微生物肥料在农业生产中的应用

微生物肥料在农业生产中的应用

微生物肥料也称为生物肥料、生物肥源肥和过敏剂，是指含有生物酶的特定产品，通过激活微生物的生命活动，增加植物养分的消耗，促进植物生长，改善农产品质量和生态环境，其中微生物发挥着重要作用。土壤中有大量的微生物在活动,特别是在植物根际。相当数量的细菌和真菌种类相互作用,与植物构成一个整体系统,对植物生长发挥有益的作用。与传统化学农业相比,微生物的应用主要有以下优点:(1)微生物产品的使用比许多化学品更安全;(2)无有毒物质,微生物在食物链中不积累;(3)微生物自我复制可避免重复施肥;(4)当化学制剂被用来消除害虫对植物生长的危害,目标生物很少产生抗药性;(5)适当发展生物防治剂对生态过程或环境无害。1微生物肥料相互作用机制1.1改善植物生长许多微生物种类在生长繁殖过程中不但能够直接给作物提供某些营养元素,而且产生对植物有益的代谢产物,如细胞分裂素、吲哚乙酸、赤霉素、脱落酸等,都能够不同程度地刺激和调节植物生长,使植物生长健壮,营养状况得到改善,进而达到增产效果。80%的根际细菌能产生吲哚乙酸,其中主要有根瘤菌、黄单胞菌、假单胞菌等。固氮菌能分泌维生素B1、B2、B3、吲哚乙酸等,刺激植物生长发育。1.2磷细菌的降解各种自生、联合、共生的固氮菌类和根瘤菌类微生物肥料可以固定空气中的N,增加土壤中的N来源和植物的N营养。一些芽孢杆菌、假单胞菌可以将土壤中难溶性的P、K溶解出来,转变为作物能吸收利用的P3+、K+,使植物营养充足。磷细菌的解P主要机理:(1)分泌多种有机酸,降低环境中pH,使难溶性磷酸盐降解为有效P;或有机酸与Ca2+、Fe3+等络合或螯合而使难溶性磷酸盐溶解;(2)分泌质子,使培养介质的酸度提高,pH降低,质子与磷酸盐交换从而使磷矿粉溶解;(3)产生胞外磷酸酶,通过酶促反应有机P降解为有效P。作物接种VA菌根接种剂后,萌发的菌丝可以吸收更多的营养供给植物吸收利用,其中以对P的吸收最明显,对在土壤中活动性差、移动缓慢的元素如Zn、Cu、Ca等也有促进吸收的作用。Sandeep等研究表明假单胞菌LES4和LES7具有较好的溶P活性。丛枝菌根真菌(AMF)有助于提高P和微量元素的可用性和吸收。1.3生物酶制剂的保鲜微生物肥料中的特殊微生物可提高宿主的抗旱性,抗盐碱性,抗极端温度、湿度、pH,抗重金属毒害等能力,增强植物逆境生存能力。有些微生物肥料对有害微生物有生物防治作用,诱导植物过氧化物酶、多酚氧化酶、苯甲氨酸解氨酶等参与植物防御反应,有利于防病抗病。在植物根部接种微生物肥料,微生物在植物根部大量生长繁殖,形成优势种群,限制其他病原微生物的繁殖机会,降低了植物病虫害的发生。同时,有些微生物对病原微生物还具有拮抗作用,起到了减轻植物病害的功效。光合细菌对提高植物抗性有明显的作用,其含有抗病毒因子,在光照及黑暗条件下均有钝化病毒能力,阻止病原菌滋生,还能对危害卷心菜的镰刀菌产生胞溶作用,减轻其对植物的危害。2基质生产型微生物肥料的种类因分类依据而有所不同。根据基质和形态不同分为:固体菌肥,以固体材料(主要以草炭为载体,有粉剂、颗粒、冻干、琼脂4种剂型)作为基质生产的生物肥料;液体菌肥,以液体材料作为基质生产的生物肥料。液体菌肥由发酵液直接装瓶或上部用矿油封面。根据组成成分可分为微生物菌剂和微生物复合肥料两大类。2.1微生物草剂2.1.1促进生细菌的细菌2.1.2固氮菌剂2.1.3根瘤菌剂2.1.4解钾细菌2.1.5解磷菌剂2.1.6合成光度菌2.2肥料作用及生态修复微生物复合肥料除含有效微生物外,还有一些营养物质。根据营养物质分为:微生物和有机物复合;微生物和有机物质及无机元素复合。根据作用机理分为:以营养为主;以抗病为主;以降解农药为主;多种作用同时兼有。每种肥料各有特色,作用不完全一致,但目的都是为了提高作物产量,减少化肥用量,降低成本,改良土壤和改善作物品质,保护生态环境。主要产品有阿姆斯、保绿丰、田力宝、EM、BOF等。微生物复合肥料的使用比较复杂,在同一基质内不同微生物之间的使用既可能表现为互惠、联合、共存,也可能表现为互相拮抗。微生物复合肥料内营养物的构成比较复杂,有机物、无机元素或两者均有的比例也各不相同,增效效果也不同。3应用效果3.1黄瓜汁的生产微生物肥料在蔬菜上应用和研究较为广泛,在白菜、黄瓜、玉米、番茄、大豆、辣椒、苦瓜、菜薹、包心菜等种植中都有施用,且效果显著。试验表明,微生物肥料能促进黄瓜的生长发育,显著提高黄瓜的净光合强度,雌花节率和座果率,前期产量和总产量,干物质、可溶性糖、叶片叶绿素和Vc含量,改善产品口味,且能显著降低硝酸盐含量。EM微生物堆肥能明显增加冬小麦和夏玉米的产量,年均总产比等量传统堆肥增产8.3%~8.9%,其中冬小麦增产8.3%,夏玉米增产8.2%~9.4%。刘旭等研究表明,施用EM生物有机肥可以促进甜玉米的生长,甜玉米植株株高、茎粗、叶面积均有所增加,植株前期生长加快,植株抗倒伏和光合性能增强。3.2土壤增肥剂对番茄的影响李玉华等在库尔勒香梨上的试验表明,在习惯施肥的基础上增施微生物菌肥,产量提高2.56~4.24t/hm2,增产10.47%~17.33%,经济效益显著。Hortencia等研究表明,PGPR对番茄果实品质有积极影响,特别是果实的大小和质地。李保会等对草莓的研究表明,施用微生物肥料后,草莓成熟果实含酸量降低,含糖量、糖酸比、可溶性固形物、Vc含量提高,从而提高了果实品质。SC27微生物土壤增肥剂能增强柑桔树势,提高产量,增产率达7.2%~23.4%,还能显著提高柑桔果实品质,使单果重增加,糖酸比、可溶性固形物及Vc含量、可食率提高。微生物肥料不仅能提高作物产量,对果树增加抗病性也有显著效果。凌宁等研究表明,在营养钵中施用BOF微生物肥料育苗后移栽到大田能有效防治西瓜连作土壤上西瓜枯萎病的发生,同时更利于西瓜苗根系生长,有助于壮苗。3.3种植作物的应用3.4真菌对彩叶草生长的影响绿营高301肥料在马褂木的肥料养分吸收方面有重要作用,促使其茎基粗、株高和冠幅的增幅加大,同时提高经济效益。马颖等研究表明,接种AM真菌能够侵染彩叶草实生苗并促进其生长发育。姜洪波研究也表明,接种AM真菌提高了大丽花、孔雀草和金盏菊幼苗的移栽成活率,促进植物生长发育,开花期提前和延长,盛花期的着花数量增多。宋玉珍研究表明,通过对比施用微生物肥料与不施用肥料的盐碱土上种植乔木、灌木等造林树种,施用微生物肥料的乔木、灌木在成活情况、乔木胸径、枝条长度、灌木分枝数、叶生长、根系发育、外貌、植株颜色和生长势等方面均明显优于对照树木。3.5高效液相代谢抑制剂胡可等研究表明,施用生物有机肥后土壤微生物营养得以改善,代谢能力提高,进而竞争力加强;土壤微生物利用碳源能力增加,使微生物保持较高活性,提高土壤微生物多样性。阎淑珍等研究表明,R-1泾阳链霉菌(Streptomycesjingyangensis)、R-2(Streptomycessp.)发酵液的代谢物质明显抑制棉花枯萎病菌、草莓灰霉病菌、油菜菌核病菌、棉花黄萎病菌的生长,对孢子萌发也有抑制作用。凌宁等研究表明,施用BOF后致病菌(尖孢镰刀菌西瓜专化型)数量在根际土壤中为0.7×103cfu/g,在土壤中为2.7×103cfu/g,都控制在104cfu/g以下,而当数量级超过103cfu/g时,西瓜植株开始发病。杨玉新等以微生物肥料处理大棚蔬菜土壤,结果发现土壤中的硝化细菌、亚硝化细菌、好气性纤维分解细菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌等土壤有益微生物显著增加,而反硝化细菌、霉菌等有害微生物数量明显下降。3.6有机磷农药的降解施用微生物肥料,能减少化肥的使用量,土壤环境得到改善,土壤板结程度降低,遏制因大量施用化肥而使土壤肥力下降的趋势,提高土壤资源自我恢复能力,且作物品质提高。常春藤复合微生物肥具有缓释增效作用,和化肥一起施用,可提高肥效,减少化肥用量30%,无需使用Zn、B等微肥,使作物增产增收,减少环境污染,具有显著的社会和经济效益。研究表明,微生物对环境中有机磷农药的降解起重要作用,利用微生物及其产生的降解酶对环境中有机磷农药的净化处理是行之有效的。宫占元等研究表明,侧孢芽孢杆菌BL-21和BL-22对有机磷农药水胺硫磷的解P率分别达58.98%和75.5%,对氧化乐果的解P率分别为32.66%和29.10%。地衣芽孢杆菌分泌的多种蛋白类抗菌物质(多肽类、几丁质酶、抗菌蛋白)可有效抑制一些植物病原菌的生长,减少有机农药的施用。4生物酶制剂复合使用随着化肥大量使用导致土壤性质恶化、土壤肥力下降、地下水污染、农产品品质降低等问题日益突出,减少使用化学合成品,生产安全、无公害的绿色食品已成为发展趋势。生物技术的发展和高新技术对生物技术的渗透,都为微生物肥料的的产品质量、应用领域和效果、产业的发展提供了契机和突破。微生物肥料非养分效应作为潜在生物农药和生物促生剂得到广泛研究,目前正由豆科接种剂向非豆科用肥、由单一接种剂向复合生物肥、由单一菌剂向复合菌剂、由单一功能向多功能方面发展、由用无芽胞菌种生产向用有芽胞菌种生产转化等趋势。微生物肥料发展很快,但也存在一定的问题,应更深入研究微生物肥料促进植物生长的机理,加大基础性研究力度;改进生产工艺,完善生产发酵设备,提高生产技术;开发高新产品,筛选优良菌种,大力发展肥料品种,增加产品质量稳定性。促生菌是自由生活在土壤或附生与植物根际的一类可促进植物生长、防治病害、增加作物产量的有益菌类。主要作用有分泌植物促生物质、促生豆科植物结瘤、促进植物出芽、对土传病害的生物调控作用。试验证明菌根可以使寄主植物更好地摄取移动性弱的养分元素,扩大根的吸收面积,保护根部免受病原菌的侵袭,产生阻抑其他微生物的类似抗生素的物质等。植物根际促生菌既可单独使用,也可与其他微生物肥料复合使用,使促生、肥效作用更好地结合起来,以提高和加强应用效果。但在复合时,要考虑根圈促生细菌与其他微生物之间是否有拮抗作用。固氮菌是指能在土壤或作物根际生活,并固定空气中N2,利用土壤中的有机质或分泌物作为碳源的微生物。根据菌种及特性分为:(1)自生固氮菌,如固氮菌属(Azotobactersp.)、氮单胞菌属(Azomonassp.);(2)根际联合固氮菌,如巴西固氮螺菌(Azorhizobiumbrasilense)、阴沟肠杆菌(Enterbactercloacae)等。固氮菌菌剂适用于各种作物,特别是禾本科作物和叶菜类作物,常拌种施用,也可作基肥、追肥。研究发现,固氮菌能固定空气中游离态N,为作物提供N养料,而且有的还能生成刺激植物生长发育的生长物质,促进其他根际微生物的生长,有利于土壤有机质的矿化作用。根瘤菌类是一类可以在豆科植物上结瘤和固氮的杆状细菌,可侵染豆科植物根部,形成根瘤,与豆科植物形成共生固氮关系,是迄今研究最早、应用最广泛、效果最稳定的微生物肥料之一。研究和应用的主要根瘤菌剂是花生根瘤菌(Bradyrhizobiumsp.)、大豆根瘤菌(B.Japonicum)、豌豆根瘤菌(Rhizobiumleguminosarum)、苜蓿根瘤菌(R.meliloti),利用根瘤菌与豆科植物共生,植物根毛弯曲而形成根瘤来进行固N作用。近年来,从花生、大豆、绿豆、牧草、羽扇豆、金合欢、紫穗槐等根瘤菌中选育出许多优良菌种,并已生产出多种根瘤菌肥。实践证明根瘤菌的作用效果显著,但根瘤菌只与豆科植物结瘤共生,而且根瘤菌的各个菌株只能感染一定的豆科植物,共生关系具有专一性。解钾菌是从土壤中分离出的一种能分化铝硅酸盐和磷灰石类矿物的细菌,能够分解伊利石、钾长石、磷灰石等不溶性的硅铝酸盐无机矿物质,促进难溶性的K、P、Si等养分元素转化成可溶性养分增加土壤中速效养分的含量。硅酸盐细菌又称钾细菌,是目前广泛应用的微生物肥料中的一种重要功能菌,大田试验证明它能在种子或作物根系周围迅速增殖形成群体优势,并分解硅酸盐类矿物释放出K等元素供植物利用,同时具有固N和解P功能。池景良等研究表明,钾细菌GK有较强的解K能力,用其制成菌肥可转化土壤中的无效K为有效K,并可刺激作物对土壤中各种营养元素的吸收。固氮菌和钾细菌混用可达到更理想的效果。解磷菌能利用微生物在繁殖和代谢过程中产生有机酸(如乳酸、柠檬酸)和酶(如植酸酶类物质),使固定在土壤中的无机磷酸盐溶解、有机磷酸盐矿化或通过固定作用将难溶性磷酸盐类变成可溶性P,供植物吸收利用。如芽孢杆菌属(Bacillusacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、AM菌根菌、节杆菌属(Arthrobacterspp.)、胞杆菌属(Bacillusspp.)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans),其中发现最早、解P效果最好、应用最广泛的是解磷巨大芽孢杆菌(Bacillusmegatherium)。根据分解底物不同分为:无机磷微生物,能够分解植物难以吸收的无机磷化合物;有机磷微生物,具有分解有机磷化合物能力。光合细菌是指能利用小分子有机物合成作物所需的养分,并产生促生长因子,激活植物细胞的活性,提高光合作用的能力,增加产量的一类细菌。光合细菌具有固C、固N、氧化分解硫化物和胺类等有毒物质、改善水质、分解有机质、抗病的生理生态特性。光合细菌在农业作物上施用具有其独特功效,比其他微生物肥料更具有综合效应,既能作种肥,固定分子N,生成NH3,同时还能与其他根瘤菌联合固N,甚至在黑暗条件下能分解许多有机化合物,