生物菌肥在甘蔗节本高效栽培中的应用

陈思同，邢永秀

（广西大学农学院，广西 南宁 530004）

0 引言

世界人口的快速增长对粮食的需求量急剧增加，全球可耕地的有限性，以及气候变化引起栽培环境恶化均给农业生产与粮食安全带来了巨大挑战。甘蔗（Saccharum officinarumL.）属于多年生草本C4植物，其对CO2同化能力强，生物量大，是重要的环境友好型作物。此外，因其含糖量高而在热带和亚热带地区广泛种植，是世界前十栽培作物之一［1-3］。鉴于全世界可耕地的稀缺性，同时又要满足人口增长对粮食的巨大需求，需要大幅提高种植强度以及作物单产［4］。据估计，全球作物总产量的提升动力90%来源于作物单产的提高［5］。为此，探索作物产量形成机制以及单产提高方法一直以来都是农业领域的研究热点。曾艳等［6］研究结果显示广西蔗区土壤肥力等级为Ⅲ级，属于低肥力水平。化学肥料可为甘蔗生长提供必要的矿质营养元素，蔗地施用化肥能明显提高甘蔗产量和糖分含量，发挥甘蔗生产潜力，是蔗农增收的关键措施之一［7，8］。然而，化学肥料施用表现出严重过量、营养元素配比失衡、肥效短等问题［9，10］。这些不合理的使用方式不仅不能提高甘蔗产量，反而增加了种植成本，同时还对环境造成不良影响，显著降低甘蔗的种植效益［11，12］。生物菌肥是由能够直接或间接促进植物生长的固氮微生物、解磷微生物、解钾微生物等组成的制剂，是发展绿色农业的理想肥料。近年来国内外均有报道利用生物菌肥代替化肥实现环保节本、增产增收的案例［13-17］。充分发挥有益微生物作用以减少农用化学品投入，达到可持续的环境和经济目标，已成为未来农业发展的新机遇，生物有机肥部分替代化学肥料，是可持续农业发展战略的必由之路。

1 常见菌肥微生物

1.1 固氮微生物

根据固氮微生物与宿主的关系可大致分为自生固氮、内生固氮和联合固氮3种类型。其中，自生固氮是指固氮微生物与植物无依存关系，可自行固定空气中的氮，以固氮菌属、念珠藻属和红螺菌属等为代表。内生固氮和联合固氮是指与植物存在相互作用关系，需借助宿主植物才能完成固氮反应，以根瘤菌属和固氮螺菌属等为代表［18］。Boddey等［19］利用同位素标记法研究了固氮菌对甘蔗氮效率的贡献，发现固氮菌可为甘蔗提供生长发育所需60%的氮素，有些品种甚至可达80%。前人研究证明，固氮菌可促进甘蔗植株氮代谢积累量，增加甘蔗产量，减少化肥用量，提高经济效益［20-22］。可见，固氮微生物菌可作为菌肥用于甘蔗节本高效栽培。

1.2 解磷微生物

解磷微生物能分泌次生代谢物将难溶性磷转化为能被植物吸收的有效磷。根据解磷微生物的作用底物不同，解磷微生物可分为有机磷分解菌和无机磷分解菌，两者之间没有严格界限，部分菌种同时具备降解有机磷和无机磷作用，甚至有些解磷微生物兼有固氮能力，如固氮菌属（Azotobactersp.）［23-26］。Natarajan等［27］以解磷微生物巨大芽胞杆菌（Bacillus megaterium）为菌肥在甘蔗上使用的结果表明，解磷微生物菌肥处理的小区在磷用量减少25%的情况下比对照增产12.6%，同时提高了蔗汁蔗糖含量。另有大量研究表明，从蔗地土壤或根际分离的解磷微生物在甘蔗的节能栽培上更具有利用价值［28-32］。相比之下，国内关于解磷微生物菌肥在甘蔗上的运用研究报道非常少。

1.3 解钾微生物

解钾微生物主要指能对难溶的含钾矿质以及含钾有机物进行分解，把土壤中无效钾转变为植物可以吸收利用的溶解钾的微生物。土壤和作物根际存在大量的解钾微生物，这类微生物包括真菌类和细菌类，如Bacillussp.、Aspergillusspp.和Aspergillus terreus等［33］。李兰玉等［34］在烤烟上使用溶磷解钾微生物菌肥，结果发现，施用微生物菌肥处理的烤烟产量和效益较当地常规栽培好，其中以施菌肥80 mL/株的处理产量和产值最高，可增加产量和经济效益分别达16.14 kg和253元。吴俊林等［35］从烟区土壤分离获得1株高效解钾菌，验证该菌株的解钾和溶磷能力较强，对烟叶中钾含量的吸收与利用有协调促进作用，能明显提高烟田烟叶的产量和质量，有利于增加种烟的经济效益。Etesami等［36］研究发现，解钾微生物不仅可以提高根际土壤有效钾含量，同时还能减少钾的流失，促进作物生长，提高作物产量，此外还可提高作物免疫力，减少病害发生，在节本增效和环境友好的作物栽培生产实践中具有重要意义。但国内外很少有解钾微生物菌肥在甘蔗生产上运用的研究报道。

2 展望

2.1 我国微生物菌肥行业发展现状

目前，我国微生物菌肥用量占肥料总用量的比例较小。近几年来，得益于政策扶持和人们对微生物菌肥认识的提高，我国微生物肥料产业持续快速稳定发展。根据2020年3月的统计数据，我国微生物肥料企业年产量可达2000万t。2021年出版的《中国工业统计年鉴》显示，到2020年底我国有规模以上有机肥料及微生物肥料制造企业和单位590家，这些企业2020年营收额达430.51亿元。据《工业统计年鉴》与农业农村部数据估算，我国规模以上企业中，微生物肥料占有机肥料及微生物肥料制造行业营收比例的64%。2020年，我国规模以上微生物肥料销售收入达325亿元。我国微生物肥料登记数据分析显示，2001—2018年我国微生物肥料登记数量呈上升趋势，2018年登记数量激增，达3486个；2020年，新增微生物肥料登记数高达1591个；2021年仅前8个月，新增微生物肥料登记数即达1108个。

2.2 微生物菌肥在甘蔗生产中应用受限原因

近年来，我国微生物肥料行业发展迅速，在农作物中的应用越来越广泛，但其在甘蔗生产中的应用还非常少，主要存在以下几个原因：一是针对甘蔗的有益菌多数停留在实验室研究阶段，没有很好地与载体结合生产出符合甘蔗生长发育所需的微生物肥料；二是缺乏筛选标准，不能选育出高效适宜的有益微生物；三是目前技术手段略显不足，不能有效地改造有益微生物，影响了有益微生物的实用价值；四是宣传力度不足，蔗农不了解、不愿买、不会用，使微生物菌肥的发展缺乏群众支持；五是行业缺乏安全监控体系，不能保证微生物菌肥的健康可持续发展。因此，对于微生物菌肥在甘蔗生产上的应用和推广还需要政府、科研机构、生产企业的多方位投入，这对于提高甘蔗的生产效益、增加蔗农收入和改善生态等具有重要意义。

2.3 推进微生物菌肥在甘蔗生产中应用的建议

人口增长与环境变化给农业生产和粮食安全带来了巨大挑战。甘蔗是重要的糖料和能源作物，提高其单位面积产量、降低种植成本对蔗农和当地经济的发展均具有重要意义。生物菌肥是由能直接或间接促进植物生长的固氮微生物、解磷微生物和解钾微生物等配合不同养分形成的制剂，是农业绿色可持续发展的理想肥料。固氮、解磷和解钾微生物菌肥不仅可促进作物生长，增强作物免疫力，提高作物产量和品质，降低投入成本，而且对环境友好。但国内有关生物菌肥在甘蔗上的运用研究报道很少，为此，建议今后可从以下多方位展开研究：一是以蔗地土壤和甘蔗植株为有益微生物分离源，这种来源的微生物更适合甘蔗栽培环境；二是以多功能指标为标准筛选具有复合能力且适应能力强的有益微生物；三是利用现代生物技术对有益微生物进行改造，使其更具有利用价值；四是开发能同时携带多种菌体，且不同菌体间不会发生拮抗效应，田间施用方便，生产成本低，环境友好的载体；五是加强菌肥使用宣传推广力度，培训一批懂用、会用菌肥的蔗农，以引导带动广大蔗农科学使用菌肥；六是构建菌肥使用安全监控体系，保证研发安全、生产安全和使用安全。

生物菌肥是减少国内蔗区化肥施用量，节省投入成本，提高种植效益，实现绿色农业、生态农业、可持续农业发展的新举措，在甘蔗化肥减量增效的栽培中具有广阔的应用前景。