微生物肥料在農(nóng)林業(yè)上的應(yīng)用

摘要 微生物肥料是一類環(huán)境友好型的新型肥料，也是江蘇省生物農(nóng)業(yè)的研究和支持重點。在分析了國內(nèi)外微生物肥料研究應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合江蘇省微生物肥料開發(fā)和應(yīng)用中存在的問題，提出今后研究的重點領(lǐng)域和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 微生物肥料；菌根；應(yīng)用

中圖分類號S144文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）29-10078-03

基金項目江蘇省自然科學(xué)基金（BK2011497）；江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級課題（2013td09）；江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級課題（2011kj17）。

作者簡介楊鶴同（1982- ），男，江蘇興化人，助理實驗師，在讀碩士，從事植物保護工作。*通訊作者，助理研究員，博士，從事鐵皮石斛等植物共生菌的相關(guān)研究。

微生物肥料是一種環(huán)境友好型的新菌肥，與農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展關(guān)系密切。長期以來，人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動以利用動植物資源為主，而對有益微生物資源的利用遠落后于動植物資源。其原因主要是有益微生物的種類多，個體小，不像動植物那樣易被人們所認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)。在生物技術(shù)快速發(fā)展的21世紀(jì)，對動植物資源和微生物資源多學(xué)科綜合開發(fā)利用的“多元農(nóng)業(yè)” 發(fā)展趨勢越來越明顯，一些未知的生物資源逐漸被人們所認(rèn)識和利用。以微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物食品為核心的 “綠色農(nóng)業(yè)”將成為未來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

1微生物肥料定義、種類

微生物肥料是指由一種或多種微生物參與制成的、具有高活力的、肥料效應(yīng)特定的生物制品[1]。微生物不是嚴(yán)格意義上的肥料，而是各種有益生物的總稱，是菌類制劑。在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的微生物菌劑都是按照微生物和基質(zhì)的一定比例混合在一起，并且對植物有促生、抗逆效果，故稱微生物肥料。按照制品中特定的微生物種類，可分為細菌類肥料（根瘤菌肥、固氮菌肥）、放線菌類肥料（抗生菌肥料）、真菌類肥料（菌根真菌） 三大類。目前，我國生產(chǎn)應(yīng)用的微生物菌肥可分為固氮菌類、解磷菌類、解鉀菌類、光合細菌類、菌根菌類、抗生菌類、復(fù)合菌類[2-3]。應(yīng)用的劑型有液體菌劑、固體菌劑、粉劑、丸劑、片劑或顆粒劑。植物根際促生細菌（Plant growth promoting rhizobacteria ，PGPR）是近年新研制的一類作物秸稈分解制劑，也被歸為微生物肥料。

2國內(nèi)外的研究和利用概況

1887年研究者發(fā)現(xiàn)豆科植物的根瘤具有固氮功能，并且成功培養(yǎng)根瘤菌[4]。1905年，Noble和Hilter首次將根瘤菌應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，開創(chuàng)了微生物制劑研究與利用的先河[5-6]。將根瘤菌劑接種于大豆和花生是我國微生物肥料研究應(yīng)用的開始。近十多年來又推廣應(yīng)用由固氮菌、磷細菌、鉀細菌和有機肥復(fù)合制成的生物肥料做基肥施用。目前，生物肥料的應(yīng)用已成為農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的研究熱點。

2.1國外研究概況

2.1.1細菌類生物肥料的應(yīng)用。在20世紀(jì)20年代，美國、澳大利亞等就開始了根瘤菌接種劑（根瘤菌肥料）的研究和試用。迄今為止，根瘤菌肥依然是最主要的品種之一，在作物上應(yīng)用范圍廣泛、效果穩(wěn)定。一些國家使用固氮螺菌后可使作物的產(chǎn)量提高5%～20%。美國、法國和意大利將固氮螺菌接種到禾本科作物上，能固氮39 kg/gm2，減少20%～30%的氮肥用量（表1）[4]。

2.1.2真菌類生物肥料的應(yīng)用。真菌類生物肥料又被稱為植物共生菌肥、菌根菌肥。它是從植物根部分離到的、能與植物互利共生的真菌，經(jīng)過一系列研究后制成的菌劑。近二十多年來，美國、英國、加拿大、俄羅斯（含前蘇聯(lián)）、法國、澳大利亞、新西蘭、奧地利、贊比亞、菲律賓和中國等都加強了菌根真菌的研究，美國還專門成立菌根真菌研究所，對一些優(yōu)良菌株進行系統(tǒng)研究和開發(fā)利用。有些先進國家已將菌根的研究成果應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)及園藝的生產(chǎn)上，并且取得一定的經(jīng)濟效益。

目前，許多國家和地區(qū)都已有菌根菌制劑生產(chǎn)公司，并且在一定范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，如美國、歐洲各國、日本、中國臺灣，主要用于作物移栽，如草莓、西瓜、甜瓜、黃瓜、苦瓜、蘆筍、青椒、番茄、果樹、花卉、綠化樹種等。美國、英國等國家重點開發(fā)多種微生物的復(fù)合菌根制劑。有些制劑中可含有5～12種菌根菌，如美國生產(chǎn)的Bio OrganicsTM 和Plant SuccessTM Tabs復(fù)合菌根菌劑中就分別含有8、12種菌根菌。這些復(fù)合菌根制劑能大大提高植物的抗病性和抗逆性。近年來，美國加大了對菌根菌的研究力度，在印度建立了菌根培養(yǎng)物收藏中心（Mycorrhizal Culture Collection Center），已收藏450 多種菌根真菌，并且把小麥生物肥料作為研究重點，開創(chuàng)了菌根生產(chǎn)技術(shù)商業(yè)化的例子。把MycoApply牌菌根接種劑用于小麥和亞麻植物上，產(chǎn)量分別增加43%和27%。Mycorrhizal LandscapeTM 生物菌肥可用于內(nèi)生菌根和外生菌根依賴型植物，用于觀賞樹木、灌木、小樹栽培和大樹移植，大大提高成活率。在馬來西亞和泰國，已生產(chǎn)出許多菌根制劑產(chǎn)品，主要用于植物 （棕櫚、果樹、林木） 育苗、橡膠、草坪、高爾夫球場、樹木移栽、土壤修復(fù)等。

作為一種新型的生物肥料，菌根真菌對增加農(nóng)林牧業(yè)產(chǎn)量、保持生態(tài)平衡、維持農(nóng)林牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及保護生物多樣性具有不可替代的作用。

2.2國內(nèi)研究概況 我國政府歷來注重微生物肥料的研究和開發(fā)。1999年，在國家發(fā)展計劃委員會、科學(xué)技術(shù)部共同編寫的《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南》一書中，第一次明確將“高效有機肥（微生物肥料） 商品化生產(chǎn)工藝與成套設(shè)備”列為優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。2000年，國家科技部、財政部和國家稅務(wù)總局發(fā)布《中國高新技術(shù)產(chǎn)品目錄2000》，在新型肥料中明確提出生物有機肥的概念。這些政策的發(fā)布都極大地促進了我國微生物肥料的研發(fā)和利用進程。

經(jīng)過五十多年的研究，我國微生物肥料已從過去單純的根瘤菌制劑發(fā)展到細菌肥料、真菌肥料、微生物肥料，直到現(xiàn)在把微生物與有機、無機復(fù)混肥結(jié)合的復(fù)混生物肥料，并且已具備產(chǎn)業(yè)化、商品化的條件。目前，國內(nèi)已有400多家微生物肥料的生產(chǎn)工廠，年產(chǎn)微生物肥料超過300萬t。僅河南省就有微生物肥料生產(chǎn)企業(yè)近35家，年產(chǎn)微生物肥料15萬t[6]。

2.2.1微生物肥料在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用。我國的多項研究表明，微生物肥料增產(chǎn)效果一般在5%～20%，不同的作物增產(chǎn)效果差異很大。在我國20多個?。ㄊ?、區(qū)）的30多種作物上，禾谷類作物應(yīng)用的微生物肥料最多，其次是油料和纖維類，應(yīng)用較少的是煙草、糖、茶葉、中藥、牧草植物等，但以糖料作物的增產(chǎn)效果最好，其次為茶葉、蔬果（表2）。其中，河南省在大豆、花生上施用根瘤菌、固氮菌和復(fù)合菌肥，增產(chǎn)率在10%以上，施用硅酸鹽細菌菌劑一般可增產(chǎn)5%～10%。

2.2.2微生物肥料在林業(yè)上的應(yīng)用。在林業(yè)上，研究最多和使用最普遍的是菌根生物肥。這與木本植物的生長特性有關(guān)，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、蔬菜、花卉生產(chǎn)中使用效果顯著。使用菌根肥料栽培后，濕地松苗木的造林成活率可提高2～3倍，苗木各項生長指標(biāo)可提高3～4倍[23]，并且能提高林木木材生長量（表3）[24]。施用菌根肥料能使2年生油松苗增產(chǎn)37%，苗高增長51%以上； 2年生的長白落葉松苗高生長可提高35.6%，地徑提高20%，鮮重提高93.2%[25]。使用菌根肥料的銀杏苗生長量增加1.6倍，在馬尾松造林和蘭科植物栽培過程中的使用效果也比較明顯。

中國林科院研制開發(fā)的Pt菌根菌劑可增加松苗高生長18.1%～131.0%，地徑增加24.1%～91.8%，造林成活增長達16.9%，從而可以解決松樹因缺少外生菌根成活率低、生長差、造林不見林的難題。在遼寧西部干旱沙地利用血紅鉚釘菇（Comphidius rutulus）對油松種子進行包衣直播，出苗率提高26%，成苗率提高34%，油松在干旱地區(qū)的造林成活率達64.5%～89.0%。此外，一些外生菌根菌（Boletus edulis，Suillus grevillei ，S .luteus）能夠抑制立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）、尖鐮孢菌（Fusarium oxysporum）、茄鐮孢菌（F.solani）、根癌菌（Agrobacterium tumefaciens）的生長繁殖[23，26]。

2.2.3江蘇省的微生物資源狀況。江蘇省地處N31°～35°地理區(qū)域，微生物資源種類非常豐富，主要包括真菌、細菌、放線菌和病毒，而真菌類群又分為共生菌類（菌根菌類）、生防菌類、能源菌類、產(chǎn)酶菌類、色素菌類以及提高土壤利用率的其他微生物類群。它們存在于各種草本、木本植物的體內(nèi)外、枯枝落葉、作物秸稈以及土壤和水體中。眾多微生物資源正日夜不停為江蘇的農(nóng)、林業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮各自的作用，為維持生態(tài)平衡、保護農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)豐收做出貢獻。

在《省政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)省農(nóng)委關(guān)于加快發(fā)展生物農(nóng)業(yè)實施意見的通知》中提出的生物農(nóng)業(yè)發(fā)展方向和研究重點中，幾乎所有的領(lǐng)域都涉及微生物資源的利用問題，特別是一些有益的真菌和細菌。在生物農(nóng)業(yè)中，優(yōu)良的微生物資源是該領(lǐng)域科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)有機食品的安全基礎(chǔ)。一種好的微生物資源可以帶動一個生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。微生物是可再生資源，可不斷地加以利用，但要制定科學(xué)的微生物資源收集和開發(fā)計劃，加強對它們的管理和保護。筆者認(rèn)為，生物農(nóng)業(yè)中的一項重點研究內(nèi)容應(yīng)放在尋找潛在、有益微生物資源上。只有找到可利用的微生物資源，才能真正實現(xiàn)生物農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和作物產(chǎn)量的穩(wěn)定提高。

3生物肥料的作用機制

微生物制劑的共性在于不同的菌類侵入植物后，把植物和外界基質(zhì)連接起來，形成一個共生系統(tǒng)，使生物演化的成功。菌根真菌的菌絲為植物的發(fā)育提供營養(yǎng)物質(zhì)。這種共生系統(tǒng)已達到高度和諧與平衡。在蘭科植物上的共生菌有小菇Mycena osmundicola和微囊菌Microascus sp.[27]，其中石斛小菇產(chǎn)生的玉米素核苷可促進細胞分裂分化和幼苗生長[28]，縮短營養(yǎng)生長周期，促進生理代謝和礦質(zhì)元素吸收及維生素和植物激素的產(chǎn)生。另外，許多外生菌根能產(chǎn)生植物激素和生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過合成植物激素調(diào)節(jié)宿主——真菌雙方如牛肝菌（Boletus sp.） 和乳牛肝（Suillus grevillei），能產(chǎn)生玉米素和乙烯，而乙烯的活動在許多方面與吲哚乙酸相似，刺激接種苗根的分叉，使得短根數(shù)量增加[25]。因此，把共生菌制成生物菌肥用于植物栽培不僅能促進植株的生長，而且可以提高植物的抗逆性和抗病性，減少化肥和農(nóng)藥使用，大大保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

4生物肥料相關(guān)的重點研究領(lǐng)域

針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量使用化肥導(dǎo)致的土壤理化性質(zhì)改變以及生物肥料開發(fā)和使用過程中存在的其他問題，需要建立由不同學(xué)科組成的、高水平的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用人才隊伍，以加快微生物肥料的研發(fā)進度。

4.1微生物專業(yè)人才的培養(yǎng)優(yōu)秀的專業(yè)技術(shù)人才是科學(xué)研究創(chuàng)新的基礎(chǔ)。生物肥料所涉及的主要微生物是真菌和細菌，但是目前江蘇省從事微生物采集、分離培養(yǎng)和菌物分類鑒定的人才遠不能滿足科技發(fā)展的需要，因此要制定科技人才培養(yǎng)計劃，加快優(yōu)秀人才的培養(yǎng)。

4.2微生物資源的篩選微生物資源的調(diào)查和采集是一項長期、艱苦的工作，也是微生物資源發(fā)掘和研究的基礎(chǔ)工作。發(fā)展生物肥料最需要解決的問題是優(yōu)質(zhì)微生物資源的篩選，可按照農(nóng)林作物、花卉、蔬菜、水果等有益微生物的不同類群有計劃地進行收集，從而加強微生物肥料應(yīng)用基礎(chǔ)研究，并且不斷研發(fā)微生物肥料的新劑型。

4.3生物技術(shù)在菌株篩選中的應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)研究應(yīng)充分發(fā)揮科技的優(yōu)勢。當(dāng)前，分子生物學(xué)技術(shù)的滲透使得分子構(gòu)建、基因重組新菌株成為可能。在微生物資源篩選和利用過程中，通過DNA重組技術(shù)，可以加強有益微生物的基因工程菌研究，進而選擇高效菌種。

4.4復(fù)合微生物菌劑配方的研制根據(jù)微生物資源的不同用途，可以大力開展單一微生物菌肥制劑和多種微生物組成的復(fù)合制劑研究，同時要高度重視微生物肥料配方的研究和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，從而研制和生產(chǎn)高效的微生物肥料。

4.5做好微生物肥料開發(fā)與應(yīng)用之間的有機銜接微生物資源開發(fā)的最終目的是促進植物生長，提高產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)生效益。因此，在課題立項時，需加強從微生物資源收集—開發(fā)—推廣應(yīng)用各環(huán)節(jié)有機銜接，以加快開發(fā)進度。

4.6農(nóng)林廢棄物的循環(huán)利用生物肥料可分為固體和液體2種。固體生物肥料的生產(chǎn)基質(zhì)可充分利用食用菌栽培廢料、農(nóng)作物秸稈和各種樹木的枯枝落葉，使得部分廢棄資源得到循環(huán)利用，既可以節(jié)約成本，又可以提高現(xiàn)有資源的利用率，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

4.7加強微生物肥料產(chǎn)品質(zhì)量檢測技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的研究為了更合理地利用微生物資源，應(yīng)根據(jù)不同生物肥料的使用對象，加強江蘇省微生物肥料產(chǎn)品質(zhì)量檢測和產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)研究。

4.8建立微生物菌肥的種質(zhì)資源庫，并且收集國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)菌種微生物菌肥種質(zhì)資源庫的建立，可以有效保護現(xiàn)有的有益微生物資源，為今后開展微生物相關(guān)研究提供物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，目前自然界存在的具有某一特定功能菌株如固氮、解磷、解鉀和促進植物生長等，都可作為一種特定的菌種資源進行保存和保護。政府應(yīng)建立專門機構(gòu)組織科技人員在各種自然環(huán)境下篩選新菌株，廣泛收集有益菌種，建立微生物肥料的菌種資源庫，并且通過規(guī)范試驗，確定某種生物肥的標(biāo)準(zhǔn)菌種，為將來菌種的開發(fā)利用提供依據(jù)。

5生物肥料的發(fā)展前景

微生物肥料在作物增產(chǎn)和品質(zhì)改善方面起重要的作用。據(jù)估計，若我國微生物肥料的產(chǎn)量占化肥產(chǎn)量的3%，則糧食產(chǎn)量可增加50億～100億kg[29]。據(jù)2009年資料，我國現(xiàn)有微生物肥料的年產(chǎn)量僅300萬t，只占化肥產(chǎn)量的0.5%[30]?？梢?，微生物肥料的發(fā)展具有很大空間。隨著人們環(huán)保意識的增強，有機食品生產(chǎn)、資源再生利用與微生物肥料生產(chǎn)相結(jié)合已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。“綠色”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實現(xiàn)離不開多功能、復(fù)合型微生物肥料的使用。這為開發(fā)生產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)的微生物肥料提供一個良好的發(fā)展機遇。

微生物肥料的生產(chǎn)受到越來越多的關(guān)注，在資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會建設(shè)中將發(fā)揮重要作用，市場潛力巨大。我國微生物肥料研發(fā)與應(yīng)用時間相對較短，一些產(chǎn)品的開發(fā)還是處于實驗室研究階段，部分制劑的應(yīng)用效果、穩(wěn)定性還難以達到大面積推廣應(yīng)用的要求，仍需進一步完善。今后，要重點加強微生物菌種的篩選與選育、微生物復(fù)合制劑的應(yīng)用以及微生物菌種與化肥和有機肥的復(fù)配技術(shù)等研究，使得微生物肥料在我國的應(yīng)用上一個新臺階。

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