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1、第五章 微生物肥料的生产应用及其资源利用 众所周知，肥料是作物的“粮食”、“营养”，化肥和平衡施肥技术的出现是第一次农业产业革命的重要标志，年总用量约为 最近 10年我国化肥总用量增加了 而粮食总产量仅增加了 氮素化肥的损失率高达 45%，这意味着年损失 1000亿元以上和大量的能源被消费，而且造成环境的严重污染 生物肥料概述、背景及意义 仅以地下水的污染为例，地下水硝酸盐含量上升的最主要的原因是氮素肥料的大量使用。 1998年 11月在北京召开的 “ 跨世纪土壤环境保护战略 ” 研讨会上，专家们一致认为： 目前，全国有 1/5的耕地受到重金属的污染，土壤的重金属污染、有机污染、农用化学品污染
2、等已导致农产品的品质和产量下降，每年至少造成数百亿元的直接经济损失，土壤污染已对我国的环境质量、食物安全和公众健康构成严重威胁。 不合理的施肥、污水灌溉等农业活动对土壤环境质量和食物品质的影响已不容忽视，在不少地区已经导致严重的湖泊富营养化、地下水污染和蔬菜污染等问题。 在新农业科技革命当中，除了提高化肥利用率，发展控施化专用复肥和 3联用等方面的研究和发展以外，其他目前尚在发展中的，以细胞、发酵工程和生物技术为中心的微生物肥料及其产业化的一个发展空间，也是我国农业新技术革命的一个重要组成部分。 纵观全世界几十个国家对微生物肥料的研究、生产和应用及近 20年来新发展的植物根圈有益细菌（真菌）的
3、研究和应用，不仅有重大的经济效益、社会效益，还有重大的生态环境效益。 利用微生物的生命活动及其代谢产物的作用，改善作物应分供应，向农作物提供营养元素、生长物质，调控其生长，达到提高产量和品质、减少化肥使用，提高土壤的肥力、减少或降低病（虫）害的发生、改善环境质量的目的，其制品即通称的微生物肥料（接种剂、菌肥）。 微生物肥料在国际上的应用和发展已有百年历史，至少有70多个国家有自己的微生物肥料生产企业、产品技术标准和质量监督体系。 在我国也有近 50年的研究、生产和应用历史。 随着农业的发展，人民生活水平的提高，化肥施用愈来愈大，造成的环境和生产成本问题日趋突出，以及近 20多年来对植物根圈促生
4、细（真）菌的研究和开发领域及热点的形成，不仅在许多国家发展了多种类型的产品，而且用有效微生物的特定功能处理城市生活垃圾和农牧业废弃物来生产有机微生物肥料或作物秸秆快速腐熟剂，既可保护环境，又可获得有价值的产品，形成产业，可谓一举数得，同时还有可观的社会效益、经济效益和环境生态效益。 可以预计在 21世纪，此项微生物肥料产业将成为持续农业的一个重要方面，能够获得长足的发展和进步。 生物肥料的定义 微生物肥料又被称为细菌肥料、生物肥料，许多国家将其称为接种剂，日本将其称为微生物材料，归为土壤调理剂一类进行管理，也有一些国家将其称为微生物肥料或生物肥料。 我国有些人把少量使用的，仅由微生物和草炭（或
5、蛭石）载体组成的叫做接种剂、拌种剂，此类制品用于拌种，而将微生物和有机物（畜禽粪便、草炭、褐煤等）或有机、无机物（化肥、微量元素）混合，制品再经加工造粒，用于基肥、追肥，用量较大的称为微生物肥料。 按目前微生物肥料的制品和种类来分析，可以分为两类： （ 1）通过其中所含微生物的生命活动，增加了植物元素营养的供应量，包括土壤和生产环境中植物营养元素的供应总量和植物营养元素的供应量，导致植物营养状况的改善，进而产量增加， 这一类微生物肥料的代表品种是根瘤菌肥料（接种剂）。 （ 2）广义的微生物肥料。其制品虽然也是通过其中所含的微生物生命活动的关键作用导致作物增产，但是其中微生物生命活动的关键作用不
6、限于提高植物的元素营养供应水平，包括了它们所产生的植物生长刺激素对植物的刺激作用，促进植物对营养元素的吸收作用，或者是有拮抗某些病原微生物的致病作用，减轻作物病虫害而导致产量的增加。 目前正处于研究和探索的促进植物生长的根圈（际）细菌即属于这一类。 微生物肥料的功效主要是与营养元素的来源和有效性有关，或与作物吸收营养、水分和抗病（虫）有关，有的还不十分清楚，需要进一步研究 。概括起来有以下几方面： 一、增进土壤肥力 这是微生物肥料的主要功效之一。例如各种自生、联合或共生的 固氮微生物肥料 ，可以增加土壤中的氮素来源， 多种溶磷、解钾的一些微生物 ， 如一些芽孢杆菌 、 假单胞菌 的应用，可以将
7、土壤中难溶的磷、钾分解出来，转变为作物能吸收利用的磷、钾化合物，使作物生产环境中的营养元素供应增加，一些微生物肥料的应用，增加了土壤中的有机质，增加了土壤的肥力。 生物肥料的作用 二、制造和协助农作物吸收营养 微生物肥料中最重要的品种之一是根瘤菌肥料（接种剂），肥料中的根瘤菌可以侵染豆科植物根部，在根上形成根瘤，生活在根瘤里根瘤菌类菌体利用豆科植物宿主提供的能量将空气中的氮转化为氨， 进而转化成谷氨酸和谷氨酰胺类 植物能吸收利用的优质氮素。与化学氮肥相比具有无可比拟的优越性。 与多种植物根系共生，其菌丝可以吸收更多的营养供给植物吸收利用，其中以对磷的吸收最明显，研究中还发现， 动缓慢的元素如锌
8、、铜、钙等元素也有加强吸收的作用。 除此之外，许多用做微生物肥料生产的微生物种类还产生大量的植物生长激素，能够刺激和调节作物生长。 三、增强植物抗病（虫）和抗旱能力 20多年来对有益微生物研究得比较多的是一类叫做植物根圈促生细菌的细菌群体，简称 括了好多科的多种细菌，由于这个类群的作用是多种多样，在国内外的生产中也开始应用，有些表现出广阔的应用前景，受到许多国家的重视，国际上的研究和学术交流活动日趋活跃。 四、减少化肥的使用量和提高作物品质 使用微生物肥料后可以减少化肥的施用量。 许多研究还证明，使用微生物肥料后对于提高农产品品质，如蛋白质、糖、维生素等的含量上有一定作用。 五、目前正在研究开
9、发的微生物肥料的作用 目前正在研究有关微生物肥料作用的外延和拓展。 前已有一些产品问世。 在研究的植物内生菌及其在生产中的潜在作用，尤其是与固氮有关的内生菌。 应用微生物肥料还有一些间接的好处， 低生产成本，与化学肥料相比，在生产时所消耗的能源要少得多。 且由于它本身的无毒无害特点，没有环境污染的问题。 存在的问题： 一、由于微生物肥料的基础和应用基础研究不足，有些微生物肥料的作用机理尚不完全清楚，施入土壤后由于生态条件复杂，加上一些研究手段不能满足追踪研究的需要，这些微生物肥料作用持续时间和作用机理还要深入研究。 二、上述微生物肥料的作用并非是各种微生物肥料都有这些作用，实际上不同种类的微生
10、物肥料的作用各有侧重，千万不能等同起来。 三、微生物肥料与化肥的作用机理是不同的。 目前证明，每生产 100果亩产 500要带走的营养元素就更多了。 微生物肥料，甚至包括其中复合了许多无机、有机营养的复合类微生物肥料也不能从营养角度完全满足作物生长的需求。 生物肥料的种类 按其制品中特定的微生物种类可分为细菌肥料（如根瘤菌肥、固氮菌肥）、放线菌肥料（如抗生肥料）、真菌类肥料（如菌根真菌）； 按其作用机理分有根瘤菌肥料、固氮菌肥料（自生或联合共生类）、解磷菌类肥料、硅酸盐菌类肥料； 按其制品内含物分为单一的微生物肥料和复合（或复混）微生物肥料。 一、固氮菌肥料 自生和联合固氮微生物单就固氮而言，
11、比起共生固氮的根瘤菌，其固氮量要少得多，而且施用时受到的限制条件更多，如更易受到环境中氮素含量的影响。但在实践中发现，它们对作物的作用除了固氮外，更重要的是它们能够产生多种植物激素类物质。 选育一些抗氨、泌氨能力强和产生植物生长调节物质数量大以及耐受不良环境强的菌株是此类制剂的研究方向。 二、根瘤菌肥料 根瘤菌的多样性是目前生物固氮资源调查和利用的一个热点，根瘤菌与豆科植物的共生固氮是举世公认的，目前生产的根瘤菌肥料种类很多。有关根瘤菌的资源研究进展很快，还会不断有一些新的菌种出现在制品中。 三、解磷微生物肥料 我国土壤缺磷的面积较大，据统计约占耕地面积的 2/3，除了人工施用化学磷肥外，施用
12、能够分解土壤中难容态磷的细菌制造的解磷细菌肥料，使其在作物根际形成一个磷素供应较为充分的微区，改善作物磷素供应也是一个重要途径。 四、硅酸盐细菌肥料 能分解土壤中难溶的磷、钾等营养元素。 除此之外，这类微生物在其他方面诸如分解矿物，在瓷业中做添加剂，处理污水、活性污泥等方面有不少研究，有的还表现一定的应用前景。近年国外对于硅酸盐细菌的代谢产物如多糖、有机酸、蛋白质等进行了不少基础性研究。 五、光合细菌肥料 光合细菌是一类能将光能转化成生物代谢活动能量的原核微生物，是地球上最早的光合生物，广泛分布在海洋、江河、湖泊、沼泽、池塘、活性污泥及水稻、水葫芦、小麦等根际土壤中。 六、芽孢杆菌制剂 我国的
13、微生物肥料近几年出现了一些以芽孢杆菌或类芽孢杆菌为生产菌种的产品，对它们的作用虽有研究但不深入，固氮、解磷、激素产生菌、生物防治。一些试验证明，许多芽孢杆菌应用时具有较强的抗逆能力，但其最佳培养条件、作用机理以及菌种最佳组合需要更多的研究。 七、分解作物秸秆制剂 此类产品在农业上的应用在我国仅是开始，个别品种已应用了好几年，反映良好，但各地反映产品有许多需要改进的地方，应用结果也要多点验证，尤其是在产品质量技术指标、菌种组合和提高农作物产品质量方面。 八、微生物生长调节剂类 此类制剂是由特定微生物在生长繁殖过程中将底物通过微生物或微生物产生的酶类分解成多种活性物质，这些物质是良好的植物生长调节
14、剂物质，用于作物喷施、灌根，尤其是用于经济作物、蔬菜瓜果，常有较好的增产效果。 此类产品常用的微生物种类为枯草芽孢杆菌。 目前存在的问题是产品的有效成分、质量稳定情况和产品标准。 九、复合微生物肥料类 此类产品出现的历史不长，种类较多，许多品种不够成熟，主要的类型有：菌 +菌的复合微生物肥料、菌 +各种营养元素或添加物、增效剂的复合微生物肥料。 十、与 物根圈促生细菌的细菌群体）类制剂的研制和开发是近 20年农业微生物的热点之一，已报道的研究和应用菌种很多，其作用也是多方面的。 这些微生物种类有的本身已经作为微生物肥料生产菌种使用，有的如与微生物肥料联合使用将会取得更好的增效作用，惟需要加强研究才能更快实现产品的开发和应用。 十一、其他微生物肥料 除此之外，还有一些其他微生物肥料，有的正在研究，有的则由于多种原因其应用受到限制。 使用的菌种包括由内囊霉科多数属、种形成的泡霉 丛枝状菌根，简称 有担子菌类及少数子囊菌形成的外生菌根。与农业关系密切的是 前的土法生产已能够解决小批量生产问题，用于名贵花卉、苗木、药材，显示了较好的应用前景。但大面积的实际应用尚待时日，产品标准和产品质量问题也需进一步解决。 系指用分泌抗生物质和刺激素的微生物制成的肥料产品，使用菌种通常是放线菌，如细黄链霉
