解磷微生物在農業上的應用

王俊宏，張 蕊，王夢亮

（山西大學應用化學研究所，山西太原030006）

磷是植物生長發育的重要物質基礎，是植物體內核酸的重要組成元素，而核酸又是形成核蛋白的重要組成部分，廣泛地參與原生質及細胞器的組成。磷同時是各種磷脂、多種酶及輔酶A等的重要組成成分，而這些物質對于細胞來說非常重要[1-2]。植物缺磷會影響核酸、核蛋白合成，使細胞形成和增殖受到抑制，導致生長發育停滯，根系發育不良，植物矮小，各類作物分蘗將減少或延遲，抽穗推遲，開花晚，成熟遲，穗粒數減少，籽粒不飽滿，玉米果穗禿頂，馬鈴薯塊莖變小等。因此，磷對農業生產來說是非常重要的[3]。

土壤含有豐富的磷素，既有無機態磷，也有有機態磷，一般以無機態磷為主。在土壤中，絕大部分磷以礦物態形式存在，只有小部分存在于土壤溶液中或被土壤膠體吸附，有效態磷數量很少。我國缺磷土壤面積很大，盡管多年來不斷施用磷肥，仍有74%左右的土壤缺磷，所以如何提高土壤磷素利用率一直是農業科技工作者的研究熱點之一[4-5]。由于土壤磷主要存在于土壤礦物質或有機質中，在自然狀況下其釋放速度很慢，很難滿足植物生長發育的需要。大量研究表明，某些微生物具有很強的解磷功能，通過其分泌物或吸收作用把土壤中無效態磷轉化成有效態磷。因此，篩選解磷微生物，生產含有解磷功能的微生物有機肥料對解決植物磷素供應問題是一條很好的途徑[6]。

1 解磷微生物

解磷微生物或溶磷微生物（Phosphate-solubilizingMicroorganisms，PSM）是土壤中能夠將難溶性磷轉化為植物能吸收利用的可溶性磷的一類特殊的微生物功能類群[7-8]。土壤中具有解磷能力的微生物種類很多，包括細菌、真菌和放線菌。

解磷微生物即能夠分解難溶性磷化合物的微生物種類很多，亦很復雜。根據作用對象的不同，解磷菌可分為有機磷微生物（能夠礦化有機磷化合物的微生物）和無機磷微生物（能夠將植物難以吸收的無機磷酸鹽轉化為可直接吸收利用的可溶性磷的微生物）。但節桿菌屬的一些種（Arthrobacter sp）、鏈霉菌屬的一些種（Streptomycessp）和曲霉屬的一些種（Aspergillus sp）既能分解無機磷，也能分解有機磷[9]。

目前報道的解磷細菌主要有芽孢桿菌屬（Bacillus）、假單孢菌屬（Pseudomonas）、埃希氏菌屬（Escherichia）、歐文氏菌屬（Erwinia）、土壤桿菌 屬 （Agrobacterium）、 沙 雷 氏 菌 屬（SerratiaBizio）、黃桿菌屬（Flavobacterium）、腸細菌屬（Enterbacter）、微球菌屬（M icrococcus）、固氮菌屬（Azotobacter）、沙門氏菌屬（Salmonella）、色桿菌屬 （Chrom obacterium）、產堿菌屬（Alcaligenes）、節細菌屬（Arthrobacter）、硫氧化硫功菌（Thiobacillus thioox idans） 和 多 硫 桿 菌 屬（Thiobacillus）等。解磷真菌主要是青霉屬（Penicillium）、曲霉屬（Aspergillus）和根霉屬（Rhizopus），放線菌有鏈霉菌（Streptom ycetaceae）、AM菌根菌，絕大部分為鏈霉菌屬[10-11]。其中，解磷巨大芽孢桿菌是發現最早、解磷效果最好、使用國家多、推廣面積大的菌株，它具有溶解磷酸三鈣的能力。

2 微生物轉化磷化物的機理

參照相關研究文獻，將解磷微生物溶解難溶性磷化物的機制歸結為以下幾類。

2.1 產生有機酸

通過生命代謝活動產生有機酸（細菌一般分泌乳酸、氨基酸、草酸、延胡索酸、琥珀酸和檸檬酸等，真菌主要分泌草酸、丙二酸和乳酸等），這些酸一方面直接溶解土壤中難溶性磷酸鹽，另一方面則是通過螯合作用釋放出土壤磷素。

2.2 釋放出質子

通過呼吸作用釋放出CO2，NH+4同化作用釋放出質子，降低環境pH，從而引起磷酸鹽的溶解。解磷細菌釋放H2S，與磷酸鐵進行化學反應產生硫酸亞鐵和可溶性磷酸鹽。

2.3 螯合

腐解植物殘體而產生胡敏酸和富里酸。這2種酸既能降低pH，又可與復合磷酸鹽中的鈣、鐵、鋁螯合，從而釋放出磷酸根離子。它們也能與鐵、鋁及磷酸鹽形成穩定的可溶性復合物，這些復合物可以被植物吸收利用。

2.4 礦化作用

生物礦化作用，即通過分泌植酸酶、核酸酶和磷酸酶物質，將磷酸酯等有機磷降解[12-14]。

3 微生物解磷的影響因素

3.1 氮源影響

Sen和Paul研究了不同氮源對4種細菌溶磷作用的影響，發現菌株的溶磷效果受氮源的強烈影響，有的菌株在硫酸銨供應時溶磷能力強，有的菌株供應尿素時溶磷效果好，不同菌株對氮源有不同的要求。Asea等在石灰性土壤中研究了Penicillium bilaji和P cf juscum溶磷菌株的溶磷條件及不同氮源對溶磷作用持續時間的影響，結果證明，銨態氮是必需氮源，溶磷與pH下降直接相關。Cerezine等研究了Asperg illusniger溶磷的影響條件，發現溶磷與pH下降相關，葡萄糖、果糖、蔗糖效果最好，NH4-N優于NO3-N和有機氮，使用NH4-N使pH下降。趙小蓉等以不同的氮源（NH，NO，尿素）為培養基研究不同氮源對微生物溶磷的影響，結果發現，曲霉2TCiF2和4TCiF6在以NO為氮源的培養基中表現出強的溶磷活力，而節桿菌1TCRi7和1TCRi4的溶磷活性則在NO存在時降低，青霉1TCRiF5、青霉2TCRiF4、腸桿菌1TCRi15和歐文氏菌4TCRi22則只有在供給NH時才具有溶解磷礦粉的能力[15]。

3.2 水分比例

周鑫斌等研究發現，磷細菌肥發揮作用的最適宜土壤水分是15.5%～16.5%，發揮作用的土壤水分下限為10.5%～11.5%。

3.3 肥料措施

羅明等研究發現，有機肥合理配施氮、磷、鉀肥能有效促進磷細菌活力，從而增強土壤磷的有效性，改善土壤的供磷性能。Venkateswarlu等研究了沙漠土中溶磷微生物的數量，發現溶磷微生物的數量與土壤有機質成正比，難溶磷對溶磷菌的溶磷能力沒有促進作用。Tomar研究了溶磷細菌和廄肥對綠豆產量的效果，發現廄肥對溶磷細菌的溶磷效果有促進作用。

3.4 微生物間的互作

林啟美等發現，接入纖維分解菌的培養基質砂中的水溶性磷含量明顯增加，這是利用纖維素分解菌將培養基質中的纖維素類物質轉化為單糖或其他解磷菌能夠利用形態的特性，為無機磷細菌生長繁殖提供碳源，從而大幅度地提高無機磷細菌溶解磷礦粉的能力[16-17]。

4 解磷微生物的其他優點

4.1 促進農作物對其他營養元素的吸收

解磷微生物可以吸附作物根系周圍的鋅、銅、鈣等微量元素，改善植物營養；而且還可分泌作物生長調節物質，促進根系生長。

4.2 增強植物的抗病能力

某些磷細菌肥的菌種接種后，在植物根際大量生長繁殖，在一段時間內成為植物根際的優勢菌。由于它們的繁殖，抑制或減少了病原微生物的繁殖機會，有的具有拮抗病原微生物的作用。

4.3 肥效高

施用化學磷肥則有相當一部分由于土壤的固定作用損失肥效，而解磷微生物可溶解難溶性磷素，從而提供給植物可以直接吸收利用的優質磷素營養。

4.4 減少環境污染

由于采用從土壤中直接分離優質解磷微生物作為肥料的生產菌種，故不存在生產過程中向環境排放污染物。解磷微生物的生命活動還對土壤有修復作用，可以說，解磷微生物是一種真正意義上的環保型肥料。另外，解磷微生物肥料的生產工藝簡單，投資少，見效快，效益好，具有極強的市場競爭力[18-19]。

5 結語

解磷微生物肥料生產成本低，應用效果好，不污染環境，施用后不僅能使農作物增產，而且能提高農產品質量和減少化學磷肥施用量，因此，在農業持續發展中占有重要地位。隨著我國人口日益增長，人們生活水平的不斷提高，對農產品的數量和質量提出了更高的要求。同時，由于耕地不斷減少，化學磷肥施用量增大，使生產成本直線上升，環境不斷惡化，在這種情況下，解磷微生物肥料和其他微生物肥料的綜合作用更顯示出它們在農業生產中的應用優勢和良好前景。此外，城市、農村對廢棄物消納的壓力愈來愈大，要求廢棄物無害化、肥料化，解磷微生物肥料在這方面同樣也顯示出良好的應用前景[20]。

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