淺談微生物肥料研究進展

洪婷

摘 要 化學肥料在保證糧食作物高產中發揮著重要作用，在一定程度上緩解了全球糧食問題，但大量施用化學肥料也引起了水體、土壤和大氣等的污染。為了發展可持續農業，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，營養成分豐富且全面，合理開發和利用微生物肥料，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、國內外發展現狀、當前存在問題及發展前景。

關鍵詞 微生物肥料;作用機制;展望

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

化肥的出現帶來了糧食的增產，但也帶來環境污染，造成糧食的可持續發展出現危機。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，直接經濟損失達500多億元，化學肥料過量造成的環境損失更是不可估量。因此，如何減少化肥的使用成為當今科學家研究的重要課題。現有研究表明，利用微生物肥料提高化學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能，增加植物產量或提高品質的生物有機化肥制劑。現在國家大力倡導綠色發展理念，微生物肥料因具有提高植物產量或品質等一般肥料效應的同時，還具有改良土壤和保護環境等優勢和特點而備受人們關注，應用前景十分廣闊[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

國際上最開始發現并應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合固氮菌類都可通過共生關系固定空氣中的氮，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，改善植物營養條件，充分發揮土壤生態肥力。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，使難溶性鉀轉化為有效性鉀，改善土壤結構，提高植物對土壤的利用率。

1.2 微生物代謝產物刺激調節植物生長

微生物的代謝活動產生會各種植物生長調節劑，從而刺激調節植物生長發育。研究表明，絕大部分根際細菌能產生吲哚乙酸、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，誘導植物開花，提升植物品質。部分假單胞菌、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，植物生長發育可受微生物產生的植物生長調節劑、維生素及酚類物質的影響。研究發現某些根際促生菌能夠調節細胞分裂素（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）改變微生物環境平衡，提高土壤的生物多樣性，誘發植物產生抗性，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 微生物肥料國內外發展現狀

我國微生物肥料開始發展于20世紀40年代，但由于對其發展缺乏重視，產品種類繁多，標準制定困難，使得監管不嚴，產品質量參差不齊，發展進程緩慢。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60年代開始使用添加了放線菌的5406微生物菌肥;20世紀70年代后期開始研發泡囊-叢枝菌根（AM菌根）[5]。直到2000年前后，化肥使用導致環境嚴重破壞，使得人們開始重視微生物肥料。現在微生物肥料發展越來越迅速，菌種種類達到數十種，類型也從單一變得復雜，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品被廣泛應用于實際的農業生產中。孟山都作為20世紀成立的最大的化學工業也在20世紀60年代全面發展生物技術，轉型成為農業技術公司，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的效率。在2016年的田間試驗中，微生物菌劑增產表現優異，部分優秀的微生物菌株實現了玉米每667 m2增產約12.55 kg，大豆每667 m2增產約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，大大方便了農民的使用。近年來，隨著生物技術的迅猛發展，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，新型復合型生物肥料正在探索當中。未來十年，微生物解決方案將成為現代農業科技解決方案的主流。

3 當前微生物肥料應用中存在的問題及發展前景

微生物肥料在實際應用中存在一系列問題，導致推廣受到阻礙。1）微生物肥料中的有益菌群需在土壤中定植、繁殖后方可發揮效用，導致肥效慢，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、環境條件等諸多因素的影響和限制，肥效差異化或不穩定的情況較為普遍，且效果不穩定，導致農戶使用的積極性不高。2）微生物肥料種類較少，使用范圍窄，不能滿足農業生產的廣泛需求[7]。此外，企業對微生物肥料研發、生產的重視程度不夠，肥料的品質不高。3）微生物肥料生產成本高，售價較高，降低了農戶的購買使用意愿。

隨著科技的進步，新型肥料發展迅猛，其中微生物肥料由于特有的優勢將逐漸在現代農業生產中發揮越來越重要的作用，擁有巨大的潛在市場。微生物肥料的優勢很明顯，但在全面應用方面還存在很多問題。1）微生物肥料的肥效發揮相對化學肥料緩慢得多。可以發展微生物與有機、無機復混肥料，保證糧食產量的前提下減少化學肥料的使用。2）全國眾多科技者從事微生物肥料研究領域，通過探究微生物肥料的作用機制，采用生物技術手段構建高效工程菌等各種方式選育出高品質菌種。但共享機制的缺乏，導致大量重復工作，造成巨大人力物力浪費，所以加強行業整合與交流，以便更好地致力于創新與發展。3）在知識產權轉化方面，加強技術攻關，解決肥效低、不穩定和成本高問題，可以通過完善工藝設備，優化生產工藝條件及流程，增加產品質量及穩定性，不斷加大微生物肥料的推廣和使用。政府加大監督力度，微生物肥料企業也要加強自我管理，提高產品品質，不可存在僥幸心理。4）政府以及行業機構加強聯合企業進行宣傳和試點示范，提高農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.試論生態文明建設與綠色農業發展[J].福建農林大學學報（哲學社會科學版），2013，16（4）：1-4.

[2] 熊國勝，李家洋，王永紅.植物激素調控研究進展[J].科學通報，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及產量的影響[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].貴州農業科學，2009，37（9）：116-119.

[5] 李萬才.國內外微生物肥料的發展概況[J].當代蔬菜，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].草業科學，2017，34（3）：465-471.

[7] 王菀婷，鄧毅書.微生物肥料在農業生產應用中的困境探析[J].農村實用技術，2018，17（7）：31-35.

（責任編輯：趙中正）