有效微生物菌群在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

宋朝霞 曹理 李國輝

摘要 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量化肥農(nóng)藥的使用導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)退化、養(yǎng)分銳減、微生物豐度降低、土地生產(chǎn)力低下及水體污染等一系列生態(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)重影響我國生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展?？偨Y(jié)近年來有效微生物菌群在種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)及污染物處理等相關(guān)方面的研究和應(yīng)用，旨在為生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞 有效微生物菌群;農(nóng)業(yè)生產(chǎn);種植業(yè);養(yǎng)殖業(yè);污染治理

中圖分類號 S182? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）01-0021-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.006

Current Status of Research and Application of Effective Microorganisms （EM） in Agriculture

SONG Zhao-xia，CAO Li，LI Guo-hui

（College of Environmental and Biological Engineering，Henan University of Engineering，Zhengzhou，Henan 451191）

Abstract The use of a large number of chemical fertilizers and pesticides in agriculture leads to a series of eco-environmental problems，such as soil structure degradation，land nutrient reduction，microbial abundance reduction，low land productivity and water pollution，which seriously affects the development of ecological agriculture and the sustainable development of social economy in China.This paper summarized the research and application of effective microorganisms （EM） in planting，breeding and pollutant treatment in recent years，in order to provide some reference for the sustainable development of ecological agriculture.

Key words Effective microorganisms（EM）;Agricultural production;Planting;Breeding;Pollutant treatment

基金項(xiàng)目 河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（172102110191）。

作者簡介 宋朝霞（1979—），女，山東榮成人，講師，博士，從事微生物資源開發(fā)和生物質(zhì)資源化研究。

收稿日期 2021-03-30

有效微生物（effective microorganisms，EM 菌）是由光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌、放線菌和絲狀菌5大類10個(gè)屬80余種微生物以適當(dāng)比例組成的混合菌群[1-3]。其中，光合細(xì)菌和乳酸菌起主導(dǎo)作用，其合成能力支撐著其他微生物的活動(dòng)，同時(shí)也利用其他微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，形成共生關(guān)系。當(dāng)EM菌液狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，其中包含的各類微生物能夠充分發(fā)揮各自的功能，在改善動(dòng)植物生長的生態(tài)環(huán)境、提高動(dòng)植物的免疫力、污染治理等方面都發(fā)揮積極作用[4]。該研究主要總結(jié)了近年國內(nèi)外有效微生物菌群在種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和污染物治理領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并對其應(yīng)用前景進(jìn)行分析，旨在為生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 有效微生物菌群在種植領(lǐng)域的研究和應(yīng)用

鄭揚(yáng)波等[3]通過在盆栽重茬土壤中添加適量EM菌肥的方法提高連作廣藿香根系活力以及葉綠素含量，促進(jìn)作物生長。該方法還能夠促進(jìn)土壤細(xì)菌、放線菌的生長，同時(shí)抑制土壤真菌的生長，改善土壤狀況;增強(qiáng)土壤脲酶、蔗糖酶以及多酚氧化酶的活性，提高土壤肥力。王志遠(yuǎn)等[5]發(fā)現(xiàn)連續(xù)4 a采用有機(jī)物料和EM菌肥聯(lián)合施用的桃園土壤中有機(jī)質(zhì)含量及氨氮（NH4+-N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、有效鉀和樹脂磷等養(yǎng)分含量較對照組顯著提高。除了在土壤中施用外，適量濃度的EM菌液還可以直接對作物種子或苗木進(jìn)行浸泡處理，從而達(dá)到促進(jìn)種苗生長的目的[6]。周紅艷等[7]在研究EM菌對重金屬鉛脅迫下溝葉結(jié)縷草生長的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，噴施EM菌原露可促進(jìn)重金屬鉛脅迫下溝葉結(jié)縷草生長，改善葉色，增強(qiáng)植株抗逆性。郭晨[8]在研究中發(fā)現(xiàn)EM菌肥相比普通尿素可以顯著提高早稻和晚稻產(chǎn)量。

國外學(xué)者對EM菌液在種植領(lǐng)域的研究也做了大量的工作。Kusznierewicz等[9]在研究EM菌對蘋果中抗氧化活性成分的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，與施用化肥和合成農(nóng)藥的傳統(tǒng)果園相比，施用EM菌肥的果園中蘋果的抗氧化活性提高將近2倍，其中多酚類物質(zhì)含量提高34%～54%。Meng等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在集裝箱生長系統(tǒng)中，適量EM菌劑和生物炭的施用能夠顯著提高土壤質(zhì)量，有利于櫸樹幼苗的生長。Talaat[11]通過對在不同鹽分條件下種植40 d的刀豆進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的分析發(fā)現(xiàn)，EM菌劑的施用能夠?qū)Φ抖构夂掀鞴龠M(jìn)行調(diào)節(jié)，影響內(nèi)源激素的生物合成以緩解鹽分對植物的脅迫危害[11]。Abd El-Mageed等[12]研究發(fā)現(xiàn)殘硫強(qiáng)化生物炭與EM菌劑聯(lián)用能夠顯著降低鹽漬土壤中辣椒植株內(nèi)Na+和Cd2+濃度，同時(shí)增加氮、磷、鉀、鈣、鐵、錳、銅和鋅的吸收，進(jìn)而提高辣椒植株的耐鹽性，有利于辣椒生長和提高辣椒產(chǎn)量。Podbielska等[13]為防止蘋果腐爛，采用殺菌劑啶酰菌胺或吡唑醚菌酯對蘋果進(jìn)行處理，并研究了EM菌劑對這2種農(nóng)藥殘留及殺菌效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過EM菌劑處理的試驗(yàn)組中，在最初階段，2種殺菌劑的殘留量顯著降低，之后EM菌劑對殺菌劑的分解又表現(xiàn)出顯著的抑制作用，并能夠保持殺菌劑的活性，增強(qiáng)最終殺菌效果，在殺菌效果上與單獨(dú)使用殺菌劑時(shí)相同[13]。表明在保證殺菌效果的前提下，EM菌能夠顯著降低成熟蘋果上兩種農(nóng)藥的殘留量，降低消費(fèi)者的健康風(fēng)險(xiǎn)。Nikitin等[14]在研究EM菌劑對放射性核素Cs-137向大麥和生菜2種作物地上生物量轉(zhuǎn)移的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，EM菌與有機(jī)肥或鉀肥配合施用除了可提高2種作物的產(chǎn)量外，還能夠顯著減少137Cs向大麥生物量轉(zhuǎn)移的幅度，降幅分別達(dá)到50%和60%。EM菌劑能夠減少植物吸收137Cs歸因于137Cs的生物可利用形式（可溶和可交換形式）的減少。EM菌劑和有機(jī)肥處理4個(gè)月后，土壤中137Cs的可溶態(tài)分別比對照降低48%和72%[15]。通過上述研究可以發(fā)現(xiàn)，EM菌劑在種植領(lǐng)域的使用可以提高作物抗逆性，促進(jìn)作物生長，改善作物品質(zhì)，提高土壤肥力，降低農(nóng)藥殘留，可以認(rèn)為EM菌是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景，但目前對EM菌的作用機(jī)理及其在野外條件下的功效研究較少。

2 有效微生物菌群在養(yǎng)殖領(lǐng)域的研究和應(yīng)用

EM菌在養(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用通常是作為飼料補(bǔ)充劑使用，通過穩(wěn)定和維持腸道病原菌和腐生菌群之間的微生物平衡來調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道功能[16]。例如，Gesek等[17]將EM菌與食物或水以適當(dāng)比例混合后，對出生14 d的日本鵪鶉進(jìn)行30 d的喂飼后發(fā)現(xiàn)，EM菌的添加改善了鵪鶉消化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，使動(dòng)物腸絨毛表面、絨毛高度和寬度、隱窩深度改變，從而增強(qiáng)免疫功能，增大消化吸收表面積。研究認(rèn)為，EM菌能夠保護(hù)腸細(xì)胞免受病原體的侵害，并刺激與其他益生菌相似的細(xì)胞在腸腺的轉(zhuǎn)化，可用作動(dòng)物生長促進(jìn)劑。Laskowska等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在豬飼料中添加EM-Bokashi可以激活細(xì)胞介導(dǎo)和體液免疫反應(yīng)，確保Th1/Th2的平衡，增強(qiáng)免疫過程，保護(hù)機(jī)體免受感染。Abdel-Aziz等[19]在研究EM菌作為魚類營養(yǎng)補(bǔ)充劑的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，適量EM菌劑添加到日糧中對羅非魚進(jìn)行喂養(yǎng)能夠顯著提高羅非魚的增重率、比生長率、存活率和飼料轉(zhuǎn)化率，使羅非魚腸周長比、黏膜皺褶長度、上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞和杯狀細(xì)胞呈指數(shù)增加，還能夠大幅提高羅非魚抗寄生蟲活性。高飛[20]

研究發(fā)現(xiàn)，與喂飼干玉米秸稈的陜北白絨山羊（對照組）相比，添加0.4% EM菌液的干玉米秸稈飼喂的山羊體質(zhì)量增加顯著，經(jīng)過60? d的飼養(yǎng)后試驗(yàn)組山羊體質(zhì)量增加9.20 kg/只，而對照組只增加4.10 kg/只，說明在飼草資源相對匱乏的秋冬季節(jié)，適量添加EM菌液可以在畜牧業(yè)中推廣應(yīng)用。

除了改善動(dòng)物腸道功能，提高動(dòng)物免疫力和促進(jìn)動(dòng)物生長外，EM菌的使用也能夠有效改善養(yǎng)殖環(huán)境。崔帥等[1]發(fā)現(xiàn)在飼糧中添加 200 mg/kg 的EM菌可以降低水貂糞便中NH3和H2S氣體的含量，減少糞便中總氮（TN）、NH4+-N和總磷（TP）含量以及亞硝酸鹽氮（NO2--N）含量。原因可能是因?yàn)镋M 菌能提高水貂腸道對蛋白質(zhì)的吸收，抑制腸道有害菌群利用蛋白質(zhì)向氨及胺的轉(zhuǎn)化，減少隨糞便排出的含氮物質(zhì);攝入的 EM 菌在生長代謝過程中能以 NH3、H2S作為營養(yǎng)物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化吸收;同時(shí)，EM菌有一定的固氮作用，可以減少堿性條件下銨態(tài)氮的揮發(fā)，改善養(yǎng)殖環(huán)境。

EM菌也是水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的改善水質(zhì)的微生物。例如，周婷婷等[21]在研究泥蚶與EM菌聯(lián)合凈化對蝦養(yǎng)殖廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，在60 L 的對蝦養(yǎng)殖廢水中投加510 μL EM 菌與33粒泥蚶，廢水中氮磷的去除率顯著提高。其中，泥蚶通過濾食作用在去除廢水中的懸浮物和營養(yǎng)鹽的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)自身生物量的增長，其代謝產(chǎn)物被EM 菌通過復(fù)雜的生理生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化或利用，供自身生長繁殖。另外，適宜濃度的EM菌在分解和轉(zhuǎn)化水體中殘餌、糞便等有機(jī)物的同時(shí)，還可以加快環(huán)境中優(yōu)良微藻的繁殖，為貝類提供豐富的餌料，促進(jìn)其健康生長，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的合理利用，達(dá)到生態(tài)、高效凈化水質(zhì)的目的，降低養(yǎng)殖廢水的排放。陳爽等[22]以粉煤灰與活性底泥為主要原料，在確定了最佳鐵粉和碳酸鈣粉末配比制作粉煤灰陶粒的基礎(chǔ)上，用其對EM菌進(jìn)行固定化后，凈化模擬水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水。粉煤灰陶粒單獨(dú)使用對TN、TP的去除率僅為29.89%和20.50%，而與 EM 菌聯(lián)合作用后TN、TP去除率最高可達(dá)93.80%和45.35%，充分說明將微生物固定化在粉煤灰陶粒中，能進(jìn)一步發(fā)揮微生物對水體中氮磷的凈化作用。

3 有效微生物菌群在污染治理領(lǐng)域的研究和應(yīng)用

有效微生物菌群在污水處理中也有著廣闊的應(yīng)用前景，它能夠凈化水質(zhì)、減輕臭味、減少污水中的污泥含量。何偉等[23]采用投加0.005% EM菌劑與物理溶胞耦合作用于序批式活性污泥法系統(tǒng)，相比于只通過物理溶胞處理的系統(tǒng)，污泥表觀產(chǎn)率從0.52降至0.25，減少了52%，說明適量EM菌液的添加能夠顯著減少污泥的產(chǎn)生量。呂樂等[24]通過向水體中投加EM菌劑的方法快速降低藍(lán)藻生物量（減少55%以上），并且EM菌劑能夠迅速降低水體中的NH4+-N、NO2--N、TN和磷酸鹽濃度并維持在較低水平，降低了形成藍(lán)藻水華所需要的氮、磷營養(yǎng)元素，控制了藍(lán)藻水華的進(jìn)一步發(fā)展。但Dondajewska等[25]在使用EM菌劑和大麥秸稈對波蘭西部藍(lán)藻水華嚴(yán)重的淺水湖進(jìn)行修復(fù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在為期5年（2011—2015年）的研究中，EM菌劑的應(yīng)用可以使水體總有機(jī)物過度分解、浮游植物多樣性增加，引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的積極變化，但不足以降低湖泊中營養(yǎng)鹽的含量，藍(lán)藻水華仍然存在。可以考慮將EM菌劑和其他生物、物理和化學(xué)等方法綜合使用，以達(dá)到理想的處理效果。Rashed等[26]在埃及的一個(gè)污水處理廠中進(jìn)行了EM菌劑強(qiáng)化生物除磷系統(tǒng)效果的研究，結(jié)果表明，加入EM菌劑后COD、BOD 和TP 的去除率分別達(dá)到93%、93%和90%，該方法主要是通過EM菌劑的高性能聚磷作用提高除磷效果。陳建發(fā)[27]采用高效微生物菌群強(qiáng)化活性污泥處理抗生素類廢水，出水CODCr、NH3-N、TP的平均去除效率較常規(guī)系統(tǒng)分別提高了3.9%、9.3%和4.1%。Safwat[28]在利用EM菌劑改善移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器處理初沉廢水的可行性時(shí)發(fā)現(xiàn)，在啟動(dòng)一段時(shí)間后，與接種活性污泥和EM菌劑的反應(yīng)器相比，只接種活性污泥的反應(yīng)器中的載體上有較厚的生物膜，在活性污泥中添加EM菌對顆粒物化學(xué)需氧量（pCOD）和總氨氮（TAN）的去除率略有提高，但對可溶性化學(xué)需氧量（sCOD）的去除率無明顯改善。

另外，楊平等[29]研究發(fā)現(xiàn)EM菌能夠?qū)ξ鬯?、淤泥中的重金屬Cd2+進(jìn)行生物富集，吸附率可達(dá)75.26%;隨著Cd2+的濃度不斷增加，EM菌吸附重金屬離子的能力下降。劉超[30]利用EM菌對活性污泥和秸稈混合物進(jìn)行發(fā)酵處理40 d后，活性污泥中Cr、Pb、As和Cu的含量分別由45 313.3、72.4、31.3和186.9 mg/kg降至40.3、25.4、0.5和67.6 mg/kg，重金屬去除效果非常顯著。

在污染土壤的修復(fù)方面，EM菌也有明顯的優(yōu)勢。Romeh[31]在采用車前草與EM菌協(xié)同凈化吡蟲啉污染土壤的研究中發(fā)現(xiàn)，在種植車前草的土壤中接種EM菌并輔以泥炭蘚處理是去除土壤中吸附的吡蟲啉最有效的方法。經(jīng)過14 d的處理后，吡蟲啉的去除率達(dá)到81.22%，而對照組的去除率僅為37.30%。

EM菌劑也可用于提高有機(jī)堆肥發(fā)酵品質(zhì)。Fan等[32]研究發(fā)現(xiàn)，EM菌的添加對家庭有機(jī)廢物堆肥化處理有積極作用，EM菌的添加能夠有效抑制堆肥發(fā)酵過程中臭味的產(chǎn)生，同時(shí)有利于堆肥腐殖化。曲淑巖[33]使用EM菌劑，采用1%的接種量處理牛糞堆肥比普通方法直接處理時(shí)間更短，效果更好，并且操作簡單、快速、高效且無臭，說明EM菌劑可以用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)堆肥。王富強(qiáng)[34]在研究EM菌劑和蚯蚓對城市污泥和木薯渣混合物的處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，單一使用EM菌能快速分解有機(jī)質(zhì)，且作用效果優(yōu)于單一使用蚯蚓的效果;協(xié)同處理（80%污泥+20%木薯渣+蚯蚓+EM）分解有機(jī)物的能力最強(qiáng)。使用蚯蚓和EM菌的協(xié)同效應(yīng)對城市污泥和木薯渣混合物堆漚28 d，降低了基質(zhì)pH、總有機(jī)碳（TOC）、TN、C/N比值和多環(huán)芳烴含量，提高了基質(zhì)電導(dǎo)率和養(yǎng)分的有效性。將基質(zhì)轉(zhuǎn)化為植物的營養(yǎng)物質(zhì)，解決了植物毒性污泥的處置問題[35]。Zhong等[36]發(fā)現(xiàn)在堆肥腐熟過程中使用EM菌劑可以提高腐熟過程的礦化度，改善竹渣堆肥園藝用途的特性，使其可部分替代昂貴且可持續(xù)性較差的泥炭作為園藝生長基質(zhì)來使用。

4 有效微生物菌群在其他領(lǐng)域的研究及應(yīng)用

EM菌在食品發(fā)酵方面也有應(yīng)用。Zhang等[37]接種EM菌劑對大豆進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵提高了從糖苷到苷元的生物轉(zhuǎn)化率，認(rèn)為此法可以改善發(fā)酵大豆的營養(yǎng)價(jià)值。

5 展望

EM 菌在種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)及污染物處理等方面均有良好的效果，可以考慮將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。施用EM菌肥可以改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤微生物豐度，增加土壤養(yǎng)分含量，最終達(dá)到提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的目的。EM菌作為飼料補(bǔ)充劑應(yīng)用在養(yǎng)殖業(yè)，能夠起到調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道微生物平衡，提高動(dòng)物免疫力、增強(qiáng)抗病性、促進(jìn)動(dòng)物生長的功能;同時(shí)，EM 菌還能夠減少畜禽糞污臭味，對改善人畜環(huán)境具有積極意義;EM菌應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中可以起到凈化水質(zhì)、促進(jìn)優(yōu)良微藻的繁殖，實(shí)現(xiàn)環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的合理利用。EM菌添加到堆肥基質(zhì)中能夠有效抑制堆肥發(fā)酵過程中臭味的產(chǎn)生，同時(shí)有利于堆肥腐殖化。利用EM 菌發(fā)酵農(nóng)產(chǎn)品可制備高營養(yǎng)價(jià)值產(chǎn)品。由此可見，EM 菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的合理應(yīng)用可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益與社會效益三贏，對改善大量使用化肥農(nóng)藥的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀具有重要意義。

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