微生物肥料的發(fā)展與土壤生物肥力的維持

1、中國土壤與肥料2006(4)微生物肥料的發(fā)展與土壤生物肥力的維持李俊,姜昕,李力,沈德龍(農(nóng)業(yè)部微生物肥料和食用菌菌種質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心/中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所,北京100081)摘要:綜述了我國微生物肥料行業(yè)的發(fā)展狀況、標準體系構建與未來微生物肥料的研究發(fā)展趨勢。在介紹土壤生物肥力的概念及其內(nèi)涵基礎上,闡述了微生物在土壤生物肥力形成和維系過程中的核心作用,以及微生物肥料在我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的不可替代地位。關鍵詞:微生物肥料;土壤生物肥力;農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中圖分類號:S144文獻標識碼:A文章編號:1673-()04-微生物肥料又稱生物肥料、菌肥、,多、功能多樣,1。目前,微

2、生物肥料在培肥地力,提高化肥利用率,抑制農(nóng)作物對硝態(tài)氮、重金屬、農(nóng)藥的吸收,凈化和修復土壤,降低農(nóng)作物病害發(fā)生,促進農(nóng)作物秸稈和城市垃圾的腐熟利用,保護環(huán)境,以及提高農(nóng)作物產(chǎn)品品質(zhì)和食品安全等方面已表現(xiàn)出不可替代的作用2。尤其是在人類面臨能源危機、資源緊缺、環(huán)境污染等壓力下,為了我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,研究和應用微生物肥料是一條必由之路,近10年的實踐也已證明了這一觀點。據(jù)2004年的統(tǒng)計,生物肥料在優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)方面,如國家生態(tài)示范區(qū)、綠色和有機農(nóng)產(chǎn)品基地等已成為肥料的主力軍,其用量超過150萬t,約占我國生物肥料年產(chǎn)量的30%,而這一數(shù)字還呈不斷上升趨勢?？梢哉f,微生物肥料的研究和應用比以

3、往任何時期都更加受到世界各國的重視。隨著科學研究的深入,微生物的作用和在我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的地位將會更為突顯3。本文在綜合分析我國微生物肥料行業(yè)發(fā)展狀況、標準體系及研究、發(fā)展趨勢的基礎上,介紹了土壤生物肥力、微生物在土壤生物肥力形成和維系收稿日期:2005-06-06作者簡介:李俊(1965-),男,江西瑞金市人,博士,研究員,主要從事農(nóng)業(yè)微生物應用基礎和微生物肥料標準與質(zhì)檢技術研究。,。1我國微生物肥料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國微生物肥料行業(yè)經(jīng)過了60余年的發(fā)展歷程,尤其是近十多年的穩(wěn)定快速發(fā)展階段,目前已形成了一個具有中國特色的產(chǎn)業(yè)2,4,5。我國微生物肥料的行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀概述如下:(1)微生物肥料

4、產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模,已成為我國農(nóng)業(yè)生物產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。國內(nèi)現(xiàn)有微生物肥料生產(chǎn)企業(yè)500個以上,年產(chǎn)量約為500萬t,在我國肥料家族中所占的比例逐年增加,應用面積累計近億畝,目前已有498個(至2006年5月)產(chǎn)品取得農(nóng)業(yè)部的登記證(臨時或正式登記)。(2)產(chǎn)品種類不斷增加,使用菌種不斷擴大。目前在農(nóng)業(yè)部登記的產(chǎn)品分為菌劑類和菌肥類二個大類,共有11個品種。9個菌劑類品種分別是:根瘤菌劑、固氮菌劑、硅酸鹽菌劑、溶磷菌劑、光合菌劑、有機物料腐熟劑、產(chǎn)氣菌劑、復合菌劑和土壤修復菌劑;2個菌肥類產(chǎn)品是復合生物肥料和生物有機肥。在已登記產(chǎn)品中,菌肥類產(chǎn)品數(shù)量占登記總數(shù)的30%左右,菌劑類產(chǎn)品占70%。目前

5、在微生物肥料使用菌種方面,涉及細菌、放線菌、絲狀真菌、酵母菌等110多個種,而且還在不斷增加。另外,用于減輕和克服作物連作障礙、農(nóng)藥降解等微生物肥料新產(chǎn)品將陸續(xù)研發(fā)應用。(3)使用效果逐漸被使用者認可,應用范圍不斷拓寬。大量的試驗表明,微生物肥料的應用效果不僅表明在作物產(chǎn)量增加上,而且表現(xiàn)在農(nóng)產(chǎn)品品1中國土壤與肥料2006(4)質(zhì)的改善、提高化肥利用率、改良或修復土壤、降低病蟲害的發(fā)生、保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境等多方面。在應用對象范圍上,不僅蔬菜、糧油作物上微生物肥料大量應用且反應良好,近幾年在果樹和中草藥種植中微生物肥料應用發(fā)展極為迅速,并在改善品質(zhì)上效果非常顯著,形成了新的熱點。(4)微生物肥料產(chǎn)

6、品進出口日趨活躍,已步入世界經(jīng)濟全球化軌道。目前有20余個境外產(chǎn)品進入我國市場,并在國內(nèi)進行了試驗,已有10個產(chǎn)品獲得登記證。隨著經(jīng)濟全球化進程的加快,將有更多的外國產(chǎn)品進入中國的農(nóng)資市場。同時,我國也有10個產(chǎn)品出口至澳大利亞、日本、美國、匈牙利、波蘭、泰國等國家和地區(qū)。(5),持下,、使用菌種安全標準、產(chǎn)品標準、方法標準和技術規(guī)程類別通用標準菌種安全標準產(chǎn)品標準標準名稱1、微生物肥料術語2、農(nóng)用微生物產(chǎn)品標識要求5個層面19個標準組成的我國微生物肥料標準體系框架。具體的標準名錄見表1。微生物肥料標準體系框架的構建,實現(xiàn)了標準內(nèi)涵從數(shù)量評價為主到質(zhì)量、數(shù)量兼顧的轉(zhuǎn)變,將菌種的功能性指標、酶活

7、性指標和內(nèi)源活性物質(zhì)指標等納入到標準中;確定了微生物肥料使用菌種和產(chǎn)品安全性評價的主要技術參數(shù)及指標,安全分級目錄收錄的菌種從40種增加至110多種。其應用將促進產(chǎn)品質(zhì)量安全的提高,更好地推動我國微生物肥料行業(yè)的快速健康發(fā)展2,5。另外,國家產(chǎn)業(yè)政策對微生物肥料行業(yè)發(fā)展給,也是促。,今后5年我國的微生物肥料總產(chǎn)量可望達到800萬1000萬t,成為肥料家族中的重要成員之一?？梢灶A料,我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)在新形勢下,將會在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。標準號NY/T1113-2006NY885-2004NY1109-2006NY882-2004NY410-2000NY411-2000NY412-2000

8、NY413-2000NY527-2002NY609-2002NY/T798-2004NY884-2004GB/T20287-2006GB/T1952411-2004GB/T1952412-2004NY/T883-2004NY/T1114-2006表1微生物肥料行業(yè)標準3、微生物肥料生物安全通用技術準則4、硅酸鹽細菌菌種5、根瘤菌肥料6、固氮菌肥料7、磷細菌肥料8、硅酸鹽細菌肥料9、光合細菌菌劑10、有機物料腐熟劑11、復合微生物肥料12、生物有機肥13、農(nóng)用微生物菌劑方法標準技術規(guī)程14、肥料中糞大腸菌群值的測定15、肥料中蛔蟲卵死亡率的測定16、農(nóng)用微生物菌劑生產(chǎn)技術規(guī)程17、微生物肥料實驗

9、用培養(yǎng)基技術條件18、微生物肥料田間試驗技術規(guī)程19、微生物肥料使用準則起草中的農(nóng)業(yè)行業(yè)標準起草中的農(nóng)業(yè)行業(yè)標準2微生物肥料研究和發(fā)展趨勢我國的微生物肥料行業(yè)與其他國家相比,具有品種種類多、應用范圍廣的特點,尤其是在研制開發(fā)及應用功能微生物與有機營養(yǎng)物質(zhì)、微生物與無機營養(yǎng)物質(zhì)復合而成的新產(chǎn)品方面,處于領先地位。這些產(chǎn)品目前在我國已形成較大生產(chǎn)規(guī)模,在提高化肥利用率、降低化肥使用量和減少環(huán)境污染2等方面,已取得了較好的效果,研制開發(fā)具有廣闊前景6,7。然而,由于我國長期在微生物肥料研究方面缺乏投入,使得我國的生物肥料產(chǎn)業(yè)依然存在整體水平不高、技術創(chuàng)新不足、產(chǎn)品質(zhì)量與應用效果表現(xiàn)欠穩(wěn)定,這些都是我

10、國微生物肥料行業(yè)急需解決的問題,也是行業(yè)進一步發(fā)展必須解決的難題2。分析我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程,結(jié)合我國和世界農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要,以下4個方面將中國土壤與肥料2006(4)會是下一階段研究和應用的重點。211選育性能優(yōu)良菌株是微生物肥料功效的核心環(huán)節(jié)采用現(xiàn)代高通量和常規(guī)菌種篩選技術,并結(jié)合現(xiàn)代基因工程技術手段,篩選培育具有營養(yǎng)促生、腐熟轉(zhuǎn)化、降解修復等功能的優(yōu)良菌株,是研制一批有節(jié)肥增產(chǎn)、降耗培肥、改良土壤和提高品質(zhì)等高效多功能、安全實用的微生物肥料產(chǎn)品的基礎和關鍵。重點是篩選可提供作物固氮(根瘤菌)、解磷(AM真菌等)、解鉀功能的微生物菌種,減輕和克服作物病害與連作障礙的新資源,以及修

11、復土壤和分解腐熟有機物料的功能菌群。具體內(nèi)容包括開展分離、篩選的優(yōu)良菌種的分類、培養(yǎng)特性、有效性指標、代謝產(chǎn)物,以及菌種對于土壤、7,8212藥降解等)、根瘤菌劑和生物有機肥。研制開發(fā)防治連作障礙產(chǎn)品應針對我國目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中蔬菜、中藥材連作及保護地耕作下廣泛存在病害發(fā)生、品質(zhì)下降等問題,采用分子生態(tài)學方法分析評價連續(xù)耕作、保護地耕作下的作物根際微環(huán)境,找出障礙因子;通過篩選利用能夠改善根際微域的微生物組成,達到促進作物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與利用,控制病蟲害的發(fā)生,提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。腐熟菌劑和生物有機肥的研究對于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義,以秸稈和畜禽糞便快速腐熟為目標,構建快速分解秸

12、稈、畜禽糞便等有機物料的分解復合菌系,完成秸稈、穩(wěn)定性不能滿足實際需要的問題,以在中西部具有良好應用前景和效果的豆科牧草、豆科中藥材,以及我國主要的豆科作物如花生、大豆為應用對象,研制抗逆性強、固氮性能高的根瘤菌劑產(chǎn)品10-12。3微生物肥料在恢復與維持土壤肥力中的不可替證自20世紀90年代后期,微生物肥料的研究與應用有向多菌株復合方向發(fā)展的趨勢,不同功能的多菌株組合、功能互補的復合微生物肥料已成為研究和應用的主要發(fā)展方向。這需要研究者在深入了解有關微生物特性的基礎上,采用新的技術手段,根據(jù)用途把幾種所用菌種進行科學、合理組合,使某種或幾種性能的菌種組合后微生物肥料功效明顯提高,發(fā)揮復合或聯(lián)合

13、菌群的互惠、協(xié)同、共生等作用,排除相互拮抗的發(fā)生8,9。213微生物肥料生產(chǎn)工藝和設備的改進是產(chǎn)品質(zhì)量提高和效果穩(wěn)定的基礎我國微生物肥料質(zhì)量的提升和應用效果的穩(wěn)定,需要全行業(yè)采用現(xiàn)代發(fā)酵工程和自動控制技術,以提高產(chǎn)品中功能微生物密度;采用保護劑和包裝新材料,延長菌劑的貨價期;使生產(chǎn)設備逐漸走向自動化,工藝流程趨于合理,能準確確定運行參數(shù)的量化指標;同時降低生產(chǎn)成本。重點以根瘤菌、膠胨樣芽胞桿菌及其他應用性良好的芽孢桿菌菌株為代表,研究其菌體和芽孢高密度形成的條件和障礙因子,通過代謝調(diào)控等手段,實現(xiàn)菌體數(shù)量(或芽孢成率)以及其他功能性物質(zhì)的提高,并完成其放大和產(chǎn)業(yè)化10,11。214功能產(chǎn)品研究

14、和應用是微生物行業(yè)發(fā)展的推動力目前研發(fā)的熱點產(chǎn)品主要是有機物料腐熟菌劑(也稱發(fā)酵菌劑)、土壤修復菌劑(重茬、解毒、農(nóng)代作用311生物肥力概念的提出豐富了微生物肥料的理論內(nèi)涵隨著世界各國對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的日益重視,對土壤生產(chǎn)能力的可持續(xù)性提出了更高的要求。特別在我國人口多、耕地少、面臨糧食安全的嚴峻形勢下,如何保障土壤的可持續(xù)生產(chǎn)能力尤為重要。近幾年科學研究發(fā)現(xiàn),土壤生物在土壤肥力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力上的重要性不可或缺,提出了土壤生物肥力(soilbiologicalfertility)的概念和相關的評價體系13。土壤生物肥力是指生活在土壤中的微生物、動物、植物根系等有機體為植物生長發(fā)育所需的營養(yǎng)和理

15、化條件做出的貢獻。同時,生物過程對土壤的物理、化學特性起到良好的促進和維持作用。它與物理肥力、化學肥力共同構成土壤肥力3個不可或缺的組分。土壤生物肥力與物理肥力、化學肥力相比,其顯著特征是:(1)生物種群的多樣性,表現(xiàn)在土壤生物肥力形成和作用過程是由多種生物參與的綜合結(jié)果。(2)動態(tài)性,即其測定值隨著時間而變化,目前測定生物過程對植物生長作用經(jīng)常是間接的,3中國土壤與肥料2006(4)因此準確測定它對作物產(chǎn)量的貢獻還存在技術上的困難。微生物是生物肥力的核心,是共同構成土壤肥力3個不可或缺的核心組分。土壤生物過程在分析評價各種土壤類型和環(huán)境中非常重要,不可缺少,而且過程是多種生物參與的綜合結(jié)果。

16、人工接種微生物,即施用微生物肥料,是維持和提高土壤肥力的有效手段,在我國現(xiàn)有栽培與管理(如不合理或過多使用化肥、復種指數(shù)高、不合理使用農(nóng)藥等)下是必不可少的14,15。312生物肥力是土壤肥力的重要組分生物肥力與物理肥力、化學肥力共同構成土壤肥力3個不可或缺的組分。土壤生物過程在分析評價各種土壤類型和環(huán)境中非常重要,生物參與,關研究,而僅認為土壤生物是土壤物理和化學肥力之間的一個媒介,而不是一個與之同等重要的方面13。有關土壤生物肥力、土壤化學肥力(soilchem2icalfertility)和土壤物理肥力(soilphysicalfertility)的定義比較列于表2。雖然目前對于土壤生物

17、肥力尚無一個簡明、定量的描述,但“土壤生物肥力”已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應用13。表2土壤肥力及其3個組分的定義土壤肥力及其組成成分土壤肥力定義土壤為植物生長發(fā)育提供所需的物理、化學、生物需求的能力。同時也包括土壤持續(xù)、安全方面的能力。生活在土壤中的微生物、動物、植物根系等有機體為植物生長發(fā)育所需營養(yǎng)的貢獻。同時,生物過程對土壤的物理、化學特性起到良好的促進和維持作用。土壤為植物生長發(fā)育提供所需的化學養(yǎng)分、條件的能力。同時它應對土壤物理和生物過程,以及養(yǎng)分循環(huán)具有促進作用。土壤為植物生長發(fā)育提供所需的物理條件的能力。同時它具有維持土壤結(jié)構不被破壞、不被侵蝕和流失的能力,并對土壤生物和化學過程起

18、到促進作用。物,對于土壤中有機物分解、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)具有不可替代的作用。通常用土壤中的微生物活性評價有機物質(zhì)的分解,被認為是最直接的參數(shù)。有機物的分解由異養(yǎng)微生物主導進行,通過分解釋放養(yǎng)分,維持營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán),最典型的是氮、磷和硫素的循環(huán)。微生物也可通過自身細胞固定碳素和其它營養(yǎng)物質(zhì)?；畹奈⑸锟偭?也稱微生物生物量,是土壤中能量和營養(yǎng)轉(zhuǎn)化的主要推動者,也稱之為原動力,它還是土壤中物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分的主要調(diào)控者15,16。微生物種群的廣泛多樣性以及其分解物質(zhì)的能力,:(1)分解有,(轉(zhuǎn)化復合物的,;(3)分解殺蟲劑和除草劑等復合物;(4)產(chǎn)生抗生素或其他拮抗特性,維持生態(tài)平衡或抵抗土傳病害;(5)

19、產(chǎn)生黏合物質(zhì)利于土壤膠體和團粒結(jié)構形成;(6)通過共生作用,如根瘤菌共生固氮和菌根真菌,為植物提供營養(yǎng)。在土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)過程中的重要微生物過程見表3。表3土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)過程中的重要微生物過程微生物過程養(yǎng)分供應:有機質(zhì)的礦化礦物質(zhì)的溶解營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化和合成:甲烷氧化硝化甲基球菌(Methylococcussp.),甲基桿菌(Methylobactersp.)參與過程的一些微生物類群異養(yǎng)型微生物(Heterotropicmicroorganisms)青霉(Penicilliumsp.),假單胞菌(Pseu2domonassp.),芽孢桿菌(Bacillussp.)土壤生物肥力亞硝化螺菌(Nit

20、rosospirasp.),亞硝化單胞菌(Nitrosomonassp.),硝化桿菌(Nitrobactersp.)非共生固氮共生固氮硫氧化營養(yǎng)流失:產(chǎn)生CO2產(chǎn)生CH4反硝化(N2,N2O)SO4還原H2S固氮螺菌(Azospirillumsp.),固氮菌(Azoto2bactersp.)土壤化學肥力根瘤菌(Rhizobiumsp.),魚腥藍細菌(An2abeanasp.)硫桿菌(Thiobacillussp.),異養(yǎng)型微生物(Heterotrophicmicroorganisms)土壤物理肥力異養(yǎng)型微生物(Heterotropicmicroorganisms)甲烷桿菌(Methanobac

21、teriumsp.),甲烷八疊球菌(Methanosarcinasp.)芽孢桿菌(Bacillussp.),假單胞菌(Pseu2domonassp.),土壤桿菌(Agrobacteriumsp.)脫硫弧菌(Desulfovibriosp.),脫硫單胞菌注:表中所給定義為總體的、概念性的,因為其不能用精確數(shù)量或特定單位來表達。對于一個特定地域來說,其土壤肥力及其組分的量化指標取決于土壤的內(nèi)在特性。313微生物在生物肥力中的主導作用和不可替代地位由細菌、真菌、放線菌、微藻類組成的微生4人們采用的農(nóng)業(yè)措施,對微生物種群結(jié)構及其在土壤中的運動和擴散都有重要的影響。尤其是使中國土壤與肥料2006(4)用

22、化肥、農(nóng)藥和機械作業(yè),更為明顯。目前在化學肥料為主的農(nóng)業(yè)體系中,微生物過程對營養(yǎng)供應和植物生長方面起到重要作用。然而,大量的化肥、農(nóng)藥和機械投入不僅增加了成本,還難以達到預期的效果。這其中的一個主要原因是忽視了對微生物在維持土壤肥力和作物生長中的作用。所以,從我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略高度來說,發(fā)展微生物肥料產(chǎn)業(yè)是可持續(xù)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)的要求,也是我國目前無公害食品和綠色食品生產(chǎn)的現(xiàn)實需要,更是減少化肥和農(nóng)藥用量、降低環(huán)境污染的必然選擇。參考文獻:1葛誠,等.微生物肥料生產(chǎn)應用基礎M.版社,2004.6朱昌雄,等.我國生物肥料標準研究進展及建議J.磷肥與復肥,2005,20(4):5-7.7盛下放,等.

23、硅酸鹽細菌NBT菌株解鉀機理初探J.土壤學報,2002,39(6):863-871.8趙平娟,等.菌根提高植物抗病機理的研究J.西北林學院學報,2004,19(1):93-97.9連賓,等.硅酸鹽細菌解鉀作用機理的綜合效應J.礦物學報,2002,22(2):179-183.10齊國輝,等.叢枝菌根真菌對重茬銀杏生長及抗病性的影響J.河北林果研究,2002,17(1):58-61.11李章良,等.土壤污染的生物修復技術研究進展J.生態(tài)科學,2003,22(2):189-192.12馮宏,等.J.生態(tài)環(huán)境,2004,(3):.S:keytosustainableland-102.,等.微生物肥料作用機理的研究新進展J.微生出版社,2000.2李俊,等.J,3:3肥料登記指南中國農(nóng)業(yè)出版社,2002.4李學勇,等.2002中國生物技術發(fā)展報告M.中國農(nóng)業(yè)物學雜志,2001,21(1):33-36.15王光祖.微生物肥料對土壤肥力的影響J.上海農(nóng)業(yè)科技,2005,(1):101-102.16喻子牛,等.農(nóng)業(yè)微生物研究及產(chǎn)業(yè)化進展M.中國農(nóng)出版社,2003.5中國生物技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2003年)M.化學工業(yè)出業(yè)出版社,2004.Developmen