生物有机肥的发展与展望

胡 可，王利宾，王永富

（山西农业大学资源环境学院，山西太谷 030801）

农业生态系统健康是指农业生态系统免受发生“失调综合症”，满足持续生产农产品，并具有处理胁迫状态的能力[1]。近年来，农业生态系统健康研究在国际上日益受到多学科专家关注，已成为农业生态学研究的热点和前沿领域之一[1-2]。在农业生态系统中物质和能量转化的基础场所是土壤，所以，土壤生态系统的健康已越来越受到许多学者的关注[3-4]。土壤微生物生态是土壤生态系统中的一个重要组成部分，它既是土壤有机物质转化的执行者，又是影响植物营养元素活性的重要因素。土壤中的微生物绝大多数属于有机异养型微生物，该类微生物通过分解土壤中的有机物摄取所需的能源，但一旦土壤中缺乏有机物质或有益微生物种群遭到破坏，势必造成土壤微生物生态的破坏，导致土传病害的泛滥。良好的生态环境和持续的农业高产，要求人们研究和发展有效的农业管理措施和手段来保护土壤和环境资源，因此，生产多功能化、长效化及生物化的有机肥料，对于调控土壤微生物群落结构，改善土壤质量和肥力，提高土壤的更新或恢复能力，防治土传病害等具有重要实际意义[5]。

目前，已经进入了对土壤微生物生态研究的领域，施用生物有机肥对土壤的肥力、土壤质量和土壤可持续发展都有十分有益的影响。

1 生物有机肥能够提高土壤微生物群落功能多样性

目前，有机肥对土壤和根际土壤微生物影响的研究已十分广泛。罗安程等[6]研究表明，施肥对土壤微生物的组成、数量和活力有明显的影响，有机肥的施用能显著地提高各类微生物的数量，特别是细菌的数量。高云超等[7]曾应用平板计数法研究了秸秆覆盖条件下土壤细菌、真菌、放线菌活性和总微生物数量的变化及其特征，与不施秸秆的对照处理相比，秸秆翻耕略可增加土壤细菌数量，而秸秆覆盖免耕则增加真菌数量，同时还可以增加活性菌丝长度与生物量。但传统的分析方法不能反映土壤微生物多样性特征。

随着现代微生物生态研究方法的出现，国外许多学者应用单一碳源微生物群落（BIOLOG）等先进技术研究施用有机物料对土壤微生物群落多样性的影响。BIOLOGECO微平板技术是采用3个重复的96孔反应微平板，除3个对照孔A1，A5，A9只装有四氮叠茂和一些营养物质外，其余的孔均装有不同的单一碳底物。土壤微生物在BIOLOGECO微平板反应中，其新陈代谢过程中产生的脱氢酶能降解四氮叠茂，使四氮叠茂变成紫色，根据每孔颜色变化程度可以反映土壤微生物对31种不同单一碳源的代谢能力高低。因为微生物群落在一定温育时间（144 h）内，BIOLOG ECO微平板的变化孔数目和每孔颜色变化的程度与土壤微生物群落结构和功能有密切的相关性。当土壤中微生物处于贫营养状态时，其生长主要受碳源的限制，微生物对碳源的利用能力是表征土壤微生物生长情况的主要指标[8]。因此，BIOLOG ECO微平板技术可以用于估价土壤微生物群落代谢多样性和功能多样性的研究[9]。并有研究表明，有机耕作的土壤微生物群落功能多样性显著高于常规施用化肥的耕作土壤，说明有机耕作可以提高土壤微生物的代谢能力。O’Flahery[10]通过比较施用污泥和厩肥对土壤微生物多样性的影响，发现二者均能提高土壤微生物的代谢均匀度和基因多样性指数。

2 生物有机肥可以增加土壤微生物群落结构的数量

土壤微生物多样性反映的是群落在总体功能上的变化，未能反映微生物群落组成特征，如利用不同碳底物能力的详细信息。一些研究利用传统技术与BIOLOG方法相结合研究施用堆腐过的稻草和麦糠对植株根际土壤微生物群落组成的影响，发现有机肥料处理的土壤培养细菌、放线菌和真菌的数量略高于对照，但通过BIOLOG分析可知，有机肥的施用极显著地影响土壤微生物群落的组成，并且不同种类的有机肥料处理的群落组成差异很大。Buyer等[11]应用BIOLOG方法研究了施用有机肥料后，不同取样时间的土壤微生物群落差异，结果表明，不同的取样时间以及不同的有机肥料，对于土壤微生物群落的影响均较大。Garland等[9]研究表明，土壤微生物对BIOLOG微平板中各类碳源的利用情况的差异反映了土壤微生物群落的不同，说明施用有机肥料对土壤微生物具有诱导效应，即施用单一碳源的有机肥料就会诱导土壤中喜该类碳源微生物的生长，施用多碳源的有机肥料，就会诱导多种微生物的生长。Sharma等[12]的研究证实了施入土壤中的玉米秸秆经培养1 a后，土壤微生物对氨基酸类碳源的利用率高于对糖类碳源的利用率，这是由于玉米秸秆分解后诱导了土壤中喜氨基酸类碳源微生物的生长。

3 生物有机肥能够抑制常见的作物土传病害

施用化学肥料会导致土壤微生物群落结构和组成失调，使得某些有益微生物和土著微生物生长受到抑制，而病原菌却大量繁殖，导致一些土传病害发生严重，土壤生态肥力下降。立枯丝核菌（Rhizoctonia solari）、天南星柱帚霉菌（Cglindrocladium spathiphyui）、寄生疫霉（Plytophthora parasitica） 和番茄细菌性青枯病（Ralstonia solanacearum）都是常见的对作物危害相当大的土传病原菌。大量使用化学农药来防治土传病害，往往会造成环境污染，诱发病菌产生抗药性，而且容易杀死其他有益微生物，对土壤微生物群落产生负面影响。因此，对于一些土传病害进行生物防治逐渐成为国内外研究的重点。传统的生物防治是将拮抗菌导入土壤中，这种方法收效甚微，其原因是土壤中施入的拮抗菌与土著微生物存在强烈的竞争和排斥作用，难以有效地定植存活，故发挥不出应有的生物防治作用。

有机肥的施用对提高作物抗病力有重要作用。马利平等[13]利用家畜沤肥的浸渍液防治黄瓜枯萎病，结果表明，肥液中的部分微生物对黄瓜枯萎病菌具有一定的拮抗作用，从而降低了发病率。向土壤中施入对拮抗菌繁殖有利的饼肥，可促进拮抗微生物的大量繁殖，抑制有害病菌生长。施用有机无机复合肥，也可以减轻病害发生[14]。施用杂草、秸秆堆肥可降低豆类根腐菌的发生率，提高土壤拮抗放线菌的数量[15]。施用未腐熟秸秆可以降低小麦的几种土传病害[16]。大部分有机肥均可防治作物生理病害，但缺乏稳定的田间防治效果，其原因是影响外源微生物活性的因子复杂，人们往往只注重了其抗病性，而没有对其原位生存的能力进行研究。土壤中微生物的数量非常庞大，目前只开发了其中极少部分，人们的研究重点是通过一些有益微生物的加入改善土壤微生态的环境，改善其群落结构，使得那些有害菌生存几率下降进而达到抑制病原菌的效果。所以，营造一个适合有益微生物生存发展的土壤空间环境，改善土壤微生物群落结构和组成，从而提高生防效果，其意义更为重大。

21世纪，肥料的重要发展方向之一是朝着多功能化、长效化及生物化趋势发展，为适应这种潮流，肥料产业在科研成果的支持下，通过技术、设备、工艺、材料的改进，生产出适应现代农业的新型有机肥料，这对农业生产水平的提高、农产品品质的改善、作物的安全生产、环境的保护、农业的可持续发展都起着巨大的推动和促进作用。

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