生物基質應用研究進展與前景_孫錦.pdf

據(jù)統(tǒng)計 全世界已有100多個國家和地區(qū)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hm 2 1 2020年我國無土栽培面積為5 萬hm 2 左右 其中有機基質無土栽培約占50 1 基質的年需求量在6000萬m 3 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(xiàn)出明顯的優(yōu)越性 3 但傳統(tǒng)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 生物基質應用研究進展與前景 孫 錦 南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院 江蘇 南京 210095 摘要 生物基質是有機基質和有益微生物在農(nóng)業(yè)上的應用發(fā)展到一定階段的產(chǎn)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(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和可 持續(xù)農(nóng)業(yè)提供物質保障 在簡述生物基質發(fā)展歷程的基礎上 重點總結了生物基質在提高作物產(chǎn)量 改善產(chǎn)品 品質 增強防病抗逆能力 改善土壤理化性狀 優(yōu)化土壤微生物群落結構等方面的應用研究進展 并結合產(chǎn)業(yè) 發(fā)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(fā) 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 CollegeofHorticulture NanjingAgriculturalUniversity NanjingJiangsu210095 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(qū)重點研發(fā)計劃項目 2021BBF02005 國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術體系項目 CARS 23 B16 泰州 市科技支撐計劃 農(nóng)業(yè) 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 寒旱農(nóng)業(yè)科學 2023 2 11 981 989 Journal of Cold Arid Agricultural Sciences 2卷 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(yǎng)又具有簡便快捷的優(yōu)點 不僅可達到抗病的效 果 而且可增強作物抗逆性 促進養(yǎng)分吸收 改 善根際微生物結構 最終達到提高作物產(chǎn)量 改 善品質和減緩病蟲害發(fā)生的效果 4 生物基質的 應用 符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn) 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(nóng)藥的使用量也具有積極作用 1 生物基質的研發(fā)歷程 生物基質的發(fā)展源于有機基質與有益微生物 在農(nóng)業(yè)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(chuàng)了有機基質利 用的先河 5 20世紀初 歐洲的泥炭生產(chǎn)商開始 使用泥炭制備無土栽培基質 開發(fā)出第一代基質 產(chǎn)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 InneCompost公司開發(fā)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Einheit serde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(fā)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(xiàn) 了工業(yè)化生產(chǎn) 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(fā)了以泥炭為唯一 原料的專業(yè)基質 開創(chuàng)了歐美專業(yè)基質工業(yè)化生 產(chǎn)的新時代 自2000年以來 基質生產(chǎn)進入了計 算機控制下的商品化生產(chǎn)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(yè)基質由云南大理州農(nóng)業(yè)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(chǎn)草本泥炭原料研 制出固態(tài)基質 并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn) 自2010年 以來 中國對基質的市場需求持續(xù)增長 國外基 質產(chǎn)品不斷引入 國內(nèi)基質制造企業(yè)也不斷增多 專業(yè)基質制備技術得到了更多的關注 中國的基 質產(chǎn)業(yè)進入了蓬勃發(fā)展的階段 5 基質的研發(fā)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(fā)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(xiàn) 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(chǎn)原材料按照工業(yè)標準進行處理 產(chǎn)品配方按 照專業(yè)標準進行配制 產(chǎn)品經(jīng)過統(tǒng)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(jù)用戶對基質的需求來制備定制 基質 以滿足用戶專業(yè)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(xiàn)對病蟲草害的有效控制 6 7 基質的研發(fā)歷程 表明 基質制備技術已經(jīng)取得了顯著的進展 以 滿足不同用戶和生產(chǎn)的需求 并通過整合生物學 和化學的技術進步成果 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(nóng)業(yè)大學等單位研制的生物基質 可使蔬菜壯苗 982 11期 指數(shù)提高27 36 增產(chǎn)12 22 23 2 2 生物基質可改善農(nóng)產(chǎn)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(fā)現(xiàn) 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(fā) 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(fā)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(xiàn)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(xù)到大田生產(chǎn)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(chǎn)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(fā)生 P rez等 40 發(fā)現(xiàn) 木霉菌在番茄根際定殖可提高幾丁質酶和 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(fā)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(fā)現(xiàn) 以醋糟 菇渣和生物炭等工農(nóng)業(yè) 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(yǎng)分 48 李 志洪等 49 在試驗中發(fā)現(xiàn) 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(fā)育提供了必要營養(yǎng) 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(yōu)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(yǎng)分及有機質 的積累 提高土壤微生物數(shù)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(shù)量 增加細菌數(shù)量 改善土壤微生物環(huán)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(qū)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(jù)初步估算 我國蔬菜每年育苗量為6000 億 7300億株 54 隨著工業(yè)化育苗產(chǎn)業(yè)的進步 生物基質的研究與開發(fā)得以加速 然而 當前育 苗基質主要由草炭或經(jīng)過農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵處理而 孫 錦 生物基質的功效及其應用研究 983 2卷 成 存在著養(yǎng)分轉化率低 肥力不足等問題 生 物基質在中國育苗生產(chǎn)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(yōu)質發(fā)育 這種生物基質能最大 程度地發(fā)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(jīng)過 生物基質培育的種苗在移栽至大田后 其生長穩(wěn)定 性將得到增強 進而提高作物的產(chǎn)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(xù)發(fā)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(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的不斷調(diào)整 我 國設施蔬菜產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展 據(jù)相關統(tǒng)計數(shù) 據(jù) 2016年我國設施蔬菜栽培面積達到391 5萬 hm 2 產(chǎn)量達到2 52億t 設施蔬菜占總蔬菜產(chǎn)量 的30 5 其面積和產(chǎn)量均位居世界第一 23 設 施蔬菜產(chǎn)業(yè)在推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展 提高農(nóng)民收入 方面發(fā)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(tài)環(huán)境 此外 由于 設施栽培處于高集約化 高復種指數(shù) 高肥料施 用量的生產(chǎn)狀態(tài) 加之不科學的管理措施 導致 設施土壤出現(xiàn)酸化 鹽漬化 養(yǎng)分失衡 微生物 區(qū)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(chǎn)量和品質 給生產(chǎn)帶來一定的經(jīng)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(fā)育 而且還會引發(fā)其他生態(tài)環(huán) 境惡化的問題 嚴重影響了設施蔬菜的可持續(xù)發(fā) 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(tài)環(huán)境 以 防止連作障礙等問題的發(fā)生 從而有效提高設施 蔬菜的產(chǎn)量和品質 保護生態(tài)環(huán)境 促進農(nóng)業(yè)可 持續(xù)發(fā)展 研究發(fā)現(xiàn) 以醋糟 菇渣和生物炭等 工農(nóng)業(yè)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(huán)境 46 47 此外 許多有 機固體廢棄物經(jīng)微生物分解發(fā)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(yǎng)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(xù) 健康發(fā)展具有十分重要的現(xiàn) 實意義 3 3 生物基質在鹽堿地改良中的應用前景廣闊 據(jù)最新估計 全球鹽堿土壤面積逾8 33 10 8 hm 2 約占地球面積的8 7 這意味著鹽堿土地的 農(nóng)業(yè)開發(fā)潛力非常巨大 在中國 我們目前擁有 大約3 67 10 7 hm 2 各類可開發(fā)的鹽堿土地資源 其中有大約6 67 10 6 hm 2 的土地具有較高的農(nóng)業(yè) 開發(fā)價值 且具備近期進行農(nóng)業(yè)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(fā)現(xiàn) 有機基質在鹽 漬化土壤中能夠改良土壤理化結構 調(diào)節(jié)pH和 EC水平 改善微生物群落豐度 有效提高土壤養(yǎng) 分 促進黃瓜 生菜 小白菜等蔬菜的生長發(fā)育 而且進一步耦合微生物菌劑后可顯著增加礦質營 養(yǎng)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(fā)揮的作用表現(xiàn)在多個方面 首先 微生物的活動代謝產(chǎn)生了代謝產(chǎn)物 這些產(chǎn)物具 有能力活化鹽堿土壤中的難溶元素 提高了養(yǎng)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(diào)整土壤的pH 值 此外 微生物制劑的代謝過程還會產(chǎn)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 984 11期 而增加土壤中有效鉀和有效磷含量 67 4 生物基質的研發(fā)重點 4 1 微生物制劑研發(fā)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(yǎng)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(yǎng)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(nóng)產(chǎn)品的品質和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)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(chǎn)實際的菌株也比較少 應 通過提取與純化其抗菌產(chǎn)物 包括抗生素與抗菌蛋 白 才可以使微生物發(fā)酵制品變?yōu)檎嬲?符合 標準的微生物制劑 以便于更高效地進行農(nóng)業(yè)生 產(chǎn) 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(fā) 利用不同功能的有益微生物 構建多種協(xié)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(nèi)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(yōu)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(chǎn)生的 物質轉化和有益代謝產(chǎn)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(huán)境條件的影響 比如溫度 水分 酸堿度 營養(yǎng)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(huán)境條件 4 2 充分挖掘有機物料的抗病促長功能開發(fā)生物 基質 工農(nóng)業(yè)有機廢棄物如作物秸稈 醋糟 酒糟 等 在堆肥腐化過程中發(fā)生復雜的生物學變化 涉及的微生物種類眾多和數(shù)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(fā)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(jié)桿菌 Arthrobacter sp FP15 Su rez 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(chǎn)實踐結果也表明 一些 有機物料經(jīng)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(fā)生 并發(fā)現(xiàn)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(shù)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(xù)種植多茬黃瓜和番茄 2 3年內(nèi)都沒有出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(nèi)容之一 這一領域必將成為安全 高效 環(huán)境友好型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源開發(fā)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(fā)作用穩(wěn)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(huán)境條件密切相關 有研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi) 環(huán)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(wěn)定性較 差 這與室內(nèi)培養(yǎng)基篩選生防菌的環(huán)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 孫 錦 生物基質的功效及其應用研究 985 2卷 載體后需要最佳環(huán)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(shù)條件 精確掌握優(yōu)化參數(shù)點 應用到實 踐生產(chǎn)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(fā)具有抗土傳病害 穩(wěn) 定微生態(tài)系統(tǒng)的生物基質產(chǎn)品 仍是目前生物基 質研發(fā)的重點 4 4 含有復合微生物菌群的生物基質研發(fā) 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(lián) 合 研制成單一生物育苗基質 表現(xiàn)出較為突出 的根際定殖和促進幼苗生長的能力 隨著國內(nèi)外 設施農(nóng)業(yè)的發(fā)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(fā)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(tài)環(huán)境 81 相互 協(xié)調(diào) 82 83 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上 復合菌群能提高土壤 肥力 加速土壤養(yǎng)分的分解轉化 84 從而節(jié)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(fā)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(chǎn)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(fā)含復合菌群的生物基質 對促進作物增產(chǎn) 提高抗性具有重要意義 4 5 功能復合型的生物基質研發(fā) 傳統(tǒng)基質存在諸多不足 主要表現(xiàn)在基質養(yǎng) 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(huán)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(fā)的重要方向之一 大多數(shù)國外優(yōu)良基質的成分 都是經(jīng)過人為調(diào)節(jié)的 例如添加營養(yǎng)驅動劑與保 水劑 可對育苗基質主動性優(yōu)化調(diào)節(jié) 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(yǎng)的能力 綜合提高基質中各營養(yǎng)的利用效率 3 研究結果 表明 基質的保水和養(yǎng)分釋放能力對于作物的生長 和發(fā)育起著重要作用 為了更好地促進作物的生長 和發(fā)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(diào)節(jié)基質中的水分和養(yǎng)分供應 從而提供更適宜 的生長環(huán)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(jīng)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(chǎn)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(fā)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 參考文獻 1 孫 錦 李謙盛 岳 冬 等 國內(nèi)外無土栽培技術 研究現(xiàn)狀與應用前景 J 南京農(nóng)業(yè)大學學報 2022 45 5 898 915 2 孟憲民 我國基質產(chǎn)業(yè)面臨的問題與對策 J 中國蔬 菜 2017 8 342 22 26 3 閆 杰 羅慶熙 韓麗萍 工廠化育苗基質研究進展 J 中國蔬菜 2006 2 34 37 4 張 鈺 孫 錦 郭世榮 基質中添加微生物制劑對 黃瓜幼苗生長和枯萎病抗性的影響 J 西北植物學 報 2013 33 4 780 786 5 孟憲民 歐美國家基質產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程與我國創(chuàng)新發(fā)展 對策 J 農(nóng)業(yè)工程技術 2018 38 34 12 16 6 ZHENG C Y WANG G ZHANG C et al Growing me dia they all have an environmental footprint J PEAT LANDS International 2013 1 8 11 986 11期 7 KNUPFER M GROBOSCH M TRESKE U et al Growing media in balance J PEATLANDS International 2013 1 12 13 15 8 雷先德 微生物菌劑在作物化肥減量化技術上的應用 研究 D 上海 上海交通大學 2012 9 吳亞勝 郭世榮 張 杰 等 亞精胺和叢枝菌根真 菌對黃瓜生長的影響 J 應用生態(tài)學報 2018 29 3 891 898 10 DU N S YANG Q GUO H et al Dissection of Paeni bacillus polymyxa NSY50 Induced defense in cucumber roots against fusarium oxysporum f sp cucumerinum by targetmetaboliteprofiling J Biology 2022 11 7 1028 11 王其傳 孫 錦 束 勝 等 微生物菌劑對日光溫 室辣椒生長和光合特性的影響 J 南京農(nóng)業(yè)大學學 報 2012 35 6 7 12 12 王紅菊 王幼珊 張淑彬 等 叢枝菌根真菌在蔬 菜基質育苗上的應用研究 J 華北農(nóng)學報 2011 26 2 152 156 13 裴紅霞 謝 華 崔靜英 等 風沙土施用土壤改 良劑對櫻桃番茄生育及產(chǎn)量的影響 J 北方園藝 2011 23 138 140 14 劉肖肖 董元華 李建剛 不同土壤改良劑對番茄 青枯病的防治效果 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報 2013 32 7 1368 1374 15 李 冬 胡瑩瑩 魏 珉 等 日光溫室架式栽培 番茄適宜栽植密度研究 J 山東農(nóng)業(yè)科學 2014 46 3 21 24 16 饒 霜 盧 陽 黃 飛 等 生物炭對土壤微生物 的影響研究進展 J 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報 2016 32 1 53 59 17 梁玉芹 董 畔 宋炳彥 等 肥料減施對設施番 茄產(chǎn)量和品質的影響 J 河北農(nóng)業(yè)大學學報 2017 40 1 21 24 53 18 張 苗 施娟娟 曹亮亮 等 添加三種外源蛋白 研制生物有機肥及其促生效果 J 植物營養(yǎng)與肥料 學報 2014 20 5 1194 1202 19 CAI F CHEN W WEI Z et al Colonization of Tricho derma harzianum strain SQR T037 on tomato roots and its relationship to plant growth nutrient availability and soil microflora J Plant and Soil 2015 388 1 2 337 350 20 王倡憲 郝志鵬 邵紅濤 等 AM真菌Glomus ver siforme對連作土壤上黃瓜生長及養(yǎng)分吸收的影響 J 中國農(nóng)學通報 2018 34 28 50 55 21 賀忠群 李煥秀 湯浩茹 立枯絲核菌侵染下AMF 對黃瓜內(nèi)源激素的影響 J 中國農(nóng)學通報 2010 26 17 187 190 22 王 勇 蠟質芽孢桿菌AR156及其合劑對青枯病生 防機理的研究 D 南京 南京農(nóng)業(yè)大學 2014 23 孫 錦 高洪波 田 婧 等 我國設施園藝發(fā)展 現(xiàn)狀與趨勢 J 南京農(nóng)業(yè)大學學報 2019 42 4 594 604 24 王銳竹 賀超興 王懷松 等 叢枝菌根真菌對不 同甜瓜品種產(chǎn)量及營養(yǎng)品質的影響 J 園藝學報 2010 37 11 1767 1774 25 COPETTA A BARDI L BERTOLONE E et al Fruit production and quality of tomato plants Solanum ly copersicum L are affected by green compost and ar buscular mycorrhizal fungi J Plant Biosystems 2011 145 1 106 115 26 袁高雅 崔佳維 陳小明 等 復合微生物肥料對 基質培空心菜生長及品質的影響 J 蔬菜 2016 2 32 34 27 PRZEMIENIECKI S W KUROWSKI T P KOTLARZ K et al Bacteria isolated from treated wastewater for biofertilization and crop protection against Fusarium spp Pathogens J Journal of Soil Science and Plant Nutri tion 2019 19 1 1 11 28 張 麗 孫書娥 利用微生物防治植物病害研究進 展 J 農(nóng)藥研究與應用 2010 14 6 10 13 24 29 趙 娟 柳燕麗 寧國慶 等 綠菜花有機栽培技 術規(guī)程 J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2010 18 114 115 30 程 亮 游春平 肖愛萍 拮抗細菌的研究進展 J 江西農(nóng)業(yè)大學學報 2003 5 732 737 31 申光輝 薛泉宏 張 晶 等 草莓根腐病拮抗真 菌篩選鑒定及其防病促生作用 J 中國農(nóng)業(yè)科學 2012 45 22 4612 4626 32 張 鈺 孫 錦 郭世榮 基質中添加功能型生防 菌對黃瓜幼苗生長及抗病性的影響 D 西安 中國 園藝學會2012年學術年會論文集 2012 33 REN L X ZHANG N WU P et al Arbuscular mycor rhizal colonization alleviates Fusarium wilt in watermel on and modulates the composition of root exudates J Plant Growth Regulation 2015 77 1 77 85 34 SONG Y Y CHEN D M LU K et al Enhanced tomato disease resistance primed by arbuscular mycorrhizal fun gus J Frontiers in plant science 2015 6 786 35 王開宇 張之帆 孟 源 等 育苗基質中添加微 生物菌劑對煙草生長及病害的影響 J 植物醫(yī)生 2018 31 11 45 48 孫 錦 生物基質的功效及其應用研究 987 2卷 36 劉超杰 醋糟發(fā)酵菌劑的選用及醋糟基質在主要蔬菜 作物上的應用研究 D 南京 南京農(nóng)業(yè)大學 2010 37 王其傳 蔬菜育苗基質的發(fā)酵工藝及抗病促長效果 研究 D 南京 南京農(nóng)業(yè)大學 2014 38 卯婷婷 陶 剛 趙興麗 等 4種微生物菌劑對辣 椒主要病害的生物防治作用 J 中國生物防治學報 2020 36 2 258 264 39 VITTI A LA MONACA E SOFO A et al Beneficial ef fects of Trichoderma harzi