这些目标与许多国家的政策是一致的，如欧盟的 "从农场到餐桌 "战略，旨在减少化学投入的使用和消费者对更高质量和更安全食品的需求。由于需要在种植系统中减少农业化学品的使用，再加上需要保持土壤肥力和提高作物产量，因此需要更好地开发自然资源，更有效地使用肥料和其他投入。生物刺激剂可以为实现这些目标做出贡献，其功效的高低取决于生物刺激剂产品、基因型和环境之间的互动效应。因此，正确选择生物刺激剂产品、比率、时间和施用方法，需要考虑要追求的目标、使用的文化习俗和作物周期所处的气候条件。使用生物刺激剂可获得的农艺和环境效益需要转化为农民的积极经济成果，以证明使用生物刺激剂是合理的。

确定限制作物生产力的环境因素

对限制种植地作物生产力的因素的了解，是确定生物刺激剂应用的潜在效益的起点。必须在作物周期的规划阶段，通过深入分析种植地的气候条件、使用历史系列的气象数据和土壤分析，确定限制作物生产力的因素。这些信息有助于确定土壤（如盐度）和气候（如次优或超优温度）对作物生产力的限制因素，并建立管理策略，通过生物刺激剂的应用来减轻作物的压力。然而，这种对作物限制因素的初步评估在气候因素方面有很多误差，因此，有必要通过实时天气预报和原地气象站对作物周期内的气候条件进行更精确的评估。天气预报模型对预测胁迫条件和在胁迫事件发生前计划生物刺激剂的应用特别有用，可以激活植物对胁迫的防御机制。利用遥感技术监测作物的形态生理特征，有助于突出作物的胁迫状况，特别是在胁迫强度不明显的情况下，以及评估植物的胁迫后恢复情况。最后，应该指出的是，田间条件下的作物经常受到多种环境因素的影响，这些因素可能同时或连续发生作用，放大了胁迫因素对作物的不利影响。例如，在炎热干旱的气候条件下，由超常温度和干旱或由盐碱和干旱引起的多重胁迫在非灌溉作物中非常普遍。

图1.意大利维泰博托斯卡纳大学实验农场的Arcadia s.r.l.高通量表型平台，该公司是托斯卡纳大学批准成立的分拆公司（www.arcadia.expert）。

如何选择生物刺激剂

选择微生物和/或非微生物生物刺激剂以实现特定的目标（如增加作物对一种或多种环境胁迫因素的抵抗力，提高养分利用效率，改善一种或多种作物质量特征），需要对该产品在类似生长条件下的生物活性有确切的了解。这些信息可以在技术报告、数据库、技术和科学文章以及报告农艺试验结果的特定书籍中获得。技术报告可以由生物刺激剂制造商直接提供，而文章和书籍章节可以在网络搜索引擎中找到，其中一些是免费的（如 https://scholar.google.com)，而其他的则可以付费查阅（如 https://www.scopus.com).对生物刺激剂进行的研究，如果不仅考虑到农艺方面（如作物产量），而且还包括了解产品的作用方式以及与其他生物刺激剂和化学投入物（如肥料、农药）的交互作用，则更加有用。当选定的生物刺激剂与其他生物刺激剂或化学投入物一起应用时，有必要验证所应用的产品是否有协同作用或至少是相加作用。举例来说。Rouphael等人（2017）发现，应用两种生物刺激剂（根部应用菌根真菌接种物和叶面应用植物衍生的蛋白质水解物）在莴苣植物上的应用产生了协同作用，其嫩枝鲜重的增加（+33%）大于单独应用单一生物刺激剂的效果之和（根部应用菌根真菌接种物+16%或叶面应用植物衍生的蛋白质水解物+7%）。

有趣的是，在生物刺激剂和杀虫剂之间也发现了积极的相互作用。例如，当植物被叶面喷洒蛋白水解物和咪唑啉类除草剂的组合时，除草剂对向日葵植物的负面影响（植物毒性和生长抑制）减少了（Balabanova等人，2016）。关于矿物质营养，各种科学工作都强调了生物刺激剂和肥料之间的积极互动，从而改善植物对营养物质的吸收、转移和同化。例如，Colla等人（2017年）发现，用植物蛋白水解物对温室西红柿进行叶面处理后，叶面钾浓度增加，而Celletti等人（2020年）报告说，同样的植物蛋白水解物增加了水培西红柿植物的铁浓度。

生物刺激剂之间的负相互作用是一些微生物生物刺激剂的典型特征；微生物可以相互竞争，并通过抗生物和/或霉菌寄生来进行相互的抑制作用。例如，滋生型真菌哈氏毛霉，被公认为在施用到根部时抑制了假丝酵母菌（Cardarelli等人，2016）。

上述发现强调了考虑到对作物的目标影响，准确评估生物刺激剂活性的重要性。在这方面，在受控环境下的高通量表型平台可以精确地再现特定的压力和/或营养供应条件，并通过分析在作物周期中获得的图像，准确地验证产品对各种作物的影响（图1）。  

生物刺激剂的选择也取决于现有的配方，这些配方必须简化使用普通农场设备的田间应用。出于这个原因，生物刺激剂制造商已经开发了许多粉末、颗粒、液体和药片形式的配方，通过叶面喷洒、灌溉系统和根部浸泡等方式，应用于种子、苗圃中的基质和田间土壤。市场上也有许多肥料配方，其中含有生物刺激剂和通过混合成分或络合反应获得的矿物养分（例如，含有由肽络合的阳离子养分的生物helates）。这些配方允许养分供应和植物的生物刺激在一个步骤中进行，也有利于生物活性成分和营养元素之间对植物营养的协同作用。

何时施用生物刺激剂

生物刺激剂的应用时间取决于目标效果、生物刺激剂类型、作物和环境条件。微生物生物刺激剂，如基于菌根真菌接种的生物刺激剂，最好在繁殖材料上或在作物周期的早期阶段施用一次，而生物刺激剂物质通常按照不同的方法反复施用：a）日历施用；b）在特定的作物物候阶段施用；c）在不利气象事件之前、期间和/或之后施用。当作物在大部分生长周期中经历次优条件时，如在不加热的温室中秋冬春种植周期的次优辐射和温度或在盐碱地的情况下，生物刺激剂的日历应用是可取的。然而，这种方法只有在温室条件下的高价值作物，如蔬菜或花卉和观赏物种在经济上是可行的。对于长周期作物（如小麦），由于利润低，多次施用生物刺激物质在经济上是不可持续的，建议在作物的关键阶段，如发芽、开花和果实增大阶段优先施用生物刺激剂。当需要促进特定的植物性状时，生物刺激剂的处理可以限制在特定的物候期，如早期应用生物刺激剂促进生根，或后期应用生物刺激剂促进坐果和质量。在偶尔发生非生物胁迫的情况下（如温度突然下降），最好在胁迫发生前几天施用生物刺激剂，以激活植物的内源性防御系统。Luziatelli等人（2016年）进行的最新研究也表明，叶面施用生物刺激剂物质能够刺激自然发生的附生细菌，这些细菌能够促进植物生长和抗压。在胁迫事件发生后，生物刺激剂的应用可以有效地促进作物的快速恢复。在草本植物和蔬菜作物中，生物刺激剂物质经常与农药一起施用，以节省时间和减轻作物的农药压力。然而，应该注意的是，在混合不同的产品之前，有必要验证它们的兼容性和产品混合物对作物没有植物毒性影响。

图2. oloBion S.L.公司脂质组学和代谢组学实验室的离子流动性qTOF, oloBion Tarragona公司脂质组学和代谢组学实验室的离子流动性qTOF, Spagna (www.olobion.ai) oloBion公司脂质组学和代谢组学实验室的离子迁移率qTOF。

在农场一级评估生物刺激剂的性能

需要从农艺、经济和环境的角度对生物刺激剂的性能进行评估。

为了评估植物生物刺激剂在田间条件下的农艺效益，有必要测量经生物刺激剂处理的作物最有趣的性状（如发芽率、产量），并与在类似环境条件下生长的未经处理的作物获得的值进行比较。对于微生物生物刺激剂，对所选作物性状的测量应始终伴随着实验室分析，以验证所应用的微生物的建立（例如，对菌根真菌的根系定植分析）。可以对作物性状进行实地测量，以快速评估植物生物刺激剂的活性。在此方面，便携式仪器可以非破坏性地估计叶绿素浓度（如SPAD 502）以及黄酮醇和花青素（如Multi-pigment-meter）。叶子的叶绿素浓度是植物健康的一个很好的指标，而叶绿素和黄酮类化合物的比率（所谓的氮平衡指数）则用于评估植物的氮营养状况。叶子叶绿素荧光的现场测量可以用便携式荧光仪进行。叶绿素荧光数据用于确定光系统II的最大效率（Fv/Fm）；生理状况良好的植物的叶子Fv/Fm值应在0.79和0.84之间，取决于植物种类。叶子的叶绿素浓度是一个比Fv/Fm比率更敏感的压力标志，Fv/Fm比率只有在严重的压力条件下才会变化。为了评估生物刺激剂在减轻作物水分胁迫方面的效果，使用便携式孔隙仪监测叶片气孔开放程度（气孔导度）和使用压力室监测叶片水势是非常有用的。可以用便携式仪器监测生物刺激剂对植物养分吸收的影响，该仪器可以在田间测量叶柄上的硝酸盐、钾、钙或钠；所得数值可以与文献数据或同一田块中未处理的植物的数据进行比较。遥感也可用于作物生长监测和快速检测大面积的植物压力。各种与植被有关的特性，包括生化特性（如色素、水含量）都可以从光谱成像中得出。从光谱成像中得出的最受欢迎的植被指数之一是归一化植被指数（NDVI），它可以作为植被健康的指标。

除了对作物性状的实地测量，对植物组织中特定的胁迫标志物（如作为细胞膜脂质过氧化指标的丙二醛浓度；抗氧化防御系统的酶的活性）进行实验室分析是有用的，可以更好地评估植物在胁迫条件下对生物刺激剂处理的反应。通过代谢组学分析，可以更好地了解生物刺激剂的活性和分子水平上的相关作用机制，从而对植物组织中存在的一系列代谢物进行定性（图2）。用生物刺激剂处理的植物组织中的代谢物与未处理的植物组织中的代谢物进行比较，可以确定受生物刺激剂处理影响的代谢途径。例如，Bonini et al.(2020)报告说，接种菌根真菌（Rhizoglomus irregularisBEG72和Funneliformis mosseaeBEG234）和Trichoderma koningiiTK7，与未处理的对照相比，温室辣椒的果实产量增加24％。对叶片组织的代谢组学分析表明，菌根介导的果实产量增加与激素平衡（辅酶、赤霉素和细胞分裂素）和次级代谢物（类胡萝卜素、皂甙和酚类）的变化有关。

对可食用产品的代谢组分析也可以确定生物刺激剂是否会导致产品营养质量的改善。  

经济分析对于评估应用植物生物刺激剂的便利性至关重要。生物刺激剂的应用可以通过提高适销对路的产量，通过改善产品的质量特性影响其销售价格，或者通过降低投入的要求（如肥料）来减少生产成本，从而提高农民的收益率。这些效果可以一个一个地发生，甚至可以同时发生。

为了评估应用植物生物刺激剂的便利性，有必要考虑生物刺激剂在使用（购买和分配）和效果（收获的产量和相关可变成本的变化）方面的成本。上述数据用于计算毛利率，即产值与原材料、服务和劳动力成本之间的差额。使用或不使用生物刺激剂的毛利率之差可以评估植物生物刺激剂使用的经济便利性。Coletta（2019年）报告了几个案例研究，应用植物生物刺激剂导致毛利率大幅提高，尤其是高价值蔬菜作物。

在农业中使用生物刺激剂可以通过减少温室气体排放（通常以_二氧化碳当量表示），以及与一定数量的产品相关的水消耗和土地使用来减少生产过程的环境影响。与使用生物刺激剂有关的环境影响指标的改善，可以来自于使用相同水平的投入（如灌溉水、肥料、能源）的适销产量的增加，来自于为实现相同的适销产量而减少的投入，或者来自于适销产量的增加和投入的减少的同时。生物刺激剂在种植系统中的应用所带来的环境效益的量化，可以通过应用于 "从摇篮到大门 "的初级生产阶段的生命周期分析（LCA）方法获得。Rajabi等人（2020）在温室条件下的两个案例研究中使用了这种方法。在第一个案例研究中，与未经处理的对照组相比，在西葫芦作物上根部施用菌根真菌接种物可减少7.6%的温室气体排放，以每吨水果的_二氧化碳当量表示，而在第二个案例研究中，与未经处理的对照组相比，在菠菜作物上叶面施用植物源蛋白水解物可显著减少13.5%的温室气体排放，以每吨叶片的_二氧化碳当量表示。这些结果归因于生物刺激剂的应用对作物产量的积极影响。与经生物刺激剂处理的产品相关的温室气体排放的减少可用于旨在促进可持续消费的绿色营销举措，从而在收入和声誉方面为公司带来竞争优势。

结论

植物生物刺激剂代表了一个很好的机会，可以增加作物产量，特别是在环境压力下，改善产品质量，提高资源利用效率。植物生物刺激剂的使用在全球范围内不断增长，每天都有新的生物刺激剂出现在市场上。然而，要应用的生物刺激剂的选择往往是凭经验进行的，没有对产品特性和性能的深入了解。这种方法可能会导致不同的结果，而这些结果并不总是最佳的，给农民带来经济损失。因此，为了使生物刺激剂的应用效益最大化，有必要采用一种技术-科学的方法，其中包括：考虑到可能限制种植地作物生产力的因素，确定生物刺激剂应用的目标；根据在类似种植条件下进行的农艺试验结果，确定性能最好的产品；考虑到产品的特性和作物的需要，确定生物刺激剂的应用策略。监测作物的形态生理和生产性状可用于验证田间条件下的生物刺激剂活性，而实验室分析可突出生物刺激剂在分子水平和对产品的营养质量的影响。最后，评估使用生物刺激剂的便利性需要考虑与生物刺激剂应用相关的成本效益分析，以及量化使用生物刺激剂在减轻生产过程的环境影响方面带来的任何好处。