微生物肥料的种类和作用

1.2 微生物肥料的种类和作用
1.2.1
微生物肥料的种类
    微生物肥料的种类较多，按照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（如抗生菌肥料）、真菌类肥料（如菌根真菌）；按其作用机理分为
根瘤菌肥料、固氮菌肥料（自生或联合共生类）、解磷菌类肥料、硅酸盐菌类肥料等；按其制品内含分为单一的微生物肥料和复合（或复混）微生物肥料。复合（或复混）微生物肥料又有菌、菌复合，也有菌和各种添加剂复合的。我国目前市场上出现的品种主要有：
1.2.1.1根瘤菌肥料
    根瘤菌与豆科植物的共生固氮是举世公认的。根瘤菌肥料的出现和应用已有l00多年历史，目前是世界上公认效果最稳定、效果最好的微生物肥料。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。从根瘤菌肥料可适用的面积和适用范围看，根瘤菌肥料的种类、数量都具有极好的发展前景。   
1.2.1.2
固氮菌类肥料
    自生和联合固氮微生物单就固氮而言，比起共生固氮的根瘤菌，其固氮量要少得多，而
且施用时受到更多条件的限制，如更易受到环境条件中氮含量的影响。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，有使植物根、叶重增加的效果。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，并能耐受不良环境影响的菌株是此类制剂的研究方向。
1.2.1.3 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，施用能够分解土壤中难溶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途径。一些研究人员将这些分解利用卵磷脂类的细菌称为有机磷细菌，分解磷酸三钙的细菌称为无机磷细菌，实践中往往很难区分。
1.2.1.4 硅酸盐细菌肥料
    使用的菌种主要指胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）及土壤芽孢杆菌（Bacillus edophicus）。此类细菌从发现至今已有80多年的历史。在我国的实际应用中报道它们能分解土壤中难溶的磷，钾等营养元素。有人认为菌体和发酵液中存在刺激作物生长的激素类物质，在根际形成优势种群，可抑制其他病原菌的生长，因而达到增产效果。但是对它们分解释放可溶性钾元素对作物是否有实际意义有不同看法，需要进一步研究、验证。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。   
1.2.1.5 与PGPR类联合使用的制剂
PGPR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的，有的如与微生物肥料联合使用将会取得更好的增效作用，但需要进一步加强研究才能更快实现产品的开发和应用。
1.2.1.6 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。光合细菌的种类较多，包括蓝细菌、紫细菌、绿细菌和盐细菌，与生产应用关系密切的，主要是红螺菌科中的一些属、种。
1.2.1.7 芽孢杆菌制剂
    我国的微生物肥料近几年出现了一些以芽孢杆菌（Bacillus spp）或类芽孢杆菌（Paenibacillus spp.）为生产菌种的产品，对它们的作用虽有研究但不深入，有的认为其作用是固氮，有的认为是解磷，有的把它们归为激素产生菌，还有的认为与生物防治有关。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。现已有一些试验结果表明，某些种类是不宜组合的，某些种类的安全性也需进一步鉴定。对芽孢杆菌或类芽孢杆菌的研究和开发应持积极、慎重的态度，同样要加强其基础和应用基础研究，不应看到一个方面而忽视了另一个方面。
1.2.1.8 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，主要的类型有菌加菌的复合微生物肥料、菌加各种营养元素或添加物、增效剂的复合微生物肥料。对这类产品使用的微生物种类、工艺过程、产品标准和使用效果的辨析尤其要加强研究。
1.2.1.9 抗生菌肥料
抗生菌肥料系指用分泌抗菌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，
如细黄链霉菌（
Streptomyces jingyangesis）。我国应用多年的“5406”即属此类，应用后不仅有肥效作用而且能抑制一些作物病害，刺激和调节作物生长、由于生产过程的诸多不便，其土法制剂已几乎无人生产，现在工艺有新的发展，出现了以原菌种生产作物促生菌剂的产品。
1.2.1.10 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。生产上应用有两个方面：一种是直接用于秸秆的腐熟、分解，然后将其还田；第二种是将分解腐
熟的秸秆再配以其他原料制成肥料。各地反映产品有许多需要改进的地方，应用成果也要多
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。
1.2.1.11 微生物生长调节剂
    此类制剂系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
（Bacillus subtilus）。目前，存在的主要问题是产品的有效成分、质量稳定情况和产品标准。
1.2.1.12 AM菌根真菌肥料
    使用的菌种包括由内囊霉科多数属、种形成的泡囊——丛枝状菌根（Vesicular-arhuscular mycorrhiza），简称AM真菌，还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AM真菌，目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亦需进一步解决。
    还有一些其他种类，这里不再介绍。
1.2.2
微生物肥料的作用
微生物肥料的功效是一种综合作用，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。
1. 直接为植物提供营养元素
这是微生物肥料的主要功效之一。例如根瘤菌肥料，可以增加土壤中的氮素来源。微生物肥料中最重要的品种之一是根瘤菌肥料（接种剂），它可以侵染豆科植物根部形成根瘤，将空气中的氮转化为氨，供给豆科植物一生中氮素的主要需求（一般为50％~60%），也就是根瘤菌在根瘤中的生命活动给豆科植物制造和提供了氮素营养来源。与化学氮肥相比更具有无可比拟的优越牲，不存在化学氮肥施用后因挥发、淋失和土壤养分失调等造成的利用率不高和污染环境的问题。但自生、联合固氮菌肥料固氮量少且难以定量。
2. 活化并促进植物对营养元素的吸收
    多种溶磷、解钾的一些微生物，可以将土壤中难溶的磷、钾溶解，转变为作物能吸收利用的磷、钾化合物，这种溶解作用的量和对于作物的意义尚待进一步的研究；植物铁素营养的吸收转运得益于细菌胞膜上的各种铁载体蛋白。许多研究报道AM菌根真菌肥料能增加宿主对Zn、Cu、Ca、Mg、Mn、Fe的吸收，这已是不争的事实。有研究表明某些微生物肥料可活化并促使矿物释放Fe、Mg等元素。氧化硫细菌使单质硫氧化，使土壤pH值降低，促进了欧洲油菜对Fe、S、Mn元素的吸收。一些微生物肥料的应用还增加了土壤中的有机质，提高了土壤的肥力。微生物的生命活动与土壤肥力之间的关系是肯定的，由于研究手段的不足，有些机理一时还难以全面阐明，如多年来对于微生物生命活动与土壤难溶钾的活化一直是争论不休的话题。
3. 产生多种生理活性物质刺激调节植物生长
    目前，有关微生物肥料促进植物生长的机理研究表明，活的微生物活动产生的植物激
素、酸性物质以及维生素都不同程度能刺激调节植物的生长。
    植物激素（Plant Hormones）类物质主要有生长素（auxin，主要是IAA）、赤霉素（gibberelin，主要是GA3、GA1）、细胞分裂素（cytokinin，CIK）、脱落酸（abscisic acid，ABA）、乙烯（ethylene）和酚类化合物及其衍生物等。目前，对根际促生细菌产生IAA的作用及机制的研究校为深入，而对GA、CTK、ABA、乙烯的研究报道还相当少，有待进一步深入。
    各种微生物肥料通过自身TCA产生的许多有机酸除了有螯合作用和酸溶作用外，其本身就是一种生理活性物质，可促进作物生长。有研究表明，1∶1的琥珀酸与乳酸混合，在10/106浓度时，使得植物根生长量增加40%。有人对硅酸盐细菌K1的研究结果表明，该细菌产生的柠檬酸在达到100μg·g－1时，可促进水培玉米的生长。水杨酸（salicylic，SA）是一种铁载体，可使植物产生系统获得性抗性（SAR）。同时SA本身又是一种激素，可诱导植物开花和产热，能抑制乙烯的生物合成，还可以促进种子萌发，抑制伤信号的转导。 DNA降解物N-6-苄基腺瞟呤（CTK合成前体）可产生类似于CTK的作用。
4. 产生抑病作用间接促进植物生长
微生物肥料（包括PGPR制剂）能产生铁载体（siderophores）、抗生素（antibiotics）、系统防卫酶[包括几丁质酶（chitinase）和β-1,3葡聚糖酶（β-1,3-polyglucosa- nas）]和氰化物（HCN）等多种物质抑制细菌、真菌、病原线虫性病害，还有的研究认为PGPR接种后与其促使根内木质素增加有关，有的也能诱导系统抗性（induced systemic resisitance，ISR）间接达到促进植物生长的作用。
一些试验和报告还指出，微生物肥料施用后其减轻或降低病虫害的作用不完全是一些特异性的拮抗作用，制品用于土壤后一方面改变了根际的微生物区系。另一方面，制品中微生物在作物根面、根际的定殖，占据了病原微生物的繁殖空间、间接起到了减轻或降低了病虫害的发生
频率。
微生物肥料分泌的植物促生物质，如产生赤霉素、激动素、吲哚乙酸，生命素、泛酸、多种维生素和氨基酸等类物质也可促进植物生长，增强其抗病能力。
5. 提高植物的抗逆性
    有些微生物肥料中的微生物可提高宿主的抗旱性、抗盐碱性、抗极端温度、湿度和pH
值、抗重金属毒害等能力，提高宿主植物的逆境生存能力。如AM菌根真菌肥料有一定抗旱能力，不同菌株之间的抗旱能力具明显差异，并可筛选出抗旱菌株。利用AM菌根真菌菌种接种白三叶草的研究结果表明，在相当于田间持水量20%的土壤水分条件下，虽然三叶草总生长量下降，但经过接种处理的植物其地上部分干重仍然高于对照，增幅达25~33％。又有研究表明，经高温蒸汽灭菌的土壤中Mn的含量提高了15倍，对植物生长有毒害，而接种AM菌种后提高了植物对Mn的抗性。        
6. 减少化肥的使用和提高作物产量和品质
使用微生物肥料后可以减少化肥的施用量。国外的许多研究者在根瘤菌的应用研究中，常常在田间试验中设减氮的对照，用以说明使用根瘤菌以后由于固氮增加而相应减少氮素化肥施用量的多少。不同的菌株施用后，减少氮肥用量不同，表明了菌株之间在固氮效率上的不同。除了根瘤菌肥以外，其他的微生物肥料在施用后也有减少化肥使用的效果。在同样有效的产量构成情况下，减少化肥的使用不仅有经济上的意义，而且有生态学方面的价值，对环境也有益处。
菌根菌类、复合微生物肥料、PGPR类、固氮菌类、光合细菌类和解钾菌微生物肥料的平均增产率依次为22.3%、21.2%、16.5%、14.7%、13.6%和12.2%。
微生物肥料对作物品质改良研究较少，主要为经济作物，而对粮食作物研究较少。从已有的研究可以看出微生物肥料对作物品质有改善作用，主要表现为：降低蔬菜亚硝酸盐含量，减少棉籽及油菜中的棉酚和芥酸含量，提高蔬菜和水果含糖量和维生素Ｃ含量，提高纤维类作物纤维的长度和强度，增加上等烟的比例，增强作物的抗病性。有的可以提高蛋白质含量，在有些情况下品质的改善比产量提高好处更大。
7. 目前正在研究、开发的作用
有关微生物肥料作用的外延和拓展，其中至少有几个方面值得一提，其一是对土壤环境净化作用；其二是对城市垃圾和作物秸秆的腐熟，用于秸秆还田和培肥地力的作用；其三是近些年，正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。其四是提高农作物产品品质和食品安全。
应用微生物肥料还有一些间接的好处，第一，可以节约能源，降低生产成本，与化学肥料相比，在生产时所消耗的能源要少得多。第二使用微生物肥料不仅用量少；而且由于它本身的无毒无害特点，没有污染环境的问题。
在这里有三个方面值得注意：一是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。二是上述微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物肥料的作用各有侧重，千万不能等同起来。三是微生物肥料与化肥的作用机理是不同的，至少在许多主要方面是完全不同的，二者不在一个平面上。化学肥料是向植物提供各种元素营养如氮、磷，钾及各种微量元素，而微生物肥料中能够直接参与为作物制造营养的是各种根瘤菌肥料，但前提必须使肥料中的根瘤菌侵人豆科作物根部，与宿主形成根瘤后才行。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。因此，仅用增产多少去评价和衡量微生物肥料的效应是不合理的。经过多年的实践，现在管理部门和许多农业微生物学专家和植物营养专家一致认为，微生物肥料的作用不仅可以用增产多少去评价，而且用产品品质的改进、病虫害的降低、减少化学肥料的用量等方面去评价既是合理的也是科学的。在生产中还应根据不同作物、不同时期配合使用追肥，一些宣传中号称的某某微生物肥料施用一次即可满足作物生长的全部需求，有的甚至宣称施用500g即可向作物提供充分的氮、磷、钾元素和微量元素是没有根据的。平衡施肥，对土壤、作物在任何时候都是很重要的，长期单一施用某一种化肥是不科学的。单凭宣传就认为微生物肥料可以或将要取代化肥是不实际的，同样也是不科学的。

[url=http://bbs.hcb1.3 微生物肥料生产技术规程
中华人民共和国2005年1月4日发布，2005年2月1日实施的中华人民共和国农业行业标准NY/T 883—2004《农业微生物菌剂生产规程》（Technical Regulation for Production of Agricultural Microbial Inoculants）对农用微生物菌剂生产中所涉及的生产环境、生产车间、菌种、发酵增殖、后处理、包装、储运及质量检验等技术环节作出要求。这里进行简要介绍。
1.3.1
生产环境及生产车间要求
要求厂区空气质量达到大气环境质量标准GB 3095-1996中Ⅱ类标准要求；发酵用水达到地表水质量标准GB 3838-2002中Ⅲ类水质要求，冷却水及其他用水达到标准中Ⅳ类水质要求。
要求发酵车间与吸附等后处理车间距离适当，相对隔离，有密闭且可以灭菌的传输通道；
菌种的储藏间、无菌操作间与生产车间相对隔离；发酵等生产关键性车间采用双路供电或备用一套发电机。建立定期用消毒剂进行生产设备和环境消毒的车间环境卫生制度。
1.3.2
生产技术流程
农用微生物菌剂的一般生产技术环节为：菌种→种子扩培→发酵培养→后处理→包装→产品质量检验→出厂。
1.3.2.1 菌种
原种是生产用菌种的母种，对原种的要求如下：有菌种鉴定报告、菌种的企业编号、来源等信息。
采用合适的方式保存菌种，确保无杂菌污染，菌种不退化。应选用一种以上适宜的方法保藏，常见菌种类型及相应保藏方式见表1-1。菌种要分类存放，定期检查；建立菌种档案。要严格控制菌种质量，在生产之前，应对所用菌种进行检查，以确认其纯度和应用性能没有发生退化。出现污染或退化的菌种不能作为生产用菌种，需进行菌种的纯化和菌种的复壮。
菌种纯化，可采用平板划线分离法或稀释分离法，得到纯菌种。必要时可采用显微操作单细胞分离器进行菌种分离纯化。对纯化的菌种应进行生产性能的检查。
菌种发生下列现象之一，应进行菌种复壮：（1）菌体形态及菌落形态发生变化；（2）代谢活性降低，发酵周期改变；（3）重要功能性物质的产生能力下降；（4）其他重要特性的退化或丧失。可采用将退化的菌种回接到原宿主或原分离环境传代培养，重新分离该菌种的方法进行复壮。
表1-1 农用微生物菌剂生产中菌种的常用保藏方式
保藏方式一般存放条件适合的微生物菌种类型一般保存期限冻干管保藏冰箱或室温
各类菌种
5年以上
沙土管保藏干燥条件
芽胞杆菌、真菌、放线菌
2年以上
石蜡油保藏4℃冰箱
各类菌种
1年以上
甘油管保藏-18℃冰箱或更低温度
主要是细菌
1年以上
固体曲保藏干燥条件,4℃冰箱
产生各类孢子的真菌
1年以上
常规保藏4℃左右冰箱
各类菌种
2个月~12个月