作物产量是全世界粮食安全的最重要因素，在许多情况下也决定了作物生产的盈利能力。因此，任何影响产量的条件，如施肥和气候条件的影响都会引起农业工程师和农民的注意。虽然对于许多病虫害，农业化学产品提供了限制产量损失的手段，但对于减轻非生物压力的解决方案却少得多。生物刺激剂被认为是保护作物免受严重损害的一种简单方法，尽管它的影响不尽相同。为了使生物刺激剂市场成熟并提供质量更好的产品，过滤好的和坏的将是很重要的。在这篇评论文章中，我们只讨论了非微生物生物刺激剂。
生物刺激剂有不同的类型，包括有机化学品、特定的矿物配方（硅、亚磷酸酯...）和微生物。这种大量的材料和生物体使定义什么是生物刺激剂变得复杂，这导致了过去十年中报告的各种尝试（du Jardin，2015；Yakhin等人，2017；Ricci等人，2019）。可能会产生最大影响的定义是政府机构给出的定义。欧盟理事会*在2018年准备了一个指令，2022年7月16日生效，在美国，USDA、EPA和FDA正在讨论到位的规则。幸运的是，一般的趋势是主要根据生物活性来定义生物刺激剂，为一系列的产品铺平道路。显而易见，新产品必须对人类和环境是安全的。
然而，传统上，生物刺激剂是按照来源材料来分类的。一个非详尽的生物刺激剂清单包括海藻提取物（SWE）、植物提取物（PE）、壳聚糖（CH）、腐殖酸和富勒烯酸（HFA）以及蛋白质水解物（PH）（du Jardin，2015；Colla和Rouphael，2015）。这种分组对于活性比较非常有用，因为人们将产品与特定的有机化学组联系起来，但植物提取物除外，其化学成分的信息要少得多（Xu和Geelen，2018）。然而，归因于生物刺激剂的生物活性非常多样化，表明存在多种活性化合物（Yakhin等人，2017）。例如，海藻含有几种化学物质，生物刺激剂的活性可以归因于这些化学物质（Carmody等人，2020；Langowski等人，2021）。大多数生物刺激剂是混合物，显示出多种多样的有益特性，这表明确定生物刺激剂的有效性将是复杂的。
确定生物刺激剂的效果如何，将取决于使用什么生物测定法和化学成分的描述程度。对这两个因素的分析是正在进行的工作，需要更多的专门研究来收集细节。根据迄今为止出现在文献中的内容，已经尝试评估生物刺激剂的平均效力（Jing等人，2022；Herrmann等人，2022）。这些研究为影响生物刺激剂有效性的因素提供了新的见解，尽管应该谨慎地进行解释，因为分析是利用已发表的数据进行的，我们推测这些数据对报告主要的积极结果有偏见。可以得出的一个初步结论是，有必要公布使用生物刺激剂的负面结果。这些数据对于深入了解应用生物刺激剂的条件以及确定对效果有负面影响的参数非常有价值。
在这种情况下，介绍生物刺激剂和生物农药的结果是如何组织和结构化的数据库（图1）在一个名为Bio2Bio（Jing等人，2022b和正在审查的论文）的项目中产生的，是有意义的。 不同生物刺激剂产品之间的比较最好是通过在随机区块设计中进行平行处理来进行（Hartung, et al., 2019）。在这些条件下，不受实验控制的外部因素的变化通常是有限的，比较更加可靠。市场上的生物刺激剂产品的数量和全球研究实验室所做的许多筛选实验不允许建立这样的实验。因此，需要用其他方法来执行比较。在Bio2Bio项目中，我们进行了38次生物测定，筛选了64种不同的生物质废料提取物。为了比较这些提取物在不同生物测定中的活性，我们使用Tableau软件收集和整理了数据。对生物质进行了农药残留分析，以减少结果的重复性，避免识别作物生产过程中使用的化合物。提取物还进行了生态毒性测试，因为有几种生物杀虫剂检测方法是监测病原体的生存能力的。一般的毒素是有效的，但很少导致有价值的产品，因为这些产品没有通过立法。同时，这些提取物还接受了各种生物测定，并在Tableau软件中引入了原始数据。由于每个生物测定都遵循一个独特的评分系统，直接比较数据是不可能的。为了解决这个问题，我们按照线性（最大-最小）方程将数据归一化，并将其称为BBC指数（Ugena等人，2018）。
图1.使用归一化数据库对生物刺激剂和生物杀虫剂的活性进行比较。
归一化的数据有助于在平行坐标直方图中对定量性状进行可视化。提取物可以根据性能进行排名，或者对特定提取物的性状性能进行排名。这样就可以在大量的生物测定中对不同的提取物进行快速评估。像这样的数据库设置可以为更大的数据集开发，使比较超出单个实验或整个项目的限制。 在最近发表的一篇论文中，我们比较了非微生物生物刺激剂的数据，这些数据是从全世界180个研究中的一千多对露天数据中收集的（Jing等人，2022）。数据是从含有主要生物活性物质之一的生物刺激剂中收集的。Chi、HFA、PHs、Phi、SWE、Si和PE（Du Jardin，2015；Rouphael和Colla，2020）。实验作物产量数据从原始表格中收集，或使用WebPlotDigitizer（Rohatgi，2020）从附图中提取。生物刺激剂对作物产量参数的影响在4个主要的调节变量组中进行了比较，包括实验-、植物-、气候-和土壤相关的参数。我们还按施用方法（叶面、土壤和种子处理）、栽培作物组（谷物、蔬菜、水果、豆类、根/茎类作物和其他作物）和气候（主要类别：赤道、干旱、暖温带和北方；以及6个亚类：沙漠、草原、季风、夏季干燥、冬季干燥和完全湿润）来组织数据。荟萃分析揭示了一些新的见解，这些见解并不立即从已发表的数据中得到。一个令人惊讶的发现是，据报道，与更传统的生物刺激剂SWE、CHI、HFA和PH相比，植物提取物显示出更高的平均产量增长。目前还不清楚为什么植物提取物显示出更高的有效性。现有的数据可能有偏差，因为植物提取物是最近开发的，而且与常规生物刺激剂相比，由更多的生物质组成。
发现产量的增加取决于施用方法（叶面、种子和土壤）和相关变量（频率、剂量和年际施用）。土壤处理是一种间接施用方法，导致最大幅度的增产（+28.8%），叶面施用更受欢迎，因为这种方法更适合于较大面积的非灌溉农田。叶面处理的产量平均增加了17.0%，与种子施用相似，大大低于土壤处理。较低的影响并不能通过增加处理次数来弥补。事实上，单次和两次喷洒的效果差不多，而更频繁的喷洒会产生反作用。这一结果与生物刺激剂是细胞生长的真正增强剂这一观点相吻合，它不同于矿物营养剂，后者是生长的构件而不是生长调节剂。
发现生物刺激剂的有效性取决于测试的作物类型。蔬菜作物显示出最高的产量效益（+22.8%），与块茎作物的产量效益相差2倍以上 (+10.6%).豆科植物对生物刺激剂应用的反应比水果、谷物和其他作物好得多。目前还不清楚这些发现的生理或生物化学基础是什么。可能是蔬菜作物被更密集地培育，产生的基因型被推到使用更高的生长速度，而以降低抗压能力为代价。生长条件的任何微小变化都可能导致更大的产量损失，而这种损失可以通过施用生物刺激剂来抑制。
最后，对4个主要气候类别（赤道、干旱、暖温带和北方）和6种降水类型（沙漠、草原、季风、夏季干旱、冬季干旱和完全湿润）的比较表明，生物刺激剂的有效性在水供应严重受限的气候（干旱和沙漠）中最为积极。
这些发现显示了生物刺激剂的有效性和影响因素之间的相关性，据我们所知，这些相关性以前没有被完全认识。一般来说，生物刺激剂在亚最佳生长条件的压力下大多是有效的，有限的水供应是一个重要参数。所揭示的第二个重要因素是施用频率的重要性。为了提高生物刺激剂的有效性，投资于调查生物刺激剂应用条件的研究将是关键。什么是作物的最佳生长阶段，什么是处理的理想气候条件？因此，生物刺激剂的应用对作物产量的影响确实在很大程度上取决于对一种产品的后天经验，这种经验是经过几年的积累。对正反两方面结果的数据收集将是评估生物刺激剂有效性的一个关键组成部分。
