我國微生物肥料發展現狀及在蔬菜生產中的應用

仝倩倩 ，祝 英，崔得領，趙 毅，陳玉坤，王治業，熊友才

（1.甘肅省微生物資源開發利用重點實驗室，甘肅省科學院生物研究所，甘肅 蘭州 730000；2.西安思源中學，陜西 西安 710038；3.草地農業生態系統國家重點實驗室，旱地農業生態研究所，蘭州大學生命科學學院，甘肅 蘭州 730000；4.河南省襄城縣農業技術推廣中心，河南 許昌 461000）

蔬菜種植是目前我國農民經濟來源的重要途徑之一。為了追求經濟利益，連作和水肥的高頻、高量投入是我國蔬菜種植中普遍存在的現象，引起土壤養分下降、土壤微生物菌群失衡和病害嚴重發生［1-2］?；兽r藥的超量使用，最終導致蔬菜農殘超標、產量下降等惡性循環，嚴重威脅人類的飲食健康。

蔬菜種植過程中土壤微生物失衡是導致蔬菜病害發生和土壤質量下降的主要原因之一，是影響我國蔬菜種植土壤可持續發展的主要威脅，而土壤微生物障礙的控制和修復要比土壤物理、化學障礙的修復困難得多［3］。研究表明，蔬菜栽培基質或根際接種有益微生物，不但能有效緩解土壤微生物失衡的障礙，而且促進蔬菜生長，并減少蔬菜種植過程中化肥農藥的用量［4-5］。因此，全面了解微生物肥料在我國蔬菜生產中的應用進展以及發揮的主要作用，在促進我國蔬菜種植體系的健康良性發展方面具有十分重要的意義。

1 我國微生物肥料的生產應用歷程和制定的相關肥料標準

我國微生物肥料的研究和應用始于20世紀40年代，此時期以根瘤菌接種劑為主，在東北、華北及華中地區開展了試驗，并取得了較好的效果，但總體的應用面積也不大，此時還沒有形成規?；漠a品［6］。20世紀50～60年代，除根瘤菌接種劑外，出現了細菌和放線菌等微生物制劑，如以自生固氮菌、溶磷細菌、硅酸鹽細菌、放線菌等為原料的細菌性菌劑、抗生菌肥料和固氮藍綠藻肥等［7］；此時期大量中小型企業介入，但生產設備落后、無行業管理，導致產品質量參差不齊。1959年由中國農業科學院土壤肥料研究所牽頭，首次提出關于微生物肥料產品質量標準的意見，此后微生物肥料標準制定備受關注。20世紀70年代到80年代中期掀起了利用叢枝菌根來改善植物磷素吸收和提高水分利用率的研究熱潮［8］。20世紀80年代中期至90年代，應農業發展的需求，新型微生物制劑如聯合固氮菌肥、硅酸鹽菌劑、光合細菌菌劑、植物根際促生細菌（PGPR）制劑和有機物料（秸稈）腐熟劑不斷涌現，特別是PGPR的研究和效果驗證逐漸成為土壤微生物學的熱點研究領域［9］；同時以功能微生物如固氮菌、磷細菌、鉀細菌為原料，通過復合有機肥制備而成的復合（復混）生物肥料不斷涌現，加速了微生物菌劑及微生物肥料的發展。但此時期產品質量參差不齊、無標準、無行業管理，仍處于無序發展的時期［10］。

1997年我國實行微生物肥料生產資料登記，加上國家對標準制定的政策引導，初步形成了農用微生物菌劑和微生物肥料的標準體系，微生物肥料標準的制定取得了空前的進展，對引導和規范行業發展發揮重要作用。在2000～2010年的發展過程中，出臺了有關微生物菌劑和微生物肥料的產品標準、檢測方法、技術規程以及菌種/安全等22項標準和規程（表1）。這些標準和規程的制定規范了微生物菌劑及肥料的市場，同時也推動了微生物菌劑及肥料種類多樣化的發展，此時期出現了高效營養促生類、土壤功能修復及連作障礙克服類的菌劑，以及生物有機肥、新型復合微生物肥料、專用微生物肥料等。在2010～2020年全國微生物肥料產品和企業迅速發展的時期，復合微生物肥料、生物有機肥和微生物肥料生物安全通用技術準則等標準和規程進一步修訂頒布實施（表2），新頒布實施了8項相關標準和技術規程（表2），進一步推動了微生物肥料研究和產業化的進程［12］。

表1 2000～2010我國微生物肥料標準及技術規程［11］

表2 2010～2020我國微生物肥料標準及技術規程

2 微生物肥料分類及功能微生物

標準《微生物肥料術語》（NY/T 1113-2006）將微生物肥料的產品分成了三大類：微生物接種劑、復合微生物肥料和生物有機肥［13］。

生物有機肥指特定功能微生物與主要以動植物殘體（如畜禽糞便、農作物秸稈等）為原料并經無害化處理、腐熟的有機物料復合而成的一類兼具微生物肥料和有機肥料效應的肥料［14］。在生產過程中，涉及的微生物有促進物料分解、腐熟并除臭功能的微生物，以及物料腐熟后在產品中發揮特定肥料效應的功能菌［15］，菌株安全應符合NY 1109-2006的規定。目前推薦執行的農業行業標準是NY/T 884-2012，其主要技術指標為有效活菌數、有機質、水分、pH值、糞大腸菌群數、蛔蟲卵死亡率、有效期和無害化指標。目前主要存在的問題是原料來源復雜、載體差異大、腐熟工藝不成熟。

農業微生物菌劑是指目標微生物（有效菌）經過工業化生產擴繁后加工制成的活菌制劑［16］。它具有直接或間接改良土壤、恢復地力、維持根際微生物區系平衡、降解有毒有害物質等作用；應用于農業生產，通過其中所含微生物的生命活動，增加植物養分的供應量或促進植物生長、改善農產品品質及農業生態環境。按照內含的微生物種類或功能特性可分為根瘤菌菌劑、固氮菌菌劑、解磷類微生物菌劑、硅酸鹽微生物菌劑、光合細菌菌劑、有機物料腐熟劑、促生菌劑、菌根菌劑、生物修復菌劑；按照產品劑型分為液體、粉劑、顆粒型。目前強制執行的標準是GB 20287-2006，其主要技術指標為有效活菌數、霉菌雜菌數、雜菌率、水分、細度、pH、保質期和無害化指標。目前主要存在的問題是原料來源復雜、載體差異大、無雜菌控制技術、保質期較短以及顆粒型的造粒加菌技術不成熟等。

復合微生物肥料指特定微生物與營養物質復合而成，能提供、保持或改善植物營養，提高農產品產量或改善農產品品質的活體微生物制品［17］。按照產品劑型分為液體、粉劑、顆粒型。目前推薦執行的農業行業標準是NY/T 798-2015，其主要技術指標為有效活菌數、總養分、有機質、雜菌率、水分、pH和有效期。目前主要存在的問題是雜菌率高、有效活菌衰減率大、有機質與大量元素復合不易造粒。

截至2020年10月21日，我國肥料登記的產品有22741個，生產企業有7168個，其中獲得微生物肥料登記證的產品有7608個，生產企業有2852個［18］。目前國內微生物肥料主要涉及的功能微生物有芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌、霉菌、放線菌、固氮菌和光合細菌等，芽孢桿菌占微生物肥料登記菌種的80%（圖1a）；在芽孢桿菌類中，已獲得肥料登記證的產品中枯草芽孢桿菌占40%、膠凍樣芽孢桿菌占13%、巨大芽孢桿菌占10%、地衣芽孢桿菌占8%、側胞芽孢桿菌占4%、解淀粉芽孢桿菌占3%、其他占22%等（圖1b）。

圖1 用于微生物肥料產品的主要功能微生物

3 微生物肥料在我國蔬菜生產上的應用效果

3.1 微生物肥料在我國蔬菜種植上的應用及主要功能微生物

隨著我國微生物肥料的發展，2010年后微生物肥料在蔬菜上才開始大量的應用研究。微生物肥料在番茄上的應用研究最多，辣椒、黃瓜和白菜次之，在其他蔬菜上的應用逐漸拓展，但總體上微生物肥料在蔬菜種植上的應用還相對較少。在蔬菜生產過程中，不同微生物肥料施用方法有所不同。復合微生物肥料和農用微生物菌劑用量較少，一般每公頃液體復合微生物肥料或農用微生物菌劑的使用量為10～20 L，粉劑使用量為10～20 kg；在蔬菜上的使用方式可以為拌種、沾根、灌根、噴施或與育苗基質復混等；復合微生物肥料或農用微生物菌劑可以作基肥，也可以作追肥。生物有機肥使用量較大，不同蔬菜的使用量不同［19］：豆科蔬菜使用量相對較少，一般為600～800 kg/hm2；菜葉類蔬菜用量為800～1500 kg/hm2；薯芋等根菜類蔬菜用量為1500～2000 kg/hm2；茄果類、瓜類蔬菜用量為1500～3000 kg/hm2。生物有機肥可撒施、點施、穴施、條施，可以作基肥或追肥。不同微生物肥料隨著有效活菌數的不同，價格、用量和功效也存在差異，其中拜耳卓潤高溫解淀粉芽孢桿菌微生物菌劑使用量為7.5 L/hm2，西瓜灌根處理平均增產10080 kg/hm2，產量提高了28.9%，按照2.4元/kg測算，農民可多收益1612元。微生物肥料施用方式靈活、增產增收效益顯著。隨著國家對果菜茶種植過程中“減肥、增綠、高質量發展”的政策導向，微生物肥料在我國蔬菜生產中具有重大的應用價值和推廣潛力。

在蔬菜生產中應用的微生物肥料主要功能微生物有植物根際促生細菌（PGPR）和生防菌兩大類微生物菌群組成。目前已經發現許多屬種的PGPR，包括硫桿菌屬（Thiobacillus）、假單胞菌 屬（Pseudomonas）、芽 孢 桿 菌 屬（Bacillus）、鏈霉菌屬（Streptomyces）、伯克霍爾德氏菌屬（Burkholderia）、根瘤菌屬（Rhizobium）、沙雷氏菌屬（Serratia）、節桿菌屬（Arthrobacter）、農桿菌屬（Agrobacterium）、不動桿菌屬（Acinetobacter）、固氮螺菌屬（Azospirillum）、泛菌屬（Pantoea）、弗蘭克氏菌屬（Frankia）和慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）等［20］。生防菌主要又包括殺真菌類微生物、殺細菌類微生物、殺蟲類微生物和殺線蟲類微生物，主要微生物類群見表3。

表3 我國蔬菜種植應用的微生物肥料主要生防微生物分類

3.2 施用微生物肥料對蔬菜根區改良和植株生長的影響

農用微生物菌劑、復合微生物肥料和生物有機肥在蔬菜種植中均有應用。PGPR是常用的微生物菌劑之一，可以通過固氮［21］、溶磷［22］、解鉀［23］、合成植物激素［24-25］等直接刺激植物生長。Leaungvutiviroj等［26］研發了一種具有高氮固定能力的生物肥料，由固氮細菌（Azotobacter tropicalis）、溶磷細菌（Burkhoderia unamae）、溶鉀細菌（Bacillus subtilis）和產生生長素的菌株KJB9/2組成，在芥藍的生長和增產方面有很大潛力，單獨添加該生物肥料可以使芥藍生長速度提高4倍，與天然礦物肥料結合使用，生長速度提高了7倍。Menéndez等［27］通過分析24株不同的中生根瘤菌（Mesorhizobium）產生吲哚乙酸、鐵載體以及溶磷、溶鉀情況，篩選出產生吲哚乙酸最高的兩株接種于番茄幼苗，結果表明，接種的番茄幼苗植株生長性狀顯著高于未接種的番茄幼苗?？梢娢⑸锓柿系膽弥饕ㄟ^功能微生物活化土壤養分，提高蔬菜對土壤養分的利用效率、分泌次生代謝產物發揮植物生長增效劑的作用、合成植物生長素等方式促進蔬菜生長（圖2）。

圖2 微生物肥料在蔬菜種植中的主要功效

植物對土傳病原菌的抗性往往是由微生物群落驅動的，因為植物根際微生物群是植物的第二基因組［28］，也是植物抵御土傳病原菌的第一道防線［29］。對于土壤中的病原微生物，一些特定微生物可能通過與病原菌競爭營養［30］、產生抗生素［31］、誘導植物系統抗性［32］、產生分解酶［33］等其中一種或多種機制來減少或防止植物病原微生物對植物的有害影響。微生物肥料可以防治尖孢鐮刀菌引起的西紅柿根腐病；還可以通過影響土壤微生物的多樣性和功能，從而促進紅椒的生長［34］。微生物肥料還能防治根結線蟲引起的病害［35］?？傊?，微生物肥料的應用主要通過產生抗生素和重寄生等作用直接殺死病原微生物、通過營養競爭抑制有害微生物、誘導蔬菜抗性系統提高應對病害的免疫能力等方面發揮生防作用（圖2）。

土壤微生物除了具有產生大量活性物質的能力外，有的還具有固氮、溶磷、解鉀的能力，有的具有抑制植物根際病原菌的能力，有的則具有改善土壤微生態環境的能力［15］。研究還表明，微生物菌劑通過改善土壤pH值、有機質、有效鉀、有效磷和堿解氮等土壤理化性狀緩解了黃瓜的連作障礙，從而提高重茬黃瓜的產量［36］。微生物肥料通過功能微生物的溶磷、解鉀、固氮的作用提高了土壤養分的供給能力，微生物分泌物對土壤團聚體及微粒結構的改善有重要作用，從而對土壤化學肥力、生物肥力和物理肥力的恢復和維持發揮了重要的作用［11］（圖2）。

4 微生物肥料在蔬菜生產中存在的問題及應用前景

4.1 微生物肥料在蔬菜生產中存在的問題

據統計，2019年我國蔬菜種植面積已經達到2230萬hm2，設施蔬菜400多萬hm2。長期使用農藥化肥對作物和土壤帶來的負面影響給予了微生物肥料發展的空間，微生物肥料在中國蔬菜種植上確實存在很大的應用前景和市場空間。隨著我國微生物肥料產業的穩定發展和生產規模的不斷壯大，微生物肥料的應用逐漸推廣開來。但是仍未像化肥農藥那樣普遍化、規?；统墒旎瘧玫脑蛑饕幸韵聨c：（1）微生物肥料產品良莠不齊。影響微生物肥料質量的主要因素是優良菌種和生產工藝，因不同企業生產條件不同，工藝存在很大差異造成批次間產品質量差異很大，再加上小企業不重視菌種的篩選、保藏和復壯，造成優良菌種性能退化，導致微生物菌劑產品質量不穩定，影響規?；a和應用推廣。（2）微生物肥料功能較多。微生物菌劑具有修復土壤、改善土壤團粒結構、降解重金屬和農藥殘留、緩解重茬、抑制土傳病害、促進植物生長等作用。從應用和市場推廣的角度來講，功能大而全的產品是沒有價值的，因為一旦微生物肥料的某個功能效果較差，該微生物肥料就會被全盤否定。（3）微生物肥料功能和實用技術未能被菜農準確掌握。微生物生長繁殖受到環境因素制約，并非快速見效，也不是一次使用就能長期見效；微生物肥料能減少化肥農藥的用量，但并非完全替代化肥農藥；微生物菌劑使用方式靈活多樣，有拌種、沾根、噴施、灌根等，不同使用方式，微生物菌劑發揮的效果也不同，因此需要技術推廣人員對微生物菌劑的功能和實用技術向菜農進行深入培訓，避免菜農對微生物菌劑的理解偏差而影響微生物菌劑的推廣應用。

4.2 微生物肥料在蔬菜種植應用中的展望

與化肥和農藥相比，微生物肥料具有經濟、環境友好等顯著特點。微生物肥料施加到蔬菜土壤后，通過有效菌株的快速繁殖，一方面有利于土壤養分的周轉，另一方面抑制土壤病原菌，為蔬菜生長營造適宜的土壤環境，并且在減少化肥和化學農藥用量、降低污染、改善土壤理化性狀、提高蔬菜生長和品質等方面具有積極的作用［36-38］。大量的研究和生產實踐表明，微生物肥料在蔬菜可持續發展體系中具有廣闊的應用前景［39］。

近年來微生物肥料在我國蔬菜種植上的研究和應用不斷興起，因微生物肥料受土壤環境和植物個體的影響，因此開發適合蔬菜種植的各類微生物肥料和促生、生防用微生物菌劑等是今后研究的重點。具體從以下幾個方面開展：（1）因植物具有豐富的遺傳多樣性，雖然對一些植物功能微生物進行了篩選鑒定，應用于微生物肥料的開發應用，但是仍有大量的植物尚未涉及，因此對有效功能微生物菌株的篩選、鑒定以及專用和通用性功能微生物肥料的開發仍是今后研究的重要內容；（2）微生物肥料中的功能微生物能否發揮作用，關鍵看是否在根際定殖以及與土壤微生物和養分周轉的相互作用關系，是需要今后進行深入探討的工作；（3）微生物菌劑對不同蔬菜種類的促生、生防機制及品種差異性闡述也是今后關注的重要研究內容；（4）由于目前對微生物肥料研究不足及存在的肥效等問題，使其不能完全取代化肥，但其自身存在的優點為化學肥料的減施提供了可能，在今后的研究中應得到重視。隨著分子技術的發展和完善，高通量測序技術已經用于微生物菌劑的生產和質量監控，為微生物肥料規?；a和推廣提供技術支持。因此，微生物肥料在蔬菜生產中無論是應用還是理論研究，均有待進一步突破，以促進蔬菜產業的綠色高質量發展。