微生物肥料研究文獻(xiàn)綜述

農(nóng)藥和化學(xué)肥料施用量的增長(zhǎng)造成了土壤養(yǎng)分比例失調(diào)、土地板結(jié)、土壤質(zhì)量下降、河流和地下水污染等一系列問(wèn)題。要避免重蹈發(fā)達(dá)國(guó)家“先污染，后治理”的覆轍，就要減少化學(xué)農(nóng)藥和肥料的施用量，尋找有效的替代品，發(fā)展“可持續(xù)性農(nóng)業(yè)”。微生物肥料能夠制造和促進(jìn)作物吸收營(yíng)養(yǎng)、增加土壤肥力、增強(qiáng)植物抗性、產(chǎn)生多種生理活性物質(zhì)，具有肥效高、無(wú)毒、成本低、節(jié)能等特點(diǎn)，是化學(xué)肥料最有效的替代品。合理開(kāi)發(fā)和利用微生物肥料，是我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)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(xué)者和機(jī)構(gòu)曾對(duì)微生物肥料給出不同的定義。孔凡真認(rèn)為，微生物肥料是一類含有微生物的特定制劑應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠獲得特定的肥料效應(yīng)。陳華癸院士認(rèn)為，微生物肥料是一類含有活微生物的特定制品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能獲得特定的肥料效應(yīng)，在這種效應(yīng)中，制品中的活微生物起關(guān)鍵作用。國(guó)家農(nóng)業(yè)部認(rèn)為，通過(guò)生命活動(dòng)，增加了植物營(yíng)養(yǎng)元素的供應(yīng)量（包含土壤和生產(chǎn)環(huán)境中植物元素的供應(yīng)量和植物營(yíng)養(yǎng)元素的有效供應(yīng)量），又能產(chǎn)生植物生長(zhǎng)激素或抑制有害微生物活動(dòng)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(xì)菌肥料、放線菌肥料、真菌肥料；按其作用機(jī)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(nèi)含微生物可分為單一微生物肥料和復(fù)合微生物肥料。

我國(guó)目前市場(chǎng)上主要有固氮菌類肥料、根瘤菌類肥料、解磷菌肥、硅酸鹽細(xì)菌肥料、光合細(xì)菌肥料、芽孢桿菌制劑、分解作物秸稈制劑、微生物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑類、復(fù)合微生物類肥料、與PGPR類聯(lián)合使用的制劑等。

三、微生物肥料的作用機(jī)理及研究進(jìn)展

微生物肥料的作用主要有以下方面：一是增加有機(jī)質(zhì)，增進(jìn)土壤肥力；二是通過(guò)拮抗、占位、競(jìng)爭(zhēng)排斥等作用，控制微生態(tài)環(huán)境中有益微生物數(shù)量，增進(jìn)N、P、K轉(zhuǎn)化，制造和協(xié)助農(nóng)作物吸收營(yíng)養(yǎng)；三是通過(guò)有益微生物的代謝產(chǎn)物（細(xì)胞分裂素），刺激作物的生長(zhǎng)；四是可增強(qiáng)植物抗病蟲(chóng)害和抗旱能力，提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量；五是減少化肥的施用量，減輕環(huán)境污染，改善微生態(tài)環(huán)境，調(diào)控微生態(tài)平衡。其作用機(jī)理有以下幾個(gè)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(guò)其中的微生物活動(dòng)固定空氣中的氮素，增加農(nóng)林作物的氮素營(yíng)養(yǎng)，作用方式可分為自生固氮、共生固氮和聯(lián)合固氮三種。其中共生固氮多數(shù)是利用根瘤菌與豆科植物共生結(jié)瘤來(lái)進(jìn)行固氮，它們與農(nóng)林作物之間形成穩(wěn)定的共生體（根瘤或葉瘤），表現(xiàn)出高效、穩(wěn)定的固氮作用。生物固氮是微生物參與完成的生化過(guò)程。

（二）溶磷作用

20世紀(jì)初，人們開(kāi)始注意到微生物與土壤磷之間的關(guān)系。微生物分解含磷化合物分為有機(jī)磷化合物的分解和無(wú)機(jī)磷化合物的分解。前者主要是微生物產(chǎn)生各種酶參與的結(jié)果，后者主要是微生物在生命活動(dòng)中產(chǎn)生有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸的結(jié)果。Paul和邊武英等對(duì)微生物的解磷能力進(jìn)行了定量化研究，解磷菌的解磷機(jī)理在不同的菌株、不同環(huán)境、不同植物的情況下表現(xiàn)的作用有所不同。

（三）解鉀作用

土壤中含有大量的鉀，遠(yuǎn)高于其他營(yíng)養(yǎng)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(xì)菌肥料能分解土壤中的云母、長(zhǎng)石、磷灰石等含鉀礦物，使難溶性鉀轉(zhuǎn)化為有效性鉀。

（四）產(chǎn)生生理活性物質(zhì)

細(xì)菌肥料施入土壤后，可通過(guò)其微生物的代謝活動(dòng)產(chǎn)生各種生理活性物質(zhì)，如植物維生素、酸類物質(zhì)等，從而刺激調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明，絕大部分根際細(xì)菌，如固氮螺菌、假單胞菌、糞產(chǎn)堿桿菌和根瘤菌等能產(chǎn)生吲哚乙酸，有些細(xì)菌，如假單胞菌、沙雷氏菌等能產(chǎn)生細(xì)胞分裂素來(lái)誘導(dǎo)植株的根伸長(zhǎng)及延遲葉片脫落，還有些細(xì)菌肥料中的有效菌，如固氮根瘤菌等能產(chǎn)生赤霉素，其主要作用是促進(jìn)地上部莖葉及側(cè)芽的生長(zhǎng)，打破種子休眠，并誘導(dǎo)開(kāi)花。

（五）拮抗病原微生物

細(xì)菌肥料控病機(jī)制主要是限制病原菌的定殖和傳播；改變微生物環(huán)境平衡，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，誘發(fā)植物產(chǎn)生抗性；產(chǎn)生鐵載體將鐵鰲合起來(lái)，抑制有害微生物的生長(zhǎng)；產(chǎn)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(duì)病原菌的抵抗力。

（六）其他作用機(jī)理

菌肥通過(guò)有效菌的活動(dòng)來(lái)增加植物對(duì)土壤中養(yǎng)分的接觸面積，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。有些細(xì)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(guó)內(nèi)外微生物肥料的發(fā)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(guó)家如美國(guó)、澳大利亞、新西蘭、意大利、奧地利、加拿大、法國(guó)等都在研究、生產(chǎn)和應(yīng)用根瘤菌劑—豆科根瘤菌，面積不斷擴(kuò)大，應(yīng)用的豆科植物種類繁多。固氮細(xì)菌、解磷細(xì)菌和解鉀細(xì)菌等的研究除根瘤菌以外，許多國(guó)家在其他一些有益微生物的研究和應(yīng)用方面也做了大量的工作。俄羅斯及東歐一些國(guó)家的科研人員進(jìn)行了固氮菌肥料和磷細(xì)菌肥料的研究和應(yīng)用，所用的菌種為圓褐固氮菌和巨大芽孢桿菌。20世紀(jì)70年代末和80年代初，一些國(guó)家對(duì)固氮細(xì)菌和解磷細(xì)菌進(jìn)行了田間試驗(yàn)，并在固氮螺菌與禾本科作物聯(lián)合共生的研究中取得了一定的進(jìn)展，在許多國(guó)家作為接種劑使用。美國(guó)在佛羅里達(dá)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(chǎn)顯著。

我國(guó)微生物肥料的研究和生產(chǎn)始于新中國(guó)成立初期，至今已有50多年的歷史了。1958年我國(guó)在農(nóng)業(yè)發(fā)展綱要中確立細(xì)菌肥料是一項(xiàng)重要農(nóng)業(yè)技術(shù)，并開(kāi)始使用磷細(xì)菌等菌肥。自20世紀(jì)60年代以來(lái)我國(guó)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(xì)菌BAC-912，其間經(jīng)歷了幾次大的起伏，目前處于第4次發(fā)展時(shí)期。縱觀國(guó)內(nèi)外的微生物肥料發(fā)展現(xiàn)狀，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：初步形成了微生物肥料產(chǎn)業(yè)；產(chǎn)品種類繁多，使用的菌種不斷增多；試用效果逐漸被用戶認(rèn)可，使用面積不斷擴(kuò)大；行業(yè)管理初步形成，質(zhì)量意識(shí)開(kāi)始引起人們的關(guān)注，質(zhì)檢系統(tǒng)初步形成；國(guó)際間的技術(shù)和產(chǎn)品交流日趨頻繁，大大地?cái)U(kuò)大了微生物肥料的市場(chǎng)空間。

五、微生物肥料對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

隨著人們環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)和生活水平的提高，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高。“優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品”“安全食品”“環(huán)保產(chǎn)品”等新理念不斷涌現(xiàn)，這就要求農(nóng)林產(chǎn)品必須安全、優(yōu)質(zhì)和環(huán)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(zhì)的關(guān)系變得十分敏感，自然也成為各國(guó)學(xué)者研究的重點(diǎn)課題。土壤施用各種肥料的主要目的之一是提高植物的產(chǎn)量，微生物肥料也不例外。微生物肥料與植物產(chǎn)量之間的關(guān)系，已成為微生物肥料作用效果研究的一個(gè)重要方向，也是目前細(xì)菌肥料應(yīng)用研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。微生物肥料在我國(guó)已應(yīng)用于30多種作物上，但不同作物因不同的生理特點(diǎn)、環(huán)境、接種物的種類和農(nóng)業(yè)措施，應(yīng)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(yǎng)分而有利于植物抗旱，用于林業(yè)生產(chǎn)上效果較好。

已有研究表明，細(xì)菌肥料可以增加楊樹(shù)的纖維長(zhǎng)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(zhì)含量，改善桑葉品質(zhì)。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(tǒng)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(píng)果的座果率、產(chǎn)量和品質(zhì)。甘蔗施用生物肥不僅能提高產(chǎn)量，同時(shí)甘蔗的甜度也有顯著提高，品質(zhì)也得到了改善。

綜上所述，菌肥在農(nóng)林生產(chǎn)中的應(yīng)用效果顯著，不僅僅表現(xiàn)在改善農(nóng)林作物的土壤結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)林土壤的肥力，還有助于實(shí)現(xiàn)土地的永續(xù)利用，尤其是在提高果實(shí)的產(chǎn)量和改善果實(shí)品質(zhì)上具有其他肥料不可替代的作用。