微生物肥料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

鄭茗月，李海梅，*，趙金山，，劉華偉，*，謝寶琦

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與林學(xué)院，山東 青島 266109；2.青島科拓恒通乳酸菌產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)研究院有限公司，山東 青島 266109)

近年來(lái)，由于化學(xué)肥料對(duì)環(huán)境和土壤的嚴(yán)重破壞，不僅污染了環(huán)境、使生態(tài)不斷惡化、土壤出現(xiàn)硬化等諸多問(wèn)題，而且降低了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，雖然化學(xué)肥料的利用率在逐年下降，但是相對(duì)應(yīng)地增加了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)成本，而且生產(chǎn)效率也不斷地降低。為了促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)以生態(tài)、安全、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效為目標(biāo)，世界各國(guó)都在為了找到最好的解決方案而不斷努力。微生物肥料對(duì)土壤改良有很好的效果，土壤中的病害得到了防治，提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，并且可以使化肥的用量減少，從而保護(hù)環(huán)境，對(duì)促進(jìn)“綠色和生態(tài)農(nóng)業(yè)”的發(fā)展有很大的幫助。

據(jù)葛誠(chéng)[1]的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)批準(zhǔn)登記的微生物肥料產(chǎn)品有9個(gè)菌劑類(lèi)品種和2個(gè)菌肥類(lèi)品種。1950～1959年從國(guó)外引進(jìn)磷細(xì)菌、固氮菌和硅酸鹽細(xì)菌等細(xì)菌肥料是我國(guó)研究微生物肥料的開(kāi)端，1960～1969年推行使用“5406”放線菌抗生菌肥料。目前，由于選用菌種的不斷增加，施用復(fù)合型和多功能型的微生物肥料已成為微生物肥料發(fā)展的總趨勢(shì)[2]。1970～1989年中期開(kāi)始研究可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)的磷素營(yíng)養(yǎng)條件，增加植物水分利用率的微生物肥料——AM菌根。1990～1999年之間根據(jù)研究學(xué)者應(yīng)用微生物肥料得出的經(jīng)驗(yàn)，又繼續(xù)推廣了可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的新的微生物菌劑和菌肥，它們對(duì)于減少化肥的使用率、提升農(nóng)作物的產(chǎn)品品質(zhì)和食品安全等方面都具有十分重要的意義，而且生產(chǎn)成本不高，可以保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3-5]。

2014年舉辦的“第五屆全國(guó)微生物肥料生產(chǎn)技術(shù)研討會(huì)”指出，我國(guó)微生物肥料將成為肥料應(yīng)用的新趨勢(shì)，其年產(chǎn)量已超過(guò)1000萬(wàn)t，使用面積高達(dá)1333萬(wàn)hm2，所有農(nóng)作物幾乎都在使用微生物肥料[6]。施用復(fù)合微生物肥料M-14，小麥增產(chǎn)14.3%，胞囊線蟲(chóng)侵染率減少43.4%～70.8%[7]；花生使用微生物菌肥比對(duì)照增產(chǎn)9.93%～11.56%[8]；生物肥料“寧盾”對(duì)大豆疫霉病的防治效果為36.54%，產(chǎn)量增加89.32%[9]；田間試驗(yàn)防治效果高達(dá)81.55%，增產(chǎn)率高達(dá)57.61%[10]；菜豌豆施生物菌肥后產(chǎn)量提高了15.02%[11]；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%[12]；接種復(fù)合微生物菌肥對(duì)棉花黃萎病的防治效果為82%，籽棉產(chǎn)量提高了22.8%[13]；番茄接種固氮菌肥產(chǎn)量提高了18.81%～22.30%[14]；在辣椒上施用5406抗生菌肥，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)量增加了44.63%[15]；生防菌劑接種黃瓜增產(chǎn)60.4%～68.1%[16]。因此，微生物肥料已經(jīng)在很多國(guó)家加以使用并繼續(xù)研究和開(kāi)發(fā)。如今已有70多個(gè)國(guó)家在進(jìn)行微生物肥料的生產(chǎn)和應(yīng)用，并且其種類(lèi)也將不斷擴(kuò)大。

1 微生物肥料的作用

微生物肥料不但可以增加土壤的肥力，減少化肥使用率，而且能夠凈化和修復(fù)土壤，在提質(zhì)增產(chǎn)、降低植物病害發(fā)生、提高食品安全等方面發(fā)揮重要的作用[17]。

1.1 調(diào)控植物生長(zhǎng)

微生物的生物活性在施用微生物肥料后，可產(chǎn)生多種生理活性物質(zhì)：植物生長(zhǎng)激素——吲哚乙酸和赤霉素，還有多種維生素等。它們可以刺激細(xì)胞形成層的分裂，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，提早開(kāi)花，改進(jìn)品質(zhì)。曹凱等[18]研究微生物肥料對(duì)馬褂木生長(zhǎng)和質(zhì)量性狀的影響結(jié)果表明：配施微生物肥料綠營(yíng)高301為14 g/盆+氮、磷、鉀含量各5%的復(fù)合肥6 g/盆時(shí)的處理對(duì)其莖粗、株高和冠幅的增大效果最好，同時(shí)提高了其經(jīng)濟(jì)效益。馬穎等[19]研究表明：彩葉草實(shí)生苗在AM真菌的侵染下可以促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育。姜洪波[20]研究發(fā)現(xiàn)，AM真菌能夠提高大麗花、孔雀草和金盞菊幼苗的移栽成活率，對(duì)這3種植物的生長(zhǎng)發(fā)育、開(kāi)花期的提前和延長(zhǎng)、盛花期的著花數(shù)量的增多都起到了促進(jìn)的作用。

1.2 微生物肥料的增產(chǎn)效果

環(huán)境條件會(huì)對(duì)微生物肥料中菌種的生長(zhǎng)、代謝產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。王睿豪[21]在小粒黑豆上施加微生物菌肥，結(jié)果表明：施加低磷肥和中低氮肥能夠促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育和籽粒形成。常梅[22]研究了生物菌肥對(duì)保護(hù)地黃瓜的影響，發(fā)現(xiàn)施用生物菌肥的黃瓜在株高、葉片數(shù)、莖粗和產(chǎn)量上都比對(duì)照組明顯增加，分別增加了17.9%、21.1%、10.2%、24.8%。呂愛(ài)英等[23]研究了微生物肥料在花生和辣椒上的使用效果，發(fā)現(xiàn)其能降低氮肥和磷肥的用量，分別降低了20%和50%，而產(chǎn)量則分別增加了7.5%和20.0%；但又指出在不同作物上施用同一微生物肥料會(huì)出現(xiàn)2種截然不同的效果，所以應(yīng)有針對(duì)性地研究和開(kāi)發(fā)專(zhuān)用型的微生物肥料。宋富海等[24]在平邑甜茶植株上施加了2%菌肥，發(fā)現(xiàn)7、8、9月植株的根系活力比對(duì)照組分別增加了59.0%、50.2%、20.2%。魏峰等[25]在小麥上施加微生物肥料作底肥，小麥的有效穗數(shù)和千粒重均得到了提高，并且增加了小麥的產(chǎn)量。王彥才等[26]在常規(guī)田間管理下在玉米苗期用微生物肥料“農(nóng)夫樂(lè)”作追肥試驗(yàn)，結(jié)果表明：植株的株高、莖粗、葉面積、千粒重有所增加，增加率在16%左右。李先兵等[27]在花生上施加復(fù)合微生物肥料，發(fā)現(xiàn)其提高了花生的產(chǎn)量，并且使花生的株高、結(jié)果數(shù)等都得到了增加。

1.3 提升品質(zhì)

現(xiàn)在關(guān)于微生物肥料的研究主要集中在蔬菜、水果等經(jīng)濟(jì)作物上，在觀賞植物和糧食作物上的研究相對(duì)較少[28]。雖然有的微生物肥料作用在作物上，沒(méi)有得到產(chǎn)量的增加，但是其品質(zhì)得到了明顯的改善[29]。陳德芬等[30]將微生物菌肥施用到桃樹(shù)上，發(fā)現(xiàn)果實(shí)的口感和品質(zhì)都得到了改善，其果實(shí)里的可溶性固形物含量增加了5.71%～10.87%。周光萍[31]通過(guò)噴施微生物肥料在獼猴桃的葉片上，發(fā)現(xiàn)噴施后其葉片顏色更加濃綠，葉子的脫落時(shí)間推遲了7～10 d，并且提升了果實(shí)的品質(zhì)。鄧伯勛等[32]把生物有機(jī)復(fù)合肥施加在柑橘上，發(fā)現(xiàn)其固酸比、產(chǎn)量與對(duì)照相比，均得到了明顯的提高，而且果實(shí)的味道更甜。周游等[33]在草莓上施用不同濃度的乳酸菌，發(fā)現(xiàn)對(duì)草莓生長(zhǎng)和品質(zhì)性狀都有所影響，得出施加乳酸菌15.0 kg/hm2時(shí)草莓的總產(chǎn)量、果實(shí)的糖酸比、可溶性固形物含量分別較對(duì)照組提高了13.52%、13.29%、27.74%。

1.4 改良土壤

土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤肥力的重要指標(biāo)。微生物肥料可以保持土壤中的水分，增加土壤中的微生物數(shù)量，提高土壤的保溫性能，保護(hù)土壤中植物根的良好生長(zhǎng)。過(guò)量的氮、磷、鉀是土壤板結(jié)的主要原因，使用微生物肥料可以有效地解決土壤板結(jié)的問(wèn)題。葛均青等[34]研究發(fā)現(xiàn)，微生物肥料能夠調(diào)節(jié)植物的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，產(chǎn)生生理活性物質(zhì)，對(duì)土壤中的養(yǎng)分起到活化作用，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。同時(shí)土壤的板結(jié)問(wèn)題可以通過(guò)微生物分泌物中的不溶性磷酸鹽、磷和鉀來(lái)得到有效的解決[35]。土壤養(yǎng)分的定位觀測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明：施全量化肥和施半量化肥加半量菌肥的土壤比種植前的土壤速效磷分別增加了153.8 mg/L、92.3 mg/L,速效鉀分別減少了177.8 mg/L、152.5 mg/L。通過(guò)定位試驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，施半量菌肥比施全量化肥處理的土壤的速效磷和速效鉀均得到了相應(yīng)的增加，分別增加了15.4 mg/L和25.0 mg/L，由此可以認(rèn)為，這是由于生物菌肥含有巨大芽孢桿菌(Bacillusmlgaterium)等活菌，活化了磷鉀礦物，使土壤中速效磷、鉀的含量得到提升，從而提高了土壤的供肥能力[36]。楊玉新等[37]研究發(fā)現(xiàn)，用微生物肥處理大棚蔬菜土壤，能增加土壤中有益微生物的數(shù)量，如放線菌、硝化細(xì)菌、乳酸菌等；降低有害微生物的數(shù)量，如反硝化細(xì)菌、霉菌等，差異均達(dá)到極顯著水平。張晟[38]的研究表明，施用微生物肥不僅能為土壤帶入豐富的活菌，增強(qiáng)了土壤的透氣、透水的能力，而且還降低了土壤容重，改善了枸杞生產(chǎn)地的理化性質(zhì)，且對(duì)土壤碳氮比有一定的提高作用。

1.5 抑制病蟲(chóng)害

有研究表明，微生物肥料對(duì)多種作物病原菌具有抑制作用，一是由于根際土壤中有益菌群的大量存在，植物根系中優(yōu)勢(shì)種的形成，阻礙了病原微生物的生長(zhǎng)和繁殖，使植物病蟲(chóng)害數(shù)量得到了減少；二是由于有益微生物具有防御功能，對(duì)植物產(chǎn)生抗菌素、植物的過(guò)氧化物酶和多酚氧化酶起到誘導(dǎo)作用，并且能使植物抗病蟲(chóng)害的能力得到提高[36]。

徐振桐等[39]在黃瓜上施用微生物肥料，結(jié)果顯示，黃瓜上的霜霉病得以減輕。董艷等[40]研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌肥能夠減輕煙葉上的野火病、炭疽病和赤星病的發(fā)病率和病情指數(shù)，提高煙葉的品質(zhì)。凌寧等[41]研究發(fā)現(xiàn)，西瓜專(zhuān)用的微生物肥料能夠促進(jìn)西瓜植株生長(zhǎng)，并對(duì)西瓜的枯萎病具有較好的防治效果，能夠克服西瓜連作障礙。王洋娟[42]發(fā)現(xiàn)，相同樹(shù)齡蘋(píng)果花臉病的發(fā)病情況會(huì)隨著微生物菌肥施用量的增加而減少，并且再用微生物菌劑噴稈涂抹病疤可以增加樹(shù)木的抵抗能力，同時(shí)使樹(shù)木的生長(zhǎng)狀況得到良好的改善。

1.6 生物固氮作用

自生和聯(lián)合固氮菌類(lèi)微生物肥料可將空氣中非豆科植物不能利用的氮?dú)馔ㄟ^(guò)聯(lián)合、自生或共生的方式加以固定即生物固氮作用，轉(zhuǎn)化為根系所能吸收的氮素營(yíng)養(yǎng)，以提高氮?dú)赓Y源的有效利用，減少作物對(duì)化肥的依賴(lài)，提高土壤中速效氮含量，使農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)成本降低，并且對(duì)保護(hù)環(huán)境起著重要的作用。氮元素在植物生長(zhǎng)過(guò)程中扮演著十分重要的角色。氮的體積在空氣中占4/5，但是高等植物并不能直接對(duì)氮進(jìn)行吸收和利用。生物固氮是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最主要的氮素來(lái)源，而共生固氮系統(tǒng)在提高低氮土壤肥力和產(chǎn)量方面有顯著作用[43]。在自然界中，只有少數(shù)種類(lèi)的微生物與豆類(lèi)植物共生，在大氣中固定氮，并將其轉(zhuǎn)化為植物營(yíng)養(yǎng)。1950～1959年，原蘇聯(lián)微生物研究學(xué)者在固氮菌上已經(jīng)有一些研究成果；1970～1979年，美國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)施用固氮螺菌每年大約固氮39 kg/hm2[44]；1990～1999年，我國(guó)通過(guò)總結(jié)近幾十年關(guān)于微生物肥料研究的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，又繼續(xù)研發(fā)出了一些能夠適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展需求的新品種，如聯(lián)合固氮菌肥等。

2 微生物肥料存在的主要問(wèn)題

微生物肥料行業(yè)在我國(guó)的發(fā)展已經(jīng)有幾十年的歷史，在取得一定成績(jī)的同時(shí)，并且具備了一定的規(guī)模，在中國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)的政策中占有重要的地位。但是仍然存在著很多問(wèn)題，如產(chǎn)品質(zhì)量和效果不穩(wěn)定、技術(shù)創(chuàng)新不足、市場(chǎng)管理混亂等。

2.1 微生物肥料應(yīng)用受限

目前，微生物肥料產(chǎn)品存在一些問(wèn)題，如效果不穩(wěn)定、成本和價(jià)格都較高。并且還存在產(chǎn)品質(zhì)量審核不過(guò)關(guān)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)受到侵犯等現(xiàn)象，對(duì)微生物肥料的進(jìn)一步應(yīng)用產(chǎn)生了一定的影響[45]。與此同時(shí)，國(guó)家應(yīng)該對(duì)微生物肥料產(chǎn)品的生產(chǎn)和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)加以嚴(yán)格管理，增加微生物肥料的知名度，大力支持微生物肥料的研究開(kāi)發(fā)，能使微生物肥料行業(yè)能夠得到很好的發(fā)展。

2.2 基礎(chǔ)研究不夠深入

微生物肥料的產(chǎn)生已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間，但是仍然有一些技術(shù)問(wèn)題還沒(méi)有得到解決，還有很多地方了解不夠深入，關(guān)于微生物肥料的研究過(guò)少。如許多研究只關(guān)注菌株分離、田間試驗(yàn)和生長(zhǎng)原因分析，對(duì)微生物本身的突變性、生物學(xué)特性和機(jī)理尚未深入研究[46]。另外，在微生物肥料的研究中沒(méi)有做到共同進(jìn)步，存在著嚴(yán)重的偏差。比如根瘤菌固氮研究的較多，一些區(qū)域已經(jīng)達(dá)到分子水平，但缺乏對(duì)解磷、解鉀等細(xì)菌的深入研究，造成微生物肥料品種的單一，不能解決過(guò)多的、專(zhuān)一性的問(wèn)題。

2.3 產(chǎn)品品質(zhì)有待提升

微生物肥料由于具有安全、無(wú)公害的特點(diǎn)，所以在市場(chǎng)上具有很大的潛力，雖然越來(lái)越多的企業(yè)在生產(chǎn)微生物肥料，但大多數(shù)是一些小型企業(yè)，由于車(chē)間生產(chǎn)、設(shè)備和技術(shù)落后，所以產(chǎn)品質(zhì)量不高或不穩(wěn)定[47-48]。并且由于一些企業(yè)的設(shè)備比較落后、工藝不成熟，導(dǎo)致產(chǎn)品中有很多的雜菌或菌株沒(méi)有完全檢測(cè)到[45]。甚至一些有害的菌株也相應(yīng)的產(chǎn)生，使產(chǎn)品品質(zhì)不佳，農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)受損，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了不好影響，這是未來(lái)微生物肥料發(fā)展的一個(gè)巨大障礙。

3 微生物肥料的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 加強(qiáng)監(jiān)督管理

當(dāng)意識(shí)到微生物肥料的優(yōu)點(diǎn)之后，微生物肥料大量地出現(xiàn)在市場(chǎng)上，但是由于市場(chǎng)管理的不規(guī)范、不嚴(yán)格，造成了一些非法分子販賣(mài)假冒偽劣產(chǎn)品，不僅損害了農(nóng)民利益，而且也對(duì)微生物肥料的健康發(fā)展產(chǎn)生了不良的影響。針對(duì)這樣的情況，國(guó)家應(yīng)制定一些相關(guān)政策，生產(chǎn)許可證制度應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行，并且建立專(zhuān)人負(fù)責(zé)的質(zhì)檢機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)工商行政執(zhí)法力度，嚴(yán)厲打擊假冒偽劣產(chǎn)品[48]。

3.2 優(yōu)良菌株與復(fù)合菌群共同研發(fā)

由于現(xiàn)代分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，可以通過(guò)基因工程的原理和技術(shù)篩選、培育出一些具有優(yōu)良功能的菌株，并在此技術(shù)上研究開(kāi)發(fā)出具有安全高效、使用領(lǐng)域廣的微生物肥料的各種產(chǎn)品。此外，目前由于肥料中的菌株單一，造成了產(chǎn)品質(zhì)量下降等問(wèn)題，只有開(kāi)發(fā)多功能型的組合菌群，才能形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，因此，研發(fā)出功能齊全的多菌復(fù)合肥料也將成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)[49]。

3.3 改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備、提高產(chǎn)品品質(zhì)

由于目前微生物肥料行業(yè)管理的不規(guī)范，很多微生物肥料生產(chǎn)企業(yè)里的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)都比較落后，產(chǎn)品的質(zhì)量也較差，因此政府與其相關(guān)的行業(yè)組織應(yīng)該加強(qiáng)管理，利用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備和現(xiàn)代化管理，開(kāi)發(fā)出更多優(yōu)質(zhì)高效的微生物肥料的新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。由此可知，未來(lái)我國(guó)微生物肥料產(chǎn)業(yè)將會(huì)不斷壯大，并且能夠在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。