木霉腐植酸土壤修复剂的开发应用

张常书 张丽娟 唐卫东 赵 玉

(1 上海通微生物技术有限公司 上海 201800 2 上海大井生物工程有限公司 上海 201800)

我国腐植酸主要分为两大类：一类是矿源腐植酸，包括褐煤、风化煤、草炭或泥炭中的腐植酸，其主要成分为黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸3种；另一类是生物腐植酸，是以作物秸秆、有机废料等植物源(或称生物质)为原料，经过生物发酵所得到的一种类似矿源腐植酸的物质。生物腐植酸，因生产原料、工艺、菌剂等不同，其化学特征、生物活性、作用功能等也不尽相同[1]。

木霉腐植酸是生物腐植酸的一种，是以褐煤或草炭为原料，采用从土壤根际生物中经多次试验筛选出来的木霉菌(Trichoderma)或萤光假单孢菌复合剂作为发酵菌剂，在专门配制的木霉腐植酸培养基上发酵培养5～7天后，产生大量的木霉菌体和分生孢子，再经加工处理所得。木霉腐植酸具有木霉生物功能和腐植酸生物功能的双重特征，其在促进作物生长和抗病改土功能方面，源于腐植酸而优于腐植酸；特别是木霉菌的代谢产物和“共生”拮抗作用，对作物多种土传病害有抑制作用，因而木霉腐植酸对土壤修复和抗病功能有独到之处。

目前，我国土壤污染严重，土壤修复迫在眉睫。木霉腐植酸的开发及研制成功，不仅为我国生物腐植酸的定向发酵开辟了一条全新的工艺路线，也为开展土壤修复工作提供了一项新技术和产品。

1 我国土壤种类及现状

我国土壤有多种类型，种植方式千变万化，人为高产耕作和生态环境污染，对土壤环境的影响越来越大。据调查，我国土壤资源现状，可分为以下几种类型。

(1) 正常土壤。

有机质丰富，团粒结构好，保水保肥能力强，微生态环境发育正常，作物土传病害和连作障碍不明显，土壤盐分和pH值正常，无化学物质或重金属污染。此类土壤可称为正常健康的土壤。这种土壤在我国农村越来越少。

(2) 盐碱化土壤。

土壤含盐量在0.1%～0.6 %，一般用电导率EC值表示，EC值＞4即为盐渍化土壤，pH＞8为盐碱化土壤。在我国沿海、沼泽、荒漠或排水不良的耕地，容易形成盐碱土，风干后，土表有一层白霜，pH偏碱，这是典型的盐碱地。在我国北方及沿海地区较多。

(3) 贫瘠化土壤。

土壤有机质含量，是土壤肥力的重要标志，一般土壤有机质含量＜1%时，为贫瘠土。土壤肥力不足，土壤有机质会自然消耗下降，必须连年补充。我国多数农田土壤肥力不足，有机质逐年下降，土壤微生物活力消失，仅靠化肥来维持产量。

(4) 板结化土壤。

土壤长期使用化肥，有机质严重消耗，团粒结构被破坏，保水、保肥功能下降，土壤容重增大，通气性变差，土壤变成“天晴一把刀，落雨一团糟”的硬土、死土，失去了土壤的生命活力。

(5) 酸性化土壤。

土壤pH＜6的酸性土质，一是因地质构造中某些矿物质演化为酸性土壤(如红壤)；二是大量施用含硫、含氯的化肥，使土壤变酸；三是土壤中有机质的分解、厌氧微生物的活动等，都可使土壤酸化。我国酸性土壤面积正在逐年扩大。

(6) 沙漠化土壤。

土壤水土流失，飞砂走尘，粘土无存，沙化严重，无法种植。我国北方土壤沙化面积越来越大，势不可挡；除气候条件影响外，人为耕作制度不良，植被破坏，生态失衡等，是导致沙漠化的根本原因。

(7) 富营养土壤。

为了寻求高产，大量施用化肥已成为普遍现象。有的蔬菜大棚，每亩用肥量达数百斤，化肥过量并大量流失，水体富营养化，作物病虫害严重，作物品质下降，农药残留污染等，严重影响食品安全和人类健康。

(8) 多病害土壤。

由于生态环境失衡，作物抗病、抗逆能力下降，作物发病率增大，特别是连作带来的土传病害，日益扩大，严重影响正常耕作。这样的多病土壤，国内普遍存在，特别是蔬菜大棚，高产耕作、连作、化肥过量施用等，都易导致病土现象。

(9) 重污染土壤。

重污染是指重金属或化学物质、化学农药等对土壤的污染，特别是化肥、农药和除草剂的大量使用，禽畜粪便中的重金属累积沉淀等，使土壤生态环境恶化，生物活性降低，作物品质下降，化学残留增加，严重危害人类健康。

(10) 低产值土壤。

低产值土壤，是一个或多个问题的综合反应，要按具体情况来具体分析。多数低产值土壤是土壤贫瘠板结或盐碱化提高，导致产量下降。常用加施化肥来弥补这一缺限，但却带来生态失衡、恶性循环、农业不可持续发展的严重后果。

鉴于以上状况，我国耕作土壤生态环境失衡，虽然农民开始重视施用有机肥，但没有重视土壤生物修复，特别是土传病害和连作障碍，对农业生产和可持续发展造成很大影响。因此，土壤生态修复是农业可持续发展的必然选择。

2 土壤修复原理和生态工程

众所周知，我国土壤生态失衡。如何修复土壤，解决生产实际中的土壤问题，有很多科学技术和理论实践需要探讨，现就作者多年研究体会和实践总结如下。

(1) 土壤生命和生态科学。

自然界原生态土壤是有生命活力的，我们可以在没有耕种过的森林、沼泽或山地中找到。该类土壤属于生态型土壤，含有极丰富的有机质，土质疏松，容重小，通透性好，保水能力强，病虫少，微生物多，腐殖质高，土壤充满生命活力。

人类在耕作活动中，有两种耕作方式，一是精耕细作，重施有机肥，以农家菜园为例，此类土壤肥沃疏松，微生态旺盛，土壤充满生命活力；另一种是粗放型耕作，为向土地高效索取财富，耗尽土壤有机资源，以重施化肥维持高产，导致土壤贫瘠板结，无生命活力，生态失衡，活土变死泥，这就是当今农村土壤发展变化总的趋势！

(2) 有机物质是土壤生命之源。

生态型土壤的发育，必须在含有丰富有机质的参与下，在一定温度、湿度和微生物的作用下，逐步降解有机物，并分泌产生酶类、多糖、醇类、核酸、氨基酸、腐殖酸(胡敏酸)、黄腐酸(富里酸)等多种活性物质，以及少量的氮、磷、钾和中微量元素，这对土壤团粒结构、离子交换、病虫抑制、盐碱缓冲、根系发育、促进生长、抗病抗逆、改善品质、高产丰收等，都具有明显作用和效果。

(3) 微生物是土壤生命之种。

土壤中的微生物有成千上万种，一般可分为三大类：益生菌类、致病菌类、其他自然菌。这些菌群(包括真菌、细菌、放线菌、病毒和各种微型昆虫、线虫、蚯蚓等)在土壤有机质中大量存在和繁衍。土壤中的微生物每时每刻都在进行生命活动，分解有机物，又不断合成新的物质。假设土壤中没有微生物，土壤就没有生命活力，就是死土。这种土壤有机物无法降解，团粒结构无法形成，土壤严重板结，作物生长困难，哪怕用化肥种植，作物也无法正常生长，甚至颗粒无收。所以，微生物是土壤生命之种。

(4) 有机种植是生态农业之本。

当今社会强调有机农业，实质上就是在耕作过程中完全或基本不施人工合成的化肥、农药，采用有机肥和无污染的水和土进行农业种植。可见，有机肥对生态农业具有重要作用。也就是说，不用人工合成的化肥和农药，使用纯有机肥，土壤具有更高的生命活力和肥力，一样可以获得高产丰收。由此可见，有机农业对土壤生命修复和培育至关重要，是必由之路，是成功之本。

(5) 土壤修复的技术核心。

目前，有害或不良土壤种类很多，生态失衡程度不一，但不论是哪种土壤，有机生物修复应是技术的核心和关键。所谓土壤“有机生物修复”，就是选用最佳的生物有机质后，最佳的生物发酵菌剂，最佳的工艺配方组合，生产出专用生物有机肥，可以针对各类不同缺限的土壤，为土壤益生菌创造良好的生态环境，提高益生菌的生命活力，从根本上加以修复。具体来说，木霉腐植酸，是采用有机质之精华——生物腐植酸或生化黄腐酸等活性物质，经专用哈茨木霉或绿色木霉发酵制成的“土壤修复剂”，对多种土壤的生态修复具有独到之处。但针对不同土壤类型，需要协同处理，重点是从微生态环境加以修复，它是土壤生态修复的一项系统工程。

3 木霉腐植酸生物防治和土壤修复机理

木霉菌是自然界广泛存在的一种生防真菌，目前有60多个国家在使用木霉生防制品。将木霉菌与腐植酸融为一体，会产生1+1＞2的效果。木霉腐植酸不仅能防病，还具有促进植物生长，提高营养利用率，增强植物抗逆性，提高植物免疫力，修复农化污染环境等作用，且效果显著[2]。

(1) 木霉次生代谢与抗生作用。

木霉种类繁多，次生代谢产物多达几百种。目前，我国应用研究的主要有哈茨木霉和绿色木霉。哈茨木霉代谢产物有12种，主要是蒽醌类、吡喃酮类、聚酮类、异腈类、二酮哌嗪类、倍半萜烯类、胶毒素和肽醇类等；目前发现木霉大量基因与次生代谢有关，其中哈茨木霉存在抗菌肽合成酶、蒽醌类、萜烯类和抗菌肽等生物活性物质，对植物多种病原菌有抑制作用[2]。

(2) 木霉-病源-植物诱导抗性。

在木霉繁衍过程中，可以侵入、缠绕、穿透病原菌和植物根系形成“重寄生”过程，诱导植物多种酶类产生抗逆、抗病基因的表达，对土壤病菌的抑制和植物抗性的诱导都有一定作用；同时还能提高植物对非生物胁迫因子的抗逆性[2]。

(3) 木霉腐植酸土壤环境修复机理。

利用LC/MS方法鉴定木霉代谢产物发现，其代谢产物中含有大量的酶、激素、生物酸、活性分子和抗生素等。其中，激素类物质对作物生长有促进作用，一般可增产10%～15%。生物酸具有解磷、解钾作用，可提高化肥利用率30%以上；其他活性物质可降解敌敌畏90%，降解辛硫磷30%～50%，降解氰化物80%，吸附重金属镉(Cd)、铜(Cu)40%～60%。陈捷等采用“功能基因转化”“生物矿化”“生物吸附”等系统生防工程进行土壤污染修复，取得了明显的效果[2]。

(4) 木霉腐植酸生防促长机理。

木霉在生殖过程中，需要向寄主摄取养分，争夺空间，抑制其他微生物从而拮抗土传病菌；木霉“重寄生”的胞外酶拮抗病原菌生长；木霉产生的抗菌类物质(如胶毒素、抗菌肽等)，溶解酶(如纤维素酶、匍聚糖酶、肌丁质酶等)等，对土传病菌都有明显防治作用。木霉主要促长作用：一是溶解矿物质，解磷、解钾，提高养分利用率；二是腐植酸与木霉代谢产物，经生物活性处理后，对作物根系发育具有明显的刺激作用，对出菌率、幼苗长势、抗病、抗逆等均有明显效果[3]。

(5) 木霉菌与腐植酸共生优势。

据试验，木霉菌可以在腐殖质上寄生繁衍，也就是说，腐植酸在某种条件下可以成为木霉菌的培养基，通过对有机质定向发酵，获得大量的生物腐植酸、抗生素、激素、酶类及生化活性物质，其防病促长和土壤修复效果，都远远优于单一品种。木霉腐植酸施入土壤后，在适宜条件下，木霉在富含有机质的土壤中，可以再次繁殖，继续扩大木霉菌的生物效应，从而活化土壤，提高化肥利用率，促进作物生长，增加土壤团粒结构，营造良好的土壤生态环境，这对修复有害土壤，防治连作障碍，增强作物免疫力，提高抗逆性，改善品质，提高产量，减少农化残留污染等效果显著。因此，木霉菌与腐植酸共生培养，是木霉菌生防和土壤修复的最佳选择。

4 木霉腐植酸的开发和应用

综上所述，土壤“有机生物修复”意义重大。目前，最常用的是施用有机肥、生物肥、秸秆还田和沃土工程来实现。特别是随着有机农业、生态农业的兴起，大规模施用有机肥、生物肥和各种腐植酸类肥料，都是土壤“有机生物修复”的重要举措。但是，这些方式中，缺少对核心物质的选择和利用。我们认为，具有土壤生命活力的核心物质是腐植酸(胡敏酸)、黄腐酸(富里酸)和具有多功能高活性代谢产物的生物菌。

所谓高活性代谢产物，是指该生物菌剂可降解更多的有机物，转化为黄腐酸、吲哚酸、核苷酸、活性酶、抗生素、抗菌肽等生化活性物质，这对土壤生命修复起到积极作用。经多年研究，某些根际微生物(如绿色木霉、哈茨木霉、5406放线菌、萤光假单孢菌等真菌或细菌)具有特殊的代谢功能，对土壤有机修复、理化修复、生命修复和生态修复都具有一定功能；特别是对土传病害微生物(如引起蔬菜枯萎病的镰刀菌、苗期猝倒病的腐霉菌，导致蔬菜烂根的疫霉菌、核盘菌或丝核菌等)，具有较好的抑制效果。因此，用这些益生菌作为土壤生物修复极为有利[4]。

土壤修复的关键是要在作物根际范围，营造一个良好的生态环境。良好的生态环境有利作物根系和植株的健康生长，对病原微生物可自然防控。要实现这样的土壤环境，就必须创造一个有益生物活动的微生态环境。“木霉腐植酸土壤修复剂”的研发正是基于这个理念，可以在作物根际土壤(根际周围)形成一个有生命活力的生态环境，为保证作物安全健康生长创造良好的条件。

土壤生态修复，首先要解决生物修复，要选择最佳的生物菌剂和菌剂载体。“木霉腐植酸土壤修复剂”以矿源生化黄腐酸为基质，以多种微生物菌剂混合发酵后，成为有机生物组合体。施入田间后，腐植酸经水化膨胀，成为胶体微粒，将矿物质土壤颗粒进行胶联与化学吸附，从而形成有生命的土壤团粒结构。在适宜的温度、湿度范围，有益微生物开始大量繁殖，其代谢产物抑制了病原菌的生长，并刺激作物生长发育，提高作物抗逆、抗病、抗倒伏能力，为作物根系营造了良好的生态土壤环境，保证作物正常健康生长。这就是土壤有机修复和生物修复相互作用的结果。

作为土壤有机生物修复剂，“木霉腐植酸土壤修复剂”是一种高浓度生物制剂，每克产品含菌量(孢子数)高达2亿以上，每亩施用量一般为5～20 kg；如果土壤有机质少，益生菌无法繁殖和生存，因此应加施有机肥、农家肥或秸秆还田后，再施“木霉腐植酸土壤修复剂”，这样效果更好；如果土壤有机质丰富，则可直接施用，也可将本品与有机肥混合施用，以利于提高土壤有机质含量和保障益生菌的繁衍；如果在比较恶劣的土壤环境，如沙化、盐磩、贫瘠、病害等土壤中，必须加大“木霉腐植酸土壤修复剂”的施用量，每亩用量可达100～200 kg，但成本太高，农民难以接受。因此，在土壤恶劣条件下，必须重施有机肥、腐植酸肥等，在成本允许条件下，可尽量多施土壤修复剂，并结合其他措施综合治理。

施用“生物腐植酸土壤修复剂”，还必需注意土壤环境条件(温、湿、气、土)。施用前，应对土地进行翻耕，作为种肥或基肥与种子一起下地，施用较好；应选择气温回升的春天，夏秋也可，但冬天施用效果不佳(大棚，南方例外)；施用后，如果土壤干燥，应适当浇水护墒，促进种子萌发；如果施用后积水成涝，应注意开沟排水，保持土壤通风透气，营造良好的土壤生态环境。

5 木霉腐植酸土壤修复工程的前景和意义

目前，我国耕地面积仅为18.26亿亩，土地质量越来越差，土壤污染严重，生态环境恶化，给食品安全和人类健康带来严重威胁！

土壤修复是一项沃土工程与修复工程相结合的长期的生态工程。“木霉腐植酸土壤修复剂”的研制成功，与沃土工程和生态修复工程紧密结合，以少量的生物菌肥，配合大量的有机肥，可以快速改良土壤，为作物创造良好的生态环境，为我国土壤有机生物修复开辟了一条全新的思路。

木霉生物菌肥已列入国家“863”计划和农业部10项国家重大科技攻关项目。2010年，上海大井生物工程有限公司获得了农业部第一个“木霉生物肥料”临时登记证，2012年12月获得正式登记证。2013年3～10月，上海通微生物技术有限公司采用木霉腐植酸固体和液体产品，在上海航头蔬菜大棚生态园进行了试验。结果显示，以木霉腐植酸固体和液体产品代替化肥使用，对大棚蔬菜连作障碍，具有明显的抗病效果；对草莓的产量和品质具有明显的提高和改善作用，深受菜农欢迎。实践证明，木霉腐植酸不仅可用于土壤修复，也可用于“腐植酸水溶性液体肥”和“腐植酸有机无机复合肥”，充分发挥木霉和腐植酸的多功能作用。其替代化肥是成功的，具有良好的环保效益和经济效益。

目前，我国有多所高校和科研院所参与了木霉菌剂的试验研究，在木霉菌基因编码、基因克隆、抗性诱导、分子改良、生防机理、免疫诱导等课题研究方面，都取得了重大突破，某些项目研究己处于国际领先水平。2014年10月，国际木霉学术研讨会将于上海交通大学举行，这对我国木霉生防和土壤生物修复工程无疑是一次有力的推动。

[1]张常书，单俊伟. 利用生物技术开发生化黄腐酸新肥源[J]. 腐植酸，2005，(2)：1～3

[2]陈捷，朱洁伟，张婷，等. 木霉生物防治机理与应用研究进展[J]. 中国生物防治学报，2011，27(2)：145～151

[3]王建锋，陆宁海.木霉菌在农业中的研究与应用前景[J]. 安徽农学通报，2008，14(14)：41～43，136

[4]王慧中，赵培洁. 多效有机菌肥的研制及其特性研究[J]. 江西农业科学，1999，11 (3)：19～23