量也具有積極作用。

1? ?生物基質的研發歷程

生物基質的發展源于有機基質與有益微生物在農業領域的應用。在19世紀末，法國率先將枯枝落葉腐解物、松針和泥炭等有機物料與礦質土壤混合，用于盆缽植物栽培，開創了有機基質利用的先河［5 ］。20世紀初，歐洲的泥炭生產商開始使用泥炭制備無土栽培基質，開發出第一代基質產品。此后，美國科學家開展了采用河沙與泥炭制備混配基質的試驗研究；1939年英國的John Inne Compost公司開發出以堆肥、泥炭和河沙為主要原料的混合栽培基質；1948年德國的Einheitserde公司將黏土和泥炭混合制成了新型栽培基質。與此同時，美國的土壤科學家開發了以泥炭加蛭石或泥炭加珍珠巖為原料的康奈爾基質，并實現了工業化生產；1950年，英國愛爾蘭推出了全系混合基質和盆缽基質，隨后德國的Pennings教授和芬蘭的Puustjarvi教授分別研發了以泥炭為唯一原料的專業基質，開創了歐美專業基質工業化生產的新時代；自2000年以來，基質生產進入了計算機控制下的商品化生產階段，特別是隨著灌溉和施肥技術的不斷進步，基質在園藝栽培中得到了廣泛應用［5 ］。20世紀90年代，中國首次引入基質技術，第一個專業基質由云南大理州農業科學研究所研制，并在煙草漂浮育苗中廣泛應用。隨后，在“九五”國家科技攻關項目的支持下，東北師范大學泥炭研究所成功利用國產草本泥炭原料研制出固態基質，并實現了產業化生產。自2010年以來，中國對基質的市場需求持續增長，國外基質產品不斷引入，國內基質制造企業也不斷增多。專業基質制備技術得到了更多的關注，中國的基質產業進入了蓬勃發展的階段［5 ］。

基質的研發歷程可以分為四個階段，每個階段都有其明顯的時代特征。第一階段（1950年以前）是基質研發的起始階段，被稱為混配基質階段。基質制備主要通過按比例混合幾種原材料來實現，因此也被稱為配合基質階段。第二階段（1950 — 1975年）是基質技術的標準化階段。基質生產原材料按照工業標準進行處理，產品配方按照專業標準進行配制，產品經過統一標準方法進行檢測，因此被稱為標準化基質階段。第三階段（1975 — 2000年）為定制基質階段。基質制備技術研究進一步深入，采用了顆粒大小分選和顆粒組合工藝技術，根據用戶對基質的需求來制備定制基質，以滿足用戶專業化和個性化需求。第四階段（自2000年開始）是生物基質階段。深入研究基質的微生物學、物理學和化學性質之間的相互作用，在定制基質中添加了適量的有益微生物，以實現對病蟲草害的有效控制［6 - 7 ］。基質的研發歷程表明，基質制備技術已經取得了顯著的進展，以滿足不同用戶和生產的需求，并通過整合生物學和化學的技術進步成果，為農業生產提供了重要的物質保障。

2? ?生物基質應用研究進展

2.1? ?生物基質對作物具有明顯的促生作用

許多研究表明，生物基質可促進作物生長。生物基質對黃瓜、菠菜等蔬菜有促生及壯苗功能［8 ］。普通育苗基質中添加微生物菌劑（芽孢桿菌、叢枝菌根菌和安克菌等）制成的生物育苗基質，可促進黃瓜、辣椒、生菜和番茄等蔬菜作物生長［9 - 17 ］；張苗等［18 ］利用篩選出的生防菌株SQR9制成的生物基質栽培黃瓜和茄子，對生長均有促進效果；基質中接種哈茨木霉菌（SQR-T037）可以有效地在番茄根系上定殖并且促進植株生長，提高產量［19 ］。叢枝菌根真菌（AMF）接種于黃瓜播種時的基質，能夠增加黃瓜地上部和地下部生物量的積累［20 ］；AMF能夠促進番茄植株對N、P、K的吸收，從而促進植株生長［21 ］。在有機基質中添加生防菌劑AR156-2（BBS合劑），在不同蔬菜作物上都表現出良好的促生效果，對辣椒、西瓜、西蘭花的促生效果分別達35.27%、63.13%、74.20%［22 ］。南京農業大學等單位研制的生物基質，可使蔬菜壯苗指數提高27% ～ 36%，增產12% ～22%［23 ］。

2.2? ?生物基質可改善農產品品質

研究結果表明，在基質中接種AMF能夠顯著提高甜瓜果實中維生素C（Vc）、總糖和可溶性固形物等風味成分的含量［24 ］。同時，這一處理還能夠增加果糖和葡萄糖的含量［25 ］。另一項研究發現，在草炭、椰糠和珍珠巖的復合基質中添加解淀粉芽孢桿菌，不僅顯著提高了空心菜的鮮重、干重、Vc、可溶性蛋白和可溶性糖的含量，還明顯減少了空心菜葉片中硝酸鹽的積累［26 ］。

2.3? ?生物基質具有顯著的防病效果

生物基質不僅能促進作物生長，還可以防止病原菌對幼苗的侵染，而且比某些化學藥物更有效［27 ］。基質中添加霉菌可用于防治真菌病害［28 ］，添加放線菌劑可防治十字花科軟腐病、番茄早疫病、黃瓜黑星病等多種植物病害［29 ］，添加芽孢桿菌能夠防治番茄青枯病及其他土傳和地上部病? 害［30 ］，添加生防菌能夠有效降低黃瓜枯萎病的發病率［31 - 32 ］。基質接種AMF可以通過促進西瓜根系分泌化感物質抑制根際土壤的病原體繁殖，從而降低西瓜幼苗枯萎病的發病率［33 ］；AMF侵染植株后通過啟動全身防御反應來增強番茄對早疫病的抗性［34 ］。王開宇等［35 ］在育苗基質中添加微生物菌劑提高了煙草對青枯病、黑脛病和花葉病的抗病能力；劉超杰［36 ］在醋糟與草炭體積比為1∶1的混配育苗基質中，添加2%微生物菌劑（BOF），明顯增強了黃瓜和西瓜對枯萎病的預防效果；將易于在蔬菜作物根定殖的生防菌AR156-2接種在育苗基質中，不僅可以抑制有害病菌在幼苗期繁殖，還能夠充分利用生防菌在幼苗期的根系進行定殖，實現一種類似于“接種疫苗”的效果，通過帶基質移栽幼苗，將這一作用延續到大田生產階段，對辣椒、西瓜、西蘭花病害防治效果分別為79.5%、87.5%、83.1%［37 ］；木霉菌和芽孢桿菌復配后添加到基質中，對辣椒的疫病、炭疽病、枯萎病和灰霉病防治效果分別達到78.3%、71.9%、72.2%和59.7%［38 ］。Vitti等［39 ］在栽培基質中接種哈茨木霉菌（T-22）誘導番茄對黃瓜花葉病毒（CMV）產生了一系列的防御響應，通過活性氧、組織化學免疫以及相關抗氧化基因的表達分析顯示T-22能夠作為生物防治菌劑降低病害的發生；Pérez等［40 ］發現木霉菌在番茄根際定殖可提高幾丁質酶和β-1，3-葡聚糖酶的活性，并顯著抑制枯萎病菌絲的生長，從而降低番茄枯萎病的發生。

2.4? ?生物基質能提高作物的抗逆性

生物基質中的微生物在代謝過程中分泌的一些生長刺激物質，能夠增強作物抗逆性［33 ］；在加工番茄育苗基質中添加AMF可以緩解鹽堿土壤對番茄植株的危害［41 ］，還能夠提高植物對低溫、弱光和干旱的耐受性［42 - 44 ］；麥稈基質中添加分解纖維素真菌，能有效提高鹽堿土壤豆科植物的固氮能力，同時其抗鹽堿性也得到加強；基質中加入生防菌劑與腐植酸鉀，提高了甜瓜種苗質量及抗逆能力［45 ］。

2.5? ?生物基質可以明顯改善土壤理化性狀

研究發現，以醋糟、菇渣和生物炭等工農業有機廢棄物為原料的生物基質可改善土壤容重、孔隙度和粒級大小，提高土壤有機質、有效磷、鉀和氮含量［46 - 47 ］；AMF真菌于黃瓜播種時接種基質，能夠增加根際土壤中的有效氮、磷和鉀養分［48 ］；李志洪等［49 ］在試驗中發現，在石灰性鹽堿地中施用微生物菌劑，根際土壤的pH有所下降，同時加強了土壤磷酸酶活性，以及促進難溶性磷分解，為作物生長發育提供了必要營養；侯樂梅等［50 ］在育苗基質中添加具有溶磷和解鉀能力的功能菌，顯著提高了土壤中的磷含量和鉀含量。

2.6? ?生物基質可以優化土壤微生物群落結構

生物基質可提高土壤有益微生物豐度［13 - 16 ］。研究表明，生物基質通過促進土壤養分及有機質的積累，提高土壤微生物數量，對土壤細菌群落結構具有明顯的改善作用［51 - 52 ］；AMF真菌接種于黃瓜育苗基質，可以降低連作土壤中的真菌數量、增加細菌數量，改善土壤微生物環境［20 ］；AMF基質對辣椒、黃瓜、番茄根際微生物多樣性的改善具顯著作用［9， 41， 53 ］，這促使根際微生物區系由“真菌型”向“細菌型”轉變。

3? ?生物基質的應用前景

3.1? ?生物基質在工廠化育苗中的應用越來越廣泛

據初步估算，我國蔬菜每年育苗量為6 000億～7 300億株［54 ］。隨著工業化育苗產業的進步，生物基質的研究與開發得以加速。然而，當前育苗基質主要由草炭或經過農業廢棄物發酵處理而成，存在著養分轉化率低、肥力不足等問題。生物基質在中國育苗生產中的應用越來越受到歡迎，正是因為它既可以促進幼苗的生長，還可以防止病原菌對幼苗的侵害。如果將具有促生功能的微生物菌群引入到基質中，制備成生物基質，有望促進植物種苗的優質發育。這種生物基質能最大程度地發揮出促生類微生物的促生效果，提高作物的生長活性以及對病原菌的抗性。此外，這些經過生物基質培育的種苗在移栽至大田后，其生長穩定性將得到增強，進而提高作物的產量［55 ］。同時，基質育苗的特點是“帶土移栽”，基質將在大田中伴隨作物一生，秧苗移栽后，育苗基質依然能為根系和根際微生物提供生存活動的場所，可以在較長時期繼續發揮作用，提高作物對土傳病害以及其他非生物逆境脅迫的抗性。利用這一特點，推廣應用具有抗病促生長的生物育苗基質，不僅可促進幼苗生長，還可以預防病害，將起到事半功倍的效果。

3.2? ?生物基質在克服土壤連作障礙中的作用日益凸顯

近年來，隨著農業產業結構的不斷調整，我國設施蔬菜產業得到了快速發展。據相關統計數據，2016年我國設施蔬菜栽培面積達到391.5萬 hm2，產量達到2.52億 t，設施蔬菜占總蔬菜產量的30.5%，其面積和產量均位居世界第一［23 ］。設施蔬菜產業在推動農村經濟發展、提高農民收入方面發揮著重要作用。然而，由于溫室、塑料大棚等設施下的土壤缺乏雨水淋洗，形成了高溫高濕、通氣狀況較差的特殊生態環境。此外，由于設施栽培處于高集約化、高復種指數、高肥料施用量的生產狀態，加之不科學的管理措施，導致設施土壤出現酸化、鹽漬化、養分失衡、微生物區系破壞、土傳病害加重等一系列質量退化和連作障礙問題，嚴重影響設施蔬菜的產量和品質，給生產帶來一定的經濟損失［56 - 57 ］。其中酸化和鹽漬化是最為突出的土壤障礙之一，不僅直接危害蔬菜作物的生長發育，而且還會引發其他生態環境惡化的問題，嚴重影響了設施蔬菜的可持續發展。為解決這些問題，應當加快研究防治設施土壤酸化和鹽漬化步伐，采取科學的水肥管理措施，合理控制化肥的施用量，改善土壤生態環境，以防止連作障礙等問題的發生，從而有效提高設施蔬菜的產量和品質，保護生態環境，促進農業可持續發展。研究發現，以醋糟、菇渣和生物炭等工農業有機廢棄物為原料的生物基質可緩解設施連作土壤酸化和鹽漬化環境［46 - 47 ］。此外，許多有機固體廢棄物經微生物分解發酵腐熟后形成的生物基質，均具有較好的理化性質和豐富的營養物質，例如生物炭、醋糟、木薯渣、牛糞等，可以用來改良土壤的理化性質，提高土壤肥力，促進作物的生長［58 - 61 ］。因此，生物基質的應用對我國設施蔬菜的可持續、健康發展具有十分重要的現實意義。

3.3? ?生物基質在鹽堿地改良中的應用前景廣闊

據最新估計，全球鹽堿土壤面積逾 8.33×108 hm2，約占地球面積的 8.7%。這意味著鹽堿土地的農業開發潛力非常巨大。在中國，我們目前擁有大約3.67×107 hm2各類可開發的鹽堿土地資源，其中有大約6.67×106 hm2的土地具有較高的農業開發價值，且具備近期進行農業改良和利用的潛力［62 ］。然而，鹽堿土壤本身的肥力通常較低，有機質含量較少，這導致許多土壤微生物無法在鹽堿土壤中正常生長和繁殖。因此，將耐鹽堿微生物菌劑添加到土壤基質中，將成為改良鹽堿土地的一項重要措施。大量研究發現，有機基質在鹽漬化土壤中能夠改良土壤理化結構，調節pH和EC水平，改善微生物群落豐度，有效提高土壤養分，促進黃瓜、生菜、小白菜等蔬菜的生長發育，而且進一步耦合微生物菌劑后可顯著增加礦質營養元素的積累［63 - 66 ］。鹽堿地改良的生物基質具有“改良鹽堿、保水、松土、增肥、透氣”等功能，在這一過程中發揮的作用表現在多個方面，首先，微生物的活動代謝產生了代謝產物，這些產物具有能力活化鹽堿土壤中的難溶元素，提高了養分的利用效率；其次，微生物代謝所生成的有機酸可以中和鹽堿土壤的堿性，有助于調整土壤的pH值；此外，微生物制劑的代謝過程還會產生多糖和膠質物質，這些物質促使土壤形成團粒結構，增加土壤的疏松性，同時切斷土壤毛細管孔隙，防止鹽分返還到土壤表層。最重要的是，微生物制劑中的有益微生物衍生物還能夠固氮和解磷，提供高效的肥料效果，加速難溶性磷酸鹽和固化鉀的釋放，從而增加土壤中有效鉀和有效磷含量［67 ］。

4? ?生物基質的研發重點

4.1? ?微生物制劑研發及其與基質融合研究

微生物制劑是通過將有益微生物與培養基和添加劑混合配制而成的。這些微生物在基質中的活動可以增加植物的養分供應，促進植物的生長，并提高作物的抗病性［68 ］。此外，微生物制劑還能改善農產品的品質和農業生態環境。目前，有關微生物制劑方面的大部分工作都停留在具有生物拮抗活性物質和田間防效方面，而實際分離的活性物質以及運用到生產實際的菌株也比較少。應通過提取與純化其抗菌產物（包括抗生素與抗菌蛋白），才可以使微生物發酵制品變為真正的、符合標準的微生物制劑，以便于更高效地進行農業生產［69 ］。

生物基質研究的首要焦點應集中在篩選、評估以及應用可生物降解和修復污染物，從而提升土壤的肥力和活性的功能性微生物；其次，應重點關注微生物制劑中有益菌種資源的采集、儲存、鑒定和培育，以及深入研究根際微生物的生長促進和抗逆機制；第三，開展復合微生物制劑的研發，利用不同功能的有益微生物，構建多種協同作用的復合微生物體系來促進植株生長以及防治植物病害；第四，鑒于國內外對復合微生物制劑的研究尚處于初級階段，且該制劑具備無公害、無毒、無污染等顯著優勢，因此對其在植物病害防治和促生機理方面進行深入研究顯得十分必要。

微生物菌劑是一種活體制劑，主要包含有益微生物，其有效性取決于這些微生物的繁殖和新陳代謝。有益微生物在繁殖和代謝過程中產生的物質轉化和有益代謝產物對于植物生長和土壤健康具有重要作用。然而，微生物制劑的使用效果受到環境條件的影響，比如溫度、水分、酸堿度、營養條件以及土壤中其他土著微生物的排斥作用等［70 ］。為了提高微生物制劑的效果，需要融合基質特性具體研究，并在使用微生物制劑時注意提供適宜的環境條件。

4.2? ?充分挖掘有機物料的抗病促長功能開發生物基質

工農業有機廢棄物如作物秸稈、醋糟、酒糟等，在堆肥腐化過程中發生復雜的生物學變化，涉及的微生物種類眾多和數量巨大。因此，這些堆肥被視為微生物資源庫和根際促生菌資源庫。多項研究表明，具有較強生防能力的堆肥通常富含豐富的植物促生菌。Huang等［71 ］研究表明，非致病性尖孢鐮刀菌的存在可能是污泥堆肥能夠較好的抑制黃瓜枯萎病發生的主要原因之一；Papasotiriou等［72 ］從橄欖廠廢棄物堆肥中成功分離出兩株對茄子黃萎病具有較強抑制作用促生菌菌株：酵母菌（Blastobotrys sp.）FP12和節桿菌（Arthrobacter sp.）FP15；Suárez-Estrella等［73 ］從蔬菜廢棄物堆肥、杏仁殼堆肥以及污泥堆肥中分離出135株對番茄枯萎病菌具有潛在拮抗能力的菌株，并最終成功分離鑒定得到一株對甜瓜枯萎病和番茄細菌性斑點病均具有顯著防治效果的擬青霉菌（Paecilomyces variotii）菌株MSW312。生產實踐結果也表明，一些有機物料經堆置后對土傳病害如黃萎病、腐霉病、疫霉病、立枯病等具有較好的抑制作用［71， 73 - 74 ］。Borrero等［75 - 76 ］采用葡萄渣堆肥顯著降低了番茄枯萎病的發生，并發現葡萄渣、菇渣+草炭、橄欖油渣+棉渣+稻殼、軟木屑堆肥對康乃馨枯萎病的抑制效果也較理想；Huang等［71 ］通過在草炭中添加20%體積的污泥堆肥顯著降低黃瓜枯萎病病情指數高達60%；趙青松等［77 ］研究顯示，采用醋糟基質作為栽培基質連續種植多茬黃瓜和番茄，2～3年內都沒有出現明顯的連作障礙，暗示醋糟基質具有較好的抗病性；林英［78 ］采用醋糟、草炭和蛭石混配作為黃瓜的栽培基質，發現醋糟基質對黃瓜枯萎病具有較好的抑制作用。因此，進一步對有機物料中的促生菌進行篩選、分離，并對其抗病促生長作用機制進行研究，將成為重要的研究內容之一，這一領域必將成為安全、高效、環境友好型的農業生產資源開發和利用的熱點，將會越來越受到人們的關注和青睞。

4.3? ?研發作用穩定的抗病基質

通過在基質中添加生防菌，有助于培育壯苗、提高植株抗病性。然而，生防菌的防病效果與其生存的周圍環境條件密切相關。有研究發現室內環境篩選出對枯萎病病原菌有較強抑制作用的生防菌有時在大田的防治效果并不好，且穩定性較差，這與室內培養基篩選生防菌的環境條件和大田土壤條件存在差異相關［79 ］。功能菌接種到基質載體后需要最佳環境條件，比如載體的含水量、通氣狀況、溫度以及功能菌自身的接種濃度，這些因素都在一定程度上影響功能菌在載體中的生存。因此，要挖掘功能菌的最佳潛力，有必要研究清楚功能菌在基質載體中達到最佳點時的各個工藝參數條件，精確掌握優化參數點，應用到實踐生產中，為根際促生細菌在基質中的有效定殖提供理論參考。因此，開發具有抗土傳病害、穩定微生態系統的生物基質產品，仍是目前生物基質研發的重點。

4.4? ?含有復合微生物菌群的生物基質研發

生物基質可分為單一和復合兩種。單一生物基質就是只有一種功能微生物與普通基質混合研制而成，我國最早開始應用的就是單一的生物基質。張揚［80 ］將根際促生菌G10與普通育苗基質聯合，研制成單一生物育苗基質，表現出較為突出的根際定殖和促進幼苗生長的能力。隨著國內外設施農業的發展，育苗工作日益受到重視，為了增加生物育苗基質的多樣性，含復合菌群的功能型生物基質研發變得尤為迫切。復合菌群菌種多樣化的特點使其能夠適應各種生態環境［81 ］，相互協調［82 - 83 ］。在農業生產上，復合菌群能提高土壤肥力，加速土壤養分的分解轉化［84 ］，從而節約肥料并促進植物根系的生長。20世紀80年代初日本比嘉照夫教授研發的一種EM菌生物肥料就是由10個屬80多種微生物制而成的，這些微生物在土壤中代謝產生各種各樣的酶類、激素等生理活性物質，可以直接或間接的促進作物的生長。因此，研發含復合菌群的生物基質，對促進作物增產、提高抗性具有重要意義。

4.5? ?功能復合型的生物基質研發

傳統基質存在諸多不足，主要表現在基質養分難以有效釋放、對作物促生作用不理想、在增強作物抵抗病原微生物侵染和提高應對不利環境能力的作用甚微、在保證透氣性的同時保水能力降低的缺陷［1 ］。功能性基質是在原有基質的基礎上添加功能性成分制備出具有促生、防病、抗逆、保水和物理結構保持等功能的一類基質。基質中添加助劑以提升基質栽培效果將會是未來基質研發的重要方向之一。大多數國外優良基質的成分都是經過人為調節的，例如添加營養驅動劑與保水劑，可對育苗基質主動性優化調節［85 ］；添加生物肥力驅動劑（專性生物菌劑）可對基質和栽培植株進行主動改造，用以增強根系吸收營養的能力，綜合提高基質中各營養的利用效率［3 ］。研究結果表明，基質的保水和養分釋放能力對于作物的生長和發育起著重要作用；為了更好地促進作物的生長和發育，可以通過添加控釋肥料和保水劑等外源物質來提高基質的性能；這些外源物質的應用可以有效調節基質中的水分和養分供應，從而提供更適宜的生長環境，促進作物的健康生長［86 ］。通過在基質中添加保水劑，可明顯促進油菜幼苗葉面積增長和生物量積累［87 ］；在茄子育苗基質中添加適量蚯蚓糞能顯著提高育苗質量，并取得良好的經濟和社會效益［88 ］；基質中添加除草劑、抗冷劑、放線菌劑等生物助劑可滿足不同生產需要以及拓寬基質的使用范圍［89 - 91 ］；基質中添加腐植酸鉀和放線菌菌劑對促生防病也有明顯的效果［92 ］；陳香等［93 ］研究表明改良后的普通栽培基質土增添適量的吲哚丁酸（IBA）和萘乙酸（NAA），能增強植株的光合速率、蒸騰速率和水分利用率。因此，在基質中添加一些助劑，開發具有特定功能如抗病性、抗蟲性、抗逆性、保水性、肥效緩釋等功能為一體的復合型生物基質，是一個值得期待的方向。

志謝：本論文的基礎性資料搜集工作由碩士研究生袁明珠和博士研究生張帥威完成，特此致謝！

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