陳光明，張 敏，史朝艾，曹坳程，王秋霞，顏冬冬，方文生，李 園

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193）

農(nóng)業(yè)集約化種植是近年來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的一個(gè)重要發(fā)展方向。在農(nóng)業(yè)集約化種植過程中，長期連作種植制度可以帶來豐厚的回報(bào)，但會(huì)引發(fā)一系列的土壤健康問題。土壤熏蒸消毒是解決該問題的有效方法之一，即在種植作物前，向土壤中注入揮發(fā)性化合物，以控制土傳病原真菌、線蟲和雜草的蔓延[1-2]。常用的熏蒸劑包括棉隆（dazomet，DZ）、1,3-二氯丙烯（1,3-dichloropropene，1,3-D）、氯化苦（chloropicrin，CP）、威百畝（metam-sodium，MS）、二甲基二硫（dimethyl disulfide，DMDS）、異硫氰酸甲酯（methyl isothiocyanate，MITC）等[3]。熏蒸劑在中國的登記情況如表1所示。

表1 熏蒸劑登記情況

氯化苦熏蒸性能顯著，在土壤中降解迅速，對(duì)非靶標(biāo)生物無明顯毒理效應(yīng)。目前，氯化苦在中國使用受限[4]，在荷蘭、美國等國家處于再評(píng)審階段[4-5]。二甲基二硫未在中國登記，但是采用滴灌聯(lián)用、注射聯(lián)用等技術(shù)與棉隆、威百畝以及1,3-二氯丙烯復(fù)配，田間防治根結(jié)線蟲效果顯著[6]。目前，該熏蒸劑正在爭取登記[7]。威百畝除草性能優(yōu)異，可與其他熏蒸劑復(fù)配。但總體而言，我國化學(xué)熏蒸劑的總登記量較少，制約了未來土壤消毒工作的發(fā)展。

熏蒸劑的使用存在利弊。熏蒸劑具有廣譜性，不僅可以殺死土傳病原真菌，還會(huì)殺死土壤中的有益昆蟲和微生物，導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)的失衡[8]。研究表明，熏蒸處理會(huì)降低土壤微生物的代謝活性、真菌的生物量和多樣性。雖然細(xì)菌群落在短時(shí)間內(nèi)能從熏蒸抑制中恢復(fù)，但真菌被抑制的持續(xù)時(shí)間較長，不利于土壤根際復(fù)雜群落的重建[9]。健康的土壤環(huán)境需要依靠微生物物種間復(fù)雜的等級(jí)性和傳遞性維持群落的動(dòng)態(tài)平衡[10]。

熏蒸后的土壤微生物環(huán)境近似為真空狀態(tài)，隨時(shí)可能因?yàn)橥鈦聿≡那秩朐斐刹『υ俅蝹鞑11]。為了緩解熏蒸劑對(duì)環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)，一方面，應(yīng)開發(fā)使用新型環(huán)境友好型熏蒸劑，如乙蒜素（ethylicin）、異硫氰酸烯丙酯（allyl isothiocyanate，AITC）等[12]；另一方面，在熏蒸后種植作物時(shí)，將有益微生物制劑、腐殖質(zhì)、硅肥和生物炭等物質(zhì)添入土壤中，以促進(jìn)土壤微生物群落快速恢復(fù)，直接或間接地促進(jìn)對(duì)土傳病原菌的抑制作用[13-14]。

1 生物肥料

1.1 概述

生物肥料是富含有益微生物，用于抑制植物病原體、促進(jìn)植物生長的產(chǎn)品[15]。有益微生物包括細(xì)菌、真菌或藻類來源的活有機(jī)體。微生物通過生化過程輔助植物吸收營養(yǎng)，分泌抗生素，與植物病原體競(jìng)爭營養(yǎng)及誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性（ISR）[16-17]。具備促進(jìn)植物生長潛力的細(xì)菌和真菌被稱為根際促生細(xì)菌（plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）和根際促生真菌（plant growth promoting rhizofungi，PGPF）[18]。圖1所示的根際促生細(xì)菌、植物和土傳病原菌的關(guān)系說明了根際微生物發(fā)揮功能的直接作用與間接作用[19]。

圖1 根際促生細(xì)菌（PGPR）、植物與病原菌的關(guān)系

中國登記的生物肥料類型繁多：①依據(jù)微生物濃度，可分為微生物菌劑和微生物濃縮劑；②依據(jù)與其他肥料的復(fù)配方式，可分為生物有機(jī)肥和復(fù)合生物肥；③依據(jù)微生物的功能，可分為有機(jī)物料腐熟劑、土壤修復(fù)菌劑和生物修復(fù)菌劑。在全球生物肥料市場(chǎng)中，固氮生物肥占80%，主要包括固氮菌屬（Azotobacter）、根瘤菌屬（Rhizobium）、固氮螺菌屬（Azospirillum）等；磷酸溶解肥占14%[20]。

本文以生物肥料中有益微生物為例，探討生物肥料市場(chǎng)上典型微生物種類在土壤活化方面的應(yīng)用。

1.2 根際細(xì)菌類

固氮菌屬（Azotobacter spp.）通過釋放吲哚乙酸等植物激素及揮發(fā)性煙酸、泛酸和生物素等生物物質(zhì)促進(jìn)根系健康生長[21]。除了固氮作用外，固氮菌屬還具有根際細(xì)菌群落構(gòu)建，緩解作物生長逆境脅迫，減少化學(xué)氮肥施用等功能[22-23]。

以假單胞菌屬（Pseudomonas spp.）中的熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）分泌的次級(jí)代謝物作為信號(hào)因子，促進(jìn)巴西固氮螺桿菌（Azospirillum brasilense）上調(diào)nirK和nifX-nifB基因，最終導(dǎo)致固氮作用硝基含量的增加。另一方面，假單胞菌屬可以上調(diào)amtb1和amtb2基因的表達(dá)，并調(diào)節(jié)內(nèi)部氨庫銨鹽的釋放[24]。假單胞菌屬促進(jìn)植物生長的作用機(jī)制還涉及溶解磷酸鹽、分泌生長素和揮發(fā)性有機(jī)物丙酮等。

芽孢桿菌（Bacillus spp.）分泌磷酸酶和有機(jī)酸，可以溶解土壤中的磷酸鹽，提高磷肥利用率。如枯草芽孢桿菌（B.subtilis）、解淀粉芽孢桿菌亞種植物芽孢桿菌（B.amyloliquefaciens subsp.plantarum）、地衣芽孢桿菌（B.licheniformis）和短小芽孢桿菌（B.pumilus），在促進(jìn)植物生長和抑制病原菌方面效果顯著[25-26]。增施芽孢桿菌磷肥，可以提高土壤微生物群落的遺傳多樣性和功能多樣性，增強(qiáng)土壤代謝酶活性，減少化學(xué)磷肥的使用量[27]。Hui等[28]在土壤樣品中接種氨化解淀粉芽孢桿菌，發(fā)現(xiàn)其促進(jìn)了土壤氮的礦化。

生物肥料的連續(xù)施用，是維持生物肥料肥效的手段之一，同時(shí)有利于鑒定出土壤中長期定殖的有益微生物，作為待開發(fā)菌株備選。研究表明，連續(xù)3年施用含解淀粉芽孢桿菌與堆肥混合物的生物有機(jī)肥，可在土壤中分離到可培養(yǎng)細(xì)菌，如厚壁菌門（Firmicutes）、γ-變形菌門（Gammaproteobacteria）和放線菌門（Actinobacteria）等[29]。連續(xù)9年施用生物有機(jī)肥，核桃田土壤中有益微生物芽孢桿菌、環(huán)境修復(fù)菌（Solicoccozyma spp.）增加顯著[30]。

1.3 根際真菌類

真菌類生物肥料研究的重點(diǎn)主要包括木霉菌根際真菌和曲霉等。木霉（Trichoderma）具有抗真菌特性，可以促進(jìn)植物生長并誘導(dǎo)其對(duì)病原微生物產(chǎn)生耐藥性[31-33]。如木霉通過刺激植株分泌次生代謝和防御酶來增強(qiáng)番茄對(duì)根結(jié)線蟲的抗性，有效控制鐮刀菌屬（Fusarium spp.）和疫霉菌屬（Phytophthora spp.）等土傳病原菌[34-35]。在理化性質(zhì)方面，在秸稈好氧發(fā)酵過程中，添加木霉可提高土壤有機(jī)碳含量和團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[36]；添加綠色木霉（Trichoderma viridis）可促進(jìn)秸稈纖維素降解，縮短堆肥周期[37]。在木霉的促進(jìn)機(jī)制方面，向有機(jī)堆肥中添加貴州木霉（Trichoderma guizhouense）制備生物有機(jī)肥。利用滅菌與非滅菌的盆栽試驗(yàn)，證明非滅菌土壤的生物因素驅(qū)動(dòng)了植株鮮重增加；通過泥漿試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)真菌對(duì)增產(chǎn)發(fā)揮了重要的作用，并從土壤真菌中鑒定出關(guān)鍵真菌曲霉A.tamarii和A.niger[38]。另一方面，土壤中原生生物對(duì)木霉具有協(xié)同作用。從施用木霉的土壤中分離的原生動(dòng)物群落中鑒定出微食性草履蟲原生生物。原生生物與木霉相結(jié)合，促進(jìn)了作物產(chǎn)量的提高[39]。

菌根是植物根與土壤真菌的共生組合，主要包括外生菌根、內(nèi)生菌根、內(nèi)外生菌根、叢枝菌根等[18]。研究表明，西洋參連作，導(dǎo)致土壤環(huán)境變差，根腐病指數(shù)和土壤硝酸鹽含量增加。在接種叢枝菌根（Arbuscular mycorrhiza）真菌后，緩解了上述負(fù)面效應(yīng)[40]。作物間作，接種叢枝菌根真菌，可改善作物品質(zhì)，提高中藥材中有效成分產(chǎn)量[41]。

曲霉（Aspergillus）通過淋水法與堆肥結(jié)合后，可以促進(jìn)石灰質(zhì)土壤中磷和鉀的溶解，減少磷、鉀化學(xué)肥料的使用量[42]。曲霉與革蘭氏陽性放線菌（Actinomyces）、芽孢桿菌（Bacillus）等混合施用后，可以降低土壤中根腐病的發(fā)病率，增加細(xì)菌的多樣性，提高潛在有益細(xì)菌類群的相對(duì)豐度，降低潛在有害細(xì)菌的豐度，從而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[43]。

1.4 未來發(fā)展方向

（1）多菌種聯(lián)合深入研究。由生物肥料的宏觀功能轉(zhuǎn)向微生物間信號(hào)交流、表達(dá)水平以及代謝機(jī)制。Du等[44]發(fā)現(xiàn)鏈霉菌（Streptomyces spp.）和慢生根瘤菌（Mesorhizobium spp.）之間代謝物介導(dǎo)的鐵競(jìng)爭和共享形成了鄰里防御性互惠現(xiàn)象；此外，代謝組學(xué)與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)能夠鑒定促進(jìn)植物形態(tài)建成的潛在化合物、激素含量以及根際微生物分泌的益生元等[45]。熒光定量技術(shù)可鑒定生長激素類基因等的表達(dá)水平。相信未來空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的發(fā)展，將進(jìn)一步深化微生物表達(dá)的空間結(jié)構(gòu)。

（2）施用方式多樣化。種衣劑包衣和液面噴施也可以達(dá)到增產(chǎn)效果。將種子在液體生物肥料煙曲鏈霉菌（Streptomyces fumanus）中浸泡，可以刺激種子和幼苗的生長，富集土壤氨化細(xì)菌[46]。從大豆植株中分離慢生根瘤菌（Bradyrhizbium spp.），以滅菌泥炭苔蘚作為載體，可以提高根瘤數(shù)量、干重、結(jié)莢數(shù)量等[47]。生物肥料與化學(xué)肥料還可以在基肥與葉面追肥階段輪換使用。

2 化學(xué)熏蒸劑與生物肥料聯(lián)合施用

評(píng)價(jià)化學(xué)熏蒸劑與生物肥料聯(lián)合施用效果的指標(biāo)一般包括：土傳病原菌數(shù)量、土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性以及土壤微生物群落?；瘜W(xué)熏蒸劑在一定程度上抑制了部分土壤酶的活性。威百畝熏蒸后，抑制了土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶的活性；石灰氮熏蒸后，抑制了土壤脲酶和堿性磷酸酶的活性；棉隆熏蒸后，抑制了土壤脲酶的活性。隨著生物菌肥的施入，土壤酶活性逐漸恢復(fù)和提升[48]。

Cheng等[49]圍繞化學(xué)熏蒸劑1,3-D的土壤活化，開展了室內(nèi)和室外試驗(yàn)。1,3-D室內(nèi)熏蒸后，添加枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）和哈茨木霉（Trichoderma harzianum），孵育期收集土壤并檢測(cè)指標(biāo)。熏蒸后添加生物肥料的土壤pH、電導(dǎo)率、土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀和土壤有機(jī)質(zhì)均有所提高；土壤中的脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性增強(qiáng)；有益細(xì)菌放線菌（Actinobacteria）、鞘氨醇單胞菌（Sphingomonas）、假單胞菌屬、芽孢桿菌、溶桿菌屬（Lysobacter）的相對(duì)豐度增加顯著。田間試驗(yàn)表明，添加生物肥料可進(jìn)一步增強(qiáng)1,3-D對(duì)鐮刀菌屬和疫霉菌屬的抑制作用。土壤微生物的多樣性和鞘氨醇單胞菌、芽孢桿菌、被孢霉屬（Mortierella）、木霉等有益微生物的相對(duì)豐度在土壤生物活化后增加[50]。1,3-D熏蒸后，連續(xù)兩季添加哈茨木霉微生物菌劑、有機(jī)肥料或兩者混合施用，幾乎所有處理線蟲侵?jǐn)_均顯著減少，三者結(jié)合線蟲抑制率最佳。該方法在綜合防治線蟲，減少化學(xué)品投入方面具有一定的意義[51]。

化學(xué)熏蒸劑棉隆熏蒸后添加復(fù)合生物肥料，微生物α多樣性指數(shù)能夠恢復(fù)到熏蒸前狀態(tài)[52]。Li等[53]研究了棉隆對(duì)土壤活化的影響。在作物生長期添加芽孢桿菌生物肥料，可以有效抑制土傳病原菌的數(shù)量，提高土壤中氨態(tài)氮的含量、過氧化氫酶活性，富集有益微生物如綠曲菌門（Chloroflexi）芽孢桿菌和馬杜拉放線菌（Actinomadura）等。同時(shí)，草莓產(chǎn)量與有益微生物的豐度正相關(guān)。Ge等[54]在棉隆熏蒸后施用有機(jī)肥，熏蒸處理顯著降低了微生物網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。隨著有機(jī)肥的添加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜。Zhang等[55]在堆肥中添加拮抗細(xì)菌解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）和真菌貴州木霉（Trichoderma guizhouense），用于改善棉隆熏蒸后的土壤微生物群落。在作物成熟期，芽孢桿菌富集并占據(jù)了微生物的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。通過深耕的方式，棉隆熏蒸后施加生物肥料，激活了土壤中過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和β-D-葡萄糖苷酶的活性，顯著提高了土壤中氮、磷、鉀水平，從而促進(jìn)了菊花的生長[56]。

Pu等[57]開展了氯化苦土壤活化的研究。氯化苦熏蒸后，種植期施用富含芽孢桿菌和放線菌的生物有機(jī)肥和普通有機(jī)肥，分別提高了土壤N（9.88%和8.21%）、P（21.39%和11.57%）、K（7.99%和2.75%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)和皂苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)（23.62%和9.12%）。相對(duì)于常規(guī)有機(jī)肥，生物肥料增加了球囊菌門（Glomeromycota）、被孢霉門（Mortierellomycota）、腐質(zhì)霉門（Humicola）和芽孢桿菌門的相對(duì)豐度，降低了子囊菌門（Ascomycota）和鐮刀菌門的豐度，生物有機(jī)肥料的促進(jìn)效果優(yōu)于普通有機(jī)肥。

碳酸氫銨和石灰作為新型熏蒸劑在抑制病害方面效果顯著[58]。碳酸氫銨能夠使發(fā)病率從96%降至40%。添加石灰，病害抑制率可提高12%。另外，添加生物有機(jī)肥料能夠?qū)?duì)病害的防治效果從7%提高到12%[59]。室內(nèi)盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，石灰和碳酸氫銨混合熏蒸后施用富含解淀粉芽孢桿菌的生物肥料，可使發(fā)病率降低80%[60]。這種熏蒸策略對(duì)病害的抑制可能歸因于土壤性質(zhì)的改變以及土壤微生物區(qū)系的恢復(fù)。進(jìn)一步研究抑制香蕉枯萎病的土壤微生物群響應(yīng)機(jī)制，細(xì)菌群落首先對(duì)熏蒸做出回應(yīng)，真菌群落率先對(duì)施肥做出反應(yīng)[61]。熏蒸后施用生物肥料，土壤中富集到雙生單胞菌（Gemmatimonas）、鞘氨醇單胞菌（Sphingomonas）、假單胞菌屬、溶桿菌（Lysobacter）和芽孢桿菌等與病原菌如鐮刀菌豐度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的根際有益細(xì)菌[62]。

二甲基二硫和氯化苦聯(lián)合熏蒸后噴施木霉，能夠顯著提高黃瓜產(chǎn)量（35.6%）和對(duì)土傳病原菌、根結(jié)線蟲的相對(duì)防效，增加了索氏真菌（Sodiomyces）和根霉屬（Rhizophlyctis）等有益微生物的相對(duì)豐度[63]。

化學(xué)熏蒸降低了根際微生物的多樣性，平衡了微生物群落組成的偏差，同時(shí)土壤理化性質(zhì)也發(fā)生了顯著變化，降低了病害侵染率，促進(jìn)了植物生長。與熏蒸處理相比，生物肥料對(duì)土壤和作物的影響中等，更多用于提前預(yù)防。相關(guān)分析表明，生物制劑主要是直接作用，而熏蒸對(duì)緩解作物連作障礙有間接作用，即重建土壤微生物群落，然后改變土壤性質(zhì)和植株表現(xiàn)，從而有效地緩解連作障礙[64]。將兩者結(jié)合使用，可以彌補(bǔ)化學(xué)熏蒸劑持效期短、田間管理不當(dāng)導(dǎo)致后期病原菌數(shù)量易增加等問題。

3 腐殖質(zhì)活化技術(shù)

腐殖質(zhì)（humus，HS）是由動(dòng)植物殘?bào)w經(jīng)物理、化學(xué)、微生物等分解和轉(zhuǎn)化而形成的黑棕色高分子有機(jī)物，主要包括腐植酸（humic acid，HA）、黃腐酸（fulvic acid，F(xiàn)A）和胡敏素（humin，HM）[65]。腐植酸以芳香環(huán)為核心，環(huán)上氫被醌基、酚基、羧基等官能團(tuán)取代，酚基賦予腐植酸親水性，脂肪族鏈和芳香環(huán)賦予腐植酸親油性。大多數(shù)腐植酸可溶于堿性介質(zhì)，部分溶于水，不溶于酸性介質(zhì)[66]。天然腐植酸主要從風(fēng)化煤、褐煤、草炭中提取[67]。人工腐植酸主要利用工、農(nóng)業(yè)廢棄物通過發(fā)酵法與化學(xué)法制備[68]。腐植酸肥料以腐植酸為原料，通過氨化、絡(luò)合、復(fù)分解等一系列反應(yīng)而制得。其對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良功能包括：提高土壤有機(jī)碳含量，釋放營養(yǎng)元素，提高肥料利用率，改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)，以及增強(qiáng)土壤通氣和保水能力。對(duì)作物的改善功能包括：刺激根系生長，增加側(cè)根數(shù)量，提高根系與土壤接觸面積和養(yǎng)分吸收能力，調(diào)節(jié)植物代謝，增強(qiáng)植株的抗逆性，提高作物產(chǎn)量，并改善作物品質(zhì)[69]。對(duì)土壤重金屬的吸附功能包括：螯合土壤金屬離子形成絡(luò)合物，使微量元素向植株轉(zhuǎn)運(yùn)，鈍化吸附土壤中的重金屬，減少土壤和水中殘留。對(duì)土壤酶和微生物的影響包括：降低土壤脲酶，減少氨的損失，提高土壤堿性磷酸酶和過氧化氫酶的活性，增強(qiáng)磷的有效性，增加根際土壤參與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化微生物的數(shù)量。腐植酸具有用量少、成本低、吸收快等特點(diǎn)。

黃腐酸中氧含量較多而碳含量較少，較腐植酸具有更強(qiáng)的陽離子交換能力、螯合力以及吸附能力[70]。黃腐酸能夠改善土壤物理性質(zhì)，提高葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用，提高作物抗病抗旱能力。

胡敏素的聚合程度最高，不溶于酸堿性溶液，主要用于土壤重金屬污染修復(fù)[71]。

4 硅肥活化技術(shù)

硅是土壤中第二大元素，僅次于氧。也是繼N、P、K之后的第四大植物營養(yǎng)元素[72]，但土壤中的結(jié)晶態(tài)和不定型態(tài)硅無法被植物直接吸收。據(jù)報(bào)道，我國50%耕地缺硅，土壤中缺硅會(huì)干擾植株形態(tài)建成，造成作物減產(chǎn)[73]。硅肥主要包括熔渣硅肥、水溶性硅肥、硅復(fù)混肥、有機(jī)硅水溶緩釋肥等[74]。

硅肥對(duì)農(nóng)作物的影響包括：提高根系活力，增加葉片厚度和葉綠素含量，促進(jìn)光合作用；協(xié)調(diào)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，積累營養(yǎng)物質(zhì)，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)；吸收硅形成硅化細(xì)胞，增強(qiáng)抗倒伏能力；提高超氧化物歧化酶、多酚氧化酶和谷胱甘肽還原酶活性，增強(qiáng)植株的抗病性[75]；提高氧化還原酶、細(xì)胞大分子等代謝相關(guān)基因的表達(dá)，增強(qiáng)作物的抗旱性[76]。

硅肥對(duì)土壤重金屬的影響包括：鈍化土壤重金屬，促使重金屬由可交換態(tài)向更穩(wěn)定的形態(tài)轉(zhuǎn)化[77]；誘導(dǎo)作物合成抗氧化相關(guān)物質(zhì)并提高相關(guān)酶的活性，抑制作物對(duì)重金屬的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，降低籽粒中重金屬的含量[78]。對(duì)土壤的改良功能包括：提高土壤有效硅含量，調(diào)節(jié)土壤酸堿度，提高土壤通透性，促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)，減少甲烷排放，增加腐生真菌數(shù)量，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的礦化。

5 生物炭活化技術(shù)

生物炭（biochar）是生物殘?bào)w在缺氧條件下經(jīng)高溫?zé)峤庑纬傻囊活惛惶?、難溶、高度芳香化的固體顆粒材料[79]。由于熱解過程未破壞孔隙結(jié)構(gòu)，使生物炭保留了較大的比表面積，施用到土壤后能夠減小土壤的容重，增加其透氣性及持水和蓄肥能力，提高肥料的利用率。活性炭表面羧基等含氧官能團(tuán)釋放鹽基離子，可提高土壤陽離子的交換量，同時(shí)官能團(tuán)與土壤中重金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，減少了土壤中重金屬的遷移[80]。生物炭富含碳（70%以上），全碳組分受生物質(zhì)原料的來源、種類、粒徑，熱解過程的溫度、壓力、升溫速度和停留時(shí)間等因素的影響[81]。生物炭施用后增大了土壤碳氮比，增加了碳庫儲(chǔ)備，提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量。

生物炭能夠提高土壤養(yǎng)分供給。在固氮作用和硝化作用中，通過提高土壤固氮微生物、硝化微生物和反硝化微生物的群落結(jié)構(gòu)及活性，增加土壤無機(jī)氮含量，減少N2O排放[82]。生物炭可通過炭化過程釋放磷酸鹽，促進(jìn)磷酸根溶解；提高土壤pH，抑制可溶性磷與金屬離子的絡(luò)合；為解磷微生物提供碳源等多種途徑增加土壤中有效磷含量[83]。生物炭直接供給鉀，或改善土壤溫度、水分、減少淋溶等間接因素，提高土壤中速效鉀含量。

生物炭可以促進(jìn)有益微生物的生長，增加微生物的豐度，改善土壤微生物的結(jié)構(gòu)，提高土壤酶的活力[84]。生物炭一方面分解營養(yǎng)物質(zhì)，為微生物提供碳源；另一方面，通過改善土壤理化性質(zhì)，為微生物定殖創(chuàng)造空間。連續(xù)多年施用生物炭提高了與C-N-P-S循環(huán)相關(guān)的土壤微生物功能類群的豐度及農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的多功能性[85]。生物炭對(duì)土壤表面的改良減少了熏蒸劑的排放，提高了土壤微生物的恢復(fù)速度[86]。生物炭用于土壤改良與調(diào)節(jié)微生物群落結(jié)構(gòu)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

6 結(jié)語

生物肥料在減少化肥使用量、提高作物產(chǎn)量、改善產(chǎn)品質(zhì)量方面，具有廣闊的應(yīng)用空間，但是目前生物肥料的發(fā)展仍面臨一些挑戰(zhàn)，如選定合理待開發(fā)菌株的生物制約、保質(zhì)期的技術(shù)限制、產(chǎn)品注冊(cè)的嚴(yán)格監(jiān)管約束等[87]。同時(shí)，生物肥料的田間效果受植物品種、生長發(fā)育階段、微生物群落、土壤類型、組成以及土壤管理措施等生物因素和非生物因素的制約。

一方面，腐植酸提取工藝的不統(tǒng)一，造成各種腐植酸肥料的原料質(zhì)量不同，需要借助先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)對(duì)腐植酸的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定，建立統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系。另一方面，人們對(duì)腐植酸促進(jìn)植物生長機(jī)理的認(rèn)識(shí)不夠系統(tǒng)和深入，需要重點(diǎn)研究植物、土壤性狀和微生物等影響因子對(duì)腐植酸功能的介導(dǎo)作用[88]。

高昂的生產(chǎn)成本造成我國目前僅登記58件含硅水溶肥，未來需要開發(fā)生產(chǎn)成本低廉的硅肥生產(chǎn)工藝[89]。目前對(duì)硅肥作用機(jī)理的研究大多還停留在物理屏障和生化生理方面。未來應(yīng)重點(diǎn)對(duì)硅肥增效的分子機(jī)制進(jìn)行研究。同位素標(biāo)記法研究硅與其他營養(yǎng)元素的互作和在植株體內(nèi)的循環(huán)轉(zhuǎn)化；轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)探究植株和土壤微生物對(duì)硅肥施用后基因表達(dá)情況及代謝化合物通路的鑒定。

目前，生物炭的推廣因其性質(zhì)和特征缺乏系統(tǒng)研究且田間研究周期較短而受到限制。生物炭對(duì)土壤改良效果顯著，但改良效果受土壤類型，生物炭種類、添加量、與其他改良劑的混合比例等多種因素的影響[90]。未來，應(yīng)深入研究生物炭的負(fù)面影響，如微生物分解生物炭過程中潛在的二氧化碳排放問題；生物炭灰分造成的土壤堿性對(duì)土壤有益微生物生長的干擾；自身吸附的重金屬對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響等，為生物炭的合理使用提供指導(dǎo)。

綜上所述，土壤活化技術(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際土壤類型進(jìn)行定量與定性使用。如化學(xué)熏蒸劑與微生物菌劑聯(lián)合使用，可以提高土壤微生物的活性；化學(xué)熏蒸劑與生物有機(jī)肥聯(lián)合使用，可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量；化學(xué)熏蒸劑與生物炭聯(lián)合使用，可以改良南方酸性黏結(jié)土壤；化學(xué)熏蒸劑熏蒸后，應(yīng)在作物生長期液面噴施腐植酸和硅肥；微生物菌劑與腐植酸、硅肥以及生物炭等混合，可以減少化學(xué)熏蒸劑的使用。以上措施均能夠有效抑制土傳病害，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤微生物的多樣性，在一定程度上活化土壤，緩解連作障礙。