有机改良与叶面植物刺激素对琉璃苣的协同增效作用：土壤改良、生长提升及化学成分优化的综合研究

本刊推荐：针对有机质匮乏土壤中作物生产力低下问题，Ibrahim团队开展了有机改良剂（堆肥、废蘑菇基质SMS）与叶面植物刺激素（海藻提取物SWE、螺旋藻提取物SE）协同应用研究。结果表明：SMS与4 g L-1 SE组合显著提升琉璃苣株高（20%）、分枝数（28%）、鲜重（46%）及种子产量（52%），并优化土壤养分有效性。该研究为可持续农业提供了有机-生物刺激素联合增效的技术路径。

　　

在地球日益严峻的生态环境挑战下，如何在不损害环境的前提下提高农作物产量，已成为全球农业科学家亟需解决的重大课题。特别是在有机质匮乏的半干旱地区，土壤贫瘠化严重制约着作物的生长与产量。琉璃苣（Borago officinalis L.）作为一种具有重要药用价值的一年生草本植物，富含γ-亚麻酸、酚类化合物和黄酮类活性成分，但其栽培常受土壤肥力限制。传统化学肥料虽能短期增产，却可能导致土壤退化、环境污染和生态系统破坏，显然不可持续。

为此，研究者将目光转向有机废弃物资源化利用和天然生物刺激素开发。堆肥（Compost）和废蘑菇基质（Spent Mushroom Substrate, SMS）作为典型有机改良剂，能有效改善土壤结构、提高养分有效性；而海藻提取物（Seaweed Extract, SWE）和螺旋藻提取物（Spirulina Extract, SE）作为植物生物刺激素（Phytostimulants），可通过增强养分吸收、刺激光合作用及调节内源激素水平来促进作物生长。然而，上述两类措施是否具有协同效应？其组合能否在提升土壤质量的同时显著提高琉璃苣农艺性状和药用成分含量？这些问题尚未得到系统解答。

在这一背景下，由Mostafa F. Ibrahim领衔的研究团队在《BMC Plant Biology》上发表了一项为期两个生长季的田间试验，系统评估了有机改良剂与叶面植物刺激素单独及组合使用对琉璃苣土壤性质、生长指标、产量构成及化学成分的影响。该研究不仅证实了SMS与螺旋藻提取物的协同增效作用，还通过主成分分析揭示了有机质含量是实现琉璃苣高产优质的关键驱动因子。

为开展本研究，作者于2021/2022和2022/2023连续两个生长季在埃及艾斯尤特Al-Azhar大学实验农场开展田间试验。研究采用裂区设计，主区为有机改良剂（对照、堆肥11.9 t ha^-1、SMS 6.4 t ha^-1），副区为叶面处理（对照、SWE 2/4 g L^-1、SE 2/4 g L^-1），共3次重复。测定指标包括土壤化学性质（pH、EC、有机质OM、NPK有效性）、植株生长性状（株高、分枝数、鲜干重）、开花特性（花序数、花数、花序鲜干重）、种子产量及品质成分（固定油、粗蛋白、总灰分、总酚TPCs、总黄酮TFs）。数据采用ANOVA和Duncan多重比较进行统计分析，并利用主成分分析（PCA）揭示处理间关系。

土壤化学性质

有机改良剂显著改善土壤性质：SMS使pH降低1.48–1.60%，OM提高84.65–87.48%；堆肥使EC增加32.88–33.33%。叶面处理对土壤无直接影响，但交互作用中SMS+4 g L^-1 SE组合使OM提升85.95–89.42%。

土壤养分有效性

SMS显著提高N（48.03–54.93%）、P（68.71–76.32%）和K（32.88–34.34%）有效性。叶面处理中4 g L^-1 SE效果最佳，交互组合SMS+4 g L^-1 SE使N、P、K增幅最大。

vegetative生长特性

SMS使株高、鲜重、干重分别提升20.42–21.25%、24.78–31.17%和25.05–31.18%。叶面处理中4 g L^-1 SE显著改善所有生长参数（株高+20.4–21.9%，分枝数+33.3–33.9%）。交互处理SMS+4 g L^-1 SE表现最优。

开花特性

SMS使花序数增加36.2–40.3%，花序鲜重提高55.6–64.0%。4 g L^-1 SE使花序鲜重和干重提升99.9–107.1%。交互作用对花序鲜干重有显著影响，SMS+4 g L^-1 SE组合最佳。

种子产量

SMS使种子产量提高14.99–18.85%，4 g L^-1 SE使产量增加51.46–51.78%。交互组合SMS+4 g L^-1 SE产量最高。

叶片NPK养分

SMS处理使N、P、K含量分别提高9.47–10.99%、42.86–46.15%和6.77–6.84%。4 g L^-1 SE进一步增强养分积累，交互组合SMS+4 g L^-1 SE达最大值。

种子化学特性

SMS使固定油、蛋白、灰分、TPCs和TFs分别提高13.16–13.62%、10.94–17.24%、12.25–12.85%、10.87–16.31%和22.2–25.0%。4 g L^-1 SE对上述指标提升幅度更大。交互组合SMS+4 g L^-1 SE在所有品质指标上表现最优。

主成分分析

PCA显示前两个主成分累计解释86.2–86%的方差。SMS或堆肥与4 g L^-1 SE组合与产量成分、磷含量、开花性状和TPCs呈正相关；而堆肥/SMS与SWE组合与土壤OM、EC、养分有效性及品质成分相关。PC2主要与土壤pH相关。

本研究通过严谨的田间试验证实，将有机改良剂（尤其是SMS）与螺旋藻提取物结合使用，可协同改善土壤肥力、显著促进琉璃苣生长、提高产量并优化药用成分含量。这种协同效应源于SMS对土壤物理化学性质和微生物活性的改善，以及螺旋藻提取物在增强植物生理代谢、养分吸收和抗逆性方面的生物刺激作用。该策略不仅为琉璃苣的高效栽培提供了具体方案，也为有机农业和可持续土壤管理提供了理论依据与实践范例。未来研究可进一步探索其分子机制及在其他经济作物上的应用潜力。