微生物肥料對土壤和作物生長的影響

摘 要： 隨著經(jīng)濟水平的提高，人們越來越重視健康問題，吃得放心是關(guān)系到國計民生的大事。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部高度重視土壤和農(nóng)產(chǎn)品的安全，為減少化肥農(nóng)藥施用實施了一系列舉措。微生物肥料是減少化肥農(nóng)藥施用的重要產(chǎn)品，闡述微生物肥料概念和分類，分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展中存在的問題，研究表明，微生物肥料未來將大有發(fā)展。

關(guān)鍵詞：微生物肥料；土壤；作物生長；化肥；農(nóng)業(yè)廢棄物

中圖分類號：S144 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）09-0068-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.09.012

0 引言

隨著生活水平提高，人們越來越重視健康問題，吃得放心是關(guān)系到國計民生的大事。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部高度重視土壤和農(nóng)產(chǎn)品的安全，為減少化肥農(nóng)藥施用而實施了一系列重要舉措，2015 年印發(fā)了《到2020 年化肥使用量零增長行動方案》和《到2020 年農(nóng)藥使用量零增長行動方案》，2022 年印發(fā)了《到2025 年化肥減量化行動方案》和《到2025 年農(nóng)藥減量化行動方案》。微生物肥料作為一種新型肥料，對減少化肥農(nóng)藥施用有不可或缺的作用，雖然在國內(nèi)外已經(jīng)有多年的研究和應(yīng)用，但是我國目前主要是應(yīng)用在大型農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地，普通農(nóng)民使用較少[1-2]。本研究旨在通過對微生物肥料的概念和分類的闡述，對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展存在的問題進行分析，并提出了對策建議，為我國微生物肥料普及應(yīng)用提供支持。

1 概念和分類

1.1 微生物肥料概念

被譽為中國農(nóng)業(yè)微生物學(xué)奠基人的中國科學(xué)院院士陳華癸教授對微生物肥料的定義：微生物肥料是指一類含有活微生物的特定制品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠獲得特定的肥料效應(yīng)，在這種效應(yīng)的產(chǎn)生中，制品中活微生物起關(guān)鍵作用[3]。

微生物肥料是利用科學(xué)技術(shù)將一種或多種活的有益微生物通過一系列工業(yè)化加工形成的肥料制品，這類制品施入土壤后能夠改善作物根際微生態(tài)環(huán)境，有促進作物生長、提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)及減輕病蟲害等多種作用效果[4-5]。

1.2 分類及特性

微生物肥料可以作為基肥和拌種肥，也可作追肥和肥料發(fā)酵劑，并且可以與有機肥、化肥等聯(lián)合使用[6]。目前，微生物肥料品種較多，依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)可以劃分為不同的類型，本研究主要從所含微生物種類、所含微生物種類的數(shù)量和制成品外觀性狀3 個方面對微生物肥料進行分類。

1.2.1 按微生物種類分類

按照所含微生物種類可以劃分為細菌、真菌和放線菌3 類[7-10]。

細菌肥料包括固氮菌、解磷菌、解鉀菌、芽孢桿菌、纖維素分解菌和光合細菌等。固氮菌肥料是通過刺激作物根系提高作物的新陳代謝，從而達到改良作物根際土壤環(huán)境、促進作物生長的目的。解磷菌肥料是將肥料中的解磷微生物釋放以溶解土壤中難溶性磷酸鹽，從而提高植物對磷元素的吸收利用，激活土壤微量元素活性，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高有機質(zhì)含量，提高作物產(chǎn)量。解鉀菌肥料是將難溶的鉀、鎂等養(yǎng)分元素轉(zhuǎn)化成為可溶的養(yǎng)分，從而增加土壤中速效養(yǎng)分含量，促進作物生長發(fā)育。芽孢桿菌肥料是通過分泌抗生素類物質(zhì)和多種活性酶，抑制土壤中的致病菌，增強作物抗性，從而提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)。纖維素分解菌肥料是通過分泌纖維素酶，將進入土壤的纖維素轉(zhuǎn)化為半纖維素、糖類或酸類等較為簡單的碳水化合物，增加作物吸收利用率，從而促進生長。光合細菌肥料是通過將光能轉(zhuǎn)化成微生物代謝活動的能量，從而促進植物根系分泌氨基酸和核酸，提高作物抗逆性。

真菌肥料是指含有能夠促進植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的真菌或真菌代謝產(chǎn)物的有機肥料。其主要包括菌根真菌肥料、霉菌肥料、酵母菌肥料等。菌根真菌肥料是通過活化土壤中礦物養(yǎng)分，提高植物抗性，抑制病原菌，促進植物生長發(fā)育，增加產(chǎn)量，改善品質(zhì)。霉菌肥料和酵母菌肥料可有效改善作物農(nóng)藝性狀，提高作物品質(zhì)。

放線菌肥料能夠通過分泌抗菌物質(zhì)和刺激素，從而提高作物系統(tǒng)抗性，促進作物生長并調(diào)節(jié)根際微生態(tài)環(huán)境。

1.2.2 按微生物種類的數(shù)量分類按照微生物種類的數(shù)量可以分為只含一種微生物的肥料即單一菌種肥料，以及含多種微生物的復(fù)合肥料兩類。微生物肥料的研究是從單一菌種起步的，單一菌種肥料的功能比較單一，主要是解決作物或土壤缺乏氮、磷、鉀等某一種養(yǎng)分的問題，如根瘤菌肥料、固氮菌肥料等。復(fù)合肥料因含有多種微生物，其效果更全面，也是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的類型。復(fù)合肥料功能性更強，營養(yǎng)價值更高，更有利于養(yǎng)分平衡及提高肥料利用率。復(fù)合肥料在增強營養(yǎng)元素效能的同時，還能較好地解決土壤板結(jié)、土傳病害、化肥農(nóng)藥過度施用等問題，從而達到改良土壤結(jié)構(gòu)、提高肥料效力、增強作物抗性及實現(xiàn)增產(chǎn)增收等綜合效果[11-13]。

1.2.3 按制成品的外觀性狀分類

微生物肥料按照外觀性狀可以分為液體和固體兩種形態(tài)。液態(tài)肥是以液體作為基質(zhì)的發(fā)酵液。固態(tài)肥是在以草炭作為載體的基礎(chǔ)上，制成粉狀或顆粒狀；近年來有以蛭石作為基礎(chǔ)載體的類型，也有由發(fā)酵液濃縮后經(jīng)過凍干作用而形成的凍干劑型。液態(tài)肥和固態(tài)肥均可以用于各類蔬菜、果樹的生產(chǎn)，可通過溝施、撒施、浸種、蘸根、灌根、拌土和拌肥等多種方式，以種肥、基肥、追肥等進行施用[14-16]。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外微生物肥料發(fā)展概況

19 世紀(jì)后期，在微生物學(xué)領(lǐng)域以法國巴斯德為首的研究人員獲得一系列成果，促進了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域微生物研究的發(fā)展與應(yīng)用，并由此產(chǎn)生了具有固氮、溶磷、解鉀等效果的微生物肥料[17]。目前世界上有70 多個國家在研究、生產(chǎn)和使用微生物肥料，如美國、法國、印度，以及非洲一些國家，其品種主要是根瘤菌制劑和生物修復(fù)制劑，尤其是根瘤菌制劑發(fā)展最為迅猛，不僅接種面積不斷擴大，而且應(yīng)用的豆科植物種類繁多[18]。許多國家也在其他種類微生物的研究和應(yīng)用方面有所成果，如蘇聯(lián)及東歐一些國家研究人員對圓褐固氮菌和巨大芽孢桿菌研究發(fā)現(xiàn)，這些細菌能分泌生長物質(zhì)和一種抗真菌的抗生素，能促進植物種子發(fā)芽和根的生長[19]。據(jù)調(diào)查，發(fā)達國家微生物肥料施用量已占肥料總施用量的40% 以上，并且呈現(xiàn)每年增加10%～20% 的上升趨勢[20]。

2.2 我國微生物肥料發(fā)展概況及其作用

我國微生物肥料的研究應(yīng)用也是從對豆科植物進行根瘤菌劑接種開始[21]。近年來，我國微生物肥料的研究發(fā)展較快，已研發(fā)出多種復(fù)合微生物肥料，目前在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記注冊備案的企業(yè)有500 余家，年產(chǎn)量超過1 000 萬t，通過農(nóng)業(yè)農(nóng)村部臨時登記證的產(chǎn)品已近400 個，其中轉(zhuǎn)為正式登記的產(chǎn)品有100 多個，應(yīng)用面積累計達666.67 萬hm2 以上[22]。

2.2.1 微生物肥料對作物農(nóng)藝性狀的影響

在作物的生長發(fā)育過程中，土壤中的營養(yǎng)元素及酶活性都是影響作物農(nóng)藝性狀的重要因素[23]。作物一般都是通過根系從土壤中吸收營養(yǎng)元素，而微生物隨著微生物肥料施入土壤中后，在土壤里不斷繁殖，產(chǎn)生大量刺激作物根系生長的物質(zhì)，使根系可以延伸到土壤的更深層，加速養(yǎng)分吸收，從而促進作物各個器官的生長發(fā)育[24]。徐迅燕等[25] 研究表明，施用微生物肥料對青菜生長的促進作用十分顯著，提高了青菜的莖葉質(zhì)量、株高、莖粗和綠葉數(shù)等指標(biāo)，但將微生物肥料滅活后再噴施，則對青菜農(nóng)藝性狀影響不大，說明微生物肥料中的活性有益微生物和微生物代謝產(chǎn)物顯著影響作物農(nóng)藝性狀。趙從波等[26] 研究表明，施用微生物肥料后，其紅小豆株高、單株莢數(shù)和產(chǎn)量與對照處理相比都得到了顯著提高，并且隨著肥料施用量的增加，對紅小豆的促進效果也更加顯著，說明施用微生物肥料可以顯著改善紅小豆的營養(yǎng)生長與生殖生長。

2.2.2 微生物肥料對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

曹雯梅等[27] 研究表明，施用微生物肥料處理與施用化肥處理及不施肥料處理相比，玉米籽粒產(chǎn)量分別增產(chǎn)6.2% 和23.9%，增產(chǎn)效果顯著。閻世江等[28] 研究表明，在小麥的生長過程中采用固氮菌肥料拌種和噴施，能明顯促進小麥生長，提高小麥產(chǎn)量。史鴻志等[29]、王志江[30] 均對水稻施用微生物肥料進行研究，結(jié)果表明， 施用微生物肥料后對水稻有明顯增產(chǎn)效果。

2.2.3 微生物肥料對作物生理指標(biāo)的影響

作物葉片中的葉綠素含量越多，光合作用能力越強，而光合作用影響著光合產(chǎn)物的積累，最終反映到作物的產(chǎn)量上[31]。王繼雯等[32] 研究表明，施用微生物肥料可以使小麥葉片中的葉綠素含量顯著提高。張幸果等[33] 研究表明，施用微生物肥料可提高成熟花生的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、細胞間CO 2 濃度和蒸騰速率，并且施用量越高，效果越好。

2.2.4 微生物肥料對植物抗病蟲害的影響

施用微生物肥料對植物抗病蟲害的影響主要是兩個方面，一是影響植物自身的營養(yǎng)狀況和生長發(fā)育，二是通過植物影響植食性昆蟲的個體大小、存活率、寄主選擇、成蟲壽命和生殖力等[34]。潘子旺等[35] 研究發(fā)現(xiàn)，施用含有枯草芽孢桿菌的微生物肥料能有效緩解馬鈴薯的連作障礙，降低馬鈴薯瘡痂病的病情指數(shù)。張萍等[36] 研究施用含有放線菌的微生物肥料對新疆維吾爾自治區(qū)加工番茄促生、防病、增產(chǎn)及列當(dāng)?shù)姆揽匦Чl(fā)現(xiàn)，其能夠顯著降低加工番茄株高，提高單株結(jié)果數(shù)，降低番茄早疫病病情指數(shù)和列當(dāng)分枝數(shù)，提高加工番茄產(chǎn)量。

2.2.5 微生物肥料對土壤理化性質(zhì)的影響

微生物在土壤中進行代謝活動時可以分泌出一種黏合劑，促進土壤形成團粒結(jié)構(gòu)，使得土壤更加疏松透氣，水肥保持能力更強。土壤環(huán)境的改善更有利于有益菌群的生長繁殖，從而形成良性循環(huán)，促進根系的生長和對養(yǎng)分的吸收[37]。郭志國等[38] 研究發(fā)現(xiàn)，施用過生物有機肥的土壤容重減小、孔隙度提高，土壤變得疏松、透氣性更好，更適合作物生長。施用微生物肥料能有效提高土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)的含量[39]。孫祎振等[40] 研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物肥料后土壤中有效氮磷鉀分別比對照組明顯增加7.7%、27.9% 和7.5%，其中有效磷的增加最顯著。

3 存在問題

3.1 產(chǎn)品方面

微生物肥料效果不易穩(wěn)定。微生物肥料施入土壤后，在適宜的條件下可以快速繁殖，形成優(yōu)勢菌群。但是，由于微生物肥料中所含的大量微生物，易受外界環(huán)境影響。如在北方偏寒冷的地區(qū)，或者南方偏酸性的地區(qū)，或者施用時天氣狀況不好（下雨或者高溫），均會影響微生物肥料里面的微生物活性，從而影響施肥效果。

3.2 生產(chǎn)方面

微生物肥料涉及農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的很多方面，是一項需要專業(yè)技術(shù)背景和科技含量較高的行業(yè)，很多企業(yè)存在技術(shù)水平、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備相對落后，以及生產(chǎn)規(guī)模較小、不規(guī)范等問題，導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，如有效活菌數(shù)較低、雜菌率較高、有效期較短等，或者菌種組合、產(chǎn)品成分不合理等，導(dǎo)致肥效達不到要求[41-42]。

3.3 管理方面

微生物肥料具有較大的發(fā)展?jié)摿?，為了利益企業(yè)爭相生產(chǎn)，導(dǎo)致市場上產(chǎn)品紛亂眾多、良莠不齊。目前我國對于微生物肥料的管理還處于發(fā)展階段，還不夠成熟，雖然已經(jīng)實行了登記管理制度，但是管理力度不夠，行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、行政許可審批及監(jiān)督檢查等一系列的環(huán)節(jié)都有待于構(gòu)建和完善[43]。

3.4 使用者方面

農(nóng)民對微生物肥料認(rèn)知不足。雖然微生物肥料在我國已有幾十年的發(fā)展歷史，但是微生物肥料作為一種具有多種功能的活菌制劑，對廣大農(nóng)民來說，由于文化水平有限而導(dǎo)致在使用時，面對如何科學(xué)合理使用仍然存在一定困難[44-45]。當(dāng)廠家和經(jīng)銷商無節(jié)制地宣傳夸大產(chǎn)品效果時，農(nóng)民往往禁不住誘惑而盲目購買，又不知道如何科學(xué)合理地施用，導(dǎo)致效果不理想，因此又對微生物肥料失去信心，認(rèn)為其不如化肥肥效好。

4 對策建議

4.1 加強科技投入

應(yīng)該加大科研資金投入，鼓勵高校與企業(yè)聯(lián)合建設(shè)研發(fā)基地，開發(fā)適配當(dāng)?shù)匚⑸锓柿系纳a(chǎn)設(shè)備，并通過企業(yè)反饋市場需求，研發(fā)出適宜當(dāng)?shù)貧夂?、土壤等環(huán)境及符合農(nóng)民施肥習(xí)慣的微生物肥料品種，建立研產(chǎn)銷一體化。

4.2 加強行業(yè)管理

我國高度重視農(nóng)業(yè)安全，對微生物肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤其重視，對微生物肥料施用有一系列的補貼政策，但是力度還不夠。應(yīng)進一步完善行業(yè)、技術(shù)、產(chǎn)品等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，出臺相應(yīng)的法律法規(guī)，明確準(zhǔn)入規(guī)則。農(nóng)業(yè)主管部門應(yīng)該在加強微生物技術(shù)科研投入、扶持微生物肥料企業(yè)的基礎(chǔ)上，將微生物肥料作為推廣科學(xué)施肥的重點內(nèi)容。各級農(nóng)技推廣部門應(yīng)將微生物肥料作為當(dāng)下土壤和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量提升的關(guān)鍵，不斷完善應(yīng)用技術(shù)方案、創(chuàng)新推廣模式、加大推廣力度。

4.3 加強宣傳力度

微生物肥料在保障農(nóng)業(yè)安全、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、促進農(nóng)業(yè)增效等方面具有重大作用，但畢竟屬于新興產(chǎn)業(yè)，想要迅速發(fā)展壯大，得到廣大農(nóng)民認(rèn)可，需要各級部門加大宣傳力度，做好長期準(zhǔn)備，打持久戰(zhàn)。利用廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)等媒體，以及實際進村入戶發(fā)放宣傳資料等多種形式，向全社會廣泛宣傳施用微生物肥料的好處，讓農(nóng)民了解盲目施用化肥的害處，尤其是傳授農(nóng)民鑒別肥料、科學(xué)合理施肥的知識。

5 結(jié)束語

微生物肥料利用微生物的原理，將農(nóng)業(yè)廢棄物、污染物、人畜糞便等發(fā)酵后變成高效肥料，使廢棄的有機資源得到合理利用，保護生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)產(chǎn)品競爭力，增強農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。微生物肥料符合發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的要求，是無公害食品和綠色食品生產(chǎn)現(xiàn)實需要，是減少化肥和農(nóng)藥施用量、降低環(huán)境污染的必然選擇。我國微生物菌種具有資源豐、種類多、應(yīng)用范圍廣等特點，豐富的微生物資源為發(fā)展微生物肥料產(chǎn)業(yè)提供了有力保證。微生物肥料是我國未來肥料發(fā)展的重要方向，其發(fā)展前景十分廣闊。

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