磷细菌肥料的研究和应用现状概述

磷细菌肥料的研究和应用现状概述摘要：磷细菌肥料是从提高磷素在土壤中的有效性、活化固定态磷资源、实现农业可持续发展等方面着手研制的一种新型的生物肥料。简要综述了国内外有关磷细茵肥料中磷细茵在土壤中的种类分布、解磷机制、茵株的分离筛选、解磷能力的测定方法及磷细茵肥料在农业生产上的应用和意义等方面的研究，并指出了日前仍待解决的问题磷关键词：磷解磷细菌研究应用研究和应用细菌肥料磷素农业可持续发展现状生物肥料Abstract:Abriefreviewisgivenofthestud),ofspeciesdistributioninsoilofphosphorusbacteriainphosphorusbacterialfertilizers ，themechanismofphosphorusdecomposition，theseparationandscreeningofstrains，themethodsforthedeterminationofphosphorusdecompositioncapacityandtheuseandsignificanceofthesefertilizersinagriculturalproduction，Theproblemstobesolvedyetarepointedout ．Keywords:phosphorusphosphorus-decomposingbateriastudyuse磷细菌肥料在农业生产上的应用及意义随着城市化建设的大规模兴起，农用耕地面积呈逐年下降趋势，为解决我国十几亿人口的粮食问题，就必须提高农作物单位面积产量。而只有向土壤投人充足的肥料才能使土壤充分地供给作物所需养分，才能获得高产。但不合理的大量施用化肥不仅造成不同程度的环境污染，如大气污染、水体富营养化等，而且也造成了磷素资源的大量浪费，严重影响了磷肥工业的可持续发展。因此合理有效施用磷肥、提高磷肥的利用率并开发新型环保肥料已成为当前农业生产中的热点，其中发展生物肥料是可减少大量施用化学肥料、提高化学肥料利用率的方法之一。磷是植物生长必需的营养元素之一，它既是植物体内许多重要有机化合物的组分，同时又以多种方式参与植物体内各种代谢过程，在人类赖以生存的土壤一植物一动物生态系统中起着不可替代的作用。但磷是不可再生资源，据统计，世界磷矿资源最多只能维持400年[1]，并且目前磷肥利用率低，一般低于20％[2J，土壤累积严重，造成大量磷素资源的浪费，严重影响了磷肥工业的可持续发展。因此，农业科学家通过从土壤中分离能够将植物难以吸收利用的磷转化为可吸收利用形态的微生物，并称其为解磷细菌或磷细菌。磷细菌最直接的作用就是使土壤中难溶性或不溶性的磷素转化成土壤溶液中的磷素，因此利用解磷细菌制成的菌肥具有重大开发应用价值。前苏联和东欧一些国家在2O世纪5O年代推广菌肥时发现，解磷细菌不仅可改善植物磷素营养，也能够加强土壤中硝化细菌和其它有益微生物的活动，显著改善植物根部营养。我国对解磷细菌的研究起步于2O世纪5O年代，在2O世纪9O年代有研究人员把从小麦根际土壤中分离出的一种有较强溶解磷酸三钙能力的无孢子杆菌接种到玉米及谷子中进行砂培试验，结果表明玉米干物重增加了32%〜45%，谷子干物重增加了5l％[4]；还有将溶磷酸铁细菌接种于空心菜及叶莴苣的盆栽土壤中，结果发现不仅可以增加产量，而且具有减少施用半量磷肥的功效[5]。因此，可以将磷细菌研制开发为磷细菌肥料，它不仅可以提高施人土壤中磷肥的有效性，同时可活化土壤固定态磷。存在于土壤中的磷细菌的种类及分布土壤中具有解磷能力的微生物种类很多，而且很复杂。目前研究报道较多的主要是解磷细菌，其种类有假单胞菌属(Pseudomonas)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、欧文氏菌属(En~'inia)、沙雷氏菌属(Serratia)、黄杆菌属(Flaxrobacterium)、肠细菌属(Enterbacter)、微球菌属(Micrococcus)、固氮菌属(Azotobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)、沙门氏菌属(Salmonella)、埃希氏菌属(Escherich—ia)、色杆菌属(Chromobacterium)、产碱菌属(Al—caligenes)、节细菌属(Arthrobacter)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)和多硫杆菌属(Thio—bacillus)等[6]。并且在不同的土壤、不同的作物根际中解磷细菌的种类与分布都存在一些差异，如在耕地土壤中主要的有机膦降解细菌是芽孢杆菌属，而林地、菜地土壤中主要是假单胞菌属[7]；豆科植物根际的解磷细菌主要是芽孢杆菌属[8]，而小麦根际解磷细菌主要为芽孢杆菌属和埃希氏杆菌属[9].另外，曾有研究发现土壤中的大部分解磷细菌存在于植物根际，而非根际土壤中的解磷细菌的种类与数量相对较少，且有机膦细菌相对比无机磷细菌要多[10]。磷细菌肥料的解磷机制关于磷细菌肥料的解磷机制通常认为是磷细菌可分泌有机酸，使环境pH值降低或与铁、铝、钙、镁等离子相结合，从而使难溶性磷酸盐溶解。但环境pH值降低并不是磷细菌解磷的必要条件，两者之间的相关性比较微弱[11][12]。目前关于磷细菌解磷机制的研究有如下几个方面。1.有机膦酸盐的分解作用有机膦细菌在代谢过程中产生各种酶类，如核酸酶、植酸酶、膦酸酶，通过这些酶的作用可使有机膦化合物分解成植物可以吸收利用的可溶性磷。有机瞵酸盐还能被细菌产生的有机酸溶解，经水解作用可释放出游离磷酸盐。.无机磷酸盐的溶解作用磷细菌在代谢过程中分泌有机酸，如乳酸、羟基乙酸、柠檬酸和草酸等，使pH值降低，同时结合铁、铝、钙、镁等离子，从而使难溶性磷酸盐溶解。细菌的呼吸作用放出的二氧化碳可以使周围环境 pH值降低，从而使磷酸盐溶解。磷细菌能释放出硫化氢，可与磷酸作用，产生磷酸亚铁和可溶性磷酸盐[13]。微生物腐解植物残体而产生胡敏酸和富里酸，这 2种酸能与复合磷酸盐中的钙、铁、铝螫合，从而释放出可溶性磷素，它们还可以与铁、铝及磷酸盐形成稳定的可溶性复合物，这些复合物可以被植物吸收利用[14]。磷细菌对钙离子的吸收也能使磷酸根离子进人土壤溶液，从而被植物吸收利用。3.无机磷酸盐的氧化作用和还原作用某些异养型磷细菌由于生存环境氧化状况的改变，能使不溶性无机磷酸盐转化为可溶性的亚磷酸盐和次磷酸盐。如丁酸梭状芽孢杆菌(Clos—tridiumbutyricum)在极其潮湿呈厌氧状态的土壤环境中，可以将磷酸盐转化为亚磷酸盐和次磷酸士卜[15】。细菌细胞的固定与释放作用可溶性磷酸盐进人生长着的细菌细胞内，然后被固定，当细胞死亡后，又重新释放并被植物吸收利用。一般细菌和放线菌积累的磷素(占其总干重的1.5%〜2.5%)略高于真菌(0.5%〜1.O%)。4磷细菌肥料菌株的分离筛选及解磷能力的测定方法磷细菌肥料菌株一般是从土壤中提取，采用稀释平板培养法进行划线分离筛选，培养基为牛肉膏蛋白胨琼脂培养基(液培时不加琼脂)【16】引，然后适当加含有磷素的物质，如一般有机膦细菌的培养基加蛋黄或卵磷脂，而无机磷细菌的培养基加过磷酸钙。初培养后根据菌落的大小、形状、颜色及生长速度等特性挑选出优势菌株，将其接种在特定的有机或无机磷细菌培养基上进行再培养，培养后测量周围较透明的溶磷圈的直径{17}，溶磷圈直径大表明此种菌的解磷能力强，这是一种较简单且方便的测定解磷能力的方法。另一种比较准确的测定解磷能力的方法是将解磷细菌接种至含有磷养分的培养液中，以未接种过解磷菌的培养液作对照，同时进行培养，一段时间后，用钼蓝比色法间接测出培养液中可溶性磷素的含量，从而反映磷细菌的解磷能力【18】。第三种方法是同位素示踪法【19】。目前磷细菌肥料研究应用中仍存在的问题目前虽然关于磷细菌肥料研制及应用的研究已有很多，但仍存在着多方面的问题，主要有：(1)磷细菌的种类繁多，分解机制不尽相同而且较为复杂，因此对于不同的土壤和植物类型，与其相适应的磷细菌种类难以确定。(2)磷细菌肥料施人土壤后的变化情况及消长过程、溶磷作用的最佳条件等方面还不太清楚。(3)对于磷细菌肥料解磷特性的生理学和遗传学研究还较少，尤其是在指示和调节方面。(4)大量的研究发现，单用菌肥效果不很明显，所以磷细菌肥料和磷肥配合合理施用可能会有更好的效果。微生物肥料的功效已得到人们的认可，但其效果的稳定性和科学的评价问题未根本解决，制约了我国微生物肥料的进一步推广和普及。造成这种情况的原因是由于微生物肥料的作用受许多条件的制约，对一些制约因素不清楚或根本不了解，因而无法发挥其稳定的功效。因此，需要国家的立项支持，开展微生物和作物及品种之间的关系、菌在载体上的存活，微生物进入土壤后的存活、在根际的定殖、微生物之间的竞争、以及其应用方法等研究，为微生物肥料的研究和应用提供技术支撑，从而推进我国的微生物肥料的健康发展和广泛应用。参考文献1HignettTPeta1．In：SwaminathanMSandSinha．SK(Ed)GlobalAspectsofFoodProductionGroatBlltain ．LongmanPress，1977，327—3682唐勇，陆玲，杨启银，虞光华．解磷微生物及其应用的研究进展．天津农业科学，2001，7(2)钟传青，黄为一．提高磷矿粉肥效的生物学途径．化肥工业， 2002，29(2)：15—17陈廷伟．微牛物对不溶性无机磷化合物的分解能力及其接种效果．微生物，1995,2(5):210〜215赵小蓉，林启美，孙焱鑫等．小麦根际与非根际解磷细菌的分布．华北农学报，2001,16(1):111〜115赵小蓉,林启美．微生物解磷的研究进展．土壤肥料,2001,(3)林启美,赵小蓉等．四种不同生态环境中解磷细菌的数量及种群分布．土壤与环境，2000,9(1):34〜37PaulNB，SundaraRao．WVB．Phosphate-dissolvingbacteriaintherhizosphereofsomecultivatedlegumes．PlantandSoil，1971，35:127—132、WVB，SundaraI~oandandMKSinha．Phosphatedissolvingmi．croorgamismsintherhizosphereandsoil．IndiaJAcSoi，1963，33(4):272〜278SperberJ1．Theincidenceofapatitesolubilizingorganismsintherhizosphereandsoil ．AustJAgricRes，1958，(9):778〜78111RMNKucey．EfectofPenicilliumbilajionthesolubilityanduptakeofPandmicronutrientsfromsoilbywheat．CanJSoilSol，1988，68:261〜270PlllmerandFSehinner ．Solubilizationofinorganicphosphatesbymicroorganismsisolatedfromforestsoils．SoilBiolBiochem，1992，24(4):389〜395SperberJ1.Solutionofmineralphosphatesbysoilbacteria.Na-ture,1957，180:994—995梁绍芬，姜瑞波．解磷微生物肥料的作用和应用(第五