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)展前景幾個方面來介紹當(dāng)前微生物肥料的研究進(jìn)展，并對其未來發(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： S144? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：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，多個地區(qū)化肥使用量嚴(yán)重超標(biāo)[1]?；蕿E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、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)組織同時成立了有機(jī)農(nóng)業(yè)運(yùn)動國際聯(lián)盟（I-FOAM）和綠色食品國際協(xié)會組織，發(fā)展至1990年，已有會員300多個，分布于世界60多個國家。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%，這與我國對微生物肥料的重視不足有關(guān)，且目前市場上微生物肥料所使用的菌種性狀不好，企業(yè)在研發(fā)時對菌種選育投入少，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。