微生物肥料研究文獻綜述

微生物肥料研究文獻綜述

遼寧努魯兒虎山國家級自然保護區管理局 李常猛

農藥和化學肥料施用量的增長造成了土壤養分比例失調、土地板結、土壤質量下降、河流和地下水污染等一系列問題。要避免重蹈發達國家“先污染，后治理”的覆轍，就要減少化學農藥和肥料的施用量，尋找有效的替代品，發展“可持續性農業”。微生物肥料能夠制造和促進作物吸收營養、增加土壤肥力、增強植物抗性、產生多種生理活性物質，具有肥效高、無毒、成本低、節能等特點，是化學肥料最有效的替代品。合理開發和利用微生物肥料，是我國農業持續發展的重要途徑。

一、微生物肥料的含義

微生物肥料又稱生物肥料，不同學者和機構曾對微生物肥料給出不同的定義。孔凡真認為，微生物肥料是一類含有微生物的特定制劑應用于農業生產中，能夠獲得特定的肥料效應。陳華癸院士認為，微生物肥料是一類含有活微生物的特定制品，應用于農業生產中，能獲得特定的肥料效應，在這種效應中，制品中的活微生物起關鍵作用。國家農業部認為，通過生命活動，增加了植物營養元素的供應量（包含土壤和生產環境中植物元素的供應量和植物營養元素的有效供應量），又能產生植物生長激素或抑制有害微生物活動的活體制品。

二、微生物肥料的種類

微生物肥料的種類較多，按照制品中的特定微生物種類可分為細菌肥料、放線菌肥料、真菌肥料；按其作用機理可分為根瘤菌類肥料、固氮菌肥料、解磷菌類肥料、硅酸鹽類肥料；按其制品中的內含微生物可分為單一微生物肥料和復合微生物肥料。

我國目前市場上主要有固氮菌類肥料、根瘤菌類肥料、解磷菌肥、硅酸鹽細菌肥料、光合細菌肥料、芽孢桿菌制劑、分解作物秸稈制劑、微生物生長調節劑類、復合微生物類肥料、與PGPR類聯合使用的制劑等。

三、微生物肥料的作用機理及研究進展

微生物肥料的作用主要有以下方面：一是增加有機質，增進土壤肥力；二是通過拮抗、占位、競爭排斥等作用，控制微生態環境中有益微生物數量，增進N、P、K轉化，制造和協助農作物吸收營養；三是通過有益微生物的代謝產物（細胞分裂素），刺激作物的生長；四是可增強植物抗病蟲害和抗旱能力，提高作物的品質和產量；五是減少化肥的施用量，減輕環境污染，改善微生態環境，調控微生態平衡。其作用機理有以下幾個方面：

（一）固氮作用

這類肥料主要是根瘤菌肥料和固氮菌肥料。通過其中的微生物活動固定空氣中的氮素，增加農林作物的氮素營養，作用方式可分為自生固氮、共生固氮和聯合固氮三種。其中共生固氮多數是利用根瘤菌與豆科植物共生結瘤來進行固氮，它們與農林作物之間形成穩定的共生體（根瘤或葉瘤），表現出高效、穩定的固氮作用。生物固氮是微生物參與完成的生化過程。

（二）溶磷作用

20世紀初，人們開始注意到微生物與土壤磷之間的關系。微生物分解含磷化合物分為有機磷化合物的分解和無機磷化合物的分解。前者主要是微生物產生各種酶參與的結果，后者主要是微生物在生命活動中產生有機酸和無機酸的結果。Paul和邊武英等對微生物的解磷能力進行了定量化研究，解磷菌的解磷機理在不同的菌株、不同環境、不同植物的情況下表現的作用有所不同。

（三）解鉀作用

土壤中含有大量的鉀，遠高于其他營養元素，但這些鉀90% 以上富存于硅酸鹽礦物中，很難被植物吸收和利用。硅酸鹽細菌肥料能分解土壤中的云母、長石、磷灰石等含鉀礦物，使難溶性鉀轉化為有效性鉀。

（四）產生生理活性物質

細菌肥料施入土壤后，可通過其微生物的代謝活動產生各種生理活性物質，如植物維生素、酸類物質等，從而刺激調節植物生長發育。研究表明，絕大部分根際細菌，如固氮螺菌、假單胞菌、糞產堿桿菌和根瘤菌等能產生吲哚乙酸，有些細菌，如假單胞菌、沙雷氏菌等能產生細胞分裂素來誘導植株的根伸長及延遲葉片脫落，還有些細菌肥料中的有效菌，如固氮根瘤菌等能產生赤霉素，其主要作用是促進地上部莖葉及側芽的生長，打破種子休眠，并誘導開花。

（五）拮抗病原微生物

細菌肥料控病機制主要是限制病原菌的定殖和傳播；改變微生物環境平衡，促進植物生長，誘發植物產生抗性；產生鐵載體將鐵鰲合起來，抑制有害微生物的生長；產生抗生素，如胞外溶解酶、氧化氰。大量研究表明，菌根能提高植物抗病性，VA菌根侵染能提高宿主植物對病原菌的抵抗力。

（六）其他作用機理

菌肥通過有效菌的活動來增加植物對土壤中養分的接觸面積，促進植物對養分的吸收利用。有些細菌肥料的特殊微生物可提高宿主的抗旱性、抗鹽堿性、抗極端溫濕度和極端pH值、抗重金屬毒害等能力，提高宿主植株的逆境生存能力。

四、國內外微生物肥料的發展概況

微生物肥料在世界范圍得到推廣和普及。世界上許多國家如美國、澳大利亞、新西蘭、意大利、奧地利、加拿大、法國等都在研究、生產和應用根瘤菌劑—豆科根瘤菌，面積不斷擴大，應用的豆科植物種類繁多。固氮細菌、解磷細菌和解鉀細菌等的研究除根瘤菌以外，許多國家在其他一些有益微生物的研究和應用方面也做了大量的工作。俄羅斯及東歐一些國家的科研人員進行了固氮菌肥料和磷細菌肥料的研究和應用，所用的菌種為圓褐固氮菌和巨大芽孢桿菌。20世紀70年代末和80年代初，一些國家對固氮細菌和解磷細菌進行了田間試驗，并在固氮螺菌與禾本科作物聯合共生的研究中取得了一定的進展，在許多國家作為接種劑使用。美國在佛羅里達州研究表明，施用固氮螺菌每年大約固氮39 kg/hm2，在玉米中施用增產顯著。

我國微生物肥料的研究和生產始于新中國成立初期，至今已有50多年的歷史了。1958年我國在農業發展綱要中確立細菌肥料是一項重要農業技術，并開始使用磷細菌等菌肥。自20世紀60年代以來我國篩選了5406放線菌，自選解磷菌（PEM）以及海洋放線菌MB-97、海洋細菌BAC-912，其間經歷了幾次大的起伏，目前處于第4次發展時期。縱觀國內外的微生物肥料發展現狀，主要有以下幾個特點：初步形成了微生物肥料產業；產品種類繁多，使用的菌種不斷增多；試用效果逐漸被用戶認可，使用面積不斷擴大；行業管理初步形成，質量意識開始引起人們的關注，質檢系統初步形成；國際間的技術和產品交流日趨頻繁，大大地擴大了微生物肥料的市場空間。

五、微生物肥料對作物產量和品質的影響

隨著人們環境意識的加強和生活水平的提高，對產品的質量要求越來越高。“優質產品”“安全食品”“環保產品”等新理念不斷涌現，這就要求農林產品必須安全、優質和環保。因此，在微生物肥料作用效果的研究中，微生物肥料與植物品質的關系變得十分敏感，自然也成為各國學者研究的重點課題。土壤施用各種肥料的主要目的之一是提高植物的產量，微生物肥料也不例外。微生物肥料與植物產量之間的關系，已成為微生物肥料作用效果研究的一個重要方向，也是目前細菌肥料應用研究的一個熱點問題。微生物肥料在我國已應用于30多種作物上，但不同作物因不同的生理特點、環境、接種物的種類和農業措施，應用效果也不一樣，如菌根菌類肥料，由于其菌絲有助于吸收水分和養分而有利于植物抗旱，用于林業生產上效果較好。

已有研究表明，細菌肥料可以增加楊樹的纖維長度，增加水果的含糖量及油料作物的含脂量，降低蔬菜的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量，提高豆類作物的蛋白質含量，改善桑葉品質。施用微生物肥料的蔬菜硝酸鹽含量減少25.4～44.3 mg/kg，比傳統施肥降低19.1%，維生素C含量提高99.6 mg/kg，糖分含量平均提高6.6 mg/kg。生物菌肥能提高紅富士蘋果的座果率、產量和品質。甘蔗施用生物肥不僅能提高產量，同時甘蔗的甜度也有顯著提高，品質也得到了改善。

綜上所述，菌肥在農林生產中的應用效果顯著，不僅僅表現在改善農林作物的土壤結構，提高農林土壤的肥力，還有助于實現土地的永續利用，尤其是在提高果實的產量和改善果實品質上具有其他肥料不可替代的作用。