肖 珉 王 令 周德平 褚長彬 趙 崢 吳淑杭

（1上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，上海市奉賢區(qū) 201403；2安順學(xué)院，貴州省安順市 561000；3長江大學(xué)，湖北省荊州市 434023）

我國雖然土地面積總量大，但人均耕地面積少，如何提高耕地利用率已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者必須面對的問題。提高耕地利用率就意味著需要進行連作或提高復(fù)種指數(shù)，但一些農(nóng)作物（如西瓜、草莓、大豆等）在進行連作種植后，往往會產(chǎn)生植株矮小、病蟲害發(fā)生嚴重、產(chǎn)品質(zhì)量下降等一系列土壤連作障礙問題。有關(guān)研究及實踐表明，使用微生物制劑可多方位針對土壤連作障礙因子進行改善，且效果明顯。在此背景下，筆者擬對土壤連作障礙的成因及其對農(nóng)作物的影響進行分析，通過揭示微生物制劑改良連作障礙土壤的作用機理，同時總結(jié)目前我國微生物制劑應(yīng)用中存在的問題及其解決途徑，從而對未來微生物制劑的發(fā)展提出相關(guān)建議，以期加強對微生物制劑的推廣應(yīng)用，從而推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 土壤連作障礙的成因及其對農(nóng)作物的影響

1.1 土壤連作障礙成因

1.1.1 土壤理化性狀改變

提高土壤復(fù)種指數(shù)后，土壤中的化肥積累量增加，導(dǎo)致土壤中有機質(zhì)含量下降，團粒結(jié)構(gòu)比例下降，且隨著連作年限的延長，還會造成有毒有害物質(zhì)積累、土壤pH改變等。

1.1.2 土壤微生物種群改變

土壤微生物群落和種群變化在一定程度上可以反映土壤質(zhì)量的變化趨勢。很多研究發(fā)現(xiàn)，連作障礙會打破土壤微生物生態(tài)的平衡，使真菌數(shù)量增加，放線菌和細菌數(shù)量減少。例如，華菊玲[1]等通過對不同連作年限的芝麻地土壤進行檢測發(fā)現(xiàn)，芝麻根際土壤中的細菌數(shù)量和放線菌數(shù)量隨連作年限的延長而下降，而真菌數(shù)量卻隨連作年限的延長而增加，從而使細菌主導(dǎo)型土壤轉(zhuǎn)變?yōu)檎婢鲗?dǎo)型土壤。

1.1.3 植物的他感作用

他感作用是指一種植物（包括微生物）通過釋放某些化學(xué)物質(zhì)到環(huán)境中，而對其他種屬植物（包括微生物）產(chǎn)生直接或間接的有害影響，又稱為異種抑制效應(yīng)或異種克生作用[2]，該情況在連作上表現(xiàn)尤為突出。劉曉珍[3]等研究發(fā)現(xiàn)，連作的藥用菊花分泌的香豆酸等物質(zhì)會在土壤中越積越多，而高濃度的分泌物可抑制菊花幼苗的生長發(fā)育。

1.2 土壤連作障礙對農(nóng)作物的影響

1.2.1 影響農(nóng)作物正常生長發(fā)育

相比普通土壤，在連作障礙土壤中種植的農(nóng)作物往往植株矮小、葉片發(fā)黃，且不能正常完成生命周期，而這些現(xiàn)象還會隨連作年限的延長表現(xiàn)得越來越嚴重。

1.2.2 農(nóng)作物所需營養(yǎng)元素缺乏

農(nóng)作物連作時，一般會對一些營養(yǎng)元素進行大量吸收，必然會造成土壤中這些元素的含量下降，以后重茬的農(nóng)作物則可能會出現(xiàn)營養(yǎng)缺乏的現(xiàn)象。呂衛(wèi)光[4]等研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)施黃瓜在連作后，土壤養(yǎng)分會出現(xiàn)N多、K偏少、P過剩的現(xiàn)象，且連作三茬后就會發(fā)生土壤養(yǎng)分供應(yīng)失衡。

1.2.3 農(nóng)作物病害增加

同一田塊在連續(xù)種植某種作物后，會使相應(yīng)的某些病菌得以連年繁殖，并在土壤中大量積累，當其累積到一定程度后，就會使農(nóng)作物年年發(fā)病，出現(xiàn)一些常見的土傳病害。例如，茄科蔬菜連作，易發(fā)生疫病、枯萎病等，西瓜連作，易發(fā)生枯萎病，草莓連作2年以上的死苗率高達30%～50%[5]。

1.2.4 農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)降低

農(nóng)作物果實形成所需要的營養(yǎng)成分幾乎是由光合作用和土壤共同提供的，但在農(nóng)作物連作后，往往會直接或間接導(dǎo)致果實產(chǎn)量和品質(zhì)下降。例如，徐小軍[6]等研究表明，連作甜瓜隨連作年限的延長，其果實越來越小，果實總酸含量卻升高，可溶性固體物和總糖含量則不斷降低，大大影響了甜瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。

2 微生物制劑對連作障礙土壤的改良機理

2.1 改善土壤理化性狀，釋放營養(yǎng)元素

從土壤理化性狀來看，施用微生物制劑（如微生物有機肥)，可改善土壤物理結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)土壤pH。例如，羅興錄[7]等發(fā)現(xiàn)，通過對木薯土壤施用添加含有不同微生物制劑的有機肥，可降低土壤容重，增加土壤團粒結(jié)構(gòu)，有利于促進木薯塊根發(fā)育；王濤[8]等研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌肥在防止溫室黃瓜長期連作而導(dǎo)致的土壤酸化上效果十分顯著。同時，施用微生物制劑可將連作土壤中植物難以直接利用的養(yǎng)分進行有效分解或轉(zhuǎn)化，使其更容易被植物根系吸收利用。例如，邵陽[9]等在獼猴桃果園混施枯草芽孢桿菌和解磷細菌一段時間后發(fā)現(xiàn)，土壤中的速效磷、銨態(tài)氮含量分別是對照的1.93倍和1.34倍。

2.2 減少病蟲害發(fā)生，增強植物抗病性，解決土壤農(nóng)藥殘留污染問題

微生物制劑在防治農(nóng)作物病蟲害方面的效果明顯。例如，張先亮[10]等發(fā)現(xiàn)，施用T42木霉和枯草芽孢桿菌Bs-6的復(fù)合微生物制劑處理土壤，可使連作土壤中的微生物數(shù)量發(fā)生變化， 對西瓜連作病害的田間防效良好。何天祥[11]等研究表明，施用那氏778微生物制劑后，水稻螟蟲的發(fā)生顯著下降。

同時，微生物制劑還具有分解殘留農(nóng)藥的作用。連作土壤由于病蟲害發(fā)生嚴重，需要施用大量農(nóng)藥才能保證農(nóng)作物的產(chǎn)量，從而容易導(dǎo)致過多的農(nóng)藥流入環(huán)境，不僅重創(chuàng)了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，也間接危害了人們的身體健康。而微生物制劑可通過轉(zhuǎn)化和礦化兩種形式分解殘留的農(nóng)藥[12]，解決土壤農(nóng)藥殘留污染問題。

2.3 促進農(nóng)作物生長，提高果實品質(zhì)和產(chǎn)量

微生物的代謝活動可產(chǎn)生赤霉素、細胞分裂素等活性物質(zhì)，從而促進農(nóng)作物生長，或與農(nóng)作物根系形成共生關(guān)系，如根瘤菌通過與根系結(jié)合，可擴大根系與土壤的接觸面積，從而加快根系對養(yǎng)分的吸收速度。同時，許多研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌劑可直接或間接提高果實品質(zhì)和產(chǎn)量。例如，劉偉成[13]等研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物制劑既能使葡萄增產(chǎn)20%～30%，又能明顯提高果實中的可溶性糖、維生素C等含量。宋志偉[14]等研究表明，連作草莓施用復(fù)合微生物制劑后，增產(chǎn)效果顯著，果實中的維生素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，從而明顯改善了草莓風(fēng)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況的重要指標。連作能改變土壤的酶活性，從而直接或間接影響土壤“健康”，而施用微生物制劑，可活化土壤中的酶活性，從而恢復(fù)土壤“健康”。例如，龐強強[15]等研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌肥的土壤與常規(guī)施肥的土壤相比，土壤中的蔗糖酶和脲酶活性增加顯著。

同時，因連作形成的真菌主導(dǎo)型土壤可通過施用一些放線菌、細菌型微生物制劑，使土壤中的細菌、放線菌、真菌這三大類土壤微生物的種群結(jié)構(gòu)保持平衡，三者相互協(xié)調(diào)、相互制約。

3 微生物制劑應(yīng)用中存在的問題及其解決途徑

3.1 施用效果難以保證

微生物菌劑的施用效果取決于高效的菌種、土壤環(huán)境、完善的菌劑質(zhì)量監(jiān)督制度、合格的產(chǎn)品質(zhì)量和正確的使用方法等[16]。但是，由于地塊間或年度間土壤的差別較大，導(dǎo)致微生物菌劑的施用效果往往與預(yù)期相差很大，這也是微生物菌劑難以推廣應(yīng)用的根本原因。為解決此問題，可先對土壤進行了采樣檢測，弄清土壤的養(yǎng)分含量狀況，再選擇合適的菌劑；或直接施用多種針對該作物連作的微生物制劑，對土壤進行綜合改良。

3.2 產(chǎn)品質(zhì)量不合格

目前，我國還存在菌劑質(zhì)量監(jiān)督制度不完善、有關(guān)部門監(jiān)管力度不夠、一些廠家不具備基本的生產(chǎn)條件等問題，導(dǎo)致市場上銷售的微生物制劑存在活菌數(shù)不夠、菌劑退化等質(zhì)量問題。因此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)注重產(chǎn)品質(zhì)量、打造知名品牌，有關(guān)部門則要規(guī)范市場、統(tǒng)一標準，從而提高市場上微生物制劑的產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 農(nóng)民的接受程度不高

微生物制劑的速效性慢，導(dǎo)致一些農(nóng)戶認為這種新型土壤改良劑的施用效果較差。因此，建議農(nóng)業(yè)部門在各地區(qū)設(shè)立試驗示范田，加大對微生物制劑的宣傳力度，只有讓農(nóng)戶親眼看到微生物制劑的田間施用效果，才能提高他們將微生物制劑應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的積極性。

4 未來微生物制劑的發(fā)展建議

4.1 加大對微生物制劑的研發(fā)和投入

微生物制劑具有無污染、無殘留、無公害等優(yōu)勢，但我國目前應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的高效微生物制劑品種較少，無法滿足我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。因此，建議盡快完善我國微生物菌劑的相關(guān)政策，加大對微生物制劑的研發(fā)和投入，并扶持一批先進的農(nóng)業(yè)微生物生產(chǎn)企業(yè)，且鼓勵各生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)條件上積極研發(fā)、增加投入資金，以通過提升產(chǎn)品質(zhì)量來獲取更多的市場份額。

4.2 加強對微生物制劑品種的改良創(chuàng)新

目前，我國已研發(fā)出多種微生物肥料、復(fù)合微生物制劑等，但針對土壤連作障礙的微生物制劑土壤改良菌劑較少，尤其是針對不同作物連作的土壤改良菌劑更少。同時，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，未來微生物制劑的研發(fā)可采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可把一些特定基因轉(zhuǎn)到一些目標菌株上，以研發(fā)出適應(yīng)能力強、應(yīng)用范圍廣、作用效果好的新型微生物制劑。

5 結(jié) 語

綜上所述，微生物制劑在改善土壤連作障礙上具有重要的現(xiàn)實意義和發(fā)展前景，尤其是在土壤問題眾多的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。因此，相關(guān)領(lǐng)域的專家和生產(chǎn)廠家應(yīng)共同努力，積極進行微生物制劑的研發(fā)和生產(chǎn)，相關(guān)部門應(yīng)加大對微生物制劑的宣傳與扶持力度，以鼓勵農(nóng)民積極使用微生物制劑。