微生物菌肥對大豆生長發(fā)育及根際土壤性質(zhì)的影響綜述

姚延軒 接偉光 胡崴 趙冬梅 姜怡彤 于海洋 閻秀峰

摘要：大豆[Glycine max（L.）Merr.]連作及工業(yè)化肥濫用已對周邊生態(tài)環(huán)境造成破壞，并導(dǎo)致大豆產(chǎn)量大幅度下降。微生物菌肥的使用有助于提高大豆產(chǎn)量、修復(fù)損傷土壤，彌補了中國在農(nóng)業(yè)及生態(tài)業(yè)上的不足。深入研究微生物菌肥的特性一方面可以提高大豆的生物量、抗性及營養(yǎng)成分含量，另一方面可以提升土壤肥力及形成穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng)等。從微生物菌肥的分類、微生物菌肥對大豆生物量、抗性及土壤性質(zhì)的影響等方面進(jìn)行了綜述，旨在為微生物菌肥的實際應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大豆[Glycine max（L.）Merr.];微生物菌肥;生物量;抗性;土壤性質(zhì)

中圖分類號：S565.1? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）20-0021-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.20.004? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Research progress on the effects of microbial fertilizer on the growth and

development of soybean and the properties of rhizosphere soil

YAO Yan-xuan1，JIE Wei-guang1，2，HU Wei1，ZHAO Dong-mei1，JIANG Yi-tong1，YU Hai-yang1，YAN Xiu-feng2

（1.Department of Food and Environment Engineering，East University of Heilongjiang，Harbin 150066，China;2.Alkali Soil Natural Environmental Science Center，Northeast Forestry University/Key Laboratory of Saline-alkali Vegetation Ecology Restoration in Oil Field，Ministry of Education，Harbin 150040，China）

Abstract： Soybean[Glycine max（L.）Merr.] continuous cropping and abuse of industrial chemical fertilizer have destroyed the surrounding ecological environment， and led to a significant decline in soybean yield. The application of microbial fertilizer helps to improve soybean yield and repair damaged soil， which makes up for the deficiency of agriculture and ecological industry in China. On the one hand， in-depth study on the characteristics of microbial fertilizer can improve the biomass， resistance and nutrient content of soybean; on the other hand， it can improve soil fertility and form stable micro-ecosystem. The classification of microbial bacterial fertilizer， the effects of microbial bacterial fertilizer on soybean biomass， resistance and soil properties were reviewed， in order to provide reference for the practical application of microbial fertilizer.

Key words： soybean[Glycine max（L.）Merr.]; microbial fertilizer; biomass; resistance; soil properties

大豆[Glycine max（L.）Merr.]是世界上最重要的農(nóng)作物之一，種植面積占全世界可耕地面積的12%以上[1]。大豆也屬于中國四大糧食作物之一，且種植歷史超過5 000年[2]。大豆子粒的蛋白質(zhì)含量達(dá)40%以上，遠(yuǎn)高于牛肉、牛奶等高蛋白食品，大豆中氨基酸的比值與人體的氨基酸較為相近，更易于人體消化吸收[3，4]。然而，中國大面積的大豆種植區(qū)連作現(xiàn)象嚴(yán)重，且化肥的濫用一直是中國農(nóng)業(yè)和生態(tài)業(yè)發(fā)展的難題[5]。

目前，一些農(nóng)業(yè)和生態(tài)業(yè)發(fā)展較為先進(jìn)的國家，大豆連作、肥料的使用問題均已得到高度重視。世界上農(nóng)業(yè)大國如美國、澳大利亞、阿根廷等，微生物菌肥的使用率幾乎達(dá)到100%[6-8]。研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌肥的使用不僅有改良大豆所處土壤環(huán)境的作用[9，10]，還可以有效地解決大豆連作、工業(yè)化肥濫用的問題，更為重要的是在作物的生長過程中可以起到良性調(diào)節(jié)作用，以達(dá)到增加產(chǎn)量、提高抗性及其他的正向效果[11-13]。中國作為世界上重要的農(nóng)業(yè)大國，微生物菌肥發(fā)展緩慢，與微生物菌肥已經(jīng)普及化的發(fā)達(dá)國家相比，存在較大差距。

3.1? 微生物菌肥對土壤肥力的影響

微生物菌肥中含有許多功能微生物，將其施入土壤后，會產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物會使土壤結(jié)構(gòu)變得松散，有效地改善土壤板結(jié)現(xiàn)象，進(jìn)而明顯地提高土壤的肥沃程度。微生物富集在植物的根系，能夠在很大程度上提高植物對病害的抵抗能力。

由于部分農(nóng)田大量使用工業(yè)化肥，使土壤條件變得惡劣，大片的土壤板結(jié)，土壤的通透性急劇下降，大量有益微生物難以生存，土壤肥力嚴(yán)重下降。應(yīng)用微生物菌肥的土地，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)，同時微生物代謝所產(chǎn)生的有機酸能使土壤脫鹽脫堿，降低鹽堿地中的有害離子，提高土壤養(yǎng)分的有效性[33]。還有一些特殊的土地，有機質(zhì)含量豐富，但供肥緩慢，如黏土地，而經(jīng)微生物菌肥處理的黏土地通透性會大大改善，有效改良供肥不足的問題[34]。

3.2? 微生物菌肥對土壤中速效元素的影響

3.2.1? 微生物菌肥對氮元素的影響? 氮元素在自然界中主要以氨和氨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、有機含氮物和氣態(tài)氮等5類形式存在。氣態(tài)氮為自然界中含量最為豐富的氮元素庫，達(dá)1 013 t，且只有固氮微生物如巴氏梭菌（Clostridium pasteurianum）、根瘤菌屬（Rhizobium）、克雷伯氏菌屬（Klebsiella）才能對其進(jìn)行有效利用。伍惠等[35]分離出大量優(yōu)質(zhì)大豆根瘤菌，為根瘤菌的大面積田間試驗和推廣提供事實依據(jù)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，利用根瘤菌與大豆共生固氮，其投入與產(chǎn)出比高達(dá)1∶15以上[36]。所以，這種根瘤菌可認(rèn)為是一個無污染、高效的“微型氮肥廠”。綜上所述，類似于根瘤菌的固氮微生物不僅可以解決土壤中氮肥的問題，還符合低投入、無污染的新時代農(nóng)業(yè)發(fā)展原則。

3.2.2? 微生物菌肥對磷元素的影響? 磷作為三大肥料之一，在大豆生長發(fā)育中必不可缺。由于磷元素?zé)o價態(tài)變化且無氣態(tài)形式，所以磷元素的循環(huán)較為簡單。然而，自然界中的磷主要以磷酸鈣、磷灰石的不溶性磷化物形式存在，大豆難以對其有效利用。劉晶晶[31]的研究發(fā)現(xiàn)，許多細(xì)菌和真菌產(chǎn)生的有機酸以及一些化能自養(yǎng)細(xì)菌，如硫化細(xì)菌和硝化細(xì)菌產(chǎn)生的硫酸和硝酸都可使無機磷化物溶解，便于農(nóng)作物利用。此外，由于磷元素易與金屬離子螯合的特殊性質(zhì)，農(nóng)業(yè)操作人員施加的磷肥，其中大部分都轉(zhuǎn)化為難溶態(tài)物質(zhì)富集在土壤中，不但占用大量的礦物資源，還會使土壤板結(jié)成塊，土壤理化性質(zhì)變差，破壞土壤中微量元素的平衡，導(dǎo)致土壤的永久性損傷，而廣泛存在于農(nóng)田中的溶磷菌，如土壤桿菌屬（Agrobacterium）、小菌核屬（Sclerotium）、叢枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM）真菌不僅可以有效解決磷元素的問題，而且可以提高作物對包括磷元素在內(nèi)的其他營養(yǎng)元素的吸收[31]。

3.2.3? 微生物菌肥對鉀元素的影響? 植物能直接利用的鉀可分為速效鉀、緩效鉀和礦物鉀。其中速效鉀和緩效鉀較稀少，僅占6%左右，而絕大多數(shù)的鉀元素以礦物鉀的形式存在。土壤中大部分的鉀元素難以被大豆吸收利用，而大豆又是需鉀較多的作物之一，關(guān)于鉀肥對于大豆的生長發(fā)育的研究多年來就是眾多學(xué)者研究的熱點。當(dāng)今大豆的種植密度劇增，土壤中的耗鉀量不斷上升，速效鉀含量不斷下降，土壤中含鉀豐富的鉀硅酸礦物鹽只有在微生物的代謝作用下才能被大豆有效利用，利用微生物降解礦物鉀就顯的尤為重要。呂睿等[37]的研究發(fā)現(xiàn)，以膠質(zhì)芽孢桿菌（Paenibacillus mucilaginosus）為菌種制成的微生物菌肥已有效地解決了土壤速效鉀不足的問題。

3.3? 微生物菌肥對土壤中水分的影響

任何植物的生長發(fā)育都離不開水的作用，水量的多少取決于作物水分的利用效率，其中水分利用效率是指植物光合作用速率與蒸騰速率的比率。水分利用效率是評價植物優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。在大豆的生產(chǎn)實踐中，提高其水分利用效率也是增加其產(chǎn)量的有效方法之一。不同微生物對土壤中作物根系水分利用效率影響不同，AM真菌的作用效果是有效降低作物水分的蒸騰速率，進(jìn)而提高作物對水分的利用效率。以AM真菌制成的微生物菌肥為例，經(jīng)此菌肥處理過的作物，對土壤中的水分有更強的吸水、鎖水以及控水能力，大大增加了作物根系的水分含量，使作物能夠更好地生長發(fā)育[38]。

3.4? 微生物菌肥對土壤微生物的影響

土壤微生態(tài)中占大部分的還是以微生物為主的群體，即土壤微生物，而土壤微生物是農(nóng)田微生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，尤其是在一些地況并不是太好的土地中。無論是自然行為還是人為行為都會對土壤微生態(tài)產(chǎn)生一定影響，而這些影響所產(chǎn)生的結(jié)果一直是廣大生態(tài)學(xué)家研究的重點。施用有機肥能提高土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量，為植物的生長發(fā)育提供良好的生活環(huán)境。而施用微生物菌肥，能顯著提高土壤脲酶和土壤糖酶的活性，大大提高土壤中微生物數(shù)量的總數(shù)以及微生物群落的均勻度，有利于形成穩(wěn)定的菌群結(jié)構(gòu)[39]。

4? 微生物菌肥的應(yīng)用

美國和巴西的大豆生產(chǎn)量占全球的50%以上，早在20多年前，微生物菌肥的產(chǎn)業(yè)化就非常成熟且應(yīng)用廣泛，其大豆無論是產(chǎn)量還是質(zhì)量，都遠(yuǎn)超使用工業(yè)化肥的大豆種植區(qū)。世界上最大的大豆生產(chǎn)國美國，單是根瘤菌肥的使用率就在50%以上，效果相當(dāng)于施用619 t的氮肥。在阿根廷，微生物菌肥使用率達(dá)90%以上，平均每年可節(jié)約30億美元的化肥。在巴西的一大豆種植試驗區(qū)，接種單一根瘤菌劑即可提高大豆產(chǎn)量30%[35]。

隨著生命科學(xué)的迅速發(fā)展，人們也越來越意識到可持續(xù)發(fā)展的重要性，于秀麗等[40]在鹽堿化的土地中使用生物菌肥，鹽堿化的改良非常成功。李財[41]在大豆示范區(qū)使用生物有機肥后，效果顯著。在中國的東北和華北地區(qū)已陸續(xù)出現(xiàn)大規(guī)模微生物菌肥的使用情況，并且效果良好。在中國的西北地區(qū)經(jīng)實踐證明，微生物菌肥在荒漠地區(qū)仍然有旺盛的生命力。

5? 展望

綜上所述，微生物菌肥無論是對大豆的生長發(fā)育、抗病抗逆性還是對土壤性質(zhì)的影響都是正向的。微生物菌肥在國外取得廣泛認(rèn)可的同時也帶來了巨大的經(jīng)濟效益，而這種巨大的經(jīng)濟效益并不是以犧牲環(huán)境為代價獲得的。相反的，這種經(jīng)濟效益會使土地變得更加肥沃，生物量更高，更順應(yīng)以科技為依靠的農(nóng)業(yè)以及生態(tài)業(yè)的發(fā)展道路。

中國擁有豐富的微生物資源，也取得了不錯的成績。但是近幾十年來科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，許多學(xué)科的發(fā)展速度不平衡。在工業(yè)化時代，工業(yè)化肥產(chǎn)生了巨大的環(huán)境問題，人們也越來越注重可持續(xù)發(fā)展。微生物菌肥這種新興肥料，不僅可以順應(yīng)自然發(fā)展的需要，而且可以提高大豆的產(chǎn)量，使人們獲得巨大的經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] GRAHAM P H，VANCE C P. Legumes，importance and con-straints to greater use[J].Plant physiology，2003，131：872-877.

[2] 潘文華，許世衛(wèi).黑龍江省大豆產(chǎn)業(yè)困境與差異化發(fā)展戰(zhàn)略[J].農(nóng)業(yè)經(jīng)濟問題，2014（2）：26-33.

[3] WEI W，HUANG J，HAO Y，et al. Soybean GmPHD-type transcription regulators improve stress tolerance in trans-genic Arabidopsis plants[J].PloS ONE，2009，4（9）：e7209.

[4] 王濟民.我國的大豆經(jīng)濟：供給與需求的重點分析[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2000.

[5] 潘? 云，趙旭強.發(fā)展環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)的時代緊迫性與必要性[J].山西農(nóng)經(jīng)，2012（4）：3-7，52.

[6] 孟? 麗.2011年國內(nèi)外大豆市場回顧及2012年展望[J].農(nóng)業(yè)展望，2011（11）：10-13.

[7] ALVES B J R，BODDEY R M，URQUIAGA S. The success of BNF in soybean in Brazil[J].Plant and soil，2003，252（1）：1-9.

[8] SERVICE R F. A growing threat down on the farm[J].Science，2007，316：1114-1118.

[9] 張? 敏，王正銀.生物有機肥料與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].磷肥與復(fù)肥，2006，21（2）：58-59.

[10] 張瑞福，顏春榮，張? 楠，等.微生物肥料研究及其在耕地質(zhì)量提升中的應(yīng)用前景[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2016，15（5）：8-16.

[11] LEE S W，LEE S H，BALARAJU K，et al.Growth promotion and induced disease suppression of four vegetable crops by a selected plant growth-promoting rhizobacteria（PGPR） strain Bacillus subtillis 21-1 under two different soil condition[J].Acta physiologiae plantarum，2014，36：1353-1362.

[12] BHATTACHARYYA P N，JHA D K. Plant growth promoting rhizobacteria（PGPR）：Emergence in agriculture[J].World journal of microbiology and biotechnology，2012，28：1327-1350.

[13] HAMEEDA B，HARINI G，RUPELA O P. Growth prommtion of maize by phosphate-solubilizing bacteria isolated from composts and macrofauna[J].Microbiologiccal research，2008，163：234-242.

[14] UPADHYAY A K，BAHADUR A，SINGH J. Effect of organic manures and biofertilizers on yield， dry matter partitioning and quality traits of cabbage（Brassica oleracea var. Capitata）[J].Indian journal of agricultural scinences，2012，82（1）：31-34.

[15] 魯? 杰，劉寶忠，周傳遠(yuǎn).生物有機肥對水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25（6）：146-150.

[16] OGOUT M，ER F，NEUMNM G. Increased exteusion proton of wheat roots by inoculation with phosphorus solubilising microorgaims[J].Plant and soil，2011，339（1）：285-297.

[17] 宋以玲，于? 建，陳士更，等.化肥減量配施生物有機肥對油菜生長及土壤微生物和酶活性影響[J].水土保持學(xué)，2018，32（1）：353-360.

[18] ZHANG L，KHABBAZ S E，WANG A，et al. Detection and characterization of broad-spectrum anti-pathogen activity of novel rhizobacterial isolates and suppression of Fusarium crown and root rot disease of tomato[J].Journal of applied microbiology，2015，118（3）：685-703.

[19] 王勝華，張鳳品.壯園生態(tài)肥在大豆上的試驗初報[J].中國農(nóng)業(yè)信息，2013（6）：111-112.

[20] 梁嘯天，蔣高明.不同葉面肥對夏大豆主要農(nóng)藝性狀的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，48（8）：85-88.

[21] 黃玉波，莊秋麗，李習(xí)軍.復(fù)合生物菌肥在大豆種植上的應(yīng)用效果初報[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2014（10）：115-116.

[22] 趙念力，谷? 維，張俐俐，等.俄羅斯高效大豆根瘤菌肥對大豆主要性狀及產(chǎn)量的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：72-73.

[23] 張? 武.俄羅斯大豆根瘤菌與不同大豆品種的生態(tài)適應(yīng)性[J].作物雜志，2010（3）：54-55.

[24] 臺蓮梅，郭永霞，張亞玲，等.木霉生防菌對大豆幼苗的促生作用及對根腐病的防止效果[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（11）：4820-4821.

[25] 成? 瑢，董? 錚，李? 魏，等.大豆根腐病研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2016，32（8）：58-62.

[26] 高同國，李術(shù)娜，張冬冬，等.大豆根腐病生防細(xì)菌優(yōu)勢菌株的篩選、鑒定及生防效果驗證[J].大豆科學(xué)，2015，34（4）：661-665.

[27] 張淑梅，王玉霞，趙曉宇，等.生物拌種劑防治大豆根腐病效果和機制[J].大豆科學(xué)，2009，28（5）：863-868.

[28] 李? 玲.球毛殼菌ND35菌株對作物抗逆性影響[D].山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[29] 姚衍芳，王新亮.微生物肥料在鹽堿地改良中的應(yīng)用[J].林業(yè)科技通信，2016（9）：13-17.

[30] 楊繼飛.菌肥對鉛污染土壤中玉米生物效應(yīng)的研究[D].山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[31] 劉晶晶.外源溶磷菌對大豆生理性狀和根際土壤微生態(tài)的影響[D].長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[32] 張亞楠.大豆?fàn)I養(yǎng)成份研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代農(nóng)村科技，2017（10）：64-65.

[33] 盧培娜，劉景輝，趙寶平，等.菌肥對鹽堿地土壤特性及燕麥根系分泌物的影響[J].作物雜志，2017（5）：85-92.

[34] 關(guān)? 菁，史利平.復(fù)合微生物肥和生物有機肥對不同土壤改良作用的機理探究[J].植保土肥，2016（1）：28-29.

[35] 伍? 惠.優(yōu)良大豆根瘤菌株的分離、鑒定及應(yīng)用研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[36] 周德慶.微生物教程[M].北京：高等教育出版社，2005.136.

[37] 呂? 睿，李? 博，宋鳳敏，等.解鉀菌的分離，鑒定及解鉀能力[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（11）：471-475.

[38] 張偉珍，古麗君，段廷玉.AM真菌提高植物抗逆性的機制[J].草業(yè)科學(xué)，2018，35（3）：491-537.

[39] 王夢雅，符云鵬，賈? 輝，等.不同菌肥對土壤養(yǎng)分、酶活性和微生物功能多樣性的影響[J].中國煙草科學(xué)，2018，39（1）：57-64.

[40] 于秀麗，趙明家.增加生物有機肥對鹽堿土壤養(yǎng)分的影響[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，35（1）：50-54，57.

[41] 李? 財.富錦市大豆應(yīng)用大龍菌肥示范效果研究[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2015（4）：69-72.