微生物肥料与有机农业

微生物肥料与有机农业 20116432 摘要：近些年来，在农业生产中由于滥用化肥，土壤团粒结构遭受破坏，土壤 的保肥保水能力减弱，土壤被严重污染，微生物正常区系被打乱，地力下降， 作物病虫害日趋严重，并且化肥的流失和挥发又污染了水源和空气，引起生态 的恶循环，对人类生存和健康带来潜在威胁。因此，在资源、环境、能源的压 力下，需发展可持续有机农业和微生物肥料。微生物肥料是利用微生物的生命 活动及其代谢产物的作用，改善作物养分供应，向农作物提供营养元素、生长 物质，调控其生长，达到提高产量和品质、减少化肥使用、提高土壤的肥力、 减少或降低病虫害发生、改善环境质量。 关键词：化肥； 生态； 有机农业； 微生物肥料 Microbial fertilizer and organic agriculture Summary: In recent years to, in agricultural production in the due to abuse fertilizer, soil aggregate structure suffered damage, soil of insurance fertilizer insurance water capacity weakened, soil is serious pollution, microbial normal District of is disrupted, to force declined, crop pest increasingly serious, and fertilizer of loss and volatile and pollution has water and air, caused ecological of evil cycle, on human survival and health brings potential threat. Therefore, under pressure from resources, environment, energy, and required the development of sustainable organic agriculture and microorganism fertilizer. Microbial fertilizers are metabolites of microorganisms life activity and its role in improving crop nutrient supply, providing nutrients to crops, growth substances, which regulates its growth, to improve the yield and quality, reducing fertilizer use, improve soil fertility, reduction or reduction of plant diseases and insect pests, improve environmental quality. Key words: Fertilizer; eco; organic farming; microbial fertilizer 微生物肥料是活的微生物制剂，从土壤里将具有特殊功能的有益的资源微 生物种类分离出来，经过选育，获得高效菌株，再经过扩大培养，做成微生物 制剂，施回到土壤里，可以补充土壤中起特定作用的微生物数量的不足或取代 品质低劣的微生物，从而促进土壤中有益微生物的旺盛活动。与施用化学肥料 相比，微生物肥料不仅具有肥效好、肥效长、作物体内无残留毒素、无副作用、 不污染环境、成本低、经济效益高、用途广泛等诸多优点，还能保育、改良土 壤、提高土壤肥力、防止环境污染和土壤恶化，建立起高产农田的良好生态系 统，进而促进农业的可持续发展 1。 化学肥料对农业生产发挥了巨大的作用。我国是化肥生产消费第一大国， 但由于长期的不合理施用，已造成肥效急剧下降、生产成本上升、环境污染、 土壤板结、可耕作性恶化 2。因此，大力发展生物有机肥料是发展绿色经济、 生态经济的必然的迫切的社会需求。 微生物肥料就是利用天然肥料资源菌，通过提高、改造其生产性能，对其 进行工业化生产的肥料。它是由具有特殊效能的微生物经过扩大培养、被草炭 或蛭石等载体吸附形成的活菌制剂。此类制品主要用于拌种。广义的微生物肥 料是指应用于农业生产、含活微生物体的特定制品，且能够获得特定的肥料效 应，该效应由制品中的活菌产生。微生物肥料与化学肥料、有机肥料及绿肥成 分、性质不同，它是通过微生物的生命活动及代谢产物改善作物养分供应，提 高土壤肥力，达到促进作物生长、提高产量和品质的目的。 1 微生物肥料的种类 微生物肥料的种类较多，如果按其制品中特定的微生物种类可分为细菌肥料 （如根瘤菌肥、固氮菌肥）、放线菌肥料（如抗生肥料）、真菌类肥料（如菌 根真菌）；按其作用机理分有根瘤菌肥料、固氮菌肥料（自主或联合共生类）、 解磷菌类肥料、解钾菌类肥料、硅酸盐菌类肥料、生防菌剂和根圈促生菌等； 按其制品内含物分为单一的微生物肥料和复合微生物肥料。复合微生物肥料又 有菌、菌复合，也有菌和各种添加剂复合的 3-5。下面就几种重要的微生物制剂 肥料进行阐述。 1.1 根瘤菌制剂 根瘤菌肥是推广最早、效果最显著的一种高效菌肥，它可使豆科植物增产 并提高土壤氮素含量。根瘤菌与豆科植物的共生固氮效果举世公认。我国目前 生产的根瘤菌肥料使用的菌种有：花生根瘤菌、大豆根瘤菌、华癸根瘤菌、苕 子、蚕豆、豌豆根瘤菌、苜蓿根瘤菌、菜豆根瘤菌和沙打旺根瘤菌。此外，还 有一些针对不同豆科植物生产的根瘤菌剂品种，例如，三叶草根瘤菌肥、百脉 根根瘤菌肥、胡枝子根瘤菌肥、绿豆根瘤菌肥等。 根瘤菌剂主要有粉末（草炭、蛭石或其他载体）、液体、种衣剂 3 种剂型 及少数的冻干菌。菌剂中有的用同一株瘤菌不同菌株复合，有的用根瘤菌与假 单胞菌、粪产碱菌等复合而成，以增强其结瘤性能。 1.2 磷细菌制剂 磷细菌是指能将不溶性磷化物转化为有效磷的细菌。其种类较多，按其对 磷的转化作用分为两类，一类是通过细菌产酸使不溶性磷矿物溶解为可溶性磷 酸盐，称为无机磷细菌；另一类通过分泌植酸酶、核酸酶及磷脂酶等使含磷有 机磷酸水解，成为植物可以吸收和利用的可溶性磷，称为有机磷酸细菌。无机 磷酸细菌包括产无机酸的氧化硫硫杆菌和产各种有机酸的曲霉、青霉、欧文氏 杆菌和肠杆菌等，分泌的有机无机酸直接溶解磷矿粉，其中肠杆菌和欧文氏菌 分泌的有机酸物质还起着螯合和络合的作用。不同微生物分泌的有机酸数量和 种类差别很大，真菌分泌的有机酸种类较细菌多。微生物产生的有机酸降低了 土壤 PH，又与铁、铝、钙离子结合，使难溶性磷酸盐溶解。有机磷细菌包括巨 大芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌等，它们通过酶解作用降解含磷有机物，形成可溶 性磷。两种细菌联合作用，实现土壤中磷的有效化。 磷细菌肥料是一类促使土壤中不能被作物吸收利用的无效有机态或无机磷 化物转变为作物可吸收的有机磷的微生物活菌制剂。该制剂能改善作物的磷素 营养，提高其产量。农田耕作土壤磷素总储量中，只有极少量的可溶性磷酸盐， 绝大部分磷为不溶性的无机磷矿物和动植物残体形成的有机磷，不能被作物利 用。土壤中的有效磷含量不能满足作物对磷的需求，故需大量施加磷肥。有机 磷细菌或无机磷细菌能加速土壤中有机磷和无机磷矿物的溶解，增加土壤中有 效磷含量，减少磷肥用量。在不同类型的土壤和作物上，施用磷细菌制剂后作 物根系发达、分蘖增多、生长健壮、增产效果明显。 1.3 固氮菌制剂 除根瘤菌以外的固氮菌，包括自生固氮菌和联合固氮菌两类。自生固氮菌 主要包括圆褐固氮菌、黄褐固氮菌、棕色固氮菌、贝氏固氮菌、巴斯德固氮菌、 肺炎克氏杆菌、阴沟肠杆菌、产气肠杆菌及粪产碱杆菌等。这些固氮菌均能独 立将空气中不能被作物利用的氮气转化为作物能吸收利用的氮素养料。有的自 生固氮菌能形成植物生长刺激物质，促进作物的生长发育。 1.4 钾细菌制剂 钾细菌也称硅酸盐细菌，包括胶质芽孢杆菌和环状芽孢杆菌等，均属于芽 孢杆菌属。该菌具有溶解钾长石、磷灰石及释放磷钾矿物中磷钾元素的作用。 钾细菌肥料又称生物钾肥、硅酸盐菌剂，是由人工选育的高效硅酸盐细菌经过 工业发酵制成的活菌制剂，其主要有效成分是钾细菌活菌。这些细菌在其生命 活动过程中，会产生多种生物活性物质。这些物质可以刺激植物的生长发育， 同时产生抗生素物质，增强植株的抗寒、抗旱、抵御病虫害、防早衰、防倒伏 的能力。 1.5 光合细菌肥料 光合细菌是一类能将光能转化成微生物代谢活动能量的原核微生物，是地 球上最早的光合生物，分布广泛。 光合细菌种类较多，包括蓝细菌、紫细菌、绿细菌和盐细菌。与生产应用 关系密切的主要是红螺菌科中的一些属种，如红假单胞菌属中的荚膜红假单胞 菌、球性红假单胞菌、沼泽红假单胞菌、嗜硫红假单胞菌、胶状红环菌及绿色 红假单胞菌；红螺菌属中的深红红螺菌、黄褐红螺菌及盐场红螺菌。 施用光合细菌肥料后，其主要在农业上起到固氮，分泌氨基酸和核酸，消 除有害物质，提高作物抗病性以及提高作物产量和改进品质等作用。 1.6 根圈促生菌 在 20 世纪 30 年代，许多学者发现在植物根圈范围内生长着许多对植物有 益的细菌，它们在生长代谢过程中能产生多种促进植物生长的物质，称这些为 植物促生根圈细菌（ PGPR） PGPR 主要包括假单胞菌属和芽孢杆菌属，而荧光假单胞菌在很多植物的根 围都占有绝对优势，可达到 60%-93%。此外，PGPR 还包括产碱菌属、节杆菌属、 固氮菌属、固氮螺菌属、肠杆菌属、欧文氏菌属、黄杆菌属、哈夫尼菌属、克 雷伯氏菌属、沙雷氏菌属、黄单胞菌属和慢生型根瘤菌属等。 PGPR 主要作用包括：分泌植物促生物质、促进豆科植物结瘤、促进出芽、 对土传病害进行生物调控、降解农田污染物和促生根瘤菌等 1.7 菌根菌制剂 菌根是土壤中某些真菌侵染植物根部与其形成的菌-根共生体。形成菌根的 植物种类繁多，形成菌根的真菌种类也较多，包括担子菌、子囊菌及藻状菌中 的真菌。由毛霉目内囊科真菌中的多数属、种形成的泡囊丛枝状菌根（ VA 菌根） ，其主要特点是：一、无隔膜的藻状菌；二、在皮层细胞内形成丛枝或二分叉 菌丝体；三、在皮层细胞内或皮层细胞间形成椭圆形泡囊；四、菌丝除在植物 根细胞形成上述构造外，还延伸到土壤中，扩大吸收面积，但不形成外生菌根 假薄皮组织形菌套。 人们将有益的菌根菌与其寄主植物共同进行扩大繁殖，然后将有菌根真菌 的土壤（菌根土）作为接种剂用于农林生产，提高农作物产量和改善农作物品 质，提高树木成活率等。 2 微生物肥料在农业中的作用 微生物肥料的作用主要是与营养元素的来源和有效性有关，或与作物吸收 营养、水分和抗病虫害有关。 2.1 提高土壤肥力，减少化肥用量，改善作物品质 该作用是微生物肥料在农业中的最主要的功效，各种自生、联合或共生的 固氮微生物肥料，可以增加土壤中的氮素来源。多种分解磷、钾矿物的微生物 的应用，可将土壤中的难溶磷、钾溶解出来，转变为作物能吸收利用的磷、钾 离子，是作物生活环境中的营养充足。由于微生物肥料可以提高土壤的养分含 量，因此，在相同地力水平的土壤上可以减少化肥的用量，并获得增产效果。 减少化学肥料的使用，不仅有经济上的意义，而且对保护生态环境具有重要的 意义。这完全符合有机农业的发展。 2.2 制造和协助农作物吸收营养 微生物肥料重要的品种之一是根瘤菌肥，根瘤菌侵染豆科植物的根部形成 根瘤，根瘤菌利用豆科植物提供的能量将分子态氮转化成化合态氨，进而转化 为谷氨酸类等植物能够吸收利用的优质氮素，供给豆科植物生长发育。而化学 氮肥是外源性氮素，施入土壤后，由于环境和微生物作用，大部分以氮气的形 态从土壤植物体系中挥发，一部分以硝态氮的形式从土壤中流失，不仅造成经 济损失，而且严重污染生态环境。根瘤菌是一种土壤真菌，它可以与多种植物 共生，形成菌根。菌根增加了植物吸收营养的面积，使植物吸收更多的营养供 给其生长发育，其中以对磷的吸收最为明显。 2.3 分泌生长激素 微生物肥料中的一些菌种可分泌一些生长激素、维生素等。如固氮菌可以 产生多种维生素类物质（如生长素、环己六醇、盐酸、泛酸、吡哆醇、硫胺素 等），能刺激和调节植物生长。 2.4 增强植物抗病虫和抗旱能力 有些微生物肥料的菌种接种后，可在植物根部大量生长繁殖，成为植物根 际的优势菌群；有些微生物肥料能够产生抗生素抑制病原微生物的生长繁殖， 减轻植物病害。菌根真菌由于在植物根部的大量生长，其菌丝除可以为植物提 供营养元素外，还可以增加水分吸收，有利于提高植物的抗旱能力。 3 微生物肥料的应用前景 微生物肥料生产成本低，应用效果好，不污染环境，施用后不仅增产，而 且能提高农产品质量和减少化肥使用量，在我国的农业可持续发展中占有重要 地位。我国人口日益增加，人民生活水平提高，对农产品的数量和质量提出了 更高要求，由于耕地不断减少，化肥使用量大，生产成本直线上升，环境不断 恶化，因此为生物肥料的综合利用显示了其在农业生产方面的应用优势和良好 应用前景。 我国的微生物肥料的应用作物很多，大体上有各种豆科作物、粮食作物、 经济作物、蔬菜瓜果等。可以说适用对象广、适用地区广。除此，我国的微生 物肥料应用前景广泛还有三点原因。其一、我国在生物固氮技术领域有许多有 能力的科学家，只是缺乏国家项目和资金支持；其二、我国目前的化肥实际用 量达到 1.2 亿吨，而微生物肥料每年产量仅百万吨，年产量仅为化肥的 1/200，如果微生物肥料的产量达到化肥用量的 3%左右，使用面积 1 亿亩，则 可减少 12-50 万吨化肥用量，增产粮食 50-100 亿公斤，还能取得降低农民投入、 提高产量品质、减少环境污染等巨大的经济、社会。生态效益；其三、随着国 内外积极发展绿色农业，生产安全、无公害的绿色食品也是一个新的发展趋势， 为开发生产高效优质微生物肥料提供了另一个良好发展机遇。值得强调的是， 微生物肥料本身的发展也为其扩大应用奠定了基础。 4 目前我国微生物肥料现状和发展趋势 4.1 我国微生物肥料发展现状 经过近半个世纪的发展，我国微生物肥料研发和生产都取得了很大发展， 主要表现如下： 一、 初步形成了具有一定规模和水平的微生物肥料产业，但就总体而言， 生产设备和工艺与外国相比还存在一定差距； 二、 产品种类繁多，使用范围不断扩大，产品稳定性逐步提高。经过多 年的推广和使用，固氮菌肥料、解磷解钾肥料、“5406”抗生菌肥料 等各种微生物肥料已在多种作物上得到了应用，取得了较好的效果； 三、 行业管理初步形成，质量意识逐步深入人心，目前，微生物肥料的 质量已纳入农业部“一肥两剂”检验等级管理范围，已发布 NY227- 94、NY410-2000、NY411-2000、NY412-2000 等行业标准。农业部微生 物质量监督检验测试中心与 1996 年正式运转，为微生物肥料的合理、 有效利用提供了保障 6。 4.2 我国微生物肥料研发和使用中存在的问题 我国的微生物肥料的发展虽然取得了一定的成绩，但还是存在着较大的问 题。由于我国的基础研究存在一定的欠缺，虽然发展历史很长，但存在着很多 不明确的理论问题，很少有正式立项的科研项目进行理论方面的研究。制约了 微生物肥料的开发和推广。 广大农民对微生物肥料的认识存在着误区，并不了解微生物肥料的施用方 法和使用范围，采用与化肥相同的施用方法，使微生物肥料不能有效发挥起作 用，从而忽视了微生物肥料的作用。 除此，微生物肥料的开发和使用尚不规范和完善，不能因地制宜，没有根 据当地地理条件合理生产和使用，从而影响其效果的发挥。此外，某些开发商 缺乏规范意识和责任心，在生产微生物肥料过程中灭菌不彻底，使得微生物肥 料中含有可能带来生态问题、对植物乃至人体有害的菌种，从而造成严重后果。 4.3 我国微生物肥料发展趋势和展望 7 我国的微生物肥料发展趋势主要包括以下几方面。 （1）豆科植物在我国的种植面积较小，对肥料的需求远不如粮食作物大， 微生物肥料的使用将向豆科植物发展； （2）由于微生物肥料的肥效并非为单一功能作用的结果，因此微生物肥料 将有单一菌种向复合菌种发展，从而使得作物能够同时得到多种营养元素，从 而提高产品产量和质量； （3）随着农业技术的发展，微生物肥料的作用正由单一的提供营养元素向 改善营养、促进生长、抑制病虫害等方面转变。可在充分利用一种微生物的作 用的同时，使得几种无拮抗作用的微生物共同作用，从而获得更好