促进根系健康的土壤微生态探究

王天竺 崔雨薇 吴恒梅 王玉新 高 平 岳丽红

（1.佳木斯大学生命科学学院 黑龙江佳木斯 154007；2.佳木斯大学外国语学院 黑龙江佳木斯 154007）

部分地区和农户盲目追求农作物的高产量，在栽培农作物的过程中大量使用农药，同时在单位面积土地上过度缩小作物行距和株距，增加播种量，增加株数密植连作，对秸秆进行焚烧等，极大地破坏了土壤微生态平衡，当下正面临着农作物根部受损或土传病害越发严重的问题。文章对农作物的根系健康及土壤的微生态做了简单分析。

1 土壤微生态与植物根系健康的关系机理

通常我们所说的根系健康是指当根系处于相对平衡的土壤微生态中的时候，它不会因为受到病原微生物感染而发生病变，同时能够快速并稳定地吸收土壤中的养分和水分。而土壤微生态则指的是整体的系统，在这个系统中存在着各种植物、土壤微生物及其环境条件的相互作用，其中还同时包括了生物遗传（即基因的识别、调控和表达）等引起的根际竞争。土壤微生态中存在的动态过程是通过植物和微生物先产生一定的信号物质，从而实现调控，植物通过专一性根系分泌物来适应环境。土壤微生态研究应包括土壤学、植物病理学、植物营养学、生态学和分子生物学等多个学科的交叉。根系健康的概念不仅包含了植物病理学的相关内容，还涉及了植物营养的内容，所以我们需要将其纳入土壤微生态学的系统里开展统一的分析研究。目前对于如何有效提升植物根系健康的研究已经非常多，主要有土壤病原微生物在土壤中的生存、数量和侵染势研究；根系分泌物、微生物及病原微生物相互关系及其对侵染影响的研究；土壤的理化环境与植物、微生物、病原微生物相互作用的研究；拮抗作用，特别是抗生和重复寄生现象研究；土传病原物的侵染，特别是复合侵染和微侵染研究；土壤抑菌作用研究；土传病原物或土传病害自然衰退研究；各种农事操作对土传病害影响的研究：杀菌剂、杀虫剂、除草剂对土壤微生物和土传病害影响的研究；增产菌（即促进植物生长的根细菌）以及范围甚广的各种生物防治研究等等。

1.1 土壤环境的物质与能量对根际微生物生长的影响

土壤微生物可以参与多种反应过程，包括矿化-同化、氧化-还原等，这些反应过程既可以促进植物养料转化、有机碳代谢及污染降解，也可以在一定程度上反映土壤活性大小。大多数土壤中，异养型微生物占大多数，因此还需要提供一定的能量用于保持异养型微生物。微生物对有机碳的利用率是一项反映土壤质量的重要特性，利用率愈高，维持相同微生物量所需的能源愈少，说明土壤环境有利于土壤微生物的生长。因此，能源不足会在很大程度上影响土壤中存在的微生物正常繁殖和活性[1]。重金属超过一定浓度对土壤微生物活性和数量均有明显的影响。有研究学者根据一定的研究得出结论，我们可以通过观测一定重量微生物素产生的碳的呼吸量值，进而可以得出重金属污染对土壤中微生物产生的影响大小。

1.2 不同品种、不同生育期的根系对根际微生物的数量和种类的影响

不同的植物品种会有不同的根病抗性，其根际微生物也会有所区别，包括这些微生物的种类、数量和优势种、抑菌作用强弱等，例如棉花黄娄病感病品种所含有的根际线虫数量远多于抗病品种的，抗病品种所拥有的根际放线菌数量要远多于感病品种所拥有的，但是其中的细菌目前还没有发现明显的规律。通过研究发现棉花在不同时期所包含的根际微生物有所不同，具体表现为现蕾期所拥有的根际真菌、细菌、放线菌数量等远远多于苗期的，这主要是因为现蕾期棉花代谢比较旺盛，同时在这个阶段地表温度较高。关于浙江小麦根际土壤腐霉的研究表明，在小麦苗期和分蘖期根际土壤含有的腐霉数量较多，而在生育中后期根际土壤中腐霉数量明显，该显著变化与小麦的生长阶段以及土壤温度有关。而学者研究发现，小麦在抽穗期根际和非根际细菌、真菌和原生动物数都是最多的，而在成熟期线虫数量最多。

1.3 土壤理化性质对病菌在土壤中生长和对寄主侵染的影响

一般情况下，土传病害的致病菌大多以菌丝体、卵孢子的形式存在于土壤之中，所以在造成侵染规律的众多因素之中，土壤是对于病菌生长和侵染产生影响的重要因素之一。禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）和瓜果腐霉菌（Pythium aphanidermatun）是造成玉米产生茎腐病的主要因素。在相应的研究中，我们主要针对土壤呈现的温度、湿度和酸碱度等因素进行观察，分析病菌在土壤中生长的规律得出，不同的病菌适应不同的土壤情况，例如禾谷镰孢菌适合生存于中性土壤和低湿的环境，无法经受高温；而瓜果腐霉菌适应的则是中性土壤以及较高温度的情况，因此多生存于砂土或黏土之中。病菌对玉米幼苗的侵染程度，主要受土壤温度、湿度的影响（尤其是湿度的影响）。一般在湿度较高的情况下，腐霉菌的致病力更强，并且引发的症状十分严重。除此以外，土质也会影响发病程度，一般情况下，砂土地比普通土壤中症状更为严重。

2 土壤微生态调节促进植物根系健康的方法和效果

对土壤微生态进行调节主要是通过生态平衡的原理来实现的，具体表现为加速土壤中所包含的物质和能量循环，进而实现保护土壤中多种微生物的目的[2]。针对目前存在的多种问题，专家给出了相应的解决方法：对于农作物品种单一问题提出了多品种种植，针对使用化肥过度现象而提倡精确且平衡的施肥方式，将原本的连续耕作模式改为轮流耕作等，通过调节微生态来减少对于土壤的危害和损伤。而由于我们已经初步掌握了土壤微生态规律，已经意识到利用有益微生物不仅可以有效地开展土壤微生态调节，还能够促进植物根系健康，将这种方法广泛运用到实际生活中已经取得了良好的效果。由于生物技术迅猛发展，大量繁殖有益微生物用于农业生产前景广阔。

通过秸秆还田、轮作以及施用有机肥等方式可以一定程度上提高土壤表层的微生物数量，而土壤的营养状况则可以通过添加容易腐解的有机改良剂来改良，这些措施都会导致土壤中微生物群体发生大的波动。40年代就有学者研究得出在棉花田里施加更多的厩肥，能够有效避免根腐病的产生或者促使病症的现象在棉株成熟后才显现出来。在当今的农业种植当中，人们已经开始大量使用有机改良剂，这些改良剂多是由各种农作物制作而成的，例如豆饼、纤维粉等。

3 问题与展望

我们需要关注到有益菌对于植物的作用是一把双刃剑，有益菌既可以促进也可能阻碍植物的正常生长，这个发现源于一些研究人员已经发现了丛枝菌根能够通过侵染宿主的过程提高土壤中磷酸酶活性，而另外一些研究者却在研究之中发现菌根菌丝无法有效地增加土壤中磷酸酶的活性。因此有很多报道都坚持VA 菌根菌和植物的抗病性之间并没有关联性。如果我们能够将不同菌种组合以及秸秆还田、畜禽粪处理等措施进行有机的统一利用，就可以让微生物菌剂的生产与使用更具多样性[3]。微生物菌剂施用效果受土壤、作物、水分、气候等诸多因素的影响，微生物菌剂的生产使用存在效果不稳定的情况。经过相关的实验可以得出，单纯利用高效菌系进行生物防治并不能完全实现有效的治理，必须采取措施帮助高效菌系真正地生长在土壤中，这样才能够达到最佳的效果，所以，我们在采用生物菌系治理的时候，必须具体情况具体分析，针对实际情况，设定所要使用的微生物组合，同时必须注意保证养分与能量之间的平衡性，合理地运用两者，严格把控环境因子可能产生的影响，不断研发出功能较稳定且有效的微生物菌剂。

我们可以通过使用现代的各种高科技来获取更多的优良菌株和繁殖有益微生物，在离体培养的情况下，我们可以发现VA 菌根真菌很难产生新DNA，所以也并不会出现新的细胞核，这大概就是我们可以准确实施VA 菌根真菌纯培养术的有效前提。一些学者通过相应的技术使得宿主细胞的核基因组中吸收了发根土壤杆菌的RiT-DNA 成分，通过此技术制作出来的不定根可以在无外界其他生长激素的前提下正常健康成长，同时能够实现连续的繁殖过程，能够帮助VA 菌根在无菌的环境中提供相应的最适宿主实现健康成长，可以最大限度满足VA 菌根生长所需的外部条件。综上所述，现代生物技术应用在农业方面，不仅可以有效地促进优良菌株的繁殖，还可以实现大量繁殖的需求。