孫錦

摘要：生物基質(zhì)是有機(jī)基質(zhì)和有益微生物在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，在滿足基質(zhì)基本功效的基礎(chǔ)上，將有益微生物有效導(dǎo)入有機(jī)基質(zhì)之中，賦予基質(zhì)促長(zhǎng)、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(zhì)保障。在簡(jiǎn)述生物基質(zhì)發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)總結(jié)了生物基質(zhì)在提高作物產(chǎn)量、改善產(chǎn)品品質(zhì)、增強(qiáng)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(jié)構(gòu)等方面的應(yīng)用研究進(jìn)展，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，展望了生物基質(zhì)在工廠化育苗、連作障礙克服、鹽堿地改良中的應(yīng)用前景，進(jìn)一步提出了微生物制劑與基質(zhì)融合研究、有機(jī)物料的抗病促長(zhǎng)功能挖掘、含有多種微生物菌群和功能復(fù)合型的生物基質(zhì)的重點(diǎn)研發(fā)任務(wù)，為推動(dòng)生物基質(zhì)和無土栽培的技術(shù)進(jìn)步提供參考。

關(guān)鍵詞：生物基質(zhì)；無土栽培；有益微生物

中圖分類號(hào)：S317? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(xiàng)目：寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021BBF02005）；國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-23-B16）；泰州市科技支撐計(jì)劃（農(nóng)業(yè)）項(xiàng)目（TN202126）。

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

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界已有100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)應(yīng)用無土栽培技術(shù)，采用無土栽培的蔬菜總面積達(dá)到19.7萬hm2［1 ］。2020年我國(guó)無土栽培面積為5萬hm2左右，其中有機(jī)基質(zhì)無土栽培約占50%［1 ］，基質(zhì)的年需求量在6 000萬m3以上［2 ］。有機(jī)基質(zhì)是無土栽培的核心，是栽培成功與否的關(guān)鍵，它質(zhì)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(jī)基質(zhì)的主要功能是固定作物，在促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高抗病性和抗逆性方面的作用甚微，從而導(dǎo)致有機(jī)基質(zhì)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(jī)基質(zhì)無土栽培大面積推廣應(yīng)用的主要因素之一。在有機(jī)基質(zhì)中加入有益微生物制成的生物基質(zhì)，既可保障作物生長(zhǎng)過程中所需的營(yíng)養(yǎng)又具有簡(jiǎn)便快捷的優(yōu)點(diǎn)，不僅可達(dá)到抗病的效果，而且可增強(qiáng)作物抗逆性，促進(jìn)養(yǎng)分吸收，改善根際微生物結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)和減緩病蟲害發(fā)生的效果［4 ］。生物基質(zhì)的應(yīng)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(jìn)作物生長(zhǎng)和提高作物抗性，對(duì)減少化肥與農(nóng)藥的使用量也具有積極作用。

1? ?生物基質(zhì)的研發(fā)歷程

生物基質(zhì)的發(fā)展源于有機(jī)基質(zhì)與有益微生物在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。在19世紀(jì)末，法國(guó)率先將枯枝落葉腐解物、松針和泥炭等有機(jī)物料與礦質(zhì)土壤混合，用于盆缽植物栽培，開創(chuàng)了有機(jī)基質(zhì)利用的先河［5 ］。20世紀(jì)初，歐洲的泥炭生產(chǎn)商開始使用泥炭制備無土栽培基質(zhì)，開發(fā)出第一代基質(zhì)產(chǎn)品。此后，美國(guó)科學(xué)家開展了采用河沙與泥炭制備混配基質(zhì)的試驗(yàn)研究；1939年英國(guó)的John Inne Compost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(zhì)；1948年德國(guó)的Einheitserde公司將黏土和泥炭混合制成了新型栽培基質(zhì)。與此同時(shí)，美國(guó)的土壤科學(xué)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(zhì)，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)；1950年，英國(guó)愛爾蘭推出了全系混合基質(zhì)和盆缽基質(zhì)，隨后德國(guó)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(zhì)，開創(chuàng)了歐美專業(yè)基質(zhì)工業(yè)化生產(chǎn)的新時(shí)代；自2000年以來，基質(zhì)生產(chǎn)進(jìn)入了計(jì)算機(jī)控制下的商品化生產(chǎn)階段，特別是隨著灌溉和施肥技術(shù)的不斷進(jìn)步，基質(zhì)在園藝栽培中得到了廣泛應(yīng)用［5 ］。20世紀(jì)90年代，中國(guó)首次引入基質(zhì)技術(shù)，第一個(gè)專業(yè)基質(zhì)由云南大理州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所研制，并在煙草漂浮育苗中廣泛應(yīng)用。隨后，在“九五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持下，東北師范大學(xué)泥炭研究所成功利用國(guó)產(chǎn)草本泥炭原料研制出固態(tài)基質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。自2010年以來，中國(guó)對(duì)基質(zhì)的市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)，國(guó)外基質(zhì)產(chǎn)品不斷引入，國(guó)內(nèi)基質(zhì)制造企業(yè)也不斷增多。專業(yè)基質(zhì)制備技術(shù)得到了更多的關(guān)注，中國(guó)的基質(zhì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的階段［5 ］。

基質(zhì)的研發(fā)歷程可以分為四個(gè)階段，每個(gè)階段都有其明顯的時(shí)代特征。第一階段（1950年以前）是基質(zhì)研發(fā)的起始階段，被稱為混配基質(zhì)階段?；|(zhì)制備主要通過按比例混合幾種原材料來實(shí)現(xiàn)，因此也被稱為配合基質(zhì)階段。第二階段（1950 — 1975年）是基質(zhì)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化階段?；|(zhì)生產(chǎn)原材料按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，產(chǎn)品配方按照專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制，產(chǎn)品經(jīng)過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行檢測(cè)，因此被稱為標(biāo)準(zhǔn)化基質(zhì)階段。第三階段（1975 — 2000年）為定制基質(zhì)階段。基質(zhì)制備技術(shù)研究進(jìn)一步深入，采用了顆粒大小分選和顆粒組合工藝技術(shù)，根據(jù)用戶對(duì)基質(zhì)的需求來制備定制基質(zhì)，以滿足用戶專業(yè)化和個(gè)性化需求。第四階段（自2000年開始）是生物基質(zhì)階段。深入研究基質(zhì)的微生物學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)性質(zhì)之間的相互作用，在定制基質(zhì)中添加了適量的有益微生物，以實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲草害的有效控制［6 - 7 ］?；|(zhì)的研發(fā)歷程表明，基質(zhì)制備技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，以滿足不同用戶和生產(chǎn)的需求，并通過整合生物學(xué)和化學(xué)的技術(shù)進(jìn)步成果，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了重要的物質(zhì)保障。

2? ?生物基質(zhì)應(yīng)用研究進(jìn)展

2.1? ?生物基質(zhì)對(duì)作物具有明顯的促生作用

許多研究表明，生物基質(zhì)可促進(jìn)作物生長(zhǎng)。生物基質(zhì)對(duì)黃瓜、菠菜等蔬菜有促生及壯苗功能［8 ］。普通育苗基質(zhì)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(zhì)，可促進(jìn)黃瓜、辣椒、生菜和番茄等蔬菜作物生長(zhǎng)［9 - 17 ］；張苗等［18 ］利用篩選出的生防菌株SQR9制成的生物基質(zhì)栽培黃瓜和茄子，對(duì)生長(zhǎng)均有促進(jìn)效果；基質(zhì)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(jìn)植株生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量［19 ］。叢枝菌根真菌（AMF）接種于黃瓜播種時(shí)的基質(zhì)，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(jìn)番茄植株對(duì)N、P、K的吸收，從而促進(jìn)植株生長(zhǎng)［21 ］。在有機(jī)基質(zhì)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(duì)辣椒、西瓜、西蘭花的促生效果分別達(dá)35.27%、63.13%、74.20%［22 ］。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位研制的生物基質(zhì)，可使蔬菜壯苗指數(shù)提高27% ～ 36%，增產(chǎn)12% ～22%［23 ］。

2.2? ?生物基質(zhì)可改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)

研究結(jié)果表明，在基質(zhì)中接種AMF能夠顯著提高甜瓜果實(shí)中維生素C（Vc）、總糖和可溶性固形物等風(fēng)味成分的含量［24 ］。同時(shí)，這一處理還能夠增加果糖和葡萄糖的含量［25 ］。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在草炭、椰糠和珍珠巖的復(fù)合基質(zhì)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(zhì)具有顯著的防病效果

生物基質(zhì)不僅能促進(jìn)作物生長(zhǎng)，還可以防止病原菌對(duì)幼苗的侵染，而且比某些化學(xué)藥物更有效［27 ］?；|(zhì)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(zhì)接種AMF可以通過促進(jìn)西瓜根系分泌化感物質(zhì)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(dòng)全身防御反應(yīng)來增強(qiáng)番茄對(duì)早疫病的抗性［34 ］。王開宇等［35 ］在育苗基質(zhì)中添加微生物菌劑提高了煙草對(duì)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(zhì)中，添加2%微生物菌劑（BOF），明顯增強(qiáng)了黃瓜和西瓜對(duì)枯萎病的預(yù)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(zhì)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(jìn)行定殖，實(shí)現(xiàn)一種類似于“接種疫苗”的效果，通過帶基質(zhì)移栽幼苗，將這一作用延續(xù)到大田生產(chǎn)階段，對(duì)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(fù)配后添加到基質(zhì)中，對(duì)辣椒的疫病、炭疽病、枯萎病和灰霉病防治效果分別達(dá)到78.3%、71.9%、72.2%和59.7%［38 ］。Vitti等［39 ］在栽培基質(zhì)中接種哈茨木霉菌（T-22）誘導(dǎo)番茄對(duì)黃瓜花葉病毒（CMV）產(chǎn)生了一系列的防御響應(yīng)，通過活性氧、組織化學(xué)免疫以及相關(guān)抗氧化基因的表達(dá)分析顯示T-22能夠作為生物防治菌劑降低病害的發(fā)生；Pérez等［40 ］發(fā)現(xiàn)木霉菌在番茄根際定殖可提高幾丁質(zhì)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(zhǎng)，從而降低番茄枯萎病的發(fā)生。

2.4? ?生物基質(zhì)能提高作物的抗逆性

生物基質(zhì)中的微生物在代謝過程中分泌的一些生長(zhǎng)刺激物質(zhì)，能夠增強(qiáng)作物抗逆性［33 ］；在加工番茄育苗基質(zhì)中添加AMF可以緩解鹽堿土壤對(duì)番茄植株的危害［41 ］，還能夠提高植物對(duì)低溫、弱光和干旱的耐受性［42 - 44 ］；麥稈基質(zhì)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(shí)其抗鹽堿性也得到加強(qiáng)；基質(zhì)中加入生防菌劑與腐植酸鉀，提高了甜瓜種苗質(zhì)量及抗逆能力［45 ］。

2.5? ?生物基質(zhì)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(jī)廢棄物為原料的生物基質(zhì)可改善土壤容重、孔隙度和粒級(jí)大小，提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、鉀和氮含量［46 - 47 ］；AMF真菌于黃瓜播種時(shí)接種基質(zhì)，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(yàn)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(shí)加強(qiáng)了土壤磷酸酶活性，以及促進(jìn)難溶性磷分解，為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供了必要營(yíng)養(yǎng)；侯樂梅等［50 ］在育苗基質(zhì)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(zhì)可以優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)

生物基質(zhì)可提高土壤有益微生物豐度［13 - 16 ］。研究表明，生物基質(zhì)通過促進(jìn)土壤養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)的積累，提高土壤微生物數(shù)量，對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有明顯的改善作用［51 - 52 ］；AMF真菌接種于黃瓜育苗基質(zhì)，可以降低連作土壤中的真菌數(shù)量、增加細(xì)菌數(shù)量，改善土壤微生物環(huán)境［20 ］；AMF基質(zhì)對(duì)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(xì)菌型”轉(zhuǎn)變。

3? ?生物基質(zhì)的應(yīng)用前景

3.1? ?生物基質(zhì)在工廠化育苗中的應(yīng)用越來越廣泛

據(jù)初步估算，我國(guó)蔬菜每年育苗量為6 000億～7 300億株［54 ］。隨著工業(yè)化育苗產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，生物基質(zhì)的研究與開發(fā)得以加速。然而，當(dāng)前育苗基質(zhì)主要由草炭或經(jīng)過農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵處理而成，存在著養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率低、肥力不足等問題。生物基質(zhì)在中國(guó)育苗生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越受到歡迎，正是因?yàn)樗瓤梢源龠M(jìn)幼苗的生長(zhǎng)，還可以防止病原菌對(duì)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(zhì)中，制備成生物基質(zhì)，有望促進(jìn)植物種苗的優(yōu)質(zhì)發(fā)育。這種生物基質(zhì)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(zhǎng)活性以及對(duì)病原菌的抗性。此外，這些經(jīng)過生物基質(zhì)培育的種苗在移栽至大田后，其生長(zhǎng)穩(wěn)定性將得到增強(qiáng)，進(jìn)而提高作物的產(chǎn)量［55 ］。同時(shí)，基質(zhì)育苗的特點(diǎn)是“帶土移栽”，基質(zhì)將在大田中伴隨作物一生，秧苗移栽后，育苗基質(zhì)依然能為根系和根際微生物提供生存活動(dòng)的場(chǎng)所，可以在較長(zhǎng)時(shí)期繼續(xù)發(fā)揮作用，提高作物對(duì)土傳病害以及其他非生物逆境脅迫的抗性。利用這一特點(diǎn)，推廣應(yīng)用具有抗病促生長(zhǎng)的生物育苗基質(zhì)，不僅可促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，還可以預(yù)防病害，將起到事半功倍的效果。

3.2? ?生物基質(zhì)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(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，我國(guó)設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2016年我國(guó)設(shè)施蔬菜栽培面積達(dá)到391.5萬 hm2，產(chǎn)量達(dá)到2.52億 t，設(shè)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(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)在推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)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(shè)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(shè)施栽培處于高集約化、高復(fù)種指數(shù)、高肥料施用量的生產(chǎn)狀態(tài)，加之不科學(xué)的管理措施，導(dǎo)致設(shè)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(zhì)量退化和連作障礙問題，嚴(yán)重影響設(shè)施蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，給生產(chǎn)帶來一定的經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)發(fā)育，而且還會(huì)引發(fā)其他生態(tài)環(huán)境惡化的問題，嚴(yán)重影響了設(shè)施蔬菜的可持續(xù)發(fā)展。為解決這些問題，應(yīng)當(dāng)加快研究防治設(shè)施土壤酸化和鹽漬化步伐，采取科學(xué)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(shè)施蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)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(jī)廢棄物為原料的生物基質(zhì)可緩解設(shè)施連作土壤酸化和鹽漬化環(huán)境［46 - 47 ］。此外，許多有機(jī)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(zhì)，均具有較好的理化性質(zhì)和豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，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(zhì)，提高土壤肥力，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)［58 - 61 ］。因此，生物基質(zhì)的應(yīng)用對(duì)我國(guó)設(shè)施蔬菜的可持續(xù)、健康發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.3? ?生物基質(zhì)在鹽堿地改良中的應(yīng)用前景廣闊

據(jù)最新估計(jì)，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(nóng)業(yè)開發(fā)潛力非常巨大。在中國(guó)，我們目前擁有大約3.67×107 hm2各類可開發(fā)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(nóng)業(yè)開發(fā)價(jià)值，且具備近期進(jìn)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(jī)質(zhì)含量較少，這導(dǎo)致許多土壤微生物無法在鹽堿土壤中正常生長(zhǎng)和繁殖。因此，將耐鹽堿微生物菌劑添加到土壤基質(zhì)中，將成為改良鹽堿土地的一項(xiàng)重要措施。大量研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)基質(zhì)在鹽漬化土壤中能夠改良土壤理化結(jié)構(gòu)，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(jìn)黃瓜、生菜、小白菜等蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育，而且進(jìn)一步耦合微生物菌劑后可顯著增加礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的積累［63 - 66 ］。鹽堿地改良的生物基質(zhì)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(gè)方面，首先，微生物的活動(dòng)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(jī)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(huì)產(chǎn)生多糖和膠質(zhì)物質(zhì)，這些物質(zhì)促使土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤的疏松性，同時(shí)切斷土壤毛細(xì)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(zhì)的研發(fā)重點(diǎn)

4.1? ?微生物制劑研發(fā)及其與基質(zhì)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(zhì)中的活動(dòng)可以增加植物的養(yǎng)分供應(yīng)，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，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(zhì)和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。目前，有關(guān)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(zhì)和田間防效方面，而實(shí)際分離的活性物質(zhì)以及運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)際的菌株也比較少。應(yīng)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?biāo)準(zhǔn)的微生物制劑，以便于更高效地進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［69 ］。

生物基質(zhì)研究的首要焦點(diǎn)應(yīng)集中在篩選、評(píng)估以及應(yīng)用可生物降解和修復(fù)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(yīng)重點(diǎn)關(guān)注微生物制劑中有益菌種資源的采集、儲(chǔ)存、鑒定和培育，以及深入研究根際微生物的生長(zhǎng)促進(jìn)和抗逆機(jī)制；第三，開展復(fù)合微生物制劑的研發(fā)，利用不同功能的有益微生物，構(gòu)建多種協(xié)同作用的復(fù)合微生物體系來促進(jìn)植株生長(zhǎng)以及防治植物病害；第四，鑒于國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合微生物制劑的研究尚處于初級(jí)階段，且該制劑具備無公害、無毒、無污染等顯著優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)其在植物病害防治和促生機(jī)理方面進(jìn)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(zhì)轉(zhuǎn)化和有益代謝產(chǎn)物對(duì)于植物生長(zhǎng)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(yíng)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(zhì)特性具體研究，并在使用微生物制劑時(shí)注意提供適宜的環(huán)境條件。

4.2? ?充分挖掘有機(jī)物料的抗病促長(zhǎng)功能開發(fā)生物基質(zhì)

工農(nóng)業(yè)有機(jī)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(fù)雜的生物學(xué)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(kù)和根際促生菌資源庫(kù)。多項(xiàng)研究表明，具有較強(qiáng)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(duì)茄子黃萎病具有較強(qiáng)抑制作用促生菌菌株：酵母菌（Blastobotrys sp.）FP12和節(jié)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(duì)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(duì)甜瓜枯萎病和番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病均具有顯著防治效果的擬青霉菌（Paecilomyces variotii）菌株MSW312。生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果也表明，一些有機(jī)物料經(jīng)堆置后對(duì)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(duì)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(dá)60%；趙青松等［77 ］研究顯示，采用醋糟基質(zhì)作為栽培基質(zhì)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(zhì)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(zhì)，發(fā)現(xiàn)醋糟基質(zhì)對(duì)黃瓜枯萎病具有較好的抑制作用。因此，進(jìn)一步對(duì)有機(jī)物料中的促生菌進(jìn)行篩選、分離，并對(duì)其抗病促生長(zhǎng)作用機(jī)制進(jìn)行研究，將成為重要的研究?jī)?nèi)容之一，這一領(lǐng)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(diǎn)，將會(huì)越來越受到人們的關(guān)注和青睞。

4.3? ?研發(fā)作用穩(wěn)定的抗病基質(zhì)

通過在基質(zhì)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(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境篩選出對(duì)枯萎病病原菌有較強(qiáng)抑制作用的生防菌有時(shí)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(guān)［79 ］。功能菌接種到基質(zhì)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(zhì)載體中達(dá)到最佳點(diǎn)時(shí)的各個(gè)工藝參數(shù)條件，精確掌握優(yōu)化參數(shù)點(diǎn)，應(yīng)用到實(shí)踐生產(chǎn)中，為根際促生細(xì)菌在基質(zhì)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(zhì)產(chǎn)品，仍是目前生物基質(zhì)研發(fā)的重點(diǎn)。

4.4? ?含有復(fù)合微生物菌群的生物基質(zhì)研發(fā)

生物基質(zhì)可分為單一和復(fù)合兩種。單一生物基質(zhì)就是只有一種功能微生物與普通基質(zhì)混合研制而成，我國(guó)最早開始應(yīng)用的就是單一的生物基質(zhì)。張揚(yáng)［80 ］將根際促生菌G10與普通育苗基質(zhì)聯(lián)合，研制成單一生物育苗基質(zhì)，表現(xiàn)出較為突出的根際定殖和促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)的能力。隨著國(guó)內(nèi)外設(shè)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(zhì)的多樣性，含復(fù)合菌群的功能型生物基質(zhì)研發(fā)變得尤為迫切。復(fù)合菌群菌種多樣化的特點(diǎn)使其能夠適應(yīng)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(fù)合菌群能提高土壤肥力，加速土壤養(yǎng)分的分解轉(zhuǎn)化［84 ］，從而節(jié)約肥料并促進(jìn)植物根系的生長(zhǎng)。20世紀(jì)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(gè)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(zhì)，可以直接或間接的促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。因此，研發(fā)含復(fù)合菌群的生物基質(zhì)，對(duì)促進(jìn)作物增產(chǎn)、提高抗性具有重要意義。

4.5? ?功能復(fù)合型的生物基質(zhì)研發(fā)

傳統(tǒng)基質(zhì)存在諸多不足，主要表現(xiàn)在基質(zhì)養(yǎng)分難以有效釋放、對(duì)作物促生作用不理想、在增強(qiáng)作物抵抗病原微生物侵染和提高應(yīng)對(duì)不利環(huán)境能力的作用甚微、在保證透氣性的同時(shí)保水能力降低的缺陷［1 ］。功能性基質(zhì)是在原有基質(zhì)的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)保持等功能的一類基質(zhì)?；|(zhì)中添加助劑以提升基質(zhì)栽培效果將會(huì)是未來基質(zhì)研發(fā)的重要方向之一。大多數(shù)國(guó)外優(yōu)良基質(zhì)的成分都是經(jīng)過人為調(diào)節(jié)的，例如添加營(yíng)養(yǎng)驅(qū)動(dòng)劑與保水劑，可對(duì)育苗基質(zhì)主動(dòng)性優(yōu)化調(diào)節(jié)［85 ］；添加生物肥力驅(qū)動(dòng)劑（專性生物菌劑）可對(duì)基質(zhì)和栽培植株進(jìn)行主動(dòng)改造，用以增強(qiáng)根系吸收營(yíng)養(yǎng)的能力，綜合提高基質(zhì)中各營(yíng)養(yǎng)的利用效率［3 ］。研究結(jié)果表明，基質(zhì)的保水和養(yǎng)分釋放能力對(duì)于作物的生長(zhǎng)和發(fā)育起著重要作用；為了更好地促進(jìn)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育，可以通過添加控釋肥料和保水劑等外源物質(zhì)來提高基質(zhì)的性能；這些外源物質(zhì)的應(yīng)用可以有效調(diào)節(jié)基質(zhì)中的水分和養(yǎng)分供應(yīng)，從而提供更適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)作物的健康生長(zhǎng)［86 ］。通過在基質(zhì)中添加保水劑，可明顯促進(jìn)油菜幼苗葉面積增長(zhǎng)和生物量積累［87 ］；在茄子育苗基質(zhì)中添加適量蚯蚓糞能顯著提高育苗質(zhì)量，并取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益［88 ］；基質(zhì)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(zhì)的使用范圍［89 - 91 ］；基質(zhì)中添加腐植酸鉀和放線菌菌劑對(duì)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(zhì)土增添適量的吲哚丁酸（IBA）和萘乙酸（NAA），能增強(qiáng)植株的光合速率、蒸騰速率和水分利用率。因此，在基質(zhì)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(fù)合型生物基質(zhì)，是一個(gè)值得期待的方向。

志謝：本論文的基礎(chǔ)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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