生物肥料的研究進(jìn)展及在桑樹上的應(yīng)用

葉晶晶 曹寧寧 吳建梅 石洪康 胡祚忠 趙艷燕 張劍飛

(1四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所， 四川南充 637000； 2四川省南充蠶種場(chǎng)， 四川南充 637000；3山東省日照市嵐山區(qū)碑廓鎮(zhèn)政府， 山東日照 276809)

近年來，隨著化學(xué)肥料使用量的不斷增加，生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，如土壤結(jié)構(gòu)被破壞、水體富營(yíng)養(yǎng)化、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降等，同時(shí)也危害了人類健康[1]。隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展，施用化學(xué)農(nóng)藥和化學(xué)肥料對(duì)土壤和環(huán)境造成的污染愈來愈受到人們的關(guān)注，限制使用化學(xué)農(nóng)藥和化學(xué)肥料已成為21世紀(jì)國(guó)際社會(huì)的共識(shí)[2]?；瘜W(xué)肥料的大量施用破壞了土壤自我調(diào)節(jié)的功能，而生物肥料的長(zhǎng)期使用可建立起土壤的良性循環(huán)體系，從而獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。生物肥料是指具有特定生理功能，能增加土壤有效態(tài)氮、有效態(tài)磷或有效態(tài)鉀等養(yǎng)分含量的有益微生物，經(jīng)大量培養(yǎng)后再與適量吸附劑(如泥炭)混合而成的微生物制劑，又稱菌劑或菌肥[3]。生物肥料生產(chǎn)成本低，應(yīng)用效果好，不污染環(huán)境，使用后不僅能增加農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，而且可以提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，生物肥料獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效應(yīng)，越來越受到人們的關(guān)注。作為一種高效無毒、綠色無污染的新型生物菌劑，生物肥料可滿足農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)安全、保持生態(tài)平衡、改良自然環(huán)境的要求，具有廣闊的市場(chǎng)前景和推廣使用價(jià)值[4]。

在蠶桑生產(chǎn)過程中，生物肥料不僅能為桑樹的生長(zhǎng)提供所需的養(yǎng)分，改善桑葉品質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)蠶桑副產(chǎn)物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，而且還可提高肥料利用率，降低養(yǎng)蠶成本；因此，生物肥料可以作為桑園的優(yōu)質(zhì)肥源之一。并且，隨著人們對(duì)微生物肥料的不斷開發(fā)和利用，生物肥料必將為我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)[5]。為促進(jìn)生物肥料的普及和應(yīng)用，我們對(duì)生物肥料的發(fā)展史、種類、作用特點(diǎn)、今后的發(fā)展方向、生產(chǎn)應(yīng)用中存在的主要問題、在桑樹上的應(yīng)用及效果進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望，供同仁參考。

1 生物肥料的發(fā)展史

隨著科技的發(fā)展，生物肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用已逐漸被人們所接受。生物肥料的研究應(yīng)用起始于1895年德國(guó)推出的“Nitragin”根瘤菌接種劑并應(yīng)用于豆科植物[6]，到20世紀(jì)三四十年代美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)等國(guó)家都有了自己的根瘤菌接種劑產(chǎn)業(yè)，并取得明顯成效[7]。20世紀(jì)60年代以后世界各國(guó)都加強(qiáng)了對(duì)生物肥料的研究，并取得了一定的進(jìn)展[8-9]。我國(guó)在20世紀(jì)50年代末開始生產(chǎn)和使用生物肥料，先后推廣使用固氮綠藻肥料、5406抗生素肥料、VA菌根以及作為拌種劑的聯(lián)合固氮菌和生物鉀肥[7]。微生物肥料發(fā)展的總趨勢(shì)是所用菌種范圍不斷擴(kuò)大，應(yīng)用中強(qiáng)調(diào)菌劑和有機(jī)、無機(jī)肥料的混合施用等[10]。

研究表明，生物肥料含有多種有益微生物和各種活性酶以及作物可吸收利用的微量元素、有機(jī)物等，在保持、改善和提高土壤肥力，活化土壤養(yǎng)分，增強(qiáng)微生物活性，促進(jìn)農(nóng)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，降低農(nóng)產(chǎn)品成本等方面有著不可替代的作用[11]。

2 生物肥料的種類

目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的生物肥料主要有單一生物肥料、復(fù)合生物肥料和復(fù)混生物肥料等3個(gè)大類[12-15]。

2.1 單一生物肥料

只含有1種微生物群體的肥料，是指目標(biāo)微生物(有效菌)經(jīng)過工業(yè)化生產(chǎn)擴(kuò)繁后加工制成的活菌制劑。它的特點(diǎn)是微生物種類單一，具有較強(qiáng)的專一功能，針對(duì)性強(qiáng)，但其肥效發(fā)揮因目標(biāo)微生物的生理特性，受環(huán)境影響較大，這類肥料有根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷細(xì)菌肥料、解鉀細(xì)菌肥料等[12-15]。

2.2 復(fù)合生物肥料

含有2種以上微生物群體的肥料，是2種及2種以上微生物(有效菌)經(jīng)過工業(yè)化生產(chǎn)擴(kuò)繁后加工制成的活菌制劑。這類復(fù)合生物肥料具有營(yíng)養(yǎng)豐富、作用全面、肥效穩(wěn)定的特點(diǎn)，可根據(jù)土壤情況以及不同農(nóng)作物的生產(chǎn)特點(diǎn)等生產(chǎn)實(shí)際需要，有針對(duì)性確定配方菌株并發(fā)酵生產(chǎn)[12-15]。其產(chǎn)品種類較多，應(yīng)用廣泛。一般做基肥、追肥和灌根或拌種肥[16]。

2.3 復(fù)混生物肥料

是將微生物與氮、磷、鉀、微量元素肥料混合而成的制品，兼具生物肥料和有機(jī)肥效應(yīng)的肥料，又稱生物有機(jī)肥或活性肥等[12-15，17]。這類肥料是應(yīng)用先進(jìn)的生物工程技術(shù)研制而成的，屬于高新技術(shù)產(chǎn)品，具有節(jié)肥增效，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，應(yīng)用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)[17]。夏娟萍等[18]研究發(fā)現(xiàn)，桑園使用復(fù)混生物肥料能夠增加春季桑葉產(chǎn)量，改善桑葉品質(zhì)，促進(jìn)桑樹枝條生長(zhǎng)，復(fù)混生物肥料可作為桑園的優(yōu)質(zhì)肥源之一。

3 生物肥料的作用特點(diǎn)

3.1 節(jié)約能源減少污染

生物肥料可以有效利用空氣中大量的氮?dú)赓Y源，生物肥料中的根瘤菌、解磷細(xì)菌、解鉀細(xì)菌、固氮菌等微生物能夠固定并轉(zhuǎn)化空氣中的氮素供農(nóng)作物吸收利用，實(shí)現(xiàn)生物固氮，提高磷、鉀肥的利用率；施用生物肥料可以通過肥料中微生物的作用，減少化肥對(duì)農(nóng)田環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)無公害生產(chǎn)，從而保護(hù)農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[19]。

3.2 刺激和促進(jìn)植物生長(zhǎng)

生物肥料中的有益微生物及其分泌代謝的活性物質(zhì)可以促進(jìn)植物細(xì)胞分裂和增強(qiáng)植物吸收礦物營(yíng)養(yǎng)和水分的能力，有益微生物的代謝產(chǎn)物中含有大量促進(jìn)植物生長(zhǎng)的有機(jī)酸、氨基酸以及植物生長(zhǎng)刺激素等，能夠促進(jìn)植物種子發(fā)芽、根系生長(zhǎng)、早熟開花等營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，起到單施化肥所不具備的刺激和促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用[20]。實(shí)踐證明，生物肥料在豆科植物中增產(chǎn)效果非常明顯，在玉米、蔬菜、水稻等農(nóng)作物中也有良好的增產(chǎn)效果[21]。趙娟等[22]研究了3株放線菌對(duì)甜瓜幼苗的促生與抗病誘導(dǎo)作用，發(fā)現(xiàn)3株生防放線菌對(duì)甜瓜枯萎菌和西瓜枯萎菌均具有較強(qiáng)拮抗性；同時(shí)，對(duì)甜瓜幼苗具有促進(jìn)生長(zhǎng)和提高誘導(dǎo)抗性的作用，特別是在放線菌和甜瓜枯萎菌混接時(shí)效果明顯。另有研究發(fā)現(xiàn)，生物肥料對(duì)于提高桑葉產(chǎn)量、增加桑葉品質(zhì)均具有良好的效果，在桑樹肥水管理上的應(yīng)用前景也十分廣闊[18]。

3.3 改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)

李玉奇等[23]采用隨機(jī)區(qū)組法研究了連茬王(含芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌、光合菌等)、護(hù)根寶(含芽孢桿菌、乳酸菌、鏈霉菌等)和木霉菌肥(含哈茨木霉菌)3種微生物菌肥處理對(duì)溫室黃瓜生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，同時(shí)進(jìn)行投入及產(chǎn)出分析表明，3種微生物菌肥均能不同程度地提高溫室黃瓜的總生物量、莖粗、葉面積指數(shù)、葉片數(shù)、根活力及葉片的光合特性，同時(shí)可以改善黃瓜果實(shí)的品質(zhì)，顯著降低其硝酸鹽的含量。王彥飛等[24]研究了5個(gè)生物肥料對(duì)辣椒的生長(zhǎng)性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響表明，施用EM地力王菌肥，辣椒的產(chǎn)量、維生素C(Vc)和辣椒素含量分別比對(duì)照提高了32.4%、12.8%和2.3%。羅海信[25]研究了生物肥料對(duì)桑樹生長(zhǎng)發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)桑園施用生物肥料能夠顯著提高桑葉的產(chǎn)量，并能夠提高桑椹的產(chǎn)量和品質(zhì)。使用生物肥料后的實(shí)測(cè)結(jié)果均表明，農(nóng)產(chǎn)品的蛋白質(zhì)、Vc、糖、氨基酸的含量都有不同程度的提高；同時(shí)還能提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，使農(nóng)產(chǎn)品的硝酸鹽含量降低[23-24]。

3.4 培肥地力

黎睿智[26]研究認(rèn)為，生物固氮是土壤補(bǔ)充氮素的主要途徑，主要通過土壤中的固氮微生物將分子態(tài)的氮還原成氨態(tài)氮，進(jìn)而被植物吸收利用。肖春艷[27]研究發(fā)現(xiàn)，各種固氮微生物肥料，可增加土壤中的氮素營(yíng)養(yǎng)；多種解磷、解鉀微生物可將土壤中難溶的磷、鉀分解出來，轉(zhuǎn)變?yōu)樽魑锬軌蛭绽玫牧?、鉀養(yǎng)分，使作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素供應(yīng)量增加，從而提高肥料的利用率。徐超[28]研究了生物肥料對(duì)梨園土壤肥力的影響，發(fā)現(xiàn)施用生物肥料，土壤的堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)的含量增長(zhǎng)最高，分別比對(duì)照高82.75%、20.57%、46.15%和13.95%，通過主成分分析顯示生物肥料處理對(duì)提高土壤肥力的效果顯著。大量的研究發(fā)現(xiàn)，生物肥料，通過內(nèi)在微生物的作用，能夠起到固氮、解磷、解鉀的作用，分泌纖維素酶等，加快有機(jī)質(zhì)分解，有效提高肥料利用率，最終起到提高土壤肥力的作用，特別是在產(chǎn)量低、有機(jī)質(zhì)缺乏的土壤上施用效果更明顯[29]。

3.5 改良土壤

張亞玉等[30]研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)使用生物肥料，土壤的結(jié)構(gòu)可得到改善，土壤體積質(zhì)量降低、土壤孔隙度增加、土壤通透性提高，不僅土壤質(zhì)地變得疏松，而且可以減少化學(xué)肥料對(duì)環(huán)境的污染。關(guān)菁等[31]研究發(fā)現(xiàn)，使用生物肥料的土壤，其物理性狀表現(xiàn)良好，土壤體積質(zhì)量比減小0.13 g/cm3，土壤孔隙度增加3%，土壤田間持水量提高5%，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育極為有利。通過施用生物肥料，可以改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，有效打破土壤板結(jié)，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，從而有效改善土壤的通氣狀況，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)、腐殖酸和腐殖質(zhì)的形成。

此外，生物肥料中的部分功能微生物能夠有效降解土壤中殘留的化肥、農(nóng)藥、重金屬和其它污染物，通過分解、轉(zhuǎn)化、固定、轉(zhuǎn)移、合成等對(duì)土壤污染物進(jìn)行無害化處理，降低土壤污染的程度[32]。同時(shí)，一部分拮抗微生物能夠自身合成分泌抗菌活性物質(zhì)，起到抑制病蟲害發(fā)生、增強(qiáng)植物抗病抗旱能力等作用[33-34]。

4 生物肥料的發(fā)展方向

隨著綠色農(nóng)業(yè)革命的不斷深入，生物肥料的推廣面積大幅增加，并且已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，隨著科學(xué)技術(shù)研究的深入和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的增加，應(yīng)不斷擴(kuò)大生物肥料新品種的開發(fā)，其發(fā)展趨勢(shì)如下。

4.1 由單一菌種向復(fù)合菌種轉(zhuǎn)化

復(fù)合菌肥料的使用，使得單一菌種的某種或幾種功能得到加強(qiáng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)菌株的多功能利用，如固氮菌-根瘤菌-磷鉀細(xì)菌復(fù)合生物肥料[35]。同時(shí)注重發(fā)揮菌株之間的互利共生作用，避免菌株之間的拮抗作用。通過加強(qiáng)生物肥料優(yōu)良功能菌株的培育篩選，延長(zhǎng)微生物在土壤中的存活時(shí)間，使生物肥料能夠長(zhǎng)期發(fā)揮功效。另外，還可以通過在肥料中添加含有分解含碳化合物的菌株，不斷供應(yīng)肥料中微生物的碳源營(yíng)養(yǎng)，延長(zhǎng)肥料中微生物的存活時(shí)間，使生物肥料能夠長(zhǎng)期發(fā)揮功效。

4.2 由單純生物菌劑向復(fù)混生物肥轉(zhuǎn)化

由單純的土壤磷活化菌劑、硅酸鹽菌劑等向生物菌劑與營(yíng)養(yǎng)元素(氮、磷、鉀等元素以及微量元素)、有機(jī)肥、抗生素等的復(fù)混生物肥轉(zhuǎn)化[36]。這種轉(zhuǎn)化能夠?qū)崿F(xiàn)生物菌劑與肥料的有機(jī)結(jié)合，增強(qiáng)微生物菌劑和肥料的功效。

4.3 由單一劑型向多元?jiǎng)┬娃D(zhuǎn)化

為適應(yīng)不同的作物生長(zhǎng)需要，生物肥料劑型應(yīng)由單一劑型向多元化轉(zhuǎn)化。如液體劑型、草炭載體的粉劑、顆粒劑型、凍干劑型、礦油封面劑型等。

生物肥料只有在具有一定的土壤肥力基礎(chǔ)上或者在相應(yīng)的化肥投入基礎(chǔ)上才能更好地發(fā)揮其作用特性，因此生物肥料和化學(xué)肥料的聯(lián)合使用是肥料數(shù)量和性能上的配合和補(bǔ)充，生物肥料只有與有機(jī)肥料和化學(xué)肥料同步發(fā)展，才更具有廣闊的應(yīng)用前景。

5 我國(guó)生物肥料存在的主要問題

我國(guó)生物肥料行業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，為我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)等方面做出了重要的貢獻(xiàn)。但是，我國(guó)生物肥料行業(yè)仍存在著基礎(chǔ)研究薄弱、肥效不穩(wěn)定、監(jiān)督管理體制不完善等問題。

5.1 基礎(chǔ)研究薄弱

目前對(duì)生物肥料的研究主要集中在菌株分離、馴化、增產(chǎn)效果等方面，對(duì)于生物肥料的作用機(jī)制、菌劑的生態(tài)行為、影響肥效的制約因子等缺乏了解，研究深度不夠[37]。

5.2 肥效不穩(wěn)定

很多生物肥料在使用的過程中，受到自然環(huán)境、菌株突變等影響，其肥效會(huì)大大減弱；而部分肥料中活菌數(shù)量少，雜菌較多，有效期短。另外，如果有害菌株流入生產(chǎn)環(huán)境，還會(huì)引起安全隱患。

5.3 監(jiān)督管理體制不完善

近幾年，盡管微生物肥料得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是仍缺乏有效的監(jiān)管和質(zhì)量檢測(cè)，不少產(chǎn)品未經(jīng)登記和檢驗(yàn)就私自流入市場(chǎng)銷售，稍有不慎，就會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失，進(jìn)而影響生物肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

6 生物肥料在桑樹上的應(yīng)用及效果

桑樹施用生物肥料，能促進(jìn)桑樹生長(zhǎng)并提高桑葉品質(zhì)。研究表明，施用生物肥料的桑樹其枝條生長(zhǎng)量及葉片厚度均比對(duì)照區(qū)有所增加[38-39]，這表明生物肥料能促進(jìn)桑樹枝條的快速生長(zhǎng)和葉片營(yíng)養(yǎng)的合成。用施用生物肥料的桑葉喂養(yǎng)家蠶，其公斤繭顆數(shù)和死籠率均有所下降，而在全繭量、繭層量及繭層率等方面也有所提高，說明桑樹施用了生物肥料之后，在一定程度上改善了桑葉的內(nèi)在品質(zhì)，提高了蠶繭的質(zhì)量[38-39]。

另有研究表明，施用生物肥料后，大量的有益微生物被施入到土壤中，迅速增加形成優(yōu)勢(shì)群體，大大削弱了病原菌的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)有益微生物在生命活動(dòng)過程中，分泌幾丁質(zhì)酶，幾丁質(zhì)酶分解真菌、蟲卵壁的幾丁質(zhì)，使其原生質(zhì)體流出失活，從而起到殺死病蟲的作用[40-41]。隨著生物肥料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的不斷推廣應(yīng)用，桑樹專用生物肥料的研究也取得了一定進(jìn)展，市場(chǎng)上一系列產(chǎn)品得到推廣應(yīng)用，效果明顯，對(duì)于改善傳統(tǒng)蠶桑產(chǎn)業(yè)投入大，提高蠶桑生產(chǎn)效率都具有重要作用[38-39]。

7 生物肥料的前景展望

生物肥料中的有機(jī)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均十分豐富，不僅能為桑樹的生長(zhǎng)提供所需的養(yǎng)分，還可以提高桑葉產(chǎn)量，改善蠶繭品質(zhì)，保持土壤肥力；同時(shí)，還可以提高肥料利用率，降低生產(chǎn)成本[18]。施用生物肥料比施同量化肥增產(chǎn)效果更加明顯，生物肥料可以作為桑園的優(yōu)質(zhì)肥源之一。

在21世紀(jì)的糧食發(fā)展戰(zhàn)略中，雖然化學(xué)肥料的使用所起到巨大的增產(chǎn)作用仍然是其他方法無法替代的，但是隨著全球?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的日益重視和社會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的綠色生態(tài)要求日益迫切，生物肥料的開發(fā)應(yīng)用必將迎來廣闊的前景。

生物肥料順應(yīng)對(duì)食品生產(chǎn)安全、衛(wèi)生、有機(jī)、綠色的需求，隨著人們生活水平的提高，廣大農(nóng)民迫切需要通過施用綠色、環(huán)保、持久、高效的肥料來提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。有鑒于此，開發(fā)和生產(chǎn)適合我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展和市場(chǎng)需要的新型生物肥料，提高我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)質(zhì)量和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，加快我國(guó)農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)成為肥料生產(chǎn)企業(yè)必須加以重視和研究解決的重要問題。

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