藍藻是一類光合細菌，可以在土壤、水和巖石等各種環(huán)境中生存。經(jīng)過處理，它們可以促進作物生長，包括幫助控制植物病害、減少害蟲損害、提高作物質(zhì)量和增加作物產(chǎn)量等。

01 藍藻的作用方式

藍藻可以通過氮固定、生物肥料、生物刺激、生物防控等作用方式影響作物生長。

氮固定

藍藻可以通過使用一種叫做固氮酶的特殊酶將大氣中的氮固定成植物可利用的氨。每公頃藍藻每年可以固定高達30公斤的氮。它們還可以通過溶解土壤中的不溶性磷酸鹽來增加磷的有效性，這個過程被稱為生物固氮（BNF），發(fā)生在特殊的異型胞中，其中氧氣被厚厚的細胞壁排除，氮酶被保護免受氧氣抑制。BNF為水稻和小麥作物提供高達50%的氮需求，為農(nóng)民節(jié)省成本資源，并減少合成氮肥的溫室氣體排放。

生物肥料

藍藻具有增強土壤肥力、提高作物生產(chǎn)力、降低化肥環(huán)境污染等優(yōu)勢，因此，藍藻被廣泛應用于不同作物的生物肥料中。目前，已經(jīng)有研究證明了在不同條件下藍藻作為生物肥料對不同作物的有效性，如可以幫助水稻增產(chǎn)增值10%-40%。其次，藍藻可以分泌多糖、有機酸和酶，能有效改善土壤結(jié)構(gòu)、孔隙度、保水性和通氣性。同時，藍藻可以通過與其他微生物建立共生或關聯(lián)關系，增加土壤微生物的多樣性和活性。

生物刺激

生物刺激是通過采用可促進微生物繁殖與生長的手段,來增加本土微生物活動從而增強土壤對污染物降解能力的一種技術。藍藻（藍綠藻）可以產(chǎn)生氧氣和有機化合物，從而刺激其他降解細菌的生長和活性；藍藻還可以直接降解農(nóng)藥和除草劑等污染物，并將其用作碳和氮的來源。因此通過將藍藻應用為生物肥料、生物接種劑或生物保護劑可以實現(xiàn)生物刺激技術手段。

藍藻在生物刺激方面仍存在一些局限性和挑戰(zhàn)，如藍藻會與其他細菌競爭養(yǎng)分和空間，并可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)。藍藻通過直接和間接影響植物生理和新陳代謝，其實現(xiàn)生物刺激的機制是復雜多樣的。

但是藍藻是重要的生物刺激劑，它會產(chǎn)生植物激素、抗氧化劑、鐵載體、類胡蘿卜素、類黃酮、酚類、生育酚和谷胱甘肽等成分。這些植物激素可以調(diào)節(jié)植物的生長和發(fā)育，如細胞分裂與伸長、組織與器官分化、開花與結(jié)實、成熟與衰老、休眠和萌發(fā)以及應激反應；鐵載體是一種螯合鐵，用于攝取鐵元素的低分子量化合物合成細胞色素和酶類，可以增強植物營養(yǎng)，預防鐵缺乏或中毒；藍藻產(chǎn)生的類胡蘿卜素、類黃酮、酚類、生育酚和谷胱甘肽可以形成防御活性氧、自由基毒害的保護機制，保護植物免受干旱、鹽度、極端溫度、紫外輻射或重金屬毒害等環(huán)境因素引起的氧化應激。藍藻還可以通過激活各種生理、生化和分子機制，提高植物對干旱、鹽度、寒冷、高溫和養(yǎng)分缺乏等非生物脅迫的耐受能力。

生物防控

生物防控是利用活性生物體來抑制有害生物（如病原體和害蟲）的數(shù)量或活動，以保護作物并增強植物健康，包括以蟲冶蟲、以菌治蟲、以鳥治蟲、以菌治病、對植物動物微生物等代謝產(chǎn)物的開發(fā)利用以及營養(yǎng)生防等技術手段。

藍藻是光合細菌，具有多種生物防控應用：

1）通過提供營養(yǎng)物質(zhì)、增加水分和改善土壤質(zhì)量產(chǎn)生細胞外多糖；

2）通過生物降解或生物吸附從土壤或水中去除污染物，從而提高植物對非生物脅迫的耐受性；

3）通過產(chǎn)生多種具有抗微生物、抗真菌、抗病毒、抗原蟲、抗增殖和抗癌活性的生物活性化合物，減少植物的生物脅迫；

4）藍藻可以釋放酶、分解病原體的細胞壁或菌絲，與病原體和害蟲競爭根際空間和養(yǎng)分，并通過與植物根部的互動來激活植物的防御反應。ISR是一種植物防御機制，它能增強整個植株對廣譜病原體或害蟲的抗性，而藍藻與植物病原體或害蟲之間沒有直接接觸。

02 藍藻在可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用

根據(jù)作物類型、氣候條件和資源可用性，藍藻可以通過各種方式應用于作物和土壤中，應用方法包括接種、生物肥料、生物膜及生物刺激劑：

1）接種方式包括將藍藻直接引入土壤或植物根部，或在種植前向種子或幼苗中注入藍藻培養(yǎng)物；

2）生物肥料是一種含有活體或休眠藍藻細胞的添加劑產(chǎn)品，包括Nostoc、Anabaena、Aphanizomenon、Oscillatoria、Calothrix、Gloeotrichia和Tolypothrix等多種藍藻菌株和物種已被用作生物肥料；

3）生物膜是一層薄薄的藍藻，覆蓋土壤表面，防止水分流失和侵蝕；

4）生物刺激劑是通過將藍藻添加到作物和土壤中而來，如將藍藻作為綠肥或覆蓋物，或?qū)⑺{藻與其他有益微生物結(jié)合使用。

03 藍藻與化肥的對比

化學肥料是石油基物質(zhì)，雖然能為植物提供氮、磷和鉀等必需元素，但也可能對環(huán)境和土壤質(zhì)量產(chǎn)生負面影響；而藍藻生物肥料的生產(chǎn)過程不需要化石燃料或工業(yè)技術手段。因此，相比化學肥料，藍藻在作物生長、土壤肥力、非生物和生物脅迫耐受性以及環(huán)境可持續(xù)性方面更具優(yōu)勢，也更具經(jīng)濟性和可持續(xù)性。

藍藻可以通過為植物增加氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)促進作物生長，而化學肥料只能向植物提供有限的營養(yǎng)成分，如果使用不當可能會導致營養(yǎng)失衡或缺乏。藍藻可以通過改善土壤的物理、化學和生物特性來提高土壤肥力，化學肥料通過改變這些性質(zhì)反而可能會降低土壤肥力。

基于藍藻的生物肥料比化學肥料成本低1/3，然而藍藻養(yǎng)殖也會存在一些局限性和挑戰(zhàn)性，如潛在的污染、可擴展性和監(jiān)管等。因此在可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，應綜合考慮藍藻和化肥的利弊。

04 藍藻在可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的挑戰(zhàn)

藍藻在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在著一些挑戰(zhàn)和局限性，如為不同作物和環(huán)境選擇合適的菌株、優(yōu)化培養(yǎng)和應用方法、評估藍藻生物刺激對植物土壤和人類健康的長期影響和安全性、對藍藻產(chǎn)品和實踐進行監(jiān)管和標準化，以及農(nóng)民和消費者對藍藻的優(yōu)點和安全性缺乏認知和接受度。

為了優(yōu)化藍藻在農(nóng)業(yè)領域的生產(chǎn)、應用和性能，需要進行更多的研究和開發(fā)，包括對藍藻進行基因工程技術以提高氮固定和抗逆性、開發(fā)新型藍藻配方和信息傳導系統(tǒng)、評估藍藻對作物生理和產(chǎn)量的影響，以及評估藍藻對環(huán)境和社會經(jīng)濟的影響。

05 結(jié)語

藍藻是多功能微生物，可以通過多種方式改善作物生長。藍藻具有可持續(xù)性、生物降解性、環(huán)保性和成本效益，可以減少土壤和水污染，改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力，提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，保護植物免受害蟲和疾病侵害。藍藻還為植物提供氮、營養(yǎng)物質(zhì)、有機物、生長調(diào)節(jié)物質(zhì)和生物防治劑，增強植物對生物和非生物脅迫的抵抗力和適應性。由于藍藻對土壤肥力和植物生長具有多重有益影響，它們還是各種作物的生物肥料的優(yōu)選者。

盡管藍藻在應用方面存在一些挑戰(zhàn)，但它們已在諸多農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中取得成果，如水稻、小麥、玉米、甘蔗、棉花、蔬菜、水果和花卉等。未來在全球糧食安全以及農(nóng)業(yè)環(huán)境可持續(xù)等方面藍藻也將發(fā)揮巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>