微生物肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

微生物肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

微生物肥料也稱為生物肥料、生物肥源肥和過敏劑，是指含有生物酶的特定產(chǎn)品，通過激活微生物的生命活動(dòng)，增加植物養(yǎng)分的消耗，促進(jìn)植物生長，改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境，其中微生物發(fā)揮著重要作用。土壤中有大量的微生物在活動(dòng),特別是在植物根際。相當(dāng)數(shù)量的細(xì)菌和真菌種類相互作用,與植物構(gòu)成一個(gè)整體系統(tǒng),對(duì)植物生長發(fā)揮有益的作用。與傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)業(yè)相比,微生物的應(yīng)用主要有以下優(yōu)點(diǎn):(1)微生物產(chǎn)品的使用比許多化學(xué)品更安全;(2)無有毒物質(zhì),微生物在食物鏈中不積累;(3)微生物自我復(fù)制可避免重復(fù)施肥;(4)當(dāng)化學(xué)制劑被用來消除害蟲對(duì)植物生長的危害,目標(biāo)生物很少產(chǎn)生抗藥性;(5)適當(dāng)發(fā)展生物防治劑對(duì)生態(tài)過程或環(huán)境無害。1微生物肥料相互作用機(jī)制1.1改善植物生長許多微生物種類在生長繁殖過程中不但能夠直接給作物提供某些營養(yǎng)元素,而且產(chǎn)生對(duì)植物有益的代謝產(chǎn)物,如細(xì)胞分裂素、吲哚乙酸、赤霉素、脫落酸等,都能夠不同程度地刺激和調(diào)節(jié)植物生長,使植物生長健壯,營養(yǎng)狀況得到改善,進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)效果。80%的根際細(xì)菌能產(chǎn)生吲哚乙酸,其中主要有根瘤菌、黃單胞菌、假單胞菌等。固氮菌能分泌維生素B1、B2、B3、吲哚乙酸等,刺激植物生長發(fā)育。1.2磷細(xì)菌的降解各種自生、聯(lián)合、共生的固氮菌類和根瘤菌類微生物肥料可以固定空氣中的N,增加土壤中的N來源和植物的N營養(yǎng)。一些芽孢桿菌、假單胞菌可以將土壤中難溶性的P、K溶解出來,轉(zhuǎn)變?yōu)樽魑锬芪绽玫腜3+、K+,使植物營養(yǎng)充足。磷細(xì)菌的解P主要機(jī)理:(1)分泌多種有機(jī)酸,降低環(huán)境中pH,使難溶性磷酸鹽降解為有效P;或有機(jī)酸與Ca2+、Fe3+等絡(luò)合或螯合而使難溶性磷酸鹽溶解;(2)分泌質(zhì)子,使培養(yǎng)介質(zhì)的酸度提高,pH降低,質(zhì)子與磷酸鹽交換從而使磷礦粉溶解;(3)產(chǎn)生胞外磷酸酶,通過酶促反應(yīng)有機(jī)P降解為有效P。作物接種VA菌根接種劑后,萌發(fā)的菌絲可以吸收更多的營養(yǎng)供給植物吸收利用,其中以對(duì)P的吸收最明顯,對(duì)在土壤中活動(dòng)性差、移動(dòng)緩慢的元素如Zn、Cu、Ca等也有促進(jìn)吸收的作用。Sandeep等研究表明假單胞菌LES4和LES7具有較好的溶P活性。叢枝菌根真菌(AMF)有助于提高P和微量元素的可用性和吸收。1.3生物酶制劑的保鮮微生物肥料中的特殊微生物可提高宿主的抗旱性,抗鹽堿性,抗極端溫度、濕度、pH,抗重金屬毒害等能力,增強(qiáng)植物逆境生存能力。有些微生物肥料對(duì)有害微生物有生物防治作用,誘導(dǎo)植物過氧化物酶、多酚氧化酶、苯甲氨酸解氨酶等參與植物防御反應(yīng),有利于防病抗病。在植物根部接種微生物肥料,微生物在植物根部大量生長繁殖,形成優(yōu)勢(shì)種群,限制其他病原微生物的繁殖機(jī)會(huì),降低了植物病蟲害的發(fā)生。同時(shí),有些微生物對(duì)病原微生物還具有拮抗作用,起到了減輕植物病害的功效。光合細(xì)菌對(duì)提高植物抗性有明顯的作用,其含有抗病毒因子,在光照及黑暗條件下均有鈍化病毒能力,阻止病原菌滋生,還能對(duì)危害卷心菜的鐮刀菌產(chǎn)生胞溶作用,減輕其對(duì)植物的危害。2基質(zhì)生產(chǎn)型微生物肥料的種類因分類依據(jù)而有所不同。根據(jù)基質(zhì)和形態(tài)不同分為:固體菌肥,以固體材料(主要以草炭為載體,有粉劑、顆粒、凍干、瓊脂4種劑型)作為基質(zhì)生產(chǎn)的生物肥料;液體菌肥,以液體材料作為基質(zhì)生產(chǎn)的生物肥料。液體菌肥由發(fā)酵液直接裝瓶或上部用礦油封面。根據(jù)組成成分可分為微生物菌劑和微生物復(fù)合肥料兩大類。2.1微生物草劑2.1.1促進(jìn)生細(xì)菌的細(xì)菌2.1.2固氮菌劑2.1.3根瘤菌劑2.1.4解鉀細(xì)菌2.1.5解磷菌劑2.1.6合成光度菌2.2肥料作用及生態(tài)修復(fù)微生物復(fù)合肥料除含有效微生物外,還有一些營養(yǎng)物質(zhì)。根據(jù)營養(yǎng)物質(zhì)分為:微生物和有機(jī)物復(fù)合;微生物和有機(jī)物質(zhì)及無機(jī)元素復(fù)合。根據(jù)作用機(jī)理分為:以營養(yǎng)為主;以抗病為主;以降解農(nóng)藥為主;多種作用同時(shí)兼有。每種肥料各有特色,作用不完全一致,但目的都是為了提高作物產(chǎn)量,減少化肥用量,降低成本,改良土壤和改善作物品質(zhì),保護(hù)生態(tài)環(huán)境。主要產(chǎn)品有阿姆斯、保綠豐、田力寶、EM、BOF等。微生物復(fù)合肥料的使用比較復(fù)雜,在同一基質(zhì)內(nèi)不同微生物之間的使用既可能表現(xiàn)為互惠、聯(lián)合、共存,也可能表現(xiàn)為互相拮抗。微生物復(fù)合肥料內(nèi)營養(yǎng)物的構(gòu)成比較復(fù)雜,有機(jī)物、無機(jī)元素或兩者均有的比例也各不相同,增效效果也不同。3應(yīng)用效果3.1黃瓜汁的生產(chǎn)微生物肥料在蔬菜上應(yīng)用和研究較為廣泛,在白菜、黃瓜、玉米、番茄、大豆、辣椒、苦瓜、菜薹、包心菜等種植中都有施用,且效果顯著。試驗(yàn)表明,微生物肥料能促進(jìn)黃瓜的生長發(fā)育,顯著提高黃瓜的凈光合強(qiáng)度,雌花節(jié)率和座果率,前期產(chǎn)量和總產(chǎn)量,干物質(zhì)、可溶性糖、葉片葉綠素和Vc含量,改善產(chǎn)品口味,且能顯著降低硝酸鹽含量。EM微生物堆肥能明顯增加冬小麥和夏玉米的產(chǎn)量,年均總產(chǎn)比等量傳統(tǒng)堆肥增產(chǎn)8.3%~8.9%,其中冬小麥增產(chǎn)8.3%,夏玉米增產(chǎn)8.2%~9.4%。劉旭等研究表明,施用EM生物有機(jī)肥可以促進(jìn)甜玉米的生長,甜玉米植株株高、莖粗、葉面積均有所增加,植株前期生長加快,植株抗倒伏和光合性能增強(qiáng)。3.2土壤增肥劑對(duì)番茄的影響李玉華等在庫爾勒香梨上的試驗(yàn)表明,在習(xí)慣施肥的基礎(chǔ)上增施微生物菌肥,產(chǎn)量提高2.56~4.24t/hm2,增產(chǎn)10.47%~17.33%,經(jīng)濟(jì)效益顯著。Hortencia等研究表明,PGPR對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)有積極影響,特別是果實(shí)的大小和質(zhì)地。李保會(huì)等對(duì)草莓的研究表明,施用微生物肥料后,草莓成熟果實(shí)含酸量降低,含糖量、糖酸比、可溶性固形物、Vc含量提高,從而提高了果實(shí)品質(zhì)。SC27微生物土壤增肥劑能增強(qiáng)柑桔樹勢(shì),提高產(chǎn)量,增產(chǎn)率達(dá)7.2%~23.4%,還能顯著提高柑桔果實(shí)品質(zhì),使單果重增加,糖酸比、可溶性固形物及Vc含量、可食率提高。微生物肥料不僅能提高作物產(chǎn)量,對(duì)果樹增加抗病性也有顯著效果。凌寧等研究表明,在營養(yǎng)缽中施用BOF微生物肥料育苗后移栽到大田能有效防治西瓜連作土壤上西瓜枯萎病的發(fā)生,同時(shí)更利于西瓜苗根系生長,有助于壯苗。3.3種植作物的應(yīng)用3.4真菌對(duì)彩葉草生長的影響綠營高301肥料在馬褂木的肥料養(yǎng)分吸收方面有重要作用,促使其莖基粗、株高和冠幅的增幅加大,同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益。馬穎等研究表明,接種AM真菌能夠侵染彩葉草實(shí)生苗并促進(jìn)其生長發(fā)育。姜洪波研究也表明,接種AM真菌提高了大麗花、孔雀草和金盞菊幼苗的移栽成活率,促進(jìn)植物生長發(fā)育,開花期提前和延長,盛花期的著花數(shù)量增多。宋玉珍研究表明,通過對(duì)比施用微生物肥料與不施用肥料的鹽堿土上種植喬木、灌木等造林樹種,施用微生物肥料的喬木、灌木在成活情況、喬木胸徑、枝條長度、灌木分枝數(shù)、葉生長、根系發(fā)育、外貌、植株顏色和生長勢(shì)等方面均明顯優(yōu)于對(duì)照樹木。3.5高效液相代謝抑制劑胡可等研究表明,施用生物有機(jī)肥后土壤微生物營養(yǎng)得以改善,代謝能力提高,進(jìn)而競(jìng)爭(zhēng)力加強(qiáng);土壤微生物利用碳源能力增加,使微生物保持較高活性,提高土壤微生物多樣性。閻淑珍等研究表明,R-1涇陽鏈霉菌(Streptomycesjingyangensis)、R-2(Streptomycessp.)發(fā)酵液的代謝物質(zhì)明顯抑制棉花枯萎病菌、草莓灰霉病菌、油菜菌核病菌、棉花黃萎病菌的生長,對(duì)孢子萌發(fā)也有抑制作用。凌寧等研究表明,施用BOF后致病菌(尖孢鐮刀菌西瓜?；?數(shù)量在根際土壤中為0.7×103cfu/g,在土壤中為2.7×103cfu/g,都控制在104cfu/g以下,而當(dāng)數(shù)量級(jí)超過103cfu/g時(shí),西瓜植株開始發(fā)病。楊玉新等以微生物肥料處理大棚蔬菜土壤,結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤中的硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、好氣性纖維分解細(xì)菌、乳酸菌、放線菌、酵母菌等土壤有益微生物顯著增加,而反硝化細(xì)菌、霉菌等有害微生物數(shù)量明顯下降。3.6有機(jī)磷農(nóng)藥的降解施用微生物肥料,能減少化肥的使用量,土壤環(huán)境得到改善,土壤板結(jié)程度降低,遏制因大量施用化肥而使土壤肥力下降的趨勢(shì),提高土壤資源自我恢復(fù)能力,且作物品質(zhì)提高。常春藤復(fù)合微生物肥具有緩釋增效作用,和化肥一起施用,可提高肥效,減少化肥用量30%,無需使用Zn、B等微肥,使作物增產(chǎn)增收,減少環(huán)境污染,具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。研究表明,微生物對(duì)環(huán)境中有機(jī)磷農(nóng)藥的降解起重要作用,利用微生物及其產(chǎn)生的降解酶對(duì)環(huán)境中有機(jī)磷農(nóng)藥的凈化處理是行之有效的。宮占元等研究表明,側(cè)孢芽孢桿菌BL-21和BL-22對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥水胺硫磷的解P率分別達(dá)58.98%和75.5%,對(duì)氧化樂果的解P率分別為32.66%和29.10%。地衣芽孢桿菌分泌的多種蛋白類抗菌物質(zhì)(多肽類、幾丁質(zhì)酶、抗菌蛋白)可有效抑制一些植物病原菌的生長,減少有機(jī)農(nóng)藥的施用。4生物酶制劑復(fù)合使用隨著化肥大量使用導(dǎo)致土壤性質(zhì)惡化、土壤肥力下降、地下水污染、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)降低等問題日益突出,減少使用化學(xué)合成品,生產(chǎn)安全、無公害的綠色食品已成為發(fā)展趨勢(shì)。生物技術(shù)的發(fā)展和高新技術(shù)對(duì)生物技術(shù)的滲透,都為微生物肥料的的產(chǎn)品質(zhì)量、應(yīng)用領(lǐng)域和效果、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了契機(jī)和突破。微生物肥料非養(yǎng)分效應(yīng)作為潛在生物農(nóng)藥和生物促生劑得到廣泛研究,目前正由豆科接種劑向非豆科用肥、由單一接種劑向復(fù)合生物肥、由單一菌劑向復(fù)合菌劑、由單一功能向多功能方面發(fā)展、由用無芽胞菌種生產(chǎn)向用有芽胞菌種生產(chǎn)轉(zhuǎn)化等趨勢(shì)。微生物肥料發(fā)展很快,但也存在一定的問題,應(yīng)更深入研究微生物肥料促進(jìn)植物生長的機(jī)理,加大基礎(chǔ)性研究力度;改進(jìn)生產(chǎn)工藝,完善生產(chǎn)發(fā)酵設(shè)備,提高生產(chǎn)技術(shù);開發(fā)高新產(chǎn)品,篩選優(yōu)良菌種,大力發(fā)展肥料品種,增加產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。促生菌是自由生活在土壤或附生與植物根際的一類可促進(jìn)植物生長、防治病害、增加作物產(chǎn)量的有益菌類。主要作用有分泌植物促生物質(zhì)、促生豆科植物結(jié)瘤、促進(jìn)植物出芽、對(duì)土傳病害的生物調(diào)控作用。試驗(yàn)證明菌根可以使寄主植物更好地?cái)z取移動(dòng)性弱的養(yǎng)分元素,擴(kuò)大根的吸收面積,保護(hù)根部免受病原菌的侵襲,產(chǎn)生阻抑其他微生物的類似抗生素的物質(zhì)等。植物根際促生菌既可單獨(dú)使用,也可與其他微生物肥料復(fù)合使用,使促生、肥效作用更好地結(jié)合起來,以提高和加強(qiáng)應(yīng)用效果。但在復(fù)合時(shí),要考慮根圈促生細(xì)菌與其他微生物之間是否有拮抗作用。固氮菌是指能在土壤或作物根際生活,并固定空氣中N2,利用土壤中的有機(jī)質(zhì)或分泌物作為碳源的微生物。根據(jù)菌種及特性分為:(1)自生固氮菌,如固氮菌屬(Azotobactersp.)、氮單胞菌屬(Azomonassp.);(2)根際聯(lián)合固氮菌,如巴西固氮螺菌(Azorhizobiumbrasilense)、陰溝腸桿菌(Enterbactercloacae)等。固氮菌菌劑適用于各種作物,特別是禾本科作物和葉菜類作物,常拌種施用,也可作基肥、追肥。研究發(fā)現(xiàn),固氮菌能固定空氣中游離態(tài)N,為作物提供N養(yǎng)料,而且有的還能生成刺激植物生長發(fā)育的生長物質(zhì),促進(jìn)其他根際微生物的生長,有利于土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用。根瘤菌類是一類可以在豆科植物上結(jié)瘤和固氮的桿狀細(xì)菌,可侵染豆科植物根部,形成根瘤,與豆科植物形成共生固氮關(guān)系,是迄今研究最早、應(yīng)用最廣泛、效果最穩(wěn)定的微生物肥料之一。研究和應(yīng)用的主要根瘤菌劑是花生根瘤菌(Bradyrhizobiumsp.)、大豆根瘤菌(B.Japonicum)、豌豆根瘤菌(Rhizobiumleguminosarum)、苜蓿根瘤菌(R.meliloti),利用根瘤菌與豆科植物共生,植物根毛彎曲而形成根瘤來進(jìn)行固N(yùn)作用。近年來,從花生、大豆、綠豆、牧草、羽扇豆、金合歡、紫穗槐等根瘤菌中選育出許多優(yōu)良菌種,并已生產(chǎn)出多種根瘤菌肥。實(shí)踐證明根瘤菌的作用效果顯著,但根瘤菌只與豆科植物結(jié)瘤共生,而且根瘤菌的各個(gè)菌株只能感染一定的豆科植物,共生關(guān)系具有專一性。解鉀菌是從土壤中分離出的一種能分化鋁硅酸鹽和磷灰石類礦物的細(xì)菌,能夠分解伊利石、鉀長石、磷灰石等不溶性的硅鋁酸鹽無機(jī)礦物質(zhì),促進(jìn)難溶性的K、P、Si等養(yǎng)分元素轉(zhuǎn)化成可溶性養(yǎng)分增加土壤中速效養(yǎng)分的含量。硅酸鹽細(xì)菌又稱鉀細(xì)菌,是目前廣泛應(yīng)用的微生物肥料中的一種重要功能菌,大田試驗(yàn)證明它能在種子或作物根系周圍迅速增殖形成群體優(yōu)勢(shì),并分解硅酸鹽類礦物釋放出K等元素供植物利用,同時(shí)具有固N(yùn)和解P功能。池景良等研究表明,鉀細(xì)菌GK有較強(qiáng)的解K能力,用其制成菌肥可轉(zhuǎn)化土壤中的無效K為有效K,并可刺激作物對(duì)土壤中各種營養(yǎng)元素的吸收。固氮菌和鉀細(xì)菌混用可達(dá)到更理想的效果。解磷菌能利用微生物在繁殖和代謝過程中產(chǎn)生有機(jī)酸(如乳酸、檸檬酸)和酶(如植酸酶類物質(zhì)),使固定在土壤中的無機(jī)磷酸鹽溶解、有機(jī)磷酸鹽礦化或通過固定作用將難溶性磷酸鹽類變成可溶性P,供植物吸收利用。如芽孢桿菌屬(Bacillusacillus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、AM菌根菌、節(jié)桿菌屬(Arthrobacterspp.)、胞桿菌屬(Bacillusspp.)、氧化硫硫桿菌(Thiobacillusthiooxidans),其中發(fā)現(xiàn)最早、解P效果最好、應(yīng)用最廣泛的是解磷巨大芽孢桿菌(Bacillusmegatherium)。根據(jù)分解底物不同分為:無機(jī)磷微生物,能夠分解植物難以吸收的無機(jī)磷化合物;有機(jī)磷微生物,具有分解有機(jī)磷化合物能力。光合細(xì)菌是指能利用小分子有機(jī)物合成作物所需的養(yǎng)分,并產(chǎn)生促生長因子,激活植物細(xì)胞的活性,提高光合作用的能力,增加產(chǎn)量的一類細(xì)菌。光合細(xì)菌具有固C、固N(yùn)、氧化分解硫化物和胺類等有毒物質(zhì)、改善水質(zhì)、分解有機(jī)質(zhì)、抗病的生理生態(tài)特性。光合細(xì)菌在農(nóng)業(yè)作物上施用具有其獨(dú)特功效,比其他微生物肥料更具有綜合效應(yīng),既能作種肥,固定分子N,生成NH3,同時(shí)還能與其他根瘤菌聯(lián)合固N(yùn),甚至在黑暗條件下能分解許多有機(jī)化合物,