解码微生物多样性，自然问题的解决方案
5月22日是一年一度的国际生物多样性日，关注我们的小伙伴可能还记得，去年我们以“微生物新物种”的角度带大家了解了微生物多样性的重要性。今天，我们将以新的角度和大家探讨——微生物多样性在农业当中的重要性。正如今年国际生物多样性日的主题“呵护自然，你我有份”，微生物多样性的延续和保护、农业的可持续健康发展都是自然的一部分，有赖于我们每一个人的力量。
其实在历史长河中，中国传统农耕文明长期领先于世界，比如利用轮作、间作来趋避病害，提高土壤肥力等这些合理的耕作方式，本质上都与农作物微生物群落的动态平衡相关。随着人口的持续快速增长，人类对粮食的需求量增加，人们在追求增产高产的过程中不断改变土地和耕作方式，使得土壤中的微生物多样性以前所未有的速度在消失。[1, 2]
一、不可忽视的土壤根际微环境土壤是农业生态系统中重要的组成部分，细菌、真菌和放线菌是组成土壤微生物的“三剑客”，它们与地上植被是相辅相成、不可分割的整体，其数量、种类、多样性能反映出土壤中物种代谢的旺盛程度、代谢种类，代表着微生物群落的稳定性，这也是表征土壤肥力的重要参数之一，对植物的生长发育、群落结构演替都有重要作用。[3, 4]
▲土壤根际微环境 | 图源网络
二、连年耕作及土壤恶化对农业土壤微生物多样性的影响土壤环境因子（如水分、pH值等）及不当耕作措施（连作，过度用药施肥等）都会影响到土壤养分的循环与供应，甚至会直接改变土壤质地和土壤微生物的多样性降低。[3-6]
▲图源网络
多项研究通过Biolog-Eco技术发现，农业土壤（耕地）的微生物代谢活性相对于草地、林地来说会比较低，并且微生物的物种多样性也不高，这当中的原因离不开人类的耕作方式。[7]
为了提高产量，人们常用连作这种最为简单的种植方式来提高土地的利用率，却使得根际土壤环境变得越来越单一，病原菌数量大量增加，病害问题愈发频发。而为了应对这一情况，人们又选择大规模、大剂量地施用农药、化肥，进一步加剧了土壤生物质量退化、根际土壤微生物的物种趋向单一。[1, 7-13]
▲图源网络
事实上，土壤的微生物类群、有机质、团粒结构是一个相互作用，缺一不可的平衡系统，决定着土壤的肥力和环境。一旦有益微生物减少，结构遭到破坏，土壤质量下降，作物就失去了生命的源泉，不仅病害增加，难以获得高产，而且会降低耕地的使用寿命。这也是近年来土传病害频发，土壤板结，恶化等等层出不穷的内在原因。
三、如何修复农业土壤微生物多样性通过向土壤中施入微生物菌剂，对于改良土壤、提升地力、改善土壤生态环境，减少化肥农药的使用都具有极其重要的作用。微生物菌剂中含有的有益微生物一般为根际土壤微生物，它们可以将土壤中的有机质转化为能量，还能产生植物激素、活性物质，也能与作物互作，诱导作物产生对逆境免疫的物质，这多种多样的功能都能够让它广泛地应用在不同的场景中。此外通过作物间混套作、农林间作、轮作等种植方式去创造农田小生境多样化，或配施有机、无机肥以提高土壤中有机质、氮、磷、钾的含量，以增强土壤微生物活性，也是提高微生物群落多样性的重要方式。[1, 6, 11, 13, 14]
▲微生物菌剂对根际微生物群落的重组 | 图源网络
四、根际土壤微生物的应用根际土壤是生态系统物质交换的活跃界面，拮抗真菌、植物根际促生细菌（PGPR）大多存在于植物根系与叶围，是一类可以在植物根际表面定植，促进植物生长发育、抗逆的有益菌。将这些有益微生物制成菌剂施用到土壤中，可以提高土壤的养分供应能力，改善土壤结构；刺激作物生长，抵御病虫害；增强作物抗逆能力，降解有害物质。[4, 6, 9, 15, 16]
▲根际微生物对植物分泌代谢物质的影响 | 图源网络
如国内外众多研究显示，哈茨木霉（Trichoderma harzianum）可以通过分泌纤维素酶等活性物质来提高土壤的肥力，增加植物的抗逆性，还能帮助土壤恢复微生物群落的原有水平，抑制土传病原菌的定殖。淡紫紫孢菌（Paecilomyces lilacinus）可以通过寄生线虫卵及分泌白灰制菌素毒素线虫的方式而达到防治效果。拜赖青霉（Penicillium bilaii）、哈茨木霉（Trichoderma harzianum）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）可以提高植物对土壤中水分、营养吸收能力，调节植物体内次生代谢产物（IAA、ABA、有机酸等）的含量与酶活性（抗氧化酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶等），保护植物的大分子和细胞膜组织，来协助植物耐旱、耐盐碱等等。[17-23]
五、修复农业生物多样性 —— 慕恩在行动慕恩生物作为作物功能菌的开拓者，一直致力于以微生物的力量为农业生物多样性的修复、为绿色农业提供高效、可持续的解决方案。
(1）连作障碍、土传病害
为了解决重茬种植引起的土壤问题，慕恩持续地推出“菌养元®、绿地成金™、菌护盾™、晓微®、金衣健®”等一系列防治作物土传病害的功能性微生物产品，我们通过用有益微生物来对有害微生物进行控制，避免了耐药性的产生，同时高活性菌株在植物根部能够持续地发挥作用，持续对土壤微生物群落多样性进行修复，为植物的生长保驾护航。
▲慕恩哈茨木霉对抗病原菌 | 图源慕恩生物
(2）线虫病害
线虫病已成为危害作物产量的重要病害，造成减产高达40%-70%。当前我国针对线虫防治主要以化学防治为主，但长期单一地使用化学类杀线虫剂会导致线虫产生抗药性，而且化学农药的残留对土壤的微生物多样性的影响不容小觑。慕恩生物推出的高效防线产品——“菌线灵™”（淡紫紫孢菌），它结合了微生物活菌及次生代谢产物，安全高效、作用方式多样、虫卵双杀，不产生耐药性，在田间表现出了优异的线虫防治效果。
▲ 淡紫紫孢菌对线虫的寄生 | 图源网络
(3）土壤逆境
协助作物抗逆的微生物产品是慕恩生物农业的重点研发管线之一，通过严格筛选流程，慕恩大规模田间试验数据表明，在缺水、盐渍化的逆境土壤中，使用微生物种子包衣后，玉米亩产增加9%、小麦增加11%、青稞增产17%以上。由此开发了微生物种子保护产品——“威衣先锋”，其应用于大田作物能够为粮食的安全生产保驾护航；作物抗逆增产产品——“菌护盾™”，其应用于经济作物能够通过增强作物的抗逆能力，实现增产、保障种植户收入，维持了植物-土壤这一根际微环境的平衡，为土壤微生物的生存提供了适宜的环境。
▲慕恩生物-拜赖青霉抗干旱试验 | 图源慕恩生物
六、呵护自然，你我有份尽管以前人类为了追求高生产力，盲目地使用不太妥当的方式对土壤进行管理，造成了农业生物多样性下降，但是现在的我们也可以在追求高产高质的同时，使用环境友好的土壤管理方式，保护好大自然分享给我们的宝藏。让我们一起呵护自然，延续与自然和谐相处的友好关系，以微生物创造美好未来！
[参考文献】
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