淺談微生物肥料研究進(jìn)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(diǎn)，營(yíng)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?；诖?，探討微生物肥料的作用機(jī)制、國(guó)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(jī)制;展望

中圖分類號(hào)：S144 文獻(xiàn)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(jī)。2019年，我國(guó)水稻、玉米、小麥三大糧食作物化肥利用率為39.2%，與發(fā)達(dá)國(guó)家50%～60%的水平相比還有很大的差距。我國(guó)每年僅尿素實(shí)物損失就達(dá)2 000多萬噸，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)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?，F(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(jī)化肥制劑?，F(xiàn)在國(guó)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(shí)，還具有改良土壤和保護(hù)環(huán)境等優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)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(jī)制

1.1 促進(jìn)氮磷鉀元素的吸收利用

國(guó)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(jìn)豆科植物對(duì)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(shí)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(jī)含磷化合物，同時(shí)產(chǎn)生有機(jī)酸和無機(jī)酸分解無機(jī)磷化合物來共同提高植物對(duì)磷的利用效率，改善植物營(yíng)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(xì)菌肥料能分解土壤中的云母、長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)

微生物的代謝活動(dòng)產(chǎn)生會(huì)各種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，從而刺激調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明，絕大部分根際細(xì)菌能產(chǎn)生吲哚乙酸、赤霉素以及一些維生素，可以刺激細(xì)胞形成層的分裂，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，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(xì)胞分裂素來誘導(dǎo)植株的根伸長(zhǎng)及延遲葉片脫落，植物生長(zhǎng)發(fā)育可受微生物產(chǎn)生的植物生長(zhǎng)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(xì)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(duì)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(qiáng)作物的存活率及生長(zhǎng)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(duì)干旱的耐受力[3]。

細(xì)菌肥料控病機(jī)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(shì)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(jìn)植物生長(zhǎng)從而抑制有害微生物的生長(zhǎng)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(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)微生物肥料開始發(fā)展于20世紀(jì)40年代，但由于對(duì)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(yán)，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，發(fā)展進(jìn)程緩慢。我國(guó)最初開始研究微生物肥料，都是圍繞根瘤菌對(duì)于豆科植物的促生長(zhǎng)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(xì)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(yán)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(dá)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(duì)化肥的利用率，改善綜合特性[6]。

微生物肥料在國(guó)際上已得到70多個(gè)國(guó)家推廣和普及，國(guó)際上目前已有不少成熟產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于實(shí)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(zhǎng)，幫助植株提升吸收土壤營(yíng)養(yǎng)的效率。在2016年的田間試驗(yàn)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(shí)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(duì)種子進(jìn)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(duì)不同菌種基因改造提高其抗逆及促生機(jī)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(shí)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(duì)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(jià)較高，降低了農(nóng)戶的購(gòu)買使用意愿。

隨著科技的進(jìn)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(shì)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(chǎng)。微生物肥料的優(yōu)勢(shì)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(duì)化學(xué)肥料緩慢得多。可以發(fā)展微生物與有機(jī)、無機(jī)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(guó)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(jī)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(jī)制的缺乏，導(dǎo)致大量重復(fù)工作，造成巨大人力物力浪費(fèi)，所以加強(qiáng)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(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)化方面，加強(qiáng)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(qiáng)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(jī)構(gòu)加強(qiáng)聯(lián)合企業(yè)進(jìn)行宣傳和試點(diǎn)示范，提高農(nóng)戶對(duì)微生物肥料的認(rèn)知和接受度。

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（責(zé)任編輯：趙中正）