淺談微生物肥料研究進展

洪婷

摘 要 化學(xué)肥料在保證糧食作物高產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，在一定程度上緩解了全球糧食問題，但大量施用化學(xué)肥料也引起了水體、土壤和大氣等的污染。為了發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)，急需尋找合適的化肥替代品。微生物肥料具有綠色、健康、無污染的特點，營養(yǎng)成分豐富且全面，合理開發(fā)和利用微生物肥料，可有效緩解化肥污染問題。基于此，探討微生物肥料的作用機制、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、當(dāng)前存在問題及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 微生物肥料;作用機制;展望

中圖分類號：S144 文獻標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.35.079

化肥的出現(xiàn)帶來了糧食的增產(chǎn)，但也帶來環(huán)境污染，造成糧食的可持續(xù)發(fā)展出現(xiàn)危機。2019年，我國水稻、玉米、小麥三大糧食作物化肥利用率為39.2%，與發(fā)達國家50%～60%的水平相比還有很大的差距。我國每年僅尿素實物損失就達2 000多萬噸，直接經(jīng)濟損失達500多億元，化學(xué)肥料過量造成的環(huán)境損失更是不可估量。因此，如何減少化肥的使用成為當(dāng)今科學(xué)家研究的重要課題。現(xiàn)有研究表明，利用微生物肥料提高化學(xué)肥料利用率是一種十分有效途徑。微生物肥料又稱生物肥料，是指一類含有活性微生物并在使用中能獲得特定肥料效應(yīng)能，增加植物產(chǎn)量或提高品質(zhì)的生物有機化肥制劑。現(xiàn)在國家大力倡導(dǎo)綠色發(fā)展理念，微生物肥料因具有提高植物產(chǎn)量或品質(zhì)等一般肥料效應(yīng)的同時，還具有改良土壤和保護環(huán)境等優(yōu)勢和特點而備受人們關(guān)注，應(yīng)用前景十分廣闊[1]。

1 微生物肥料的作用機制

1.1 促進氮磷鉀元素的吸收利用

國際上最開始發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用的微生物肥料就是使用根瘤菌促進豆科植物對氮元素的吸收。根瘤菌類、自生固氮菌菌類和聯(lián)合固氮菌類都可通過共生關(guān)系固定空氣中的氮，同時為植物提供氮源。微生物肥料中部分微生物可以通過代謝分解有機含磷化合物，同時產(chǎn)生有機酸和無機酸分解無機磷化合物來共同提高植物對磷的利用效率，改善植物營養(yǎng)條件，充分發(fā)揮土壤生態(tài)肥力。土壤中含有大量的鉀，但這些鉀90%以上是難以被植物吸收和利用的硅酸鹽礦物。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(zhuǎn)化為有效性鉀，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高植物對土壤的利用率。

1.2 微生物代謝產(chǎn)物刺激調(diào)節(jié)植物生長

微生物的代謝活動產(chǎn)生會各種植物生長調(diào)節(jié)劑，從而刺激調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育。研究表明，絕大部分根際細菌能產(chǎn)生吲哚乙酸、赤霉素以及一些維生素，可以刺激細胞形成層的分裂，促進植物的生長，誘導(dǎo)植物開花，提升植物品質(zhì)。部分假單胞菌、沙雷氏菌等能產(chǎn)生細胞分裂素來誘導(dǎo)植株的根伸長及延遲葉片脫落，植物生長發(fā)育可受微生物產(chǎn)生的植物生長調(diào)節(jié)劑、維生素及酚類物質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)某些根際促生菌能夠調(diào)節(jié)細胞分裂素（CTK）和脫落酸（ABA）的平衡，延緩植物衰老[2]。

1.3 提高作物抗性

許多微生物肥料可以提高作物對于干旱、極端溫度、土壤酸堿度以及有害重金屬的耐受力，從而有效增強作物的存活率及生長發(fā)育能力。例如，施加微生物肥料可增加土壤的含水量，提高馬鈴薯對干旱的耐受力[3]。

細菌肥料控病機制包括：1）通過有益微生物在作物根際的大量聚集定殖形成優(yōu)勢菌群，從而減少土壤中植物病原菌的入侵，限制病原菌的定植和傳播;2）改變微生物環(huán)境平衡，提高土壤的生物多樣性，誘發(fā)植物產(chǎn)生抗性，促進植物生長從而抑制有害微生物的生長繁殖;3）產(chǎn)生抗生素，常見抗生素約有20種，另外還有吩嗪、苯二酚等來殺滅或抑制病原微生物。

2 微生物肥料國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

我國微生物肥料開始發(fā)展于20世紀(jì)40年代，但由于對其發(fā)展缺乏重視，產(chǎn)品種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)制定困難，使得監(jiān)管不嚴，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，發(fā)展進程緩慢。我國最初開始研究微生物肥料，都是圍繞根瘤菌對于豆科植物的促生長作用[4];20世紀(jì)50年代開始逐漸在其中加入更多菌種，如固氮菌、磷細菌等;20世紀(jì)60年代開始使用添加了放線菌的5406微生物菌肥;20世紀(jì)70年代后期開始研發(fā)泡囊-叢枝菌根（AM菌根）[5]。直到2000年前后，化肥使用導(dǎo)致環(huán)境嚴重破壞，使得人們開始重視微生物肥料。現(xiàn)在微生物肥料發(fā)展越來越迅速，菌種種類達到數(shù)十種，類型也從單一變得復(fù)雜，其功能也越來越豐富。與化肥相比，微生物肥料具有改善作物品質(zhì)的功效。研究表明，微生物肥料配合化肥施用可以有效提高植物對化肥的利用率，改善綜合特性[6]。

微生物肥料在國際上已得到70多個國家推廣和普及，國際上目前已有不少成熟產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。孟山都作為20世紀(jì)成立的最大的化學(xué)工業(yè)也在20世紀(jì)60年代全面發(fā)展生物技術(shù)，轉(zhuǎn)型成為農(nóng)業(yè)技術(shù)公司，在2017年與諾維信公司推出玉米微生物種衣劑（AcceleronB-300SAT），其活性成分為土壤中的一種真菌，該真菌在玉米植株的根部周圍生長，幫助植株提升吸收土壤營養(yǎng)的效率。在2016年的田間試驗中，微生物菌劑增產(chǎn)表現(xiàn)優(yōu)異，部分優(yōu)秀的微生物菌株實現(xiàn)了玉米每667 m2增產(chǎn)約12.55 kg，大豆每667 m2增產(chǎn)約7.17 kg。在使用方面，孟山都在種子出廠前即可對種子進行微生物種衣劑處理，大大方便了農(nóng)民的使用。近年來，隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，對不同菌種基因改造提高其抗逆及促生機制，新型促生菌不斷涌現(xiàn)，新型復(fù)合型生物肥料正在探索當(dāng)中。未來十年，微生物解決方案將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技解決方案的主流。

3 當(dāng)前微生物肥料應(yīng)用中存在的問題及發(fā)展前景

微生物肥料在實際應(yīng)用中存在一系列問題，導(dǎo)致推廣受到阻礙。1）微生物肥料中的有益菌群需在土壤中定植、繁殖后方可發(fā)揮效用，導(dǎo)致肥效慢，短期效果不明顯。此外，微生物肥料作為一種活體肥料，其肥效受到施肥方法、環(huán)境條件等諸多因素的影響和限制，肥效差異化或不穩(wěn)定的情況較為普遍，且效果不穩(wěn)定，導(dǎo)致農(nóng)戶使用的積極性不高。2）微生物肥料種類較少，使用范圍窄，不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廣泛需求[7]。此外，企業(yè)對微生物肥料研發(fā)、生產(chǎn)的重視程度不夠，肥料的品質(zhì)不高。3）微生物肥料生產(chǎn)成本高，售價較高，降低了農(nóng)戶的購買使用意愿。

隨著科技的進步，新型肥料發(fā)展迅猛，其中微生物肥料由于特有的優(yōu)勢將逐漸在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用，擁有巨大的潛在市場。微生物肥料的優(yōu)勢很明顯，但在全面應(yīng)用方面還存在很多問題。1）微生物肥料的肥效發(fā)揮相對化學(xué)肥料緩慢得多。可以發(fā)展微生物與有機、無機復(fù)混肥料，保證糧食產(chǎn)量的前提下減少化學(xué)肥料的使用。2）全國眾多科技者從事微生物肥料研究領(lǐng)域，通過探究微生物肥料的作用機制，采用生物技術(shù)手段構(gòu)建高效工程菌等各種方式選育出高品質(zhì)菌種。但共享機制的缺乏，導(dǎo)致大量重復(fù)工作，造成巨大人力物力浪費，所以加強行業(yè)整合與交流，以便更好地致力于創(chuàng)新與發(fā)展。3）在知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)化方面，加強技術(shù)攻關(guān)，解決肥效低、不穩(wěn)定和成本高問題，可以通過完善工藝設(shè)備，優(yōu)化生產(chǎn)工藝條件及流程，增加產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性，不斷加大微生物肥料的推廣和使用。政府加大監(jiān)督力度，微生物肥料企業(yè)也要加強自我管理，提高產(chǎn)品品質(zhì)，不可存在僥幸心理。4）政府以及行業(yè)機構(gòu)加強聯(lián)合企業(yè)進行宣傳和試點示范，提高農(nóng)戶對微生物肥料的認知和接受度。

參考文獻：

[1] 翁伯琦，張偉利.試論生態(tài)文明建設(shè)與綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2013，16（4）：1-4.

[2] 熊國勝，李家洋，王永紅.植物激素調(diào)控研究進展[J].科學(xué)通報，2009，54（18）：2718-2733.

[3] 徐暢，劉景輝，楊彥明，等.菌肥與氮磷肥配施對覆膜馬鈴薯抗旱生理指標(biāo)及產(chǎn)量的影響[J].作物雜志，2017（1）：94-99.

[4] 曾玲玲，崔秀輝，李清泉，等.微生物肥料的研究進展[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（9）：116-119.

[5] 李萬才.國內(nèi)外微生物肥料的發(fā)展概況[J].當(dāng)代蔬菜，2006，34（4）：22-23.

[6] 蔣永梅，姚拓，田永亮，等.微生物肥料對青梗花椰菜生長和土壤微生物特性的影響[J].草業(yè)科學(xué)，2017，34（3）：465-471.

[7] 王菀婷，鄧毅書.微生物肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的困境探析[J].農(nóng)村實用技術(shù)，2018，17（7）：31-35.

（責(zé)任編輯：趙中正）