微生物肥料在中草药种植中的应用进展
(1. 中国科学院大学中丹学院, 北京 100049
2. 中国科学院生态环境研究中心, 北京 100085
3. 唐山市生态环境局丰润分局, 唐山 064000
4. 滨州魏桥国科高等技术研究院, 滨州 256606. )
摘要: 近年来, 中草药种植业发展迅速, 但由连作障碍导致的产量和品质下降, 已经成为制约该行业发展的重要因素, 而施用微生物肥料是缓解中草药植物连作障碍、提高中草药产量和品质的有效手段。微生物肥料指含有特定微生物的新型有机肥料, 其在促进植物生长发育、发展绿色农业、支持农业可持续发展方面具有巨大的优势。本文概述了微生物肥料的概念、分类和微生物的组成及其功能, 综述了中草药植物连作障碍产生的原因以及微生物肥料在中草药种植中的应用性研究, 揭示了微生物肥料通过改善土壤养分、防治病原微生物、降解化感自毒物质等方式促进中草药的生长、缓解连作障碍, 从而提高中草药的产量和品质等机制。此外, 本文还综述了微生物肥料在 中草药种植业中的局限性及其未来的发展趋势, 尽管微生物肥料目前仍存在许多不足之处, 但未来纳米技术、宏基因组学等技术的发展会促进微生物肥料在中草药种植业的进一步应用, 为中药材无公害化种植提供发展条件。
关键词: 微生物肥料, 植物促生菌, 中草药, 连作障碍, 生物防治
DOI: 10.48014/pceep.20240909001
引用格式: 许祺龙, 曹建喜, 尹哲玉, 等. 微生物肥料在中草药种植中的应用进展[J]. 中国生态环境保护进展, 2024, 2(3): 22-32.
文章类型: 综 述
收稿日期: 2024-09-10
接收日期: 2024-09-16
出版日期: 2024-09-28
0 引言
近年来，我国人民生活水平不断提高，其对健康生活的追求也日渐提升，对中药制剂的需求也随之增加，进而推动了中草药种植业的蓬勃发展。由于野生中药材资源有限，为满足庞大的市场需求，人工栽培是各种中药材的主要来源，人们通过研究各种中药材的生长习性，在仿野生条件下实现中药材种植[1]。在栽培中草药的过程中常常会遇到缺乏营养、染病等问题，导致中草药植株减产。为了提高中草药产量并减少病害，传统的栽培模式选择大量施用化肥、杀虫剂、除菌剂等化学药剂。但过量施用化肥会产生诸多环境问题，例如NO、N2O、NO2和其他气体造成的空气污染、硝酸盐造成的地下水污染、土壤pH值和结构的变化等[2]。微生物肥料相比化学肥料有多重优势，既能改良土壤结构、提高土壤养分含量、促进植物生长，又可以减少农残风险且环境友好，同时，使用微生物肥料能提高作物品质和产品的营养价值，降低农业生产过程中的环境足迹，促进农业可持续发展。
1 微生物肥料
1.1 微生物肥料的概念
微生物肥料是一种包含活性微生物并具备特定功能的有机肥料，其主要机制是通过微生物的生命活动来调节土壤中的养分含量，提升植物体内的营养元素含量，或生成促进植物生长的激素，从而影响植物的生长和发育[3]。目前，微生物肥料的定义可以分为狭义和广义两种解释:狭义的微生物肥料主要是指利用某些活性微生物的生命活动，改善植物的生理特性，增强植物对养分的吸收，进而促进生长，提升产量和产品质量;广义的微生物肥料则是通过活性微生物的作用，促使植物生成生长激素，改善其生态环境，增强抗病能力，从而减少病虫害，提高作物产量[4]。
1.2 微生物肥料的分类
微生物肥料可以从不同的角度进行分类，例如产品类型、产品剂型、微生物种类、微生物功能等方面[5]。按产品类型可分为微生物菌剂、复合微生物肥料和生物有机肥三类[3];按产品剂型可分为粉剂肥料、水剂肥料和颗粒型肥料三大类[6];按微生物种类可分为细菌肥料、真菌肥料、放线菌肥料、藻类肥料四大类[7];按微生物功能可分为固氮肥料、分解肥料、促进土壤养分利用的肥料以及具有抗病和促进作物生长作用的肥料[8]。
1.3 微生物肥料中微生物的组成及其功能
微生物肥料的原料由各种促进植物生长的微生物组成，促进植物生长的根际细菌(plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR)是其中不可或缺的一部分，它们存在于植物根际，在提高土壤生产力、刺激植物生长和抑制植物病原体方面发挥着重要作用[9]。在农业中，PGPR可通过生物刺激作用增强植物的营养吸收，比如固氮、溶磷和产生植物激素;此外它们还能诱导抗病性，帮助植物抵抗病原体;因而PGPR在21世纪的农业中被视为一种可能的技术，以应对气候变化和增加粮食生产的需求[10]。
目前在微生物肥料中广泛报道的PGPR包括假单胞菌属、气单胞菌属、肠杆菌属、偶氮螺旋菌属、克雷伯氏菌属、舟杆菌属、甲杆菌属、根瘤菌、偶氮杆菌属、葡萄糖醋酸杆菌、芽孢杆菌和沙雷氏菌等。豆科作物的根瘤菌接种剂是最早施用于农作物中的商业微生物产品，其至今仍是使用最广泛的农业接种剂[11]。几乎所有的豆科植物物种都能够与根瘤菌产生共生关系，豆科植物向根瘤菌供应低浓度且稳定的碳源，并为根瘤菌提供了固氮酶所需的保护性、厌氧环境;而根瘤菌则提供了豆科植物可利用的氮，从而减少氮肥的需求量，根瘤菌也可以以多种方式间接促进豆类的生长，例如一些根瘤菌对典型的真菌感染和其他有害细菌具有选择性毒性，为作物共生体提供重要的生物防御[10,12,13]。芽孢杆菌是一种较为常见且应用十分广泛的PGPR。芽孢杆菌能够在不适应的环境中产生孢子，这提高了芽孢杆菌在炎热、干旱环境中的适应能力;并且芽孢杆菌很容易负载于多种农业废弃物，使得其储存和运输成本有所下降;这些原因使得芽孢杆菌成为近年来的研究重点[14]。芽孢杆菌能够直接促进植物的生长，例如安全芽孢杆菌(Bacillus safensis)VRKK2能够通过促进吲哚乙酸(IAA)生产、磷酸盐增溶、氰化氢生产、氨生产、固氮作用、铁载体产生的方式促进植物的生长[15]。胶质芽孢杆菌能够促进分解土壤中的多种矿物质，如钾长石和磷灰石，将难溶的钾、磷转化为植物可利用的形式，有助于作物增产，同时具备固氮能力，分泌的生长激素和酶能促进植物生长[16]。Khaksar等[17]发现胶质芽孢杆菌(Bacillus cereus)ERBP能够产生植物生长促进因子，如IAA，并降解植物内的1-氨基环丙烷酸(ACC)，从而减少乙烯的合成，促进植物生长。另有一些芽孢杆菌能够减缓植物病害，间接促进植物生长。例如蜡样芽孢杆菌(B.cereus)能够产生苯甲醛、4-喹啉甲醛等挥发性物质破坏病菌细胞膜，并促进植物病程相关蛋白基因表达，从而对多种植物病害具有有效的控制能力[18]。解淀粉芽孢杆菌(B.amyloliquefaciens)、球形芽孢杆菌(B.sphaericus)、枯草芽孢杆菌(B.subtilis)、蕈状芽孢杆菌(B.mycoides)和短小芽孢杆菌(B.pumilus)均可通过刺激植物宿主产生病害抗性的方式帮助植物宿主减缓病害[19]。除固氮菌与芽孢杆菌外，泾阳链霉菌也常被用作微生物肥料，其代谢产物对于农业害虫小菜蛾幼虫、青菜蜗牛具有明显的抑制作用[20]。假单胞菌属存在于许多植物的根际中，其多种菌株具有溶解有机磷、无机磷和自生固氮的能力，部分菌株还具有分泌生长素、并抑制多种致病菌的能力，因而可为多种微生物肥料的研发与利用提供优良菌株资源[21]。虽然许多PGPR已经在微生物肥料中得到成功应用，但在植物的根际中仍有许多未被我们所熟知的PGPR，因此在未来我们需要增加对各种PGPR的研究，让更多的PGPR为我们所用。
除各种PGPR外，丛枝菌根真菌菌剂在农业生产中得到了越来越多的应用。丛枝菌根是大多数陆地植物与球囊霉亚门(Glomeromycotina)真菌之间所建立的古老而广泛的共生关系，由于它可以促进植物生长和产量，因此在农业应用中越来越受到关注[22]。相关研究表明，丛枝菌根能够在特定的环境压力下改善植物生长及其对养分的吸收，还会引起植物的形态和功能变化，并通过增加光合色素或提高光系统II的效率来提高植物的光合效率[23]。此外，丛枝菌根还可以通过产生防御相关的分子物质、促进植物产生大量植物抗毒素的方式增强共生植物对病害的抵抗能力，从而提高植物的生物量或果实产量[24]。
2 中草药植物的连作障碍
连作障碍指当同一片土地上连续种植同一种或同科属药用植物时，可能出现的生长发育受阻、产量和品质降低的现象[25]。在栽培药用植物时，连作障碍十分常见。据统计，约有70%的根茎类药用植物，如地黄、白术、三七、人参、半夏、西洋参、当归等，在耕作时会发生连作障碍[26]。不同中草药作物发生连作障碍的成因各有不同，主要包括:
(1)土壤理化性质改变。连续多年种植同一种作物，会导致土壤理化性质发生明显改变，主要表现为土壤容重和比重增加、孔隙度降低、植物对于水与养分的吸取能力大幅削弱等现象，最终造成农产品的产出量和质量下滑[27]。例如，当同一片土壤连续种植三七时，会导致1)土壤pH降低，三七对磷、钙、钾的吸收受到抑制;2)土壤颗粒逐渐从小的粉粒、粘粒和胶粒转变为大的粉砂、细砂，从而减小土壤胶体表面，进而导致阳离子交换量的下降;3)土壤有机质含量减少，由于土壤有机质和其缓冲性呈正相关，因而有机质的减少不利于三七生长[28]。
(2)土壤病原生物增多。随着农作物种植的时间推移，由于土壤营养元素的不足和根系分泌物的积累，导致了根部微环境中的微生物群落发生了变化。一些特定的微生物群体逐步增加，从而影响到土壤微生态平衡[29]。Alami等[30]发现在同一片土地上连续种植黄连(Coptis chinensis)会导致土壤真菌群落多样性和丰富度发生较大的变化，观测到的物种丰富度、香农多样性指数、Chao1和系统发育多样性指数随冬、夏两季作物年数的增加呈下降趋势，显著高于对照休耕地的结果。同一土地种植同一种植物较长时间时可能会使土壤中某些微生物逐渐成为优势种，其中许多病原微生物含量上升尤为明显，具体表现为细菌等有益菌群的种类和数量减少，而致病真菌的种类和数量增多[14]。常见的中药草本植物包括的人参、半夏、柴胡、当归、附子、三七、西洋参、穿心莲、地黄等易受根腐病、锈腐病、软腐病、叶斑病、黑斑病、白粉病、立枯病等病害，这些病害的病原体大多是真菌，其中根腐病最为普遍[31]。Tong等[32]研究发现在农田中长时间种植人参时，土壤菌群逐渐失衡，土壤中腐皮镰刀菌(Fusarium solani)、人参锈腐病菌(Ilyonectria robusta)等病原真菌有富集的趋势。此外，连续种植根茎类药用植物易导致线虫病的发生，如山药根腐线虫病，会严重影响中药材的产量和品质[33]。
(3)化感自毒作用。化感自毒现象是指某种植物通过释放特定的化学成分来对其他同类植物进行生长抑制，这一机制是植物在环境压力下进化的适应性机制，例如在胁迫条件下，植物可能会产生更多化感物质，以增强其生存竞争力[34]。化感自毒物质可以对在某些环境压力下的植物进行保护，但当其不断积累时会对植物本身造成伤害[35]。长期受到化感自毒作用危害的作物，其自身正常生理活动受到抑制，土壤环境酸化且养分失衡，酶活性降低，病原微生物增多，会导致作物连作障碍的发生，使之大幅度减产且植株发病率显著上升[36]。自毒物质可能通过影响植物根的生长发育、阻碍光合作用、影响活性氧的代谢等方式影响药用植物的生长。例如，地黄中化感自毒物质胡萝卜苷、香草酸、β-谷甾醇、毛蕊花糖苷、D-甘露醇和二十六烷酸苯羟基乙酯可直接作用于地黄，干扰地黄自身的抗氧化防御系统，导致地黄叶绿素含量减低、根系活力下降，改变地黄内源激素水平，从而抑制地黄正常生长[37]，兰州百合根及鳞茎中存在的2，3-二氢茚、萘、2，4-二叔丁基苯酚、对乙烯基愈创木酚等物质对其幼苗的生长具有明显的自毒效应[38]。由于药用植物的活性成分与化感自毒物质可能存在同源性，这加剧了连作障碍的问题[34]。
3 微生物肥料缓解中草药连作障碍的机制
缓解药用植物连作障碍的方法主要包括合理轮作间作、土壤强还原处理、土壤蒸汽消毒等物理措施、施用化学农药等化学措施，以及利用微生物肥料等生物措施[39]。相较于其他方法，施用微生物肥料成本较低且较少产生副作用，各种有益微生物可通过改善土壤状况、抑制有害微生物、降解植物自身产生的有毒物质以缓解植物的连作障碍[40]。
3.1 改善土壤养分条件缓解连作障碍
目前，微生物肥料作为一种具有活性微生物的肥料而广泛应用于土壤生态修复、土壤环境治理中，已经成为分解土壤中的污染物质、不断提高土壤肥力、降低土壤生态问题对作物的不利影响的有效途径[41]。
微生物肥料能够显著改善土壤养分情况，包括土壤有机质、全氮含量、活性磷含量、pH值、含水率等，从而促进植物生长[42,43]。有研究表明，微生物肥料能够显著提高土壤有机质(SOM)、土壤微生物生物量碳(MBC)和土壤微生物生物量氮(MBN)的含量，从而提高了碳和氮的可用性，并导致土壤微生物群落的变化，以响应养分成分的改善[44]。微生物在分解有机肥料的过程中，能够分解产生一些无机腐植酸，并与土壤基质处理中存在的有机氮元素反应，生成有机腐植酸铵。这一过程有助于更加有效地减少表层土壤中的氮肥养分流失[45]。微生物肥料可以通过固氮、解磷、解钾、产生植物激素等作用，增加N、P、K等植物所需元素的浓度，促进植物对养分的吸收，从而起到促进植株生长的作用[46]。刘瑞浩[45]的研究表明微生物菌肥促进了丹参植株对氮磷钾元素的吸收，有利于提高丹参产量。张晟[47]使用四种不同的生物肥料对枸杞种植地土壤进行试验，结果显示微生物肥料能够显著提高土壤中有效磷和速效钾的含量，有利于枸杞对这些元素的吸收。微生物肥料也能够对土壤的物理性质产生一定的积极影响，在枸杞种植地施用微生物肥料后，土壤的持水能力增强，土壤容重降低，且对土壤碳氮比也有一定的改善作用[47]。
3.2 防治病原微生物缓解连作障碍
许多研究表明细菌丰度增加和真菌丰度降低可能有利于疾病抑制，因为较高的细菌丰富度和多样性可以创造一个对病原菌不利的竞争环境，限制土壤病原菌的生存和侵染植物的能力[48]。微生物菌剂可通过竞争营养物质、抗生素作用和释放铁载体等方式控制土壤真菌的生长[49];例如有些内生菌可产生几丁质酶和β-葡聚糖酶降解真菌的细胞壁，或产生几丁质结合蛋白等抗真菌代谢物，以抑制真菌病原体的生长[50]。使用微生物菌剂可以明显优化土壤微生态系统，减少土壤内的真菌种类与数量，增加细菌种类的丰富性和密度，同时减小真菌与细菌的比例，从而促使土壤朝着休耕型发展，最终缓解连作障碍[51,52]。
微生物防治病原微生物已有较多的应用，微生物菌剂中的各种有益菌在施入土壤后，可以防止有害微生物引起的多种病害，从而提高药用植物的产量和品质[51]。例如，胶质芽孢杆菌菌剂能够显著减少半夏土壤中致病真菌镰刀菌属、环带顶孢菌属的相对丰度，同时增加生防细菌溶杆菌属、假节杆菌属及具有解磷解钾作用的芽孢杆菌属细菌的相对丰度[14];百泰和B6能够对黄芪根腐病起到一定的防治效果[53];淀粉芽孢杆菌FZB42能够有效降低莴苣底腐病的病害严重程度[54];而以海藻渣作为载体，以枯草芽孢杆菌为菌种制备的微生物菌剂则对丹参的根腐病具有良好的抑制效果[55]。栗瑞红等[56]在多年连续种植蒙古黄芪的地块上施用多维特抗菌剂(DWTK)，结果显示一种重要的病原真菌:镰刀真菌(Fusarium)的丰度显著降低。Dong等[57]发现人参根部腐烂发病率在施用病害防治生物肥后下降40.3%—47.3%，且土壤微生物多样性有所增加。Li等[58]研究了井阳链霉菌(Streptomyces jingyangensis)和胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)对半夏(Pinellia ternata)连作障碍的缓解作用，结果表明两种菌种分别处理可使半夏块茎产量提高40%~68%，植株发病率降低12%~67%，块茎品质得到改善;进一步对土壤中微生物的测定表明这两种细菌的添加选择性地抑制了一些土壤传播的致病或有害微生物，如顶孢菌属、镰刀菌属和酸杆菌属，但促进了一些有益微生物的生长，如溶菌属、芽孢杆菌属和毛菌科。另外，微生物菌剂对于线虫侵染也具有良好的防治效果，进而有效增加作物的产量[45,59]。
许多中草药植物的内生菌可对某些病原生物产生有效的抑制作用并促进植物的生长，这为微生物菌剂的选择与开发提供了一种思路[60]。内生细菌可能的生物控制机制包括通过产生水解酶(如纤维素酶、蛋白酶和几丁质酶)来降解病原体的细胞壁、产生抗生素、产生某些毒素等[61]。Zhang等[62]从中国传统药用植物黄连中分离得到136株内生真菌，并测试了它们对米大肠杆菌、禾谷腐霉菌、圆柱果腐霉菌、尖孢镰刀菌、玉米尾孢菌、菌核菌、苔藓菌和灰霉菌的抑制效果，结果显示其中14个内生菌株对至少一种选定的真菌具有抑制活性，其中活性最高的菌株Cc-HG-7对菌核链球菌和绿素链球菌的抑制率分别为81.42%和72.00%，因而菌株Cc-HG-7可能是菌核链球菌和松毛链球菌生物防治的潜在药物。Yan等[63]从人参根部分离得到的内生菌根芽孢杆菌PDA-2可产生多种人参皂苷，包括特异性稀有人参皂苷Rg3和Rh2，这种生物合成方法克服了天然植物中稀有人参皂苷Rg3和Rh2含量极低的关键问题，为其生产提供了有效的途径。内生菌在发展可持续、安全和有效的农业系统方面具有巨大的潜力，可以用作生物肥料和生物农药的原料。
在未来，需要更多的研究来充分阐明生物肥料与病害发生率之间的关系，并探索微生物制剂在缓解连作障碍方面的潜力。
3.3 降解化感自毒物质缓解连作障碍
种植中草药植物的土壤中存在许多能够降解化感自毒物质的微生物，将其进行筛选富集后制成的微生物肥料能够有效减弱中草药的化感自毒作用，从而缓解连作障碍。杨焱[64]对黄芪根际土壤中自毒物质进行鉴定与验证，并分离得到自毒物质降解菌与黄芪病原菌的拮抗菌，再将其制成微生物有机肥，施用于连作黄芪土壤中，结果显示其能有效缓解黄芪的连作障碍，根腐病发病率明显降低。赵东岳等[65]从长期种植人参的土地中选取了一批对自毒物质具有强力分解能力的细菌，其在7小时能够降解约80%的自毒物质，降解率显著高于未添加菌株的对照组。
4 微生物肥料提高中草药产量和品质的机制
药用植物的微生物组对药用植物的健康状况和生产力都具有重要影响，其可通过直接影响宿主植物的代谢物组，进而影响中草药的疗效[66]。因此在土壤中施用微生物菌剂可有效改善药用植物的微生物组，进而提高中药植物的产量与药用价值。唐汉萌[14]研究表明微生物菌剂能够显著改善半夏的生长发育情况，提高半夏的产量与品质，施用高剂量胶质芽孢杆菌的半夏鲜重最高，与对照组相比增长了85.91%，干重较对照组增加68.34%，差异显著。张会会等[53]研究了百泰、仓美、B6 三种微生物茵剂和共享、塞外春、三都哈三种生物有机肥对黄芪地下生长量的影响，结果显示其对黄芪根长、根头粗、鲜重均有一定的促进生长的作用。李娟[52]等研究了生物肥料HZ-24对黄芪根直径、根干重有显著促进作用;与不施肥对照相比，施用生物肥料HZ-24根干重增加了40.8%，根直径增加36.7%;与化肥处理相比，化肥配施生物肥料HZ-24根干重增加16.2%，根直径增加19.2%。位小丫等[67]利用以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和伯克霍尔德菌(Burkholderia)为主的多种促生菌研制了不同的微生物菌肥，发现其对于太子参的产量均有明显的促进生长作用。Dong等[57]研究了促生长生物肥、病害防治生物肥两种生物肥料对人参生长的影响，结果表明两种生物肥料均能使人参产量和人参皂苷含量有所上升，人参皂苷是人参中主要的活性物质，其含量是市场上至关重要的质量指标。任建国等[68]使用微生物肥料处理太子参，结果显示处理过的太子参块根氨基酸、皂苷含量及微量元素Mn、Fe含量分别增加243.3%、119.8%、2.1%和13.1%。这些数据证明，微生物肥料的使用对于优化太子参块根质量并增强其实际功效具有重要作用。
各种微生物肥料还能够通过提高土壤中酶的活性，从而改善中草药生长的环境条件，进而帮助提高中草药产量和品质。研究表明，各种微生物菌剂能够提高磷酸酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、脲酶、超氧化物歧化酶等酶的活性，或促进植物根系发育，从而增强植物活化与吸收土壤中难溶性养分的能力[14,52,69]。例如，在土壤中施用由枯草芽孢杆菌、绿色木霉、太平洋链霉菌和玫瑰胶质菌组成的微生物肥料能够显著提高土壤中的过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性[70]。王文丽等[71]研究了以壁芽孢杆菌(Bacillus muralis)DG-23和油菜假单胞菌(Pseudomonas brassicacearum)DG-16-2为主要成分的生物有机肥DZF-363对当归生长的影响，研究表明，根际土壤中中性磷酸酶、脲酶、碱性磷酸酶等多种酶的活性显著提高，且施用DZF-363组比对照组和农药处理组分别增产18.8%和6.8%，表明根际土壤中酶活性的增加有助于提高中草药的产量。
5 微生物肥料的局限性
5.1 保质期有限
微生物肥料的养分密度较低，保质期较短，而化学肥料的保质期更长，每单位体积的养分更多。在载体型(固体)生物肥料中，微生物的保质期只有6个月，且不耐紫外线和30摄氏度以上的温度;液体生物肥料保质期较长(最长可达两年)，但其工艺成本远高于固体制剂[72]。载体材料以及微生物制剂的储存和处理方式均会对微生物制剂的保质期有一定的影响。与此相比，尿素、过磷酸钙、硫酸钾等化肥在避光、避潮的条件下保存十几年后，除了肥料产生结块外，其养分含量等方面不会发生明显改变。因而与微生物肥料相比，许多农民更倾向于施用化学肥料。
5.2 易受植物种类和外部环境影响
多种环境要素如气候条件(包括温度和湿度)、日照程度、水分含量及酸碱度等对微生物肥效产生影响。由于中国地域广袤且各地的环境特征各异，因此微生物肥料在不同的地区的表现也存在显著差异。此外，我国物种资源丰富，每个作物种类都具备独特的生理与化学属性，这使得微生物菌剂通常只能针对性地为特定作物提供高效率的效果，而不适用于所有农作物的使用[73]。
5.3 定植存活率低
农业生态系统中的土壤是一个受非生物和生物因素影响的复杂多变的环境，除非得到适当的照顾，否则绝大多数养殖的植物促生菌，特别是非孢子形成细菌，将在与田间本地微生物的竞争过程中处于不利状态[9]。因此为了维持微生物肥料的有效性，我们必须在田间施用高于额定值的肥料，或施用内生孢子形成细菌(如芽孢杆菌属)，以提高其存活数量。也有研究表明使用微胶囊封装能够提高微生物的存活率[74]。
6 微生物肥料的应用展望
生物肥料的缺点包括保质期短、田间不稳定、易干燥以及对广覆盖区域的高剂量施用要求，用纳米颗粒配制的生物肥料已被证明是解决所有这些问题的最有效方法[75]。纳米生物肥料的配方涉及将生物肥料(包括促进植物发育的营养物质和细菌)涂在纳米级聚合物中，将包衣剂(蚕丝蛋白丝胶)接种细菌培养物，喷雾干燥，封装成片剂制成纳米生物肥料，然后以叶面喷施剂的形式施用于土壤[76]。作为一种多功能工具，纳米胶囊技术可用于保护植物促生菌，延长其保质期并促进其在肥料配方中的分布，并使植物促生菌能够调节释放[77]。生物肥料的利用是严重依赖传统化肥的传统耕作方式的一种可持续的替代方案。尽管存在与生物肥料使用相关的局限性和障碍，但最近的研究强调了共培养系统的潜在优势，并通过利用具有成本效益的废水和营养丰富的农业副产品来优化基于微藻的生物肥料[78]。生物肥料的前景十分广阔，宏基因组学和基因改造等研究和技术的进步将使人们对微生物种群及其与植物基因的相互作用有更深入的了解。
我国是中草药生产大国，近年来随着我国国民对健康生活的追求不断提高，对于各种中草药的需求也在逐渐加大，传统的化学药剂不仅会造成环境污染，甚至可能会在中草药中造成残留从而对人体健康造成损害，这制约了中草药种植行业的进一步发展。近年来，国家大力发展中药材无公害化种植，因而微生物肥料发挥着越来越重要的作用。微生物肥料无污染、绿色环保，在缓解中草药连作障碍、提高中草药产量和品质方面具有巨大的优势，因而在未来具有非常广阔的应用前景。尽管目前微生物肥料还存在保质期有限、易受外部环境影响、维持存活率困难等问题，但随着未来相关技术的发展，微生物肥料的应用将会更加广泛。在未来应根据中草药的不同种类以及生长环境筛选不同种类的菌株，从而制备针对某一种类的中草药在特定的生长环境下所适配的微生物肥料，提高其针对性，从而促进微生物肥料在中草药种植行业的推广与进一步应用。
利益冲突: 作者声明无利益冲突。
[①] *通讯作者 Corresponding author:曹建喜，frhb12369@163.com;王建城，wangjiancheng@wqucas.com
收稿日期:2024-09-10; 录用日期:2024-09-16; 发表日期:2024-09-28
基金项目:魏桥国科低碳技术专项(GYY-NYHJ-2023-WT-005)、国家重点研发计划课题(2023YFF1304101)、教育部“产学合作协同育人”项目(BINTECH-KJZX-20220831-05)资助。
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3. Fengrun Branch of Tangshan Ecological Environment Bureau, Tangshan 064000, China
4. Binzhou Institute of Technology, Weiqiao-UCAS Science and Technology Park, Binzhou 256606, China. )
Abstract: In recent years, the cultivation of Chinese herbs has seen rapid development, however, the decline in yield and quality due to the issue of continuous cropping has emerges as a significant barrier to the industry progress. The application of microbial fertilizers is an effective method to alleviate the problem of repeated cultivation in Chinese herb plants and improving their yield and quality. Microbiological fertilizers refer to a novel type of organic fertilizer containing specific microorganisms, which have great advantages in promoting plant growth and development, developing green agriculture, and supporting sustainable agriculture. This review summarizes the research on the applicability of microbial fertilizers in Chinese herb cultivation, revealing the mechanisms by which microbial fertilizers promote the growth of Chinese herbs, alleviate the problem of repeated cultivation, and improve their yield and quality by improving soil nutrients, preventing pathogenic microorganisms, and degrading allelopathic toxins. Furthermore, this review also outlines the limitations of microbial fertilizers in Chinese medicinal herb cultivation and their future development trends. Despite the existing shortcomings of microbial fertilizers, advancements in nanotechnology and metagenomics are poised to propel further application in Chinese medicinal herb cultivation, paving the way for the environmentally friendly farming practice.
Keywords: Microbial fertilizer, plant growth-promoting rhizobacteria, Chinese herbal medicine, continuous cropping obstacles, biological control
DOI: 10.48014/pceep.20240909001
Citation: XU Qilong, CAO Jianxi, YIN Zheyu, et al. Advances in the application of microbial fertilizer in the cultivation of Chinese herbal medicine[J]. Progress in Chinese Eco-Environmental Protection, 2024, 2(3): 22-32.