國內(nèi)外微生物肥料研究進(jìn)展及展望

李濤 張朝輝 郭雅雯 田香 許曉莞 邱立友

摘要：化肥施用在保障糧食作物高產(chǎn)過程中始終發(fā)揮著重要作用，但也帶來嚴(yán)重的環(huán)境及土地污染問題，阻礙了糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。因此，如何減少化肥用量，尋找環(huán)境友好型的化肥替代品是當(dāng)前科學(xué)研究的重要課題。微生物肥料具有綠色健康無污染的特點(diǎn)，是化學(xué)肥料最優(yōu)質(zhì)的替代品，許多研究表明其能夠有效改善土壤中氮、磷、鉀等元素的利用率，可提升作物抗逆能力，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量，并顯著抑制土壤中植物病原菌的毒害作用等。從微生物肥料國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、作用機(jī)制、當(dāng)前存在問題及發(fā)展前景幾個(gè)方面來介紹當(dāng)前微生物肥料的研究進(jìn)展，并對(duì)其未來發(fā)展策略進(jìn)行展望。一方面為微生物肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的深入開發(fā)和應(yīng)用提供了理論依據(jù)，另一方面為微生物肥料未來的研發(fā)指明了方向。

關(guān)鍵詞：微生物肥料;固氮;溶磷;解鉀;植物激素;抗逆性;抗病性;未來研發(fā)方向

中圖分類號(hào)： S144? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）10-0037-05

我國以世界7%的耕地養(yǎng)活了占世界19%的人口，提高糧食產(chǎn)量是解決糧食問題的重中之重，施用化肥在保障糧食作物高產(chǎn)過程中始終發(fā)揮著重要作用，因此我國主要農(nóng)作物單位面積施肥量一直居于世界前列，多個(gè)地區(qū)化肥使用量嚴(yán)重超標(biāo)[1]。化肥濫施帶來嚴(yán)重的氮磷鉀比例失衡，土壤板結(jié)、鹽堿化，營養(yǎng)成分降低，地下水污染等一系列問題[2]。微生物菌肥作為一種新型作物肥料能夠很好地解決這些問題，現(xiàn)階段微生物肥料已在各個(gè)國家及地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，并取得良好效果。為使人們更深入地了解微生物肥料的發(fā)展現(xiàn)狀、作用機(jī)制、當(dāng)前問題及未來發(fā)展前景，有必要對(duì)微生物肥料研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)介紹，為其今后在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的深入開發(fā)和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

不同微生物菌肥中所含的微生物不同，相應(yīng)肥效也各不相同。固氮、硅酸鹽及溶磷菌肥主要是通過活體菌在植物根際的活動(dòng)提高土壤中的氮、磷、鉀利用率。促生菌肥一般是指植物根際促生細(xì)菌（plant growth-promoting rhizobacteria，簡稱PGPR）菌劑，近年來對(duì)其研究較為廣泛，能有效提高作物抗逆能力等[3]，降低作物的染病率從而提高作物產(chǎn)量。光合作用肥料能夠顯著提高作物的光合作用效率，提升作物品質(zhì)及產(chǎn)量[4]。單一微生物肥料功能有限，可將不同菌劑復(fù)配組合，提高微生物多樣性的同時(shí)使其功能更加全面。

1 國內(nèi)外微生物肥料發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國際微生物肥料發(fā)展

長期生產(chǎn)實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)，種植豆類植物不僅可以培肥地力，而且可以提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量。早在1886年，Hellriegel等發(fā)現(xiàn)豆科植物能夠固氮;1888年，荷蘭學(xué)者Beijerlinck分離純化得到根瘤菌;1889年波蘭學(xué)者Wski將純培養(yǎng)的根瘤菌接種到豆科植物上，形成根瘤[5]。1895年法國學(xué)者Noble首次在歐美推廣根瘤菌制劑“Nitragen”的微生物肥料產(chǎn)品，自此微生物肥料產(chǎn)生[6]。1935年前蘇聯(lián)學(xué)者從土壤中分離出解磷菌，其在田間試驗(yàn)中能夠有效提高土壤的含磷量，最多可達(dá)到42%[7]。20世紀(jì)60年代后各國爭相將固氮菌運(yùn)用于禾本科植物種植中，其中意大利、比利時(shí)、德國等國家在將其接種至玉米的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其可以替代一部分化肥，替代率達(dá)到20%～30%。20世紀(jì)70年代，巴西學(xué)者Dtibereine開創(chuàng)了聯(lián)合固氮，1980年，Kloepper等發(fā)現(xiàn)一些微生物能夠產(chǎn)生噬鐵素，對(duì)土壤病原菌的傳播有抑制作用，大量試驗(yàn)也證明PGPR菌劑能夠分泌鐵載體抑制植物病原菌[8]。1972年，國際農(nóng)業(yè)組織同時(shí)成立了有機(jī)農(nóng)業(yè)運(yùn)動(dòng)國際聯(lián)盟（I-FOAM）和綠色食品國際協(xié)會(huì)組織，發(fā)展至1990年，已有會(huì)員300多個(gè)，分布于世界60多個(gè)國家。這些國際組織還提出可持續(xù)農(nóng)業(yè)概念，要生產(chǎn)綠色食品必須有相應(yīng)的生物肥料和有機(jī)肥料，目前國際上已有70多個(gè)國家生產(chǎn)、應(yīng)用和推廣使用生物肥料。2017年，孟山都和諾維信公司組建的“生物農(nóng)業(yè)聯(lián)盟”推出2款新產(chǎn)品：一種為玉米微生物種衣劑，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;另一種產(chǎn)品則可促進(jìn)土壤中有益微生物的生長，幫助大豆植株的營養(yǎng)吸收，改善大豆植株的健康狀況。近年來，隨著生物技術(shù)及分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，對(duì)不同菌種抗逆及促生機(jī)制的持續(xù)探索，新型促生菌不斷涌現(xiàn)，不同菌種組合的復(fù)合型生物菌肥正在探索當(dāng)中，不久的將來將可以取代化學(xué)肥料。

1.2 國內(nèi)微生物肥料發(fā)展

我國非常重視微生物菌肥的開發(fā)及利用，對(duì)這一領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)30至40年代。20世紀(jì)30年代末張憲武開始對(duì)大豆根瘤菌進(jìn)行研究，20世紀(jì)40年代初陳華葵等在紫云英根瘤菌研究過程中發(fā)現(xiàn)了有效根瘤和無效根瘤，20世紀(jì)50年代首次從國外引進(jìn)一批細(xì)菌肥料，包括固氮菌、溶磷細(xì)菌及解鉀菌，20世紀(jì)60年代開始使用抗生菌肥和固氮藍(lán)綠藻肥，20世紀(jì)70至80年代開始使用囊泡-叢枝（vesicular arbuscular，簡稱VA）菌根，20世紀(jì)90年代先后推廣使用聯(lián)合固氮菌肥、 PGPR菌劑、解鉀菌肥及光合作用菌肥等[9]。進(jìn)入21世紀(jì)后，逐漸由功能單一的菌肥發(fā)展為復(fù)合型菌肥，陸續(xù)出現(xiàn)了基因工程菌肥、作基肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)合菌肥、生物有機(jī)肥及菌粉型微生物接種劑肥料等。20世紀(jì)末，我國微生物肥料使用面積逐漸增加且效果顯著，在不同作物上平均增產(chǎn)最高達(dá)32%;近年來，我國微生物肥料企業(yè)總數(shù)已經(jīng)達(dá)到1 000個(gè)以上，年產(chǎn)值200億元，平均年產(chǎn)量達(dá)到1 000萬t，大田累計(jì)應(yīng)用面積達(dá)到1.33×109 hm2 [10]。微生物肥料使用量增長迅速但總量偏小，不足我國肥料使用量的3%，這與我國對(duì)微生物肥料的重視不足有關(guān)，且目前市場(chǎng)上微生物肥料所使用的菌種性狀不好，企業(yè)在研發(fā)時(shí)對(duì)菌種選育投入少，使得菌種來源雜亂，微生物肥料產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，影響其在生產(chǎn)中的推廣，因此繼續(xù)深入研發(fā)地域廣適性的作物專用微生物肥料意義重大。