在化学肥料过量施用、土壤退化与农业面源污染问题日益突出的背景下，开发绿色、低碳、低成本的替代品已成为可持续农业的重要方向。农用植物酵素作为植物基原料经微生物发酵形成的复杂液体产品，具有促进作物生长、改善根际微生态和增强抗逆性的潜力，被视为“复合型生物刺激素”。
近日，河南农业大学园艺学院设施蔬菜栽培科技创新团队在国际环境科学与生态学领域一区TOP期刊《Journal of Cleaner Production》（IF：10.7）在线发表题为“Green conversion of wild plant biomass into agricultural biostimulants: Fermentation dynamics and microbial associations”的研究论文。该研究以农田常见野生植物葎草（Humulus scandens）和马齿苋（Portulaca oleracea）为原料，系统解析了农用酵素90天自然发酵过程中的多尺度动态变化，揭示了原料化学组成驱动微生物群落演替和代谢产物分化的规律，并通过栽培试验验证了其促生效果、安全性和应用潜力。这是该团队继在《Bioresource Technology》《Industrial Crops & Products》和《Plant and Soil》发表野生植物农用酵素相关成果后的又一重要进展。
该研究首先揭示了野生植物农用酵素的发酵动态变化规律：两种野生植物酵素的发酵过程可明显分为“快速启动期（0—15 d）—代谢分化期（15—30 d）—成熟稳定期（30—90 d）”三个阶段。快速启动期，两种酵素在发酵前期均表现出快速酸化、糖类消耗和矿质元素释放等特征；有机质持续降解，C/N比急剧下降，指示易利用碳源快速消耗。进入代谢分化期后，两种酵素的代谢轨迹明显分异，C/N比逐步趋稳；至成熟稳定期，C/N比保持平稳，表明易利用碳源基本耗尽、发酵进入成熟阶段。矿质元素在发酵前中期同步释放，氮、磷、钾、镁含量显著上升，其中磷活化尤为突出。代谢产物方面，两种酵素均以乳酸和乙酸积累为主，但葎草酵素在代谢分化期后持续富集多种氨基酸和水杨酸，马齿苋酵素则以草酸和柠檬酸积累为特征。上述结果表明，原料化学组成在发酵前期即通过底物供给和酸化环境塑造了不同的代谢轨迹。
门水平上，两种酵素均由变形菌门主导转为厚壁菌门主导，与pH快速下降和有机酸积累同步。属水平上，发酵早期乳酸菌相关属快速增加，与乳酸积累一致；醋酸菌属在马齿苋酵素中后期显著升高，对应乙酸积累。葎草酵素早期还富集纤维素降解和潜在固氮相关菌属，马齿苋酵素中部分潜在病原相关菌属则因酸性环境快速下降。核心菌群分析显示，两种酵素共享基础功能种，葎草酵素独有同型乳酸菌，与其高乳酸积累一致；马齿苋酵素核心种更多，包含固氮和复杂有机质降解相关类群。功能预测与酶活测定相互印证，马齿苋酵素在氮转化、磷循环和有机质分解方面功能活性更高。
栽培试验证实两种野生植物酵素促生效果显著，而安全性是其走向田间与产业化的关键门槛。本研究从植物毒性、重金属含量和储存稳定性三个维度系统评估：发芽指数在适宜稀释下均远高于70%腐熟安全阈值，无植物毒性且兼具促生活性；砷、铬、镉、铅、汞含量远低于GB 38400-2019限量；6个月常温储存后pH基本稳定，有机质虽因正常后熟有所下降但仍远高于国家标准，微生物群落虽发生二级演替，但新出现菌群以固氮、纤维素降解和有机质分解等功能性类群为主，功能潜力未丧失。上述结果证明，野生植物源农用酵素在合理稀释施用条件下无植物毒性、无重金属超标风险、储存稳定，具备良好的生物安全性，为其规模化生产和田间推广应用提供了坚实保障。
该研究构建了从原料化学组成到微生物群落、代谢产物及农艺效应的关联框架，将农用酵素生产从经验性实践推向可解析、可调控的理性设计阶段，且工艺简单、能耗低，适合就地化、分散化生产，契合循环生物经济理念，为野生植物资源高值化利用、化肥减施和农业绿色低碳发展提供了理论依据与技术支撑。
该研究由河南农业大学园艺学院设施蔬菜栽培科技创新团队完成，团队青年教师李猛、研究生罗万聪、岳婷茹为共同第一作者，肖怀娟副教授为通讯作者。团队成员王吉庆教授、杜清洁副教授、本科生陈耀光以及信阳农林学院张坤鹏老师也参与了部分研究。研究得到了河南省科技攻关项目、河南省重点研发专项、河南省大宗蔬菜产业技术体系岗位专家项目及大学生创新创业训练计划等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2026.149762