首页 > 分享 > 绿色智能肥料：精准解锁植物“隐藏力量”，引领农业绿色发展新纪元！

绿色智能肥料：精准解锁植物“隐藏力量”，引领农业绿色发展新纪元！

花匠小妙招
2024-12-25 21:38

转载自“绿色智能肥料”公众号

土壤微生物在保障粮食安全中起到重要作用，特别是根际微生物被称为植物第二基因组，根际土壤微生物的数量是土体微生物的十倍以上(Wang et al., 2020)。

根际微生物有特殊的分类如丛枝菌根真菌、固氮菌等，微生物也在根际发挥一些特定的功能如参与有机化合物转化、固氮作用和反硝化作用的微生物(Ling et al., 2022)，这些根际的微生物是植物吸收营养元素的重要帮手，也是绿色智能肥料突破的重要方向，对提高肥料的养分利用效率，促进农业绿色发展和增产增收至关重要。

图1. 微生物促进植物养分吸收及抗病(Trivedi et al., 2020)

微生物具备众多功能，如何有效发挥这些功能呢？

目前通常施用微生物肥料或者植物生物刺激素来发挥微生物功能。但从微生物接种剂产品在 1896 年授予第一项专利至今，其发展仍然许多限制，尤其是微生物的效果受到地理、土壤、植物种类、气候等导致的不稳定性是最重要的因素之一，原因就在于大部分肥料和菌剂都作用在土壤，而不是关键的根际区域。

植物根系会在土壤肥料颗粒周围大量生长，根系密集区域是植物与土壤及肥料交换的关键场所。绿色智能肥料正是通过这种植物的向肥性作为一个调节平台，可以通过科学的生物刺激素复配、碳的比例控制、关键功能微生物信号物质添加从而调节和调动根系生长的能力，强化这个区域中的植物-微生物互作实现四两拨千斤的作用。

绿色智能肥如何一步一步调控微生物，又是怎么实现“智能”呢？

肥料对微生物的活化是首要步骤，微生物的活性及功能发挥，很大程度上依赖于土壤中碳的输入。土壤中碳含量不足时，大部分土壤微生物处于潜在活性状态(Blagodatskaya and Kuzyakov, 2013)。自然条件下，根系分泌物是碳的重要来源，这种碳的输入对养分周转至关重要。例如根际一般是处于高碳低磷的微环境，而微生物对土壤磷的固定与活化与这种碳：磷的比率有关(Marschner, 2008)。碳：磷的比率高时，细菌对磷有固定作用，微生物大量储存磷以备微生物自身的“不时之需”，为自身生长的磷需求作准备(Spohn and Kuzyakov, 2013)；而在碳：磷的比率降低时，细菌对磷则是净活化作用，微生物对碳的需求可以驱动磷的活化(Spohn and Kuzyakov, 2013)。大量研究表明，通过调整根际的碳磷比值，可以有效刺激土壤磷酸酶活性，调控磷的养分活化或者周转(Marschner, 2007 , Zhang et al., 2014 , Wang et al., 2022)。目前发现通过碳添加，可以显著刺激微生物的活化能力(Wang et al., 2022)，而且碳源与肥料复配，刺激微生物活性以提高肥料利用效率已经表现出了良好的效果(李金鑫 et al., 2020)。因此，碳添加是绿色智能肥料实现微生物智能化调控的重要实现途径。

图2. 信号物促进土壤微生物磷酸酶活性(Wang et al., 2023)

绿色智能肥料对微生物的组装与靶向调控

微生物要想“智能化”调控，不光用碳调控细菌数量，也应考虑实现特定功能的微生物靶向调控。植物的次级代谢物在植物-微生物的互作中起重要作用。例如乙烯调控花生根际微生物网络中的核心物种（放线菌门Catenulispora sp.）丰度，提高微生物组磷矿化功能。类黄酮、萜烯和苯并恶唑嗪酮类等多种次级代谢物均在根际细菌群落的组装过程中发挥了调控功能(Wang et al., 2024)。

目前我们通过外源添加这些信号物质，发现了有一些信号物质可以显著提高磷的活化能力，靶向调控了一些潜在解磷细菌。因此绿色智能肥料可以通过添加碳和信号物复配形成“智能”调控土壤微生物(Wang et al., 2023)。

参考文献

BLAGODATSKAYA E, KUZYAKOV Y 2013. Active microorganisms in soil: Critical review of estimation criteria and approaches. Soil Biology and Biochemistry [J], 67: 192-211.

LING N, WANG T, KUZYAKOV Y 2022. Rhizosphere bacteriome structure and functions. Nature Communications [J], 13.

MARSCHNER P. Plant-Microbe Interactions in the Rhizosphere and Nutrient Cycling[C]//P. MARSCHNER, Z. RENGEL. Nutrient Cycling in Terrestrial Ecosystems. Berlin, Heidelberg:Springer Berlin Heidelberg,2007:159-182. 10.1007/978-3-540-68027-7_6.

MARSCHNER P. The role of rhizosphere microorganisms in relation to P uptake by plants[C]//P. J. WHITE, J. P. HAMMOND. The Ecophysiology of Plant-Phosphorus Interactions. Dordrecht:Springer Netherlands,2008:165-176. 10.1007/978-1-4020-8435-5_8.

SPOHN M, KUZYAKOV Y 2013. Phosphorus mineralization can be driven by microbial need for carbon. Soil Biology and Biochemistry [J], 61: 69-75.

TRIVEDI P, LEACH J E, TRINGE S G, et al. 2020. Plant–microbiome interactions: from community assembly to plant health. Nature Reviews Microbiology [J], 18: 607-621.

WANG G, JIN Z, WANG X, et al. 2022. Simulated root exudates stimulate the abundance of Saccharimonadales to improve the alkaline phosphatase activity in maize rhizosphere. Applied Soil Ecology [J], 170.

WANG S, DUAN S, GEORGE T S, et al. 2023. Adding plant metabolites improve plant phosphorus uptake by altering the rhizosphere bacterial community structure. Plant and Soil [J], 497: 503-522.

WANG X, WANG M, XIE X, et al. 2020. An amplification-selection model for quantified rhizosphere microbiota assembly. Science Bulletin [J], 65: 983-986.

WANG X, ZHANG J, LU X, et al. 2024. Two diversities meet in the rhizosphere: root specialized metabolites and microbiome. Journal of Genetics and Genomics [J], 51: 467-478.

ZHANG L, DING X, CHEN S, et al. 2014. Reducing carbon: phosphorus ratio can enhance microbial phytin mineralization and lessen competition with maize for phosphorus. Journal of Plant Interactions [J], 9: 850-856.

李金鑫, 李絮花, 刘敏, et al. 2020. 海藻酸增效复混肥料在冬小麦上的施用效果. 中国土壤与肥料 [J]: 153-159.

撰写：严文辉

编辑：陈路路

审核：黄成东