浅谈微生物制剂在连作障碍土壤中的应用与展望

肖 珉 王 令 周德平 褚长彬 赵 峥 吴淑杭

（1上海市农业科学院，上海市奉贤区 201403；2安顺学院，贵州省安顺市 561000；3长江大学，湖北省荆州市 434023）

我国虽然土地面积总量大，但人均耕地面积少，如何提高耕地利用率已成为农业生产者必须面对的问题。提高耕地利用率就意味着需要进行连作或提高复种指数，但一些农作物（如西瓜、草莓、大豆等）在进行连作种植后，往往会产生植株矮小、病虫害发生严重、产品质量下降等一系列土壤连作障碍问题。有关研究及实践表明，使用微生物制剂可多方位针对土壤连作障碍因子进行改善，且效果明显。在此背景下，笔者拟对土壤连作障碍的成因及其对农作物的影响进行分析，通过揭示微生物制剂改良连作障碍土壤的作用机理，同时总结目前我国微生物制剂应用中存在的问题及其解决途径，从而对未来微生物制剂的发展提出相关建议，以期加强对微生物制剂的推广应用，从而推动现代农业的可持续发展。

1 土壤连作障碍的成因及其对农作物的影响

1.1 土壤连作障碍成因

1.1.1 土壤理化性状改变

提高土壤复种指数后，土壤中的化肥积累量增加，导致土壤中有机质含量下降，团粒结构比例下降，且随着连作年限的延长，还会造成有毒有害物质积累、土壤pH改变等。

1.1.2 土壤微生物种群改变

土壤微生物群落和种群变化在一定程度上可以反映土壤质量的变化趋势。很多研究发现，连作障碍会打破土壤微生物生态的平衡，使真菌数量增加，放线菌和细菌数量减少。例如，华菊玲[1]等通过对不同连作年限的芝麻地土壤进行检测发现，芝麻根际土壤中的细菌数量和放线菌数量随连作年限的延长而下降，而真菌数量却随连作年限的延长而增加，从而使细菌主导型土壤转变为真菌主导型土壤。

1.1.3 植物的他感作用

他感作用是指一种植物（包括微生物）通过释放某些化学物质到环境中，而对其他种属植物（包括微生物）产生直接或间接的有害影响，又称为异种抑制效应或异种克生作用[2]，该情况在连作上表现尤为突出。刘晓珍[3]等研究发现，连作的药用菊花分泌的香豆酸等物质会在土壤中越积越多，而高浓度的分泌物可抑制菊花幼苗的生长发育。

1.2 土壤连作障碍对农作物的影响

1.2.1 影响农作物正常生长发育

相比普通土壤，在连作障碍土壤中种植的农作物往往植株矮小、叶片发黄，且不能正常完成生命周期，而这些现象还会随连作年限的延长表现得越来越严重。

1.2.2 农作物所需营养元素缺乏

农作物连作时，一般会对一些营养元素进行大量吸收，必然会造成土壤中这些元素的含量下降，以后重茬的农作物则可能会出现营养缺乏的现象。吕卫光[4]等研究发现，设施黄瓜在连作后，土壤养分会出现N多、K偏少、P过剩的现象，且连作三茬后就会发生土壤养分供应失衡。

1.2.3 农作物病害增加

同一田块在连续种植某种作物后，会使相应的某些病菌得以连年繁殖，并在土壤中大量积累，当其累积到一定程度后，就会使农作物年年发病，出现一些常见的土传病害。例如，茄科蔬菜连作，易发生疫病、枯萎病等，西瓜连作，易发生枯萎病，草莓连作2年以上的死苗率高达30%～50%[5]。

1.2.4 农作物产量及品质降低

农作物果实形成所需要的营养成分几乎是由光合作用和土壤共同提供的，但在农作物连作后，往往会直接或间接导致果实产量和品质下降。例如，徐小军[6]等研究表明，连作甜瓜随连作年限的延长，其果实越来越小，果实总酸含量却升高，可溶性固体物和总糖含量则不断降低，大大影响了甜瓜的产量和品质。

2 微生物制剂对连作障碍土壤的改良机理

2.1 改善土壤理化性状，释放营养元素

从土壤理化性状来看，施用微生物制剂（如微生物有机肥)，可改善土壤物理结构及调节土壤pH。例如，罗兴录[7]等发现，通过对木薯土壤施用添加含有不同微生物制剂的有机肥，可降低土壤容重，增加土壤团粒结构，有利于促进木薯块根发育；王涛[8]等研究发现，施用微生物菌肥在防止温室黄瓜长期连作而导致的土壤酸化上效果十分显著。同时，施用微生物制剂可将连作土壤中植物难以直接利用的养分进行有效分解或转化，使其更容易被植物根系吸收利用。例如，邵阳[9]等在猕猴桃果园混施枯草芽孢杆菌和解磷细菌一段时间后发现，土壤中的速效磷、铵态氮含量分别是对照的1.93倍和1.34倍。

2.2 减少病虫害发生，增强植物抗病性，解决土壤农药残留污染问题

微生物制剂在防治农作物病虫害方面的效果明显。例如，张先亮[10]等发现，施用T42木霉和枯草芽孢杆菌Bs-6的复合微生物制剂处理土壤，可使连作土壤中的微生物数量发生变化， 对西瓜连作病害的田间防效良好。何天祥[11]等研究表明，施用那氏778微生物制剂后，水稻螟虫的发生显著下降。

同时，微生物制剂还具有分解残留农药的作用。连作土壤由于病虫害发生严重，需要施用大量农药才能保证农作物的产量，从而容易导致过多的农药流入环境，不仅重创了农田生态系统，也间接危害了人们的身体健康。而微生物制剂可通过转化和矿化两种形式分解残留的农药[12]，解决土壤农药残留污染问题。

2.3 促进农作物生长，提高果实品质和产量

微生物的代谢活动可产生赤霉素、细胞分裂素等活性物质，从而促进农作物生长，或与农作物根系形成共生关系，如根瘤菌通过与根系结合，可扩大根系与土壤的接触面积，从而加快根系对养分的吸收速度。同时，许多研究发现，施用微生物菌剂可直接或间接提高果实品质和产量。例如，刘伟成[13]等研究发现，施用微生物制剂既能使葡萄增产20%～30%，又能明显提高果实中的可溶性糖、维生素C等含量。宋志伟[14]等研究表明，连作草莓施用复合微生物制剂后，增产效果显著，果实中的维生素C、可溶性固形物、可溶性糖含量均得以提高，可滴定酸含量有所降低，从而明显改善了草莓风味。

2.4 平衡土壤微生物群系，增加土壤酶活性

土壤酶活性是衡量土壤生化情况的重要指标。连作能改变土壤的酶活性，从而直接或间接影响土壤“健康”，而施用微生物制剂，可活化土壤中的酶活性，从而恢复土壤“健康”。例如，庞强强[15]等研究发现，施用微生物菌肥的土壤与常规施肥的土壤相比，土壤中的蔗糖酶和脲酶活性增加显著。

同时，因连作形成的真菌主导型土壤可通过施用一些放线菌、细菌型微生物制剂，使土壤中的细菌、放线菌、真菌这三大类土壤微生物的种群结构保持平衡，三者相互协调、相互制约。

3 微生物制剂应用中存在的问题及其解决途径

3.1 施用效果难以保证

微生物菌剂的施用效果取决于高效的菌种、土壤环境、完善的菌剂质量监督制度、合格的产品质量和正确的使用方法等[16]。但是，由于地块间或年度间土壤的差别较大，导致微生物菌剂的施用效果往往与预期相差很大，这也是微生物菌剂难以推广应用的根本原因。为解决此问题，可先对土壤进行了采样检测，弄清土壤的养分含量状况，再选择合适的菌剂；或直接施用多种针对该作物连作的微生物制剂，对土壤进行综合改良。

3.2 产品质量不合格

目前，我国还存在菌剂质量监督制度不完善、有关部门监管力度不够、一些厂家不具备基本的生产条件等问题，导致市场上销售的微生物制剂存在活菌数不够、菌剂退化等质量问题。因此，相关企业应注重产品质量、打造知名品牌，有关部门则要规范市场、统一标准，从而提高市场上微生物制剂的产品质量。

3.3 农民的接受程度不高

微生物制剂的速效性慢，导致一些农户认为这种新型土壤改良剂的施用效果较差。因此，建议农业部门在各地区设立试验示范田，加大对微生物制剂的宣传力度，只有让农户亲眼看到微生物制剂的田间施用效果，才能提高他们将微生物制剂应用到农业生产中的积极性。

4 未来微生物制剂的发展建议

4.1 加大对微生物制剂的研发和投入

微生物制剂具有无污染、无残留、无公害等优势，但我国目前应用于农业生产中的高效微生物制剂品种较少，无法满足我国农业生产需求。因此，建议尽快完善我国微生物菌剂的相关政策，加大对微生物制剂的研发和投入，并扶持一批先进的农业微生物生产企业，且鼓励各生产厂家在生产设备和生产条件上积极研发、增加投入资金，以通过提升产品质量来获取更多的市场份额。

4.2 加强对微生物制剂品种的改良创新

目前，我国已研发出多种微生物肥料、复合微生物制剂等，但针对土壤连作障碍的微生物制剂土壤改良菌剂较少，尤其是针对不同作物连作的土壤改良菌剂更少。同时，随着科学技术的不断进步，未来微生物制剂的研发可采用转基因技术，可把一些特定基因转到一些目标菌株上，以研发出适应能力强、应用范围广、作用效果好的新型微生物制剂。

5 结 语

综上所述，微生物制剂在改善土壤连作障碍上具有重要的现实意义和发展前景，尤其是在土壤问题众多的设施农业生产中。因此，相关领域的专家和生产厂家应共同努力，积极进行微生物制剂的研发和生产，相关部门应加大对微生物制剂的宣传与扶持力度，以鼓励农民积极使用微生物制剂。