我國生物肥料研究與應(yīng)用進展

范丙全

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

我國生物肥料研究與應(yīng)用進展

范丙全

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

我國生物肥料研究始于20世紀50年代，最初只有提供有效氮、磷、鉀元素的細菌肥料。經(jīng)過60年的發(fā)展，逐步成為擁有11類產(chǎn)品，年產(chǎn)1000萬噸生物肥料的龐大產(chǎn)業(yè)體系。本文從四方面對近10年我國生物肥料研究、應(yīng)用以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得的成就進行了簡要總結(jié)，以期為其今后研究和創(chuàng)新發(fā)展提供借鑒。1) 介紹了根瘤菌、聯(lián)合固氮菌、溶磷菌、解鉀菌和促生菌高效菌種資源篩選、應(yīng)用效果、關(guān)鍵技術(shù)問題與重點突破方向；2)總結(jié)了不同類型生物肥料包括微生物菌劑、生物有機肥料、有機無機生物復(fù)合肥的應(yīng)用效果；3) 分析了生物肥料發(fā)展中存在的問題以及市場規(guī)模；4) 對我國生物肥料發(fā)展趨勢進行了展望。

生物肥料；研究進展；發(fā)展趨勢

1 我國生物肥料研究現(xiàn)狀

生物肥料就其肥效功能而言，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最為普遍的主要有5類：1) 根瘤菌生物肥料；2) 聯(lián)合固氮菌生物肥料；3) 溶磷菌生物肥料；4) 解鉀菌生物肥料；5) 促生菌生物肥料。

1.1 根瘤菌生物肥料

1.1.1 根瘤菌資源篩選 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院建院50周年之際，筆者對我國根瘤菌資源篩選工作取得的成績進行了介紹[1]。近些年來，我國十分重視根瘤菌高效菌株篩選，期望獲得固氮能力強的菌種資源。

大豆根瘤菌一直是我國篩選的主要菌種資源，研究人員獲得的主要菌株有遼寧慢生根瘤菌(Bradyrhizobium liaoningense) 4345和費氏中華根瘤菌 (Sinorhizobium fredii) 4338[2]，豆科根瘤菌(Rhizobium leguminosarum) YR3和中華根瘤菌(Sinorhizobium sp.) YR6[3]，耐旱大豆根瘤菌株Bradyrhizobium japonicum 4788和B. japonicum 4792[4]以及2株優(yōu)良大豆根瘤菌AMH2B和AB192[5]。

豆科牧草根瘤菌資源一直受到研究人員的重視，已經(jīng)篩選了6株與拄花草最佳匹配的根瘤菌[6–7],包括白三葉草根瘤菌YA1121和CD1105[8]、田菁根瘤菌YIC5077[9]、苜蓿根瘤菌菌株SWF67523[10]、苜蓿根瘤菌菌株HBU75002和HBU03701[11]。

根瘤菌具有耐受不良環(huán)境的能力，如篩選到的苜蓿根瘤菌菌株S0713對Al3+耐受性好，在pH 4條件下可生長正常[12]；中華根瘤菌 (Sinorhizobium Meliloti) 菌株TC-Y耐鹽能力達5% NaCl[13]；抗銅的苜蓿中華根瘤菌CCNWSX0020可耐受Cu2+1.4～3.5 mmol/L[14–15]；根瘤菌菌株 W20 耐鋁[16]；大豆根瘤菌AWC13-4耐酸、耐鹽和耐抗生素[17]；6株紫花苜蓿根瘤耐酸性土壤[18]。

1.1.2 根瘤菌應(yīng)用效果 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所于20世紀50年代開展了豆科根瘤菌菌劑研究[19]，20世紀60～70年代，應(yīng)用面積不斷擴大，接種根瘤菌的豆科作物增產(chǎn)10%以上[1]。

2007年至今的10年間，根瘤菌微生物的應(yīng)用推廣從未間斷。進入21世紀以來，盡管豆科作物種植面積有所減少，根瘤菌的使用面積相應(yīng)下降，根瘤菌的研究與應(yīng)用工作仍然繼續(xù)，并取得了較好的試驗效果。減少氮肥施用量條件下，商品化根瘤菌菌劑可提高大豆、花生產(chǎn)量13%～15%[20–21]。大豆栽培生產(chǎn)中采用常規(guī)施肥接種根瘤菌肥增產(chǎn)15.0%[22]。大豆接種耐鋁根瘤菌W20菌株地上和地下部分生物量分別比對照增加了60.9%和14.8%[16]。大豆接種根瘤菌B. diazoeffciens SCAUs8可增產(chǎn)21.4%～29.7%[23]。接種菌株ACCC16101后，豌豆的產(chǎn)量比對照增加了48.76%[24]。苜1號紫花苜蓿接種根瘤菌ACCC17544后，干草重、粗蛋白質(zhì)含量分別比對照增加3.8%～26.12%和2.39%～8.5%[25]。紫花苜蓿接種苜蓿中華根瘤菌菌株TC-Y可顯著增加生物量[13]。15個品種的紫花苜蓿接種根瘤菌后，鮮草和干草產(chǎn)量分別增加21%和32%[26]。南苜蓿接種根瘤菌菌株SWF67523，根系浸染根瘤的數(shù)量相比于土著根瘤浸染數(shù)量 (占瘤率) 增加了93.33%，干重增幅100%[10]。紫花苜蓿接種ACCC17558和ACCC17617后，地上部分干重分別比對照提高91.4%和8.6%[27]。紫花苜蓿接種根瘤菌菌株HBU75002增產(chǎn)36.8%[11]。

1.1.3 根瘤菌技術(shù)突破方向 1) 氮肥阻遏和競爭結(jié)瘤能力差是限制根瘤菌效果的重要因素，研究如何提高根瘤菌接種劑與土著根瘤菌的競爭結(jié)瘤、增強根瘤菌劑抗氮肥阻遏的能力是提高其高效固氮能力需要突破的關(guān)鍵技術(shù)；

2) 根瘤菌與土壤、豆科植物品種的有效匹配，有助于增強根瘤菌對土壤環(huán)境的適應(yīng)性和固氮能力；

3) 加強高效根瘤菌生物肥料?；畈牧涎芯浚岣吒鼍呢浖芷诤屯寥乐械拇婊钅芰?。

1.2 聯(lián)合固氮菌生物肥料

1.2.1 聯(lián)合固氮菌資源篩選 近10年來，我國聯(lián)合固氮微生物的篩選工作持續(xù)開展，取得了較大進展，為我國生物肥料產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了充足的菌種資源。已經(jīng)分離篩選的聯(lián)合固氮菌X4菌株，固氮酶活性高達180.20 nmol/(mL·h)[28]，還有固氮的佛萊辛草螺菌、中型假食酸菌、惡臭假單胞菌、熒光假單胞菌、越南伯克氏菌、陰溝腸桿菌、路德維希腸桿菌[29]、彎曲假單胞菌NFR19、產(chǎn)酸克雷伯氏菌NFL28與NFSt18、節(jié)桿菌NFR7、纖維化纖維菌NFR10等。首次分離并證實具有固氮活性的纖維化纖維菌[30]。短小芽孢桿菌B402的固氮活性為C2H4156.32 nmol/(mL·h)[31]，芽孢桿菌N4、假單胞菌N6 的固氮酶活性 ＞ 300 C2H4nmol/(mL·h)[32]，以及假單胞菌屬hnN2和固氮菌屬hnN6均具有較高的固氮酶活性[＞ 200 C2H4nmol/(mL·h)][33]。

最令人興奮的一項研究獲得了6株聯(lián)合固氮菌，其固氮酶活性都超過1000 nmol/(mL·h)。其中，菌株克雷伯氏菌屬ASN004的固氮酶活性最高，達到了1765.66 nmol/(mL·h)，其他5株固氮酶活性為1055.35～1598.69 nmol/(mL·h)[34]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迫切需要泌銨量比較高的固氮微生物的篩選也有報道，李瓊杰等[35]獲得一株泌銨固氮菌Kosakonia radicincitans GXGL-4A，固氮酶活性為232.94 nmol/(mL·h)，發(fā)酵液中銨態(tài)氮含量達到了2.5 mg/L。

1.2.2 聯(lián)合固氮菌應(yīng)用效果 近10年間，聯(lián)合固氮菌的應(yīng)用研究較以往明顯減緩[1]，但仍有一些報道，如抑制桉樹青枯病菌的一株聯(lián)合固氮菌，桉樹接種后苗木死亡率降至38.24%，桉樹苗地上部干重增加123.23%[36]。15N標記尿素研究顯示，聯(lián)合固氮菌肥與氮肥配合施用可節(jié)省近一半的氮肥用量[37]。小白菜接種固氮鞘氨醇單孢菌GD542，植株干重增加206%，含氮量增加230%[38]。青海2014年試驗示范推廣聯(lián)合固氮菌菌劑7080 km2，川水地區(qū)小麥增產(chǎn)8.45%～16.8%，腦山地區(qū)增產(chǎn)4.77%～22.9%，沙地、薄地小麥拌種固氮菌增產(chǎn)33%，青稞上應(yīng)用聯(lián)合固氮菌(拌種) 增產(chǎn) 13.0%～18.4%[39]。

1.2.3 聯(lián)合固氮菌突破重點 固氮效率不高是困擾我國聯(lián)合固氮菌生物肥料施用推廣的技術(shù)瓶頸。需要從以下三方面進行技術(shù)突破：

1) 選育耐受氮素阻遏的高效聯(lián)合固氮菌，力爭固氮能滿足作物生長所需氮素的30%以上；

2) 加強高效泌銨菌突變株的篩選和選育研究，尤其培育抵御氮素阻遏的泌銨菌，增強泌銨菌對作物根際的趨化性；

3) 加強高效聯(lián)合固氮菌與不同地域土壤、不同寄主作物的最佳適配技術(shù)研究，這也是提高其固氮效應(yīng)的重要因素。

1.3 溶磷生物肥料

1.3.1 溶磷菌資源篩選 我國溶磷微生物研究始于20世紀50年代，無論是細菌，還是真菌研究取得多項成果[1]。目前，溶磷微生物篩選更加重視溶解多種難溶磷、提高作物產(chǎn)量以及與土壤作物適配性強的菌株。近些年報道的溶磷細菌有草生歐文氏菌菠蘿變種P21[40]、伯克霍爾德菌屬 (Burkholderia sp.)T4[41]、德氏嗜酸菌D86[42]、熒光假單胞菌K4和膠質(zhì)芽孢桿菌K7[43]、嗜氣芽孢桿菌B3-5-6、蟲內(nèi)生沙雷氏菌M-3-01和艾博麗腸桿菌T1-4-01[44]、洋蔥伯克霍爾德氏菌P0417[44]、脂環(huán)酸芽孢桿菌A1[46]、枯草芽孢桿菌PSM[47]、彎曲芽孢桿菌YC4[48]、陰溝腸桿菌RW8菌株[49]；溶磷真菌包括棘孢青霉菌菌株Z32[50]、黑曲霉PSFM菌株[51]、黑曲霉菌11107[52]、曲霉屬真菌ZG-15和ZG-34[53]、斜臥青霉菌P83[54]、產(chǎn)黃青霉PSM-1[55]、草酸青霉菌P4和黑曲霉菌P85[56]。

1.3.2 溶磷菌應(yīng)用效果 溶磷微生物肥料或制劑在室內(nèi)模擬試驗以及在糧食和蔬菜等經(jīng)濟作物上的田間試驗取得了可喜的進展。含有草生歐文氏菌菠蘿變種P21菌株的生物菌劑培養(yǎng)試驗，磷酸三鈣和羥基磷灰石的溶磷量 (P2O5) 分別高達 1206.20 mg/L和529.67 mg/L[40]。土壤接種構(gòu)巢曲霉Zh菌株，其有效磷含量比不接種對照提高了37.04%，玉米產(chǎn)量提高13.22%[50]。接種臥斜青霉菌P83，土壤的有效磷含量增加40.5 mg/kg，玉米增產(chǎn)35.3%[54]。黃瓜接種溶磷菌qzr14，地上部干重可提高98.46%、鮮重57.01%[57]。洋蔥伯克霍爾德氏菌P0417液體培養(yǎng)溶解的有效磷達 791.84 μg/mL[45]；脂環(huán)酸芽孢桿菌A1對中低品位磷礦石的浸磷率高達77.22%[46]；菌株P(guān)4和P85接種液體培養(yǎng)基Ca3(PO4)2釋放的有效磷分別為1862.9和1413.7 μg/mL，玉米接種菌株P(guān)4、P85菌劑增產(chǎn)15.3%和12.6%[56]。

化肥尤其是磷肥的大量使用，影響了接種溶磷微生物提高土壤難溶磷有效性。國家應(yīng)重視高效溶磷微生物菌種的篩選與產(chǎn)品開發(fā)，提高土壤中磷素資源的有效利用。

1.3.3 溶磷菌生物肥料技術(shù)突破方向

1) 篩選和培育適應(yīng)我國典型農(nóng)業(yè)土壤、主要作物的高效溶解土壤多種難溶磷的菌種資源；

2) 不斷增強溶磷生物肥料活化土壤難溶磷的能力、減少土壤對磷肥固定、提高磷肥利用率；

3) 研制適合大量化肥投入的農(nóng)田環(huán)境下，與土壤和作物適配的溶磷生物肥料，實現(xiàn)養(yǎng)分資源的高效循環(huán)利用。

1.4 解鉀生物肥料

1.4.1 解鉀菌資源篩選 我國研究解鉀微生物最早開始于20世紀50年代，范云六從施用混合肥料后的土壤中分離到硅酸鹽細菌[58]。隨后，硅酸鹽細菌的篩選工作進展很快，分離出的分解鉀礦物的菌株有環(huán)狀芽孢桿菌、硅酸鹽細菌、膠質(zhì)芽孢桿菌、鄰單胞菌屬、多粘芽孢桿菌、土壤芽孢桿菌、阪崎氏腸桿菌[1]。

最近10年，解鉀微生物篩選取得了較大進展，獲得了一批高效菌株，分別是硅酸鹽細菌菌株2#[59]、硅酸鹽細菌菌株F1[60]、硅酸鹽細菌菌株K56[61]、芽孢桿菌屬C1和Y3[62]、芽孢桿菌QL21[63]、鏈霉菌M3-4[64]、嗜線蟲賽雷氏菌MY-1[65]、彎曲芽孢桿菌YC4[66]、惡臭假單胞菌JT-K21[67]、巨大芽孢桿菌b6和膠質(zhì)芽孢桿菌b7[68]、泡盛曲霉MQ013、黑曲霉MQ039[69]。

1.4.2 解鉀菌株應(yīng)用效果 解鉀能力是衡量解鉀菌株效能的重要指標。一些解鉀菌株具有較好的活化難溶鉀的作用，如硅酸鹽細菌菌株F1接種土壤60 d，土壤有效鉀凈增20%[60]；芽孢桿菌屬C1和Y3接種到土壤中，解鉀量比對照提高了44.8%和26.2%[62]；芽孢桿菌QL21解鉀率為25.1%[63]；鏈霉菌M3-4解鉀率為20%[64]；彎曲芽孢桿菌YC4對無機磷、難溶性鉀的溶解量分別達到286.33、17.90 mg/L[48]；惡臭假單胞菌JT-K21液體培養(yǎng)基中可溶性鉀高達132.68 mg/L[67]。

硅酸鹽菌株還顯示了良好的增產(chǎn)和抑病作用。接種硅酸鹽細菌C1和Y3，盆栽玉米植株地上部干重分別提高了31.9%和26.7%[62]；接種硅酸鹽細菌菌株K56，對鐮刀菌抑制效果達到85.9%[61]；接種泡盛曲霉MQ013和黑曲霉MQ039，能有效提高玉米植株的磷、鉀含量和生物量[68]；彎曲芽孢桿菌YC4接種的煙草鮮重提高2倍[66]；巨大芽孢桿菌b6、膠質(zhì)芽孢桿菌b7對山毛豆促生效果顯著[68]。

1.4.3 解鉀菌肥料技術(shù)突破方向 解鉀菌株雖然有一定的解鉀作用，但總的來講，解鉀能力，特別是活化土壤難溶鉀的效果尚不如人意，因此，解鉀細菌肥料的研究和制備需在以下幾方面加強工作：

1) 繼續(xù)篩選高效解鉀菌，培育解鉀效率高、定殖生存效果好、不易退化的解鉀菌菌種資源；

2) 研發(fā)高效活化土壤難溶鉀、增強生物有效性、提高鉀肥和土壤鉀利用效率的生物肥料，尤其研究開發(fā)適應(yīng)南方酸性土壤、北方石灰性土壤的解鉀生物肥料；

3) 建立解鉀生物肥料在不同地域的高效使用和調(diào)控技術(shù)，確保解鉀生物肥料發(fā)揮解鉀、增產(chǎn)、促進鉀素吸收的作用。

1.5 促生菌生物肥料

1.5.1 促生菌資源篩選 為適應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品商品化生產(chǎn)帶來的土壤環(huán)境問題，我國農(nóng)業(yè)微生物研究人員篩選了一些產(chǎn)生植物促生物質(zhì)的菌株，主要是一些可以分泌IAA的菌株，并檢測了他們合成IAA的效率。如劍菌屬JSc B菌株IAA產(chǎn)量可達73.28 mg/L[70]，短小芽孢桿菌YM4為37.18 mg/L[66]，巨大芽孢桿菌JX1菌株為22.55 mg/L[71]，短小芽孢桿菌SGM7為23.59 mg/L[72]，巨大芽孢桿菌ZH5菌株為43.18 mg/L[73]，菌株P(guān)17為30.48 mg/L[74]，菌株NXP17的分泌量為31.33 mg/L[75]，同溫層芽孢桿菌SC-12菌株，IAA產(chǎn)量為73.97 mg/L[76]。已經(jīng)報道的2株高產(chǎn)IAA細菌菌株，一株為氯酚節(jié)桿菌L4，IAA產(chǎn)生量達135.67 mg/L[77]，一株陰溝腸桿菌菌株JP6，IAA產(chǎn)量為128.9 mg/L[78]。

1.5.2 促生菌應(yīng)用效果 有促生作用的微生物種類非常廣泛，以芽孢桿菌類最為普遍，包括巨大芽孢桿菌、短小芽胞桿菌、枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、蕈狀芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、熒光假單孢菌[79]。通過對這些菌株的優(yōu)化組合，研制出了一些抗病促生的功能性生物肥料。如枯草芽孢桿菌BCL-8與克雷伯氏菌Rs-5聯(lián)合使用對棉花立枯病的防治效果為55.37%，棉花產(chǎn)量提高10.51%[80]；短芽孢桿菌菌株接種小麥，地上部鮮重比對照增加10.64%[81]；接種巨大芽孢桿菌JX15菌液，花生植株鮮重顯著增加[71]；苜蓿接種粘質(zhì)沙雷氏菌LJL-11菌肥，干草產(chǎn)量提高15.69%～40.38%，苜蓿粗蛋白質(zhì)含量增加7.67%～16.11%[82]；花生接種巨大芽孢桿菌ZH5菌株，鮮重增加49.8%，植株全磷增加21.84%[73]；促生菌菌株003PWXZ6和NXP17接種披堿草，披堿草生理指標和養(yǎng)分含量顯著增加[74]。

1.5.3 促生菌技術(shù)突破方向

1) 篩選高效分泌植物激素的微生物菌種資源，優(yōu)選高效促生增產(chǎn)菌種，在促生菌耐養(yǎng)分脅迫、高效增產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)方面獲得突破；

2) 研究各種促生菌與不同作物品種、不同土壤類型最佳匹配的高效穩(wěn)定組合，研制與我國典型土壤、主要作物最佳適配高效促生增產(chǎn)生物肥料產(chǎn)品。

2 我國生物肥料應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 生物菌劑應(yīng)用效果

生物菌肥作為生物肥料的初始名稱一直沿用至今。試驗證明，微生物菌劑 (或者說生物肥料) 對糧食、棉花、油料作物增產(chǎn)效果非常明顯。玉米施用生物菌肥不僅能夠減少化肥用量，提高氮磷肥料的利用率，還可提高玉米產(chǎn)量[83–84]；有機水稻上使用微生物菌肥增產(chǎn)14.7%～24.9%[85]；百農(nóng)矮抗58小麥品種使用光合菌肥增產(chǎn)24.19%[86]；施用復(fù)合微生物肥料M-14，小麥增產(chǎn)14.3%，胞囊線蟲侵染率減少43.4%～70.8%[87]；花生使用微生物菌肥比對照增產(chǎn)9.93%～11.56%[88]；根瘤菌菌肥接種花生產(chǎn)量增加7.9%～15.2%[89]；生物肥料‘寧盾’對大豆疫霉病防效為36.54%，產(chǎn)量增加89.32%[90]，田間試驗防治效果高達81.55%，增產(chǎn)率高達57.61%[91]；大豆施用根瘤菌肥增產(chǎn)15.0%[22]；菜豌豆施生物菌肥產(chǎn)量提高15.02%[92]。

施用枯草芽孢桿菌Tu-100生物肥料，油菜產(chǎn)量增加7.90%[93]。接種枯草芽孢桿菌肥、哈茨木霉菌劑，棉花黃萎病降低了47.45%～57.31%[94]，接種復(fù)合微生物菌肥棉花黃萎病防治效果達82%，籽棉產(chǎn)量提高22.8%[95]。馬鈴薯接種微生物菌肥，產(chǎn)量增加40.6%～43.7%[96]。番茄接種固氮菌肥產(chǎn)量提高18.81%～30.2%[97–98]。大棚施用5406抗生菌肥，辣椒產(chǎn)量提高44.63%[99]。生防菌劑接種黃瓜增產(chǎn)60.4%～68.1%[100]。球毛殼菌ND35菌肥接種黃瓜，產(chǎn)量提高21.85%[101]?？共〈偕鷦┨岣吣в螽a(chǎn)量27.15%[102]；枯草芽孢桿菌和解淀粉芽孢桿菌的復(fù)合微生物菌肥，使甘蔗干物質(zhì)積累量增加59.4%[103]。

2.2 生物有機肥應(yīng)用效果

進入21世紀，在有機肥堆制或生產(chǎn)過程中，將功能性微生物菌劑接種其中，生產(chǎn)出了既有微生物的抗逆促生效果，也有有機肥維持化肥養(yǎng)分持續(xù)穩(wěn)定釋放等功能的生物有機肥。近十年來，生物有機肥迅速發(fā)展，許多有機肥生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)向生物有機肥的生產(chǎn)，生物有機肥的應(yīng)用效果也受到肯定。如玉米施用生物有機肥增產(chǎn)7.7%[104]；生物有機肥配施氮素化肥比常規(guī)施肥增產(chǎn)，早稻增產(chǎn)12.1%～20.5%，晚稻增產(chǎn)7.5%～17.9%[105]；化肥和生物有機肥配合施用比只施用化肥水稻產(chǎn)量增加47.3%[106]；常規(guī)施肥條件下，施用生物有機肥比對照增產(chǎn)11.7%～12.7%[107]；田間馬鈴薯施用生物有機肥比不施生物有機肥增產(chǎn)15.54%～24.58%[108]；生物有機肥配合化肥的馬鈴薯產(chǎn)量比常規(guī)施肥提高16.09%[109]；萵苣施用生物有機肥比對照增產(chǎn)30.5%[110]；溫室大棚黃瓜生物有機肥作基肥增產(chǎn)17.47%～27.71%[111–112]；以3種生防細菌制備的生物有機肥，香蕉枯萎病防治效果達53.8%～61.5%[113]；西瓜接種生物有機肥料，比普通有機肥處理和當?shù)亓?xí)慣施肥處理產(chǎn)量分別提高了14.5% 和17.9%[114]；生物有機肥在番茄上的應(yīng)用效果表明，與常規(guī)施肥相比增產(chǎn)9.2%[115]；生物有機肥與混施處理中的果實可溶性糖分別增加了15.58%和17.75%，果實中VC含量分別增加15.18%和13.84%[116]；常規(guī)施肥配合基施生物有機肥料煙葉產(chǎn)量最高，增產(chǎn)率12.2%[117]。

2.3 有機無機生物肥料應(yīng)用效果

有機無機生物肥料是指含有化肥、有機肥、微生物的復(fù)合肥料，要求氮磷鉀、有機質(zhì)和微生物數(shù)量必須符合國家 (部頒) 標準的最低值。此類肥料最早報道出現(xiàn)在2001年，2004～2010年有機無機生物肥料的報道陸續(xù)見諸于期刊[118–120]。使用有機無機生物肥料，能顯著增加土壤中微生物數(shù)量、土壤有效磷和有機質(zhì)含量，產(chǎn)量較無機復(fù)合肥的處理增加了5.8%[121]；施用有機無機生物肥，蘋果產(chǎn)量增加13.71%，梨產(chǎn)量增加30.37%，溫室桃子產(chǎn)量增加28.77%[122]。盡管與其他肥料相比研究報道很少，許多生物肥料企業(yè)已經(jīng)或者正在準備生產(chǎn)有機無機生物肥料。

3 我國生物肥料存在問題與發(fā)展趨勢

3.1 生物肥料發(fā)展中存在的問題

1) 微生物活性保護劑亟待加強研究 迄今，我國生物肥料活性保護技術(shù)研究較少，國外在生物肥料?；畈牧戏矫鎴蟮垒^少，即便開展了研究其結(jié)果也是秘而不宣。由于菌體活性保持時間和貨架期短，導(dǎo)致了生物肥料的高成本和質(zhì)量不穩(wěn)，嚴重影響我國生物肥料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2) 載體滅菌技術(shù)與裝備亟待加強研究 載體滅菌是否徹底關(guān)系到生物肥料貨架期、土壤存活能力以及應(yīng)用效果。目前，利用鈷源γ-射線輻照技術(shù)進行載體滅菌是當前各國認同的最佳技術(shù)，微波技術(shù)以其價格低廉有望成為21世紀最佳輔助技術(shù)。研究和開發(fā)移動型、小型化的核輻照 (60Co) 載體滅菌裝備，以滿足我國生物肥料企業(yè)的迫切需要。

3) 高效菌種資源挖掘亟待解決 經(jīng)過60年的不斷發(fā)展，生物肥料產(chǎn)業(yè)依然缺乏抗氮素阻遏、與土著根瘤菌競爭力強的根瘤菌；缺乏高效溶解土壤各種難溶磷、耐受磷肥脅迫、提高磷肥利用率的特性溶磷菌菌種；缺乏耐氮素阻遏、高效固氮的聯(lián)合固氮菌菌種；缺乏高效活化土壤難溶鉀、提高鉀肥利用效率的解鉀菌菌種；缺乏高效產(chǎn)生生長素、赤霉素、細胞分裂素的高效促生菌菌種。

4) 生物肥料企業(yè)亟待更新高效菌種 我國生物肥料產(chǎn)品與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求相差甚遠，主要問題有2個方面：一是，大多數(shù)企業(yè)依然使用傳統(tǒng)的甚至退化嚴重的固氮、溶 (解) 磷、解鉀、促 (抗) 生菌，有些企業(yè)以芽孢桿菌為生產(chǎn)菌種，有些則以其他菌作為生產(chǎn)菌種；二是，各家企業(yè)使用的菌種相同或者相近，產(chǎn)品缺乏針對性，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的生物肥料產(chǎn)品嚴重缺乏。

3.2 生物肥料市場潛在規(guī)模

20世紀90年代初期，成立了農(nóng)業(yè)部生物肥料質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，負責全國生物肥料產(chǎn)業(yè)的登記、質(zhì)檢和監(jiān)督工作。目前，全國生物肥料企業(yè)增加到1000家、產(chǎn)品11類、生物肥料產(chǎn)量1200萬t[1]。

生物肥料產(chǎn)業(yè)在糧食安全、節(jié)約肥料資源方面具有其他資源不可替代的地位。隨著化肥減肥增效行動的開展和不斷推進，農(nóng)田土壤質(zhì)量修復(fù)和地力不斷提升，農(nóng)田土壤污染的治理和不斷改善，必然加速我國生物肥料應(yīng)用市場的擴展。全國現(xiàn)有16億畝耕地，按照全部使用生物肥料、每畝使用50 kg計算，每年需要生物肥料至少8000萬t，這是一個巨大的生物肥料市場。

3.3 生物肥料發(fā)展趨勢

1) 生物肥料向著節(jié)約化肥資源方向發(fā)展 使用耐受氮肥的根瘤菌、耐氮聯(lián)合固氮菌、耐磷肥脅迫的溶磷菌、耐受化肥脅迫的硅酸鹽細菌以及促生菌等生產(chǎn)的多種功能生物肥料，改善土壤生態(tài)功能，提高化肥利用效率，減少化肥使用量。

2) 生物肥料向著綠色和有機農(nóng)業(yè)需要發(fā)展 為了保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，我國加快了有機農(nóng)業(yè)發(fā)展，生物肥料以其特有的功能促進了我國有機農(nóng)業(yè)的蓬勃興起。截至2017年底，全國獲得有機產(chǎn)品認證的企業(yè)1009家，有機農(nóng)業(yè)示范基地面積已超2000萬畝。預(yù)計未來10年，我國有機農(nóng)業(yè)面積將不斷增加。

3) 生物肥料向著修復(fù)土壤環(huán)境的需要發(fā)展 我國農(nóng)田土壤受到重金屬、多環(huán)芳烴、石油、抗生素、農(nóng)藥、塑料污染的面積達10億畝, 嚴重威脅農(nóng)產(chǎn)品安全和人民健康。每年因污染導(dǎo)致糧食減產(chǎn)2000萬噸，直接損失200～250億元[79]。從根本上治理土壤污染已經(jīng)刻不容緩，利用專用型生物肥料，降解土壤中的有機有毒物質(zhì)，鈍化重金屬，確保農(nóng)田生態(tài)和農(nóng)產(chǎn)品安全。

4) 生物肥料向著荒漠化治理需要發(fā)展 利用微生物肥料產(chǎn)品，加速荒漠化土壤表層的治理恢復(fù)，加速風(fēng)化成土過程，提高土壤顆粒粘結(jié)力，快速形成土壤結(jié)構(gòu)和抗風(fēng)蝕能力，恢復(fù)荒漠化土壤生產(chǎn)力，為我國糧食安全提供支撐。

5) 生物肥料向著連作障礙防治需要發(fā)展 隨著我國社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，耕地面積已經(jīng)減少至16億畝。為了滿足國家發(fā)展對糧食增長的需求，連作在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已不可避免。作物連作導(dǎo)致土傳病害加重、產(chǎn)量和品質(zhì)下降，給我國糧食安全造成巨大隱患。研究、開發(fā)和生產(chǎn)防治主要作物連作障礙的生物肥料，對于我國糧食增產(chǎn)、保障農(nóng)產(chǎn)品安全作用巨大。

6) 生物肥料向著提高土壤保水抗旱能力發(fā)展近些年來，我國旱災(zāi)形勢嚴峻，引起大面積減產(chǎn)，每年旱災(zāi)造成250億kg糧食損失。研究開發(fā)具有保水功能的微生物肥料，增強土壤蓄水能力，提高土壤保水抗旱能力，是目前我國迫切需要發(fā)展的生物肥料產(chǎn)品。

4 結(jié)束語

近十年來，我國微生物肥料和開發(fā)獲得了長足的發(fā)展，不僅篩選出一些功能性高效菌株，還在微生物菌株的聯(lián)合協(xié)同施用開發(fā)中積累了寶貴的經(jīng)驗，為我國生物肥料的升級和快速發(fā)展奠定了一定基礎(chǔ)。目前多株聯(lián)合固氮微生物的固氮酶活性超過1000 nmol/(mL·h)，最高達 1765.66 nmol/(mL·h)。根瘤菌的耐氮肥能力有所增強，可以與氮肥一起使用，且增產(chǎn)明顯。溶磷微生物的溶磷量達到1000 μg/mL以上，最高達1862.9 μg/mL。獲得了高產(chǎn)促生物質(zhì)的菌株IAA產(chǎn)生量高達135.67 μg/mL，作物增產(chǎn)高達30%。但是，短板也是顯而易見的，如所獲得的解鉀菌株的解鉀能力不高，有待進一步分離篩選高效菌株。高效菌株還沒有真正進入產(chǎn)業(yè)化。生物肥料企業(yè)需要加快高效菌種的更新?lián)Q代，充分發(fā)揮生物肥料產(chǎn)品應(yīng)有的功效。生物肥料的研究范圍還需要進一步拓展，尤其是針對荒漠化土壤修復(fù)、保水抗旱、鹽堿土壤改良等功能性生物肥料的研究與開發(fā)。用于土傳病害防治、土壤污染修復(fù)的生物肥料研究與創(chuàng)新亟待加強。

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Advances in biofertilizer research and development in China

FAN Bing-quan
( Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China )

The study and application of biofertilizers started in 1950s in China. The very early biofertilizer researches were mainly focused on N-fixation bacteria, P-solubilizing bacteria and K-decomposing bacteria,with the purpose of providing more nitrogen, phosphorous, potassium. After 60 years’ development,biofertilizer has grown to a enormous industry in China, possessing more than 1000 manufacturing enterprises and containing 11 kinds of products, of which multi-functional strains account for a large proportion. In this paper, the scientific research, agricultural application and industrial development of biofertilizer in the recent 10 years of China were reviewed from the following four aspects, that will be useful for reference of biofertilizer research and development in near future. 1) Briefly introducing the isolation, inoculum effects and main problems existed in rhizobium, associative N-fixation, P-solubilizing, K-decomposing, and plant growth promoting microbes; 2) Reviewing the application efficacy of inoculant, bioorganic fertilizer and compound biofertilizer; 3) Analyzing the development obstacles and market scale of biofertilizer industry; 4) Outlooking some development trends of biofertilizers.

biofertilizer; research progress; development tendency

2017–08–22 接受日期：2017–09–24

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）資助項目（2013AA102802-4）；農(nóng)業(yè)部“948”重點項目（2011-G25）資助。

范丙全（1956—），男，河北武強人，博士，研究員，主要從事溶磷微生物與生物肥料研究。E-mail：fanbingquan@caas.cn