具有抗病作用的生物有機肥及其研究進展

2013-02-20 01:57:42許華升丁小玲李呂木

家畜生態(tài)學報 2013年11期

許華升，丁小玲，李呂木,2

(1. 安徽農(nóng)業(yè)大學生命科學學院，安徽合肥 230036；2.安徽農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，安徽合肥 230036)

化學殺菌劑的大規(guī)模使用對農(nóng)作物產(chǎn)生復雜的慢性影響，以致食用后人體內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)發(fā)生變化等[1]。我國畜牧業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)生了大量畜牧糞便，糞便中含有較多氮、磷等營養(yǎng)成分，這些畜牧糞便若不有效利用，不僅會流失大量農(nóng)業(yè)養(yǎng)分資源，還會嚴重污染環(huán)境。如果將未腐熟的糞便有機肥施入農(nóng)田或果園，不僅會消耗農(nóng)作物或果苗根際土壤的氧，產(chǎn)熱而灼傷根系，同時還會產(chǎn)生小分子有害物質(zhì)，引入各種病原菌，甚至會污染地表水和地下水[2]。而生物有機肥加工與生產(chǎn)的前提是高效、無害化的處理糞便及秸稈，因此，需挑選吸收效果好、危害小、肥力高的有機肥，但生物有機肥不一定能防植物病害。那么，就需要一種既能防治病害又能提供營養(yǎng)成分的產(chǎn)品，而具有抗病作用的生物有機肥具有農(nóng)藥和化肥的雙重功效且負面作用比二者小很多，具有重要的經(jīng)濟和生態(tài)雙重效益。

1 生物有機肥的內(nèi)涵及作用機理

具有抗病作用的生物有機肥是由對相關病原菌具有拮抗作用的微生物與主要以動植物殘體(如畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等)為來源并經(jīng)無害化腐熟、處理的有機物料復配或二次發(fā)酵而成的肥料，故而兼具生物防治和有機肥效應。

具有抗病作用的生物有機肥對農(nóng)作物病害的抑制作用機理，主要有三種：物理作用,即施用大量堆肥后土壤物質(zhì)結(jié)構(gòu)得到改善，植物根系的生長發(fā)育和抗病性得到促進和提高；化學作用，堆肥能為植物提供均衡營養(yǎng)成分，從而改善植物的營養(yǎng)狀況和抗病性；生物作用，堆肥中大量的拮抗微生物及其它活性很高的菌群對環(huán)境的適應能力強，施入土壤后迅速形成優(yōu)勢種群，激發(fā)土壤中土著微生物的活性，從而改善土壤的生物、生化性狀，起到土壤解毒、凈化土壤環(huán)境、抑菌防病、改善作物品質(zhì)和提高作物產(chǎn)量的作用。具有抗病作用的生物有機肥的主要作用機理概括為重寄生、營養(yǎng)的競爭、抗生以及其綜合作用[3]。重寄生是病原菌被拮抗菌菌絲覆蓋，同時拮抗菌產(chǎn)生大量孢子，從而使病原菌菌落變色甚至菌絲枯萎死亡的作用。營養(yǎng)的競爭是拮抗菌通過與病原菌競爭營養(yǎng)物質(zhì)，從而抑制其生長的作用?？股寝卓咕戤a(chǎn)生揮發(fā)性或非揮發(fā)性的抗菌素類物質(zhì)，以作用于植物病原菌，從而抑制其生長繁殖。

2 生防菌的種類

具有抗病作用的生物有機肥是生物有機肥的一類,由生防菌和有機肥組成。近年來，生防菌的研究以煙草、棉花、黃瓜、辣椒、香蕉和番茄土傳病害的居多。根據(jù)生防菌的生物學分類，主要分為真菌和細菌。其中屬于真菌的主要有：粉紅粘帚霉、木霉SQR-T037、淡紫擬青霉菌251、黑曲霉、綠色木霉、尖孢鐮刀菌菌株162和青霉菌滅活菌絲體等[4-5]；屬于細菌的主要有：死谷芽孢桿菌、綠膿桿菌RM-3、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌SQR9、枯草芽孢桿菌SQR-5、枯草芽孢桿菌AH18、短小芽孢桿菌SQR-N43、多粘類芽孢桿菌SQR-21、膠質(zhì)芽胞桿菌、巨大芽胞桿菌、芽孢桿菌N11、芽孢桿菌QL-5、芽孢桿菌QL-18[6-7]、嗜麥芽窄食單胞菌、假單胞菌LHRE62、假單胞菌HHRE81、熒光假單胞菌PS1和熒光假單胞菌CHA0等[8-9]。

3 生物有機肥的生產(chǎn)

生物有機肥的生產(chǎn)工藝是將功能性微生物菌劑如鉀細菌、磷細菌和氮菌等加到腐熟的有機物料中發(fā)酵；經(jīng)造粒、烘干、過篩和包裝，制成生物有機肥成品[10]。故而具有抗病作用的生物有機肥是以腐熟的有機物料為載體，加入生防菌二次發(fā)酵或與其結(jié)合使用研制而成。

高溫好氧堆肥是目前畜禽糞便及秸稈等處理最常用的技術(shù)，堆肥包括初始發(fā)酵、高溫發(fā)酵和低溫腐熟保肥三個階段。該過程中可生物降解的有機固體廢棄物被微生物分解為相對穩(wěn)定的腐殖質(zhì)物質(zhì)，該技術(shù)中需要一定的濕度、空氣、溫度、pH和碳氮比，工藝流程主要包括預處理、好氧發(fā)酵、后處理和儲存等。技術(shù)核心在于預處理和好氧發(fā)酵，堆肥預處理主要是對堆肥原料的碳氮比、水分和pH進行調(diào)節(jié)并向堆肥原料中添加微生物菌劑。堆肥原料的碳氮比一般為25∶1～35∶1，堆肥的初始含水率適宜在40%～60%之間，堆肥過程中pH維持在5.5～8.0最佳，然后添加微生物發(fā)酵菌劑到堆肥原料中。堆肥初始發(fā)酵和高溫發(fā)酵比較適宜保持5%～15%的空氣氧的體積含量，堆層各測試點的溫度均應保持在55～65 ℃，不宜超過75 ℃．且至少持續(xù)5 d，其中生防菌二次發(fā)酵接種時溫度一般低于上述溫度, 把握好接種時機，通常不需在低溫腐熟保肥階段通風，但應定期進行翻堆。國標中生物有機肥成品的主要控制指標包括有效活菌數(shù)、pH、水分和有機質(zhì)等。如以玉米秸稈、牛糞為原料制備有機肥，當堆溫達到一定溫度以上后保溫一段時間，然后降溫至另一溫度時接入拮抗菌，在一定恒溫條件下培養(yǎng)，可得到嗜溫菌和拮抗菌濃度均符合國標的高密度堆肥產(chǎn)品[11]。又如用氨基酸肥料和生防菌以一定比例混合在低于某一溫度下有氧發(fā)酵一段時間，生防菌菌絲體要在蒸餾水中制成勻漿之后與肥料充分混合，在發(fā)酵過程中保持一定的濕度，發(fā)酵后，制成干物質(zhì)的生防菌菌絲體的密度達到一定值,在一定溫度下儲存，并且只有在干物質(zhì)的生防菌菌絲體的密度不少于109個/g時才能用于試驗[12]。

4 應用效果

施用具有抗病作用的生物有機肥能促進農(nóng)作物生長，增加土壤中有機質(zhì)含量，改善土壤養(yǎng)分狀況；同時，施用具有抗病作用的生物有機肥后其生防微生物能有效定殖在根際土壤中，使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到調(diào)控和增強，提高土壤品質(zhì)，降低病害的發(fā)生率；此外，生物有機肥還能提高作物防御性酶活性，增強植株抵抗病原菌的能力[13]。

由多粘類芽孢桿菌菌株發(fā)酵而成的微生物有機肥能使煙草黑脛病得到有效抑制，苗期抑制率達80%[14]。拮抗菌與有機肥復配施用不僅使病原菌微菌核數(shù)量下降34%，防病率達57%，而且可以有效改善棉花連作土壤微生物區(qū)系[15]。土壤中施用bacillussubtilis及用其發(fā)酵制備的微生物有機肥(BOF)均能使病原菌的數(shù)量顯著降低，但施用拮抗菌bacillussubtilis菌懸液比BOF對辣椒青枯病的防治效果差，有機肥能顯著延緩拮抗菌的數(shù)量下降，可見有機肥既是拮抗菌的載體又能為其提供養(yǎng)分，此外，二者皆能顯著促進辣椒的生長[16]?；钚晕⑸锱c作為生長介質(zhì)的堆肥結(jié)合對黃瓜灰霉病有良好的抑制作用，同時為植物提供養(yǎng)分[17]。芽孢桿菌SQR-21與有機肥結(jié)合施用使棉花枯萎病發(fā)病率下降70% ，并顯著增加植物干重，超過113%[18]。有機肥的拮抗菌劑類芽孢桿菌在作物根際能有效地增殖，抑制西瓜根際病原菌的生長繁殖，顯著降低發(fā)病率[19]。富含拮抗菌的生物有機肥使甜瓜根際微生物群落結(jié)構(gòu)得到改善，根際土壤細菌的數(shù)量增加，根際生防真菌的密度顯著提高，甜瓜枯萎病發(fā)病率降低且其產(chǎn)量得到提高[20]。

5 展望

具有抗病作用的生物有機肥不僅能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，而且能有效控制農(nóng)作物的土傳病害，具有巨大社會經(jīng)濟效益。但因為使用方法、技術(shù)和堆肥來源不同，土傳病原菌的復雜性等因素而存在爭議，主要是因為缺乏關于堆肥產(chǎn)物或經(jīng)堆肥產(chǎn)物改良的土壤中關鍵微生物的抑菌、防病機制的深層次研究等相關基礎研究工作，因而難以有效地、定向地使用生物有機肥達到預期防病治病的效果。具有抗病作用的生物有機肥，一般一種肥料只能針對一種或少數(shù)幾種病害，多種生防菌混合發(fā)酵有機肥或許能改善這個狀況。還有由于具有抗病作用的生物有機肥大部分是從根部施入，不適合在防治植株地上部病害中應用，因此改進堆肥的施肥方式相當重要，具有抗病作用的生物有機肥浸提液既可根部施入也可葉面噴施，可達到防治土傳和氣傳病害的雙重效果[3]。在使用具有抗病作用的生物有機肥過程中要考慮它的風險并加強管理，包括其是否對農(nóng)作物產(chǎn)品的品質(zhì)及生態(tài)平衡等有影響[21]。幾種具有抗病作用的生物有機肥適當?shù)呐浜鲜褂眉捌渑c適量其它肥料、殺蟲劑及天然活性物質(zhì)等的結(jié)合使用或許會有更好的效果。研發(fā)能夠同時對多種農(nóng)作物多種病害具有良好效果且負面作用小的具有抗病作用的生物有機肥是未來的發(fā)展方向，具有抗病作用的生物有機肥的研究必將有一個良好的發(fā)展前景。

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