什么是植物生物刺激素？
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植物生物刺激素是一类物质或微生物，施用于种子、植株或根区时，可刺激自然过程，从而改善养分吸收和利用效率、非生物胁迫耐受性以及作物品质和产量。1,5它们并非像肥料那样用来为植物提供营养。5主要类型包括腐殖质类物质、海藻提取物、蛋白水解物、壳聚糖、硅以及有益菌和有益真菌。1
植物生物刺激素是如何定义的？
这一定义多年来一直存在争议，已发表的定义差异很大。2,4大多数定义试图把植物生物刺激素与一边的肥料、另一边的农药和生物防治剂区分开来，但由于有些产品既是植物生物刺激素又是生物防治剂，这种区分并不容易。1
在美国，2018 Farm Bill 首次给出了法定描述：一种施用于种子、植株或根际的物质或微生物，可刺激自然过程，以增强或有益于养分吸收、养分效率、非生物胁迫耐受性或作物品质和产量。1,5在欧盟，Regulation (EU) 2019/1009 将植物生物刺激素定义为一种肥料产品，它独立于自身养分含量刺激植物营养过程，唯一目的是提高养分利用效率、非生物胁迫耐受性、品质性状，或土壤或根际中受束缚养分的有效性。2一篇被广泛引用的学术综述提出了第三种表述：一种生物来源的配方产品，通过其成分组合的涌现特性提高植物生产力，而不仅仅依靠已知养分、植物生长调节剂或保护性化合物。4
| 来源 | 核心概念 | 排除或强调的内容 |
|---|---|---|
| 2018 Farm Bill（美国） | 刺激种子、植株或根际中自然过程的物质或微生物 | 作用于养分吸收和利用效率、非生物胁迫耐受性、品质和产量 |
| Regulation (EU) 2019/1009 | 刺激植物营养过程的肥料产品 | 作用独立于产品的养分含量 |
| Yakhin 等人的2017年综述 | 生物来源的配方产品 | 其益处并非仅来自养分、生长调节剂或保护性化合物 |
植物生物刺激素的主要类型有哪些？
最常用的成分是腐殖质类物质、海藻提取物、有益菌和有益真菌；其他产品含有壳聚糖、蛋白水解物或硅等无机化合物。1酸类材料占据最大的市场份额，其次是海藻类材料。1研究人员将其分为非微生物和微生物植物生物刺激素，欧盟法规将丛枝菌根真菌以及 Rhizobium、Azotobacter 和 Azospirillum 属的固氮菌列为微生物植物生物刺激素。2
| 类别 | 定义 | 报告效果 |
|---|---|---|
| 腐植酸与黄腐酸 | 来自泥炭、风化褐煤、堆肥或蚯蚓堆肥的有机质组分 | 改善土壤性质、根系养分吸收和侧根生长 |
| 海藻提取物 | 主要为褐藻，如 Ascophyllum、Fucus 和 Laminaria | 促生长多糖、诱导防御反应、保水 |
| 蛋白水解物 | 来自植物或动物蛋白的多肽和氨基酸 | 发芽、生长和品质，尤其在胁迫条件下 |
| 壳聚糖 | 来自真菌、昆虫和甲壳动物的脱乙酰几丁质 | 诱导植物防御反应 |
| 硅 | 以硅酸形式被吸收的无机元素 | 非生物胁迫耐受性，叶片更强健 |
| 有益菌 | Bacillus、Rhizobium、Pseudomonas、Azospirillum 等 | 固氮、铁载体、植物激素 |
| 有益真菌 | 丛枝菌根真菌和 Trichoderma | 扩大根系覆盖范围，促进磷和水分吸收，增加根系分枝 |
植物生物刺激素在植物中如何发挥作用？
报告的效果包括提高生产力、增强对病害和其他胁迫的耐受性、改善水分和养分的吸收及利用效率、改善根系构型和侧根生长，以及诱导系统抗性。1植物生物刺激素可以改变植物的初级和次级代谢。2其科学依据已有充分记载，但确切机制并不总是清楚。1因此，一篇综述认为，研究应侧重于功效证明和广义的作用机制，而不是要求单一明确的作用方式。4
各类别的作用方式各不相同。腐殖质类物质通过其聚阴离子特性发挥作用，提高土壤阳离子交换量，并与根膜转运蛋白相互作用。1海藻多糖可占提取物干重的百分之30至百分之40，能促进生长并诱导防御反应。1丛枝菌根真菌使根系延伸到养分耗竭区之外，改善磷和水分吸收，而植物促生菌可固氮、产生螯合铁的铁载体，并合成生长素和细胞分裂素等激素。1
植物生物刺激素和肥料是一回事吗？
不是。植物生物刺激素可以促进提高水分和养分利用效率，但其用途并非提供具有营养意义的肥料效益。5有几种定义对此说得很直接：欧盟定义要求其作用独立于养分含量，2017年的综述则排除仅来自已知必需养分的益处。2,4作为植物生物刺激素肥料销售的产品通常将两者结合，植物生物刺激素也有多种配方，包括与肥料的混配产品。1
监管取决于宣称内容。截至2019年，美国的植物生物刺激素在州一级按肥料、土壤菌剂或土壤调理剂进行监管。1联邦农药法未对该术语作出定义，但根据 EPA 2020年的指南草案，如果产品标签称其通过生理作用加速或延缓植物生长或成熟，或以其他方式改变植物行为，则该产品属于植物调节剂，受 Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act 管辖。5改善养分吸收、养分利用效率或非生物胁迫耐受性之类的宣称，通常被视为非农药性宣称。5
植物生物刺激素在农业中真的有效吗？
田间数据显示通常有效，但差异很大。32022年一项涵盖180项研究和1,087组露地配对比较的非微生物植物生物刺激素荟萃分析发现，平均增产百分之17.9，范围从亚磷酸盐的百分之8.6到辣木叶提取物的百分之30.8。3腐殖酸和黄腐酸、蛋白水解物、海藻提取物和壳聚糖居中，为百分之14.8至百分之17.1。3土壤施用的增产幅度大于叶面施用或种子处理，干旱气候、蔬菜作物以及有机质含量低、盐渍化、沙质、养分贫瘠或 pH 远离中性的土壤响应最强。3
作者提醒，发表偏倚可能使这一平均值高估了商业应用的实际效果，并指出非商业产品的表现优于商业产品。3另一项关于微生物菌剂的荟萃分析发现，增产幅度在干燥气候中为百分之20.0，热带气候中为百分之14.9，海洋性气候中为百分之10.0，大陆性气候中为百分之8.5，其中菌根真菌在有机质含量低且 pH 接近中性的土壤中表现最佳。6推广专家补充说，积极效果大多报告于受控的实验室或温室条件以及特定作物，其中大田作物和谷物研究最为广泛。1
| 研究与分组 | 平均产量变化 | 效果最好的条件 |
|---|---|---|
| 非微生物植物生物刺激素，所有类别（2022年） | +17.9% | 干旱气候、蔬菜、贫瘠或盐渍土壤 |
| 海藻、腐殖质、蛋白水解物和壳聚糖产品（2022年） | +14.8%至+17.1% | 处于类别范围的中段 |
| 亚磷酸盐（2022年） | +8.6% | 数据集最小，三项研究 |
| 干燥气候中的微生物菌剂（2018年） | +20.0% | 干燥和热带气候 |
| 大陆性气候中的微生物菌剂（2018年） | +8.5% | 各气候组中响应最低 |
种植者应如何选择和使用植物生物刺激素？
让产品与问题相匹配。田间试验中，在次优条件下，尤其是水分受限时，效益最大，因此在胁迫、土壤贫瘠或有机质含量低限制作物生长的地方，植物生物刺激素最有可能带来产量响应。3作物的响应各不相同，产品配方（通常混合多种植物生物刺激素或添加养分）以及管理措施和环境都会改变结果。1
购买前请阅读成分表并确认与您的管理方式是否兼容，在更大范围使用前先进行小规模试验。1活体产品需要小心对待：菌根真菌对耕作、裸地休耕期以及高水平的肥料和杀菌剂很敏感。1施用量和施用时间请遵循产品标签，并结合上述监管区别来解读标签宣称。5
要点总结
- 植物生物刺激素刺激植物的自然过程，以改善养分吸收和利用效率、胁迫耐受性以及品质和产量。
- 它们不是肥料：其效益并非旨在来自所含的养分。
- 主要类型包括腐殖质类物质、海藻提取物、蛋白水解物、壳聚糖、硅以及有益菌和有益真菌。
- 田间荟萃分析显示，按类别计平均增产幅度约为百分之9至百分之31，在干旱、土壤贫瘠条件下和蔬菜作物上最大。
- 结果因作物、产品和条件而异，因此请先进行小规模试验，并遵循产品标签。
参考文献
- Plant Biostimulants: Definition and Overview of Categories and Effects (HS1330)
- Editorial: Biostimulants in Agriculture
- A Meta-Analysis of Biostimulant Yield Effectiveness in Field Trials
- Biostimulants in Plant Science: A Global Perspective
- Draft Guidance for Plant Regulator Products and Claims, Including Plant Biostimulants
- Improving Crop Yield and Nutrient Use Efficiency via Biofertilization: A Global Meta-analysis