微生物菌肥對大豆生長發育及根際土壤性質的影響綜述

姚延軒 接偉光 胡崴 趙冬梅 姜怡彤 于海洋 閻秀峰

摘要：大豆[Glycine max（L.）Merr.]連作及工業化肥濫用已對周邊生態環境造成破壞，并導致大豆產量大幅度下降。微生物菌肥的使用有助于提高大豆產量、修復損傷土壤，彌補了中國在農業及生態業上的不足。深入研究微生物菌肥的特性一方面可以提高大豆的生物量、抗性及營養成分含量，另一方面可以提升土壤肥力及形成穩定的微生態系統等。從微生物菌肥的分類、微生物菌肥對大豆生物量、抗性及土壤性質的影響等方面進行了綜述，旨在為微生物菌肥的實際應用提供參考依據。

關鍵詞：大豆[Glycine max（L.）Merr.];微生物菌肥;生物量;抗性;土壤性質

中圖分類號：S565.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）20-0021-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.20.004? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research progress on the effects of microbial fertilizer on the growth and

development of soybean and the properties of rhizosphere soil

YAO Yan-xuan1，JIE Wei-guang1，2，HU Wei1，ZHAO Dong-mei1，JIANG Yi-tong1，YU Hai-yang1，YAN Xiu-feng2

（1.Department of Food and Environment Engineering，East University of Heilongjiang，Harbin 150066，China;2.Alkali Soil Natural Environmental Science Center，Northeast Forestry University/Key Laboratory of Saline-alkali Vegetation Ecology Restoration in Oil Field，Ministry of Education，Harbin 150040，China）

Abstract： Soybean[Glycine max（L.）Merr.] continuous cropping and abuse of industrial chemical fertilizer have destroyed the surrounding ecological environment， and led to a significant decline in soybean yield. The application of microbial fertilizer helps to improve soybean yield and repair damaged soil， which makes up for the deficiency of agriculture and ecological industry in China. On the one hand， in-depth study on the characteristics of microbial fertilizer can improve the biomass， resistance and nutrient content of soybean; on the other hand， it can improve soil fertility and form stable micro-ecosystem. The classification of microbial bacterial fertilizer， the effects of microbial bacterial fertilizer on soybean biomass， resistance and soil properties were reviewed， in order to provide reference for the practical application of microbial fertilizer.

Key words： soybean[Glycine max（L.）Merr.]; microbial fertilizer; biomass; resistance; soil properties

大豆[Glycine max（L.）Merr.]是世界上最重要的農作物之一，種植面積占全世界可耕地面積的12%以上[1]。大豆也屬于中國四大糧食作物之一，且種植歷史超過5 000年[2]。大豆子粒的蛋白質含量達40%以上，遠高于牛肉、牛奶等高蛋白食品，大豆中氨基酸的比值與人體的氨基酸較為相近，更易于人體消化吸收[3，4]。然而，中國大面積的大豆種植區連作現象嚴重，且化肥的濫用一直是中國農業和生態業發展的難題[5]。

目前，一些農業和生態業發展較為先進的國家，大豆連作、肥料的使用問題均已得到高度重視。世界上農業大國如美國、澳大利亞、阿根廷等，微生物菌肥的使用率幾乎達到100%[6-8]。研究發現，微生物菌肥的使用不僅有改良大豆所處土壤環境的作用[9，10]，還可以有效地解決大豆連作、工業化肥濫用的問題，更為重要的是在作物的生長過程中可以起到良性調節作用，以達到增加產量、提高抗性及其他的正向效果[11-13]。中國作為世界上重要的農業大國，微生物菌肥發展緩慢，與微生物菌肥已經普及化的發達國家相比，存在較大差距。

3.1? 微生物菌肥對土壤肥力的影響

微生物菌肥中含有許多功能微生物，將其施入土壤后，會產生大量的代謝產物，這些代謝產物會使土壤結構變得松散，有效地改善土壤板結現象，進而明顯地提高土壤的肥沃程度。微生物富集在植物的根系，能夠在很大程度上提高植物對病害的抵抗能力。

由于部分農田大量使用工業化肥，使土壤條件變得惡劣，大片的土壤板結，土壤的通透性急劇下降，大量有益微生物難以生存，土壤肥力嚴重下降。應用微生物菌肥的土地，可有效改善土壤結構，同時微生物代謝所產生的有機酸能使土壤脫鹽脫堿，降低鹽堿地中的有害離子，提高土壤養分的有效性[33]。還有一些特殊的土地，有機質含量豐富，但供肥緩慢，如黏土地，而經微生物菌肥處理的黏土地通透性會大大改善，有效改良供肥不足的問題[34]。

3.2? 微生物菌肥對土壤中速效元素的影響

3.2.1? 微生物菌肥對氮元素的影響? 氮元素在自然界中主要以氨和氨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、有機含氮物和氣態氮等5類形式存在。氣態氮為自然界中含量最為豐富的氮元素庫，達1 013 t，且只有固氮微生物如巴氏梭菌（Clostridium pasteurianum）、根瘤菌屬（Rhizobium）、克雷伯氏菌屬（Klebsiella）才能對其進行有效利用。伍惠等[35]分離出大量優質大豆根瘤菌，為根瘤菌的大面積田間試驗和推廣提供事實依據。在農業生產中，利用根瘤菌與大豆共生固氮，其投入與產出比高達1∶15以上[36]。所以，這種根瘤菌可認為是一個無污染、高效的“微型氮肥廠”。綜上所述，類似于根瘤菌的固氮微生物不僅可以解決土壤中氮肥的問題，還符合低投入、無污染的新時代農業發展原則。

3.2.2? 微生物菌肥對磷元素的影響? 磷作為三大肥料之一，在大豆生長發育中必不可缺。由于磷元素無價態變化且無氣態形式，所以磷元素的循環較為簡單。然而，自然界中的磷主要以磷酸鈣、磷灰石的不溶性磷化物形式存在，大豆難以對其有效利用。劉晶晶[31]的研究發現，許多細菌和真菌產生的有機酸以及一些化能自養細菌，如硫化細菌和硝化細菌產生的硫酸和硝酸都可使無機磷化物溶解，便于農作物利用。此外，由于磷元素易與金屬離子螯合的特殊性質，農業操作人員施加的磷肥，其中大部分都轉化為難溶態物質富集在土壤中，不但占用大量的礦物資源，還會使土壤板結成塊，土壤理化性質變差，破壞土壤中微量元素的平衡，導致土壤的永久性損傷，而廣泛存在于農田中的溶磷菌，如土壤桿菌屬（Agrobacterium）、小菌核屬（Sclerotium）、叢枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM）真菌不僅可以有效解決磷元素的問題，而且可以提高作物對包括磷元素在內的其他營養元素的吸收[31]。

3.2.3? 微生物菌肥對鉀元素的影響? 植物能直接利用的鉀可分為速效鉀、緩效鉀和礦物鉀。其中速效鉀和緩效鉀較稀少，僅占6%左右，而絕大多數的鉀元素以礦物鉀的形式存在。土壤中大部分的鉀元素難以被大豆吸收利用，而大豆又是需鉀較多的作物之一，關于鉀肥對于大豆的生長發育的研究多年來就是眾多學者研究的熱點。當今大豆的種植密度劇增，土壤中的耗鉀量不斷上升，速效鉀含量不斷下降，土壤中含鉀豐富的鉀硅酸礦物鹽只有在微生物的代謝作用下才能被大豆有效利用，利用微生物降解礦物鉀就顯的尤為重要。呂睿等[37]的研究發現，以膠質芽孢桿菌（Paenibacillus mucilaginosus）為菌種制成的微生物菌肥已有效地解決了土壤速效鉀不足的問題。

3.3? 微生物菌肥對土壤中水分的影響

任何植物的生長發育都離不開水的作用，水量的多少取決于作物水分的利用效率，其中水分利用效率是指植物光合作用速率與蒸騰速率的比率。水分利用效率是評價植物優劣的重要指標之一。在大豆的生產實踐中，提高其水分利用效率也是增加其產量的有效方法之一。不同微生物對土壤中作物根系水分利用效率影響不同，AM真菌的作用效果是有效降低作物水分的蒸騰速率，進而提高作物對水分的利用效率。以AM真菌制成的微生物菌肥為例，經此菌肥處理過的作物，對土壤中的水分有更強的吸水、鎖水以及控水能力，大大增加了作物根系的水分含量，使作物能夠更好地生長發育[38]。

3.4? 微生物菌肥對土壤微生物的影響

土壤微生態中占大部分的還是以微生物為主的群體，即土壤微生物，而土壤微生物是農田微生態系統中重要的組成部分，尤其是在一些地況并不是太好的土地中。無論是自然行為還是人為行為都會對土壤微生態產生一定影響，而這些影響所產生的結果一直是廣大生態學家研究的重點。施用有機肥能提高土壤中細菌、真菌和放線菌數量，為植物的生長發育提供良好的生活環境。而施用微生物菌肥，能顯著提高土壤脲酶和土壤糖酶的活性，大大提高土壤中微生物數量的總數以及微生物群落的均勻度，有利于形成穩定的菌群結構[39]。

4? 微生物菌肥的應用

美國和巴西的大豆生產量占全球的50%以上，早在20多年前，微生物菌肥的產業化就非常成熟且應用廣泛，其大豆無論是產量還是質量，都遠超使用工業化肥的大豆種植區。世界上最大的大豆生產國美國，單是根瘤菌肥的使用率就在50%以上，效果相當于施用619 t的氮肥。在阿根廷，微生物菌肥使用率達90%以上，平均每年可節約30億美元的化肥。在巴西的一大豆種植試驗區，接種單一根瘤菌劑即可提高大豆產量30%[35]。

隨著生命科學的迅速發展，人們也越來越意識到可持續發展的重要性，于秀麗等[40]在鹽堿化的土地中使用生物菌肥，鹽堿化的改良非常成功。李財[41]在大豆示范區使用生物有機肥后，效果顯著。在中國的東北和華北地區已陸續出現大規模微生物菌肥的使用情況，并且效果良好。在中國的西北地區經實踐證明，微生物菌肥在荒漠地區仍然有旺盛的生命力。

5? 展望

綜上所述，微生物菌肥無論是對大豆的生長發育、抗病抗逆性還是對土壤性質的影響都是正向的。微生物菌肥在國外取得廣泛認可的同時也帶來了巨大的經濟效益，而這種巨大的經濟效益并不是以犧牲環境為代價獲得的。相反的，這種經濟效益會使土地變得更加肥沃，生物量更高，更順應以科技為依靠的農業以及生態業的發展道路。

中國擁有豐富的微生物資源，也取得了不錯的成績。但是近幾十年來科學技術快速發展，許多學科的發展速度不平衡。在工業化時代，工業化肥產生了巨大的環境問題，人們也越來越注重可持續發展。微生物菌肥這種新興肥料，不僅可以順應自然發展的需要，而且可以提高大豆的產量，使人們獲得巨大的經濟效益。

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