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第6章微生物肥料microbialmanure，第1节概述，微生物肥料概念：包括活微生物在内的特定产品，可应用于农业生产，取得特定的肥料效果。 在这种效果的生产中，产品中的活微生物起着重要的作用，符合上述定义的产品必须加入微生物肥料中。 陈华德教授、华中农业大学或微生物肥料是指含有活微生物，使用后可获得特定肥料效果，增加植物产量，提高产品质量的微生物制剂。 微生物肥料又称细菌肥料、生物肥料，在一些国家被称为接种剂和拌种剂。 在我国，将特殊性能的微生物(如根瘤菌、钾分解菌、磷分解菌)用发酵技术生产扩大培养后，与草炭等载体混合，用量少的成为接种剂、拌种剂。 将微生物和有机物(家畜粪便、草炭等)或者微生物和无机肥料混合加工制成的物质作为底肥、追肥使用，使用量多的物质叫做微生物肥料。 发展微生物肥料的必要性，首先是化肥用量逐年增加，化肥利用率和增产效果下降的我国单位面积化肥施用量是日本的2倍，美国的2.4倍，加拿大的4.4倍，澳大利亚的8.2倍，俄罗斯的9.0倍！ 化肥的利用率只有30%！ 应用化肥引起水质和环境污染。 第二，土壤肥力下降，土壤退化荒漠化加剧；第三，土壤生态环境恶化，土壤生态功能下降；第四，我国化肥资源显着匮乏，对农业可持续发展构成了严重挑战。 微生物肥料的开发和应用意义，节约土壤肥力改良能源，保护环境： 1、提高化肥利用率即提高能源利用率2、自身无毒作用，不污染环境3、减少土壤营养流失和富营养化的发生。 4、这样就可以实现固体废弃物资源化_堆肥。 可持续发展的要求。 实践证明，微生物肥料对绿色有机食品的生产、农业生态环境的保护和高产、优质、高效农业的可持续发展起着重要作用。 目前，微生物肥料逐渐成为我国国家生态示范区、绿色和有机农产品基地等肥料的主力军，在农业生产中发挥着越来越明显的经济效益、社会效益和生态效益。 中国微生物肥料研发的历史，中国从50年代开始从国外引进固氮菌、磷细菌和硅酸盐细菌制剂。 豆科植物最初开始应用根瘤菌接种剂的只有大豆和花生的根瘤菌剂。 60年代推广了放线菌生产的“5406”抗菌肥料和固氮蓝藻肥料。 从70年代到80年代中期，开始研究VA菌根，改善植物磷素营养条件，提高水分利用率。 从80年代中期到90年代，农业生产中不断并用固氮菌和生物钾肥。 微生物肥料研发部门相继推出了适应农业发展需求的新品种，如固氮菌肥、硅酸盐菌剂、光合细菌菌剂、PGPR制剂和有机材料(秸秆)腐熟剂等。 微生物肥料的主要效应和机制，一是增加土壤肥力，促进植物营养元素吸收1，氮磷钾大量元素营养：根瘤菌、自生和固氮菌； 硅酸盐细菌的钾降解作用。 2 .土壤中大量微生物的活动使土壤有机质转化为腐殖质，促进土壤团粒结构的形成，提高土壤肥力，改善土壤理化形状，增强土壤保肥保水能力，提高作物产量和品质。 二、分泌多种生理活性物质刺激植物生长：大量研究表明，微生物活动中产生的植物生长调节物质和维生素在不同程度上刺激和调节植物生长。 1植物激素生长素、赤霉素、脱落酸、分泌乙烯和酚类物质2、酸类的产生：有机酸的作用。微生物肥料的主要功效和机制有三、对有害微生物起生物防治作用：通过在植物根际大量繁殖成为作物根际优势菌，争夺病原微生物和营养物质，在空间上限制其他病原微生物的繁殖机会，对病原微生物产生压迫抑制作用，减轻病害。 这种微生物又称根际产生细菌(PGPR )。 微生物肥料的主要功效和机制，四是产生抗病和抗逆作用，间接促进植物生长： 1、产生多种抗病物质：抗生素2、提高植物抗逆性：通过施用微生物肥料，其菌种可以诱导作物产生超氧化物歧化酶，当植物遭受病害、害虫、干旱、老化等逆境时，由逆境产生微生物肥料的主要效应和机制，第二节微生物肥料的种类，微生物肥料按作用机制分为：固氮菌肥料(根瘤菌肥料、自体固氮菌肥料、固氮蓝藻等)磷菌肥料分解钾菌肥料(硅酸盐细菌)抗菌肥料PGPR菌肥菌剂和发酵菌剂复合微生物肥料， 1 .固氮菌肥料_根瘤菌肥料，根瘤菌接种于含有大量根瘤菌活菌体的生物制剂豆科植物种子，土壤条件适宜时根瘤菌在豆科植物根部活动活跃，侵入豆科植物根瘤菌，固定空气中的氮为NH3或NH4 . 人工选育的高效根瘤菌株吸附于大量繁殖载体而制备，是迄今世界上应用最快、应用时间最长、产量最多、应用最广、效果最稳定的微生物肥料之一。 根瘤菌与豆科植物的共生，形成了根瘤菌共生，根瘤菌固定大气中的气体氮为植物提供氮素养，豆科植物根的分泌物在刺激根瘤菌生长的同时，为根瘤菌提供保护和稳定的生长条件。rootnodulebacteriandsymbiiosiswithlegumes豆类、Soybeanrootnodules、UnNodulatedsoybean、nodulatedsoybean、生物固氮在氮循环中的作用， 根瘤固氮菌的一般生理特性：利用化学能量有机营养型能量： NO3-、NH4，但培养基中含有植物性氮素物质(豆芽汁、酵母汁等)时，多数根瘤菌生活得更好。 需要大量灰分元素： p元素的要求特别高的铁是合成豆血红蛋白和铁蛋白所必需的元素。 钼是固氮酶的成分。 适合中性和微碱性条件，适宜的pH为6.5-7.5，适宜的温度为25-30。 根瘤菌甘露醇琼脂培养基，甘露醇5g； 蔗糖5克； 发酵粉0.5g； 磷酸氢二钾0.5g； 硫酸镁0.2g； 氯化0.lg； 硫酸钙0.lg； 钼酸钠溶液lmL； 硫酸锰溶液1ml； 柠檬酸铁l%溶液1mL； 硼酸l%溶液1mL； 刚果红1%溶液2.5mL； 根据琼脂1820g、水l000mL、pH值7.0、根瘤菌在酵母汁甘露醇培养基中的生长速度，在含甘露醇或其他碳水化合物的培养基中生成酸的早熟型和时代2-4h； 慢生型在含甘露醇和其他碳水化合物的培养基中生产碱，时代也存在68小时的中间型。 根瘤形成过程的主要步骤：特定根瘤菌和相应豆科植物特异性吸附根瘤菌的相互作用使根瘤变形，主要是卷曲和分枝细菌在根内形成侵入线发展，进入根皮层后，部分细胞转化为分生组织，细胞分裂和分化，根瘤菌从侵入线内繁殖为根瘤细胞、和宿主共生特性：根瘤菌进入豆科植物根中，在其中繁殖，形成根瘤。 特异性：根瘤菌种类不同，只有对应特异性的几种豆科植物建立共生关系形成根瘤。有效性：产生肿瘤的菌株不能固定氮，根据是否将氮固定在根瘤上分为有效菌株和无效菌株，它们形成的根瘤分别称为有效根瘤和无效根瘤。 许多无效根瘤的肿瘤能力强于有效根瘤。 根瘤菌肥料的生产，拌种剂和复合肥。 拌种剂：粉状、液体、冻干粉。 复合肥料：同一根瘤菌属不同菌株复合或与其他微生物联合应用以增强肿瘤能力。 生产过程：菌种培养固体扩大菌泥制菌粉收集瓶装液体扩大吸附剂搅拌种袋装。 2、自体固氮菌肥料、单独生活时能固氮的微生物的一种叫自体固氮菌，分为光合细菌和非光合细菌。 主要类别：蓝细菌、圆褐固氮菌、假单胞菌、芽孢杆菌等。 固氮能力不如共生固氮能力。 自体固氮微生物：圆褐氮固氮菌，圆褐氮固氮菌代谢类型？ 异养氧型、圆褐氮固定菌产生生长素，促进植物生长和果实发育。 生物固氮的利用价值是以圆褐氮固定菌为菌剂，施用于土壤可以提高农作物的产量，2 .豆科植物中掺入根瘤菌，还可以提高豆科作物的产量，3 .豆科植物绿肥可以明显增加土壤中氮的含量，磷是作物生长所必需的营养土壤中磷含量较高，但植物可吸收利用的有效无机磷较低，土壤中的磷大部分是无效磷。 磷是许多发展中国家农业生产的重要限制因素，提高磷在土壤中的利用效率具有战略意义。 3、降解磷菌肥料、降解磷微生物菌剂可降解土壤中难溶磷细菌产生的磷菌肥料，使磷菌在作物根际形成供磷充足的微区。 细菌分解磷的机理、分解磷的微生物溶解难溶性磷酸盐的机理可归纳为以下几种： (1)分泌有机酸的作用：这些酸可降低pH、铁、铝、 通过与钙等离子体结合能溶解难溶性磷酸盐的代谢活动，产生有机酸(细菌一般分泌乳酸、氨基酸、草酸、延胡索酸、柠檬酸等，真菌主要分泌草酸、丙二酸、乳酸等)，这些酸直接溶解土壤中的难溶性磷酸盐。 (2)有机酸一方面，葵花合作用释放土壤磷素：腐解植物残体产生胡敏酸和富酸。 这两种酸与复合磷酸盐中的钙、铁螯合物结合释放出磷酸根，与铁、铝和磷酸盐形成稳定的可溶性复合体，被植物吸收利用。 (3)生物矿化作用。 即通过分泌植酸酶、核酸酶、磷脂酶等物质，分别分解植酸、核酸、磷脂酶等有机磷。 巨大芽孢杆菌(bacillusmegaatheriumvar.phosphaticum )，1 .菌体形态特征：该菌体真粗大，拉丁文学名为巨大芽孢杆菌。 2 .胞子形态特征：胞子、椭圆形偏端或中位孢子囊多生于背部，胞子内不着色，无色，成熟囊胞不肥大。 3菌落形态特征：专用培养基有菌落圆形、同心圆、表面光滑的菌落不透明，由灰色变为棕色黄色，边缘齐全的菌落平坦，略微隆起。 4 .生理生化特征：革兰氏染色阳性； 肉汁培养基生长快，具有强力分解核酸和卵磷脂的能力，难溶性的无机磷灰石也能释放正磷酸盐。 分解磷的能力测定、分解磷的能力是表示分解磷微生物作用的重要指标，可通过定性法和定量法两种方法进行测定。 定性法一般为平板溶解环法平板溶菌圈法：在含有难溶性磷酸盐和有机磷的固体平板培养基中培养溶磷菌株，测定周围菌落产生的透明圈的大小。 无机磷平板一般采用磷酸钙盐固体培养基，接种菌株培养几天后，磷酸钙盐平板上菌落周围出现透明环，是一种被认为具有分解无机磷能力的菌株。有机磷平板一般采用蛋黄平板培养基，将蛋黄平板上菌落周围形成混浊环视为有机磷分解能力(卵磷脂被水解变成脂肪和磷酸)。 磷环直径(d )与菌落生长直径(d )之比(D/d )是表示磷菌相对分解能力的指标。 分解磷的微生物种类是分解磷的细菌：芽孢杆菌属(Bacillus )棕榈属(Erwinia )假单胞菌属(Agrobacterium )沙雷氏菌属(Serratia )黄花杆菌属(Flavobacterium )肠细菌属(enterbacterium ) 分解磷的真菌：青霉属(Penicillium )、曲霉属(Aspergillus )、根霉属(Rhizopus )、镰刀菌属(Fusarium )、AM菌根菌、4、钾菌菌菌肥、钾菌，又称硅酸盐菌。 分解钾细菌，又称为硅酸盐细菌。 分解钾的细菌具有荚膜，是多糖类物质，促进土壤微凝集体形成的分解钾的细菌具有将土壤中的低效率转化为有效磷的弱固氮能力。 农杆菌，5 .抗生素菌肥5406，5406菌肥，也称放线菌肥，由于在放线菌肥开发初以“5406”号放线菌为主要菌种加入载体制成，故称为5406菌肥，简称“5406”。 5406洼阳链霉菌的生物学特性：菌落呈圆形隆起，开始生长时由淡黄色变为淡红色。 气生菌丝粉为白色，其上孢子呈粉红色。 最佳生长温度为2632。 5406菌肥作用机制，1、抗生素5406分泌抗生素，对植物病原真菌、寄生细菌有拮抗作用。 抑制了有害微生物，增加了根际微生物的生理活性。 2刺激和调节作物生长：分泌多种不同类型的刺激素。 3、改变土壤和肥料的营养元素：通过改变不能吸收利用的n、p、k为可利用状态，可以提高水解n、速效p和速效k的含量。 4 .促进农作物养分吸收，提高纤维素边界能力，加强有机质分解，改善土壤物理性能，施用后p上升60%70%，土壤团粒结构增多，通气性好。 6、堆肥菌剂和发酵菌剂、微生物肥料的现状；(1)微生物肥料产业规模第一，已成为我国农业生物产业的重要组成部分。 国内目前微生物肥料生产企业500多家，年产量约500万t，在肥料家庭中所占比例逐年增加，应用面积累计约亿亩。 (2)产品种类增多，使用菌种