解磷微生物在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

王俊宏，張 蕊，王夢亮

（山西大學(xué)應(yīng)用化學(xué)研究所，山西太原030006）

磷是植物生長發(fā)育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是植物體內(nèi)核酸的重要組成元素，而核酸又是形成核蛋白的重要組成部分，廣泛地參與原生質(zhì)及細(xì)胞器的組成。磷同時是各種磷脂、多種酶及輔酶A等的重要組成成分，而這些物質(zhì)對于細(xì)胞來說非常重要[1-2]。植物缺磷會影響核酸、核蛋白合成，使細(xì)胞形成和增殖受到抑制，導(dǎo)致生長發(fā)育停滯，根系發(fā)育不良，植物矮小，各類作物分蘗將減少或延遲，抽穗推遲，開花晚，成熟遲，穗粒數(shù)減少，籽粒不飽滿，玉米果穗禿頂，馬鈴薯塊莖變小等。因此，磷對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說是非常重要的[3]。

土壤含有豐富的磷素，既有無機態(tài)磷，也有有機態(tài)磷，一般以無機態(tài)磷為主。在土壤中，絕大部分磷以礦物態(tài)形式存在，只有小部分存在于土壤溶液中或被土壤膠體吸附，有效態(tài)磷數(shù)量很少。我國缺磷土壤面積很大，盡管多年來不斷施用磷肥，仍有74%左右的土壤缺磷，所以如何提高土壤磷素利用率一直是農(nóng)業(yè)科技工作者的研究熱點之一[4-5]。由于土壤磷主要存在于土壤礦物質(zhì)或有機質(zhì)中，在自然狀況下其釋放速度很慢，很難滿足植物生長發(fā)育的需要。大量研究表明，某些微生物具有很強的解磷功能，通過其分泌物或吸收作用把土壤中無效態(tài)磷轉(zhuǎn)化成有效態(tài)磷。因此，篩選解磷微生物，生產(chǎn)含有解磷功能的微生物有機肥料對解決植物磷素供應(yīng)問題是一條很好的途徑[6]。

1 解磷微生物

解磷微生物或溶磷微生物（Phosphate-solubilizingMicroorganisms，PSM）是土壤中能夠?qū)㈦y溶性磷轉(zhuǎn)化為植物能吸收利用的可溶性磷的一類特殊的微生物功能類群[7-8]。土壤中具有解磷能力的微生物種類很多，包括細(xì)菌、真菌和放線菌。

解磷微生物即能夠分解難溶性磷化合物的微生物種類很多，亦很復(fù)雜。根據(jù)作用對象的不同，解磷菌可分為有機磷微生物（能夠礦化有機磷化合物的微生物）和無機磷微生物（能夠?qū)⒅参镫y以吸收的無機磷酸鹽轉(zhuǎn)化為可直接吸收利用的可溶性磷的微生物）。但節(jié)桿菌屬的一些種（Arthrobacter sp）、鏈霉菌屬的一些種（Streptomycessp）和曲霉屬的一些種（Aspergillus sp）既能分解無機磷，也能分解有機磷[9]。

目前報道的解磷細(xì)菌主要有芽孢桿菌屬（Bacillus）、假單孢菌屬（Pseudomonas）、埃希氏菌屬（Escherichia）、歐文氏菌屬（Erwinia）、土壤桿菌 屬 （Agrobacterium）、 沙 雷 氏 菌 屬（SerratiaBizio）、黃桿菌屬（Flavobacterium）、腸細(xì)菌屬（Enterbacter）、微球菌屬（M icrococcus）、固氮菌屬（Azotobacter）、沙門氏菌屬（Salmonella）、色桿菌屬 （Chrom obacterium）、產(chǎn)堿菌屬（Alcaligenes）、節(jié)細(xì)菌屬（Arthrobacter）、硫氧化硫功菌（Thiobacillus thioox idans） 和 多 硫 桿 菌 屬（Thiobacillus）等。解磷真菌主要是青霉屬（Penicillium）、曲霉屬（Aspergillus）和根霉屬（Rhizopus），放線菌有鏈霉菌（Streptom ycetaceae）、AM菌根菌，絕大部分為鏈霉菌屬[10-11]。其中，解磷巨大芽孢桿菌是發(fā)現(xiàn)最早、解磷效果最好、使用國家多、推廣面積大的菌株，它具有溶解磷酸三鈣的能力。

2 微生物轉(zhuǎn)化磷化物的機理

參照相關(guān)研究文獻，將解磷微生物溶解難溶性磷化物的機制歸結(jié)為以下幾類。

2.1 產(chǎn)生有機酸

通過生命代謝活動產(chǎn)生有機酸（細(xì)菌一般分泌乳酸、氨基酸、草酸、延胡索酸、琥珀酸和檸檬酸等，真菌主要分泌草酸、丙二酸和乳酸等），這些酸一方面直接溶解土壤中難溶性磷酸鹽，另一方面則是通過螯合作用釋放出土壤磷素。

2.2 釋放出質(zhì)子

通過呼吸作用釋放出CO2，NH+4同化作用釋放出質(zhì)子，降低環(huán)境pH，從而引起磷酸鹽的溶解。解磷細(xì)菌釋放H2S，與磷酸鐵進行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生硫酸亞鐵和可溶性磷酸鹽。

2.3 螯合

腐解植物殘體而產(chǎn)生胡敏酸和富里酸。這2種酸既能降低pH，又可與復(fù)合磷酸鹽中的鈣、鐵、鋁螯合，從而釋放出磷酸根離子。它們也能與鐵、鋁及磷酸鹽形成穩(wěn)定的可溶性復(fù)合物，這些復(fù)合物可以被植物吸收利用。

2.4 礦化作用

生物礦化作用，即通過分泌植酸酶、核酸酶和磷酸酶物質(zhì)，將磷酸酯等有機磷降解[12-14]。

3 微生物解磷的影響因素

3.1 氮源影響

Sen和Paul研究了不同氮源對4種細(xì)菌溶磷作用的影響，發(fā)現(xiàn)菌株的溶磷效果受氮源的強烈影響，有的菌株在硫酸銨供應(yīng)時溶磷能力強，有的菌株供應(yīng)尿素時溶磷效果好，不同菌株對氮源有不同的要求。Asea等在石灰性土壤中研究了Penicillium bilaji和P cf juscum溶磷菌株的溶磷條件及不同氮源對溶磷作用持續(xù)時間的影響，結(jié)果證明，銨態(tài)氮是必需氮源，溶磷與pH下降直接相關(guān)。Cerezine等研究了Asperg illusniger溶磷的影響條件，發(fā)現(xiàn)溶磷與pH下降相關(guān)，葡萄糖、果糖、蔗糖效果最好，NH4-N優(yōu)于NO3-N和有機氮，使用NH4-N使pH下降。趙小蓉等以不同的氮源（NH，NO，尿素）為培養(yǎng)基研究不同氮源對微生物溶磷的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，曲霉2TCiF2和4TCiF6在以NO為氮源的培養(yǎng)基中表現(xiàn)出強的溶磷活力，而節(jié)桿菌1TCRi7和1TCRi4的溶磷活性則在NO存在時降低，青霉1TCRiF5、青霉2TCRiF4、腸桿菌1TCRi15和歐文氏菌4TCRi22則只有在供給NH時才具有溶解磷礦粉的能力[15]。

3.2 水分比例

周鑫斌等研究發(fā)現(xiàn)，磷細(xì)菌肥發(fā)揮作用的最適宜土壤水分是15.5%～16.5%，發(fā)揮作用的土壤水分下限為10.5%～11.5%。

3.3 肥料措施

羅明等研究發(fā)現(xiàn)，有機肥合理配施氮、磷、鉀肥能有效促進磷細(xì)菌活力，從而增強土壤磷的有效性，改善土壤的供磷性能。Venkateswarlu等研究了沙漠土中溶磷微生物的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)溶磷微生物的數(shù)量與土壤有機質(zhì)成正比，難溶磷對溶磷菌的溶磷能力沒有促進作用。Tomar研究了溶磷細(xì)菌和廄肥對綠豆產(chǎn)量的效果，發(fā)現(xiàn)廄肥對溶磷細(xì)菌的溶磷效果有促進作用。

3.4 微生物間的互作

林啟美等發(fā)現(xiàn)，接入纖維分解菌的培養(yǎng)基質(zhì)砂中的水溶性磷含量明顯增加，這是利用纖維素分解菌將培養(yǎng)基質(zhì)中的纖維素類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為單糖或其他解磷菌能夠利用形態(tài)的特性，為無機磷細(xì)菌生長繁殖提供碳源，從而大幅度地提高無機磷細(xì)菌溶解磷礦粉的能力[16-17]。

4 解磷微生物的其他優(yōu)點

4.1 促進農(nóng)作物對其他營養(yǎng)元素的吸收

解磷微生物可以吸附作物根系周圍的鋅、銅、鈣等微量元素，改善植物營養(yǎng)；而且還可分泌作物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，促進根系生長。

4.2 增強植物的抗病能力

某些磷細(xì)菌肥的菌種接種后，在植物根際大量生長繁殖，在一段時間內(nèi)成為植物根際的優(yōu)勢菌。由于它們的繁殖，抑制或減少了病原微生物的繁殖機會，有的具有拮抗病原微生物的作用。

4.3 肥效高

施用化學(xué)磷肥則有相當(dāng)一部分由于土壤的固定作用損失肥效，而解磷微生物可溶解難溶性磷素，從而提供給植物可以直接吸收利用的優(yōu)質(zhì)磷素營養(yǎng)。

4.4 減少環(huán)境污染

由于采用從土壤中直接分離優(yōu)質(zhì)解磷微生物作為肥料的生產(chǎn)菌種，故不存在生產(chǎn)過程中向環(huán)境排放污染物。解磷微生物的生命活動還對土壤有修復(fù)作用，可以說，解磷微生物是一種真正意義上的環(huán)保型肥料。另外，解磷微生物肥料的生產(chǎn)工藝簡單，投資少，見效快，效益好，具有極強的市場競爭力[18-19]。

5 結(jié)語

解磷微生物肥料生產(chǎn)成本低，應(yīng)用效果好，不污染環(huán)境，施用后不僅能使農(nóng)作物增產(chǎn)，而且能提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和減少化學(xué)磷肥施用量，因此，在農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展中占有重要地位。隨著我國人口日益增長，人們生活水平的不斷提高，對農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量提出了更高的要求。同時，由于耕地不斷減少，化學(xué)磷肥施用量增大，使生產(chǎn)成本直線上升，環(huán)境不斷惡化，在這種情況下，解磷微生物肥料和其他微生物肥料的綜合作用更顯示出它們在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢和良好前景。此外，城市、農(nóng)村對廢棄物消納的壓力愈來愈大，要求廢棄物無害化、肥料化，解磷微生物肥料在這方面同樣也顯示出良好的應(yīng)用前景[20]。

［1］ 魯如坤.土壤-植物營養(yǎng)學(xué)原理和施肥[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998：456-459.

［2］ 李阜棣，胡正嘉.微生物學(xué)[M].5版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：22-81.

［3］ Richardson A E.Soilmicroorganism and phosphorusavailability[C]//Double B E，Gupta V，et al.Eds.Soil Biota Management in Sustainable Farming System.CSIRO：Melbourbne，1994：50-62.

［4］ 梁紹芳.解磷微生物肥料的作用和應(yīng)用[J].土壤肥料，1994（2）：45-48.

［5］ Illmer P，Schinner F.Solubilization of inorganic phosphates by microorganisms isolated from forestsoils[J].Soil Biology&Biochemistry，1992，24（2）：389-395.

［6］ Gaind S，Gaur A C.Thermo tolerant phosphate Solubilizationmicroorganismand their inter-action withmung bean[J].Plant and Soil，1991，133：141-149.

［7］ Chabot R，Antoun H，Cescas M P.Growth promotion ofmaize and lettuce by phosphate-solubilizing Rhizobium leguminosarum biovar phaseoli[J].Plant and Soil，1996，184：311-321.

［8］ 趙小蓉，林啟美.微生物解磷的研究進展 [J].土壤肥料，2001，5（3）：7-11.

［9］ 尹瑞齡.我國旱地土壤的溶磷微生物 [J].土壤，1988，20（5）：243-246.

［10］ 林啟美，趙小蓉，孫焱鑫.四種不同生態(tài)環(huán)境中解磷細(xì)菌的數(shù)量及種群分布[J].土壤與環(huán)境，2000，9（1）：34-37.

［11］ 林啟美，王華，趙小蓉.一些細(xì)菌和真菌的解磷能力及其機理初探[J].微生物學(xué)報，2001，28（2）：26-29.

［12］ 陸文靜，何振立，許建平，等.石灰性土壤難溶態(tài)磷的微生物轉(zhuǎn)化和利用[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，1999，5（1）：7-11.

［13］ 陳廷偉.解磷巨大芽孢桿菌分類名稱、形態(tài)特征及解磷性能評述[J].土壤肥料，2005（1）：7-11.

［14］ 馮瑞章，姚拓，周萬海，等.溶磷菌和固氮菌溶解磷礦粉時的互作效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報，2006，26（8）：2764-2769.

［15］ 郝晶，洪堅平，謝英荷，等.石灰性土壤磷細(xì)菌的分離、篩選及解磷效果[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，33（4）：56-59.

［16］ Kennedy A C.The rhizosphere and spermosphere[C]//Principlesand applications of soilmicrobiology.New Jersey：Prientice Hall，1998：389-407.

［17］ Lynch JM，Whipps JM.Substrate flow in the rhizosphere[J].Plantand Soil，1990，129：1-10.

［18］ Rmn.Kucey，Hh.Janzen，Me.Legett.Microbially mediated in creases in plant available phosphorus [J].Adv Agron，1989，42：199-228.

［19］ 郜春花，王崗，董云中，等.解磷菌劑盆栽及大田施用效果[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，31（3）：40-43.

［20］ 趙小蓉，林啟美，孫焱鑫，等.小麥根際與非根際解磷細(xì)菌的分布[J].華北農(nóng)學(xué)報，2001，16（1）：111-115.