微生物肥料在现代农业中的应用

微生物肥料在现代农业中的应用

随着现代农业技术的发展和应用，对中国农业土壤产生了重大影响。首先,化肥使用量逐年增加,化肥利用率和化肥增产效益下降,浪费现象严重,平均利用率不到30%;第二,农药使用量逐年上升,引起环境污染,对农产品安全构成威胁;第三,土壤肥力下降,土壤退化包括荒漠化逐渐加剧;第四,土壤生态环境恶化,土壤生态功能下降;第五,中国化学肥料资源严重不足,这对农业可持续发展构成了严重挑战。微生物肥料的开发和应用对于中国农业的可持续发展特别重要,它在土壤肥力的提高与保持、营养元素的转化、提高化肥利用率、促进作物生长、拮抗土传病害,环境净化与生态系统的平衡等方面起着重要作用。一、微生物肥料的分类和作用(一)农业生物肥料微生物肥料是利用高科技手段将野外环境中筛选出来的微生物经诱变、复壮后,再经工业发酵,以草碳、褐煤、粉煤灰等为载体精加工而成的一种高含菌量的生物制剂,能通过微生物的特定作用给植物提供营养、调节植物生长。生物用于农业生产中能够获得特定的肥料效应,可作为化学肥料的有益补充。目前,中国生产应用的微生物肥料可分为固氮菌类、解磷菌类、解钾菌类、光合细菌类、菌根菌类、抗生菌类、复合菌类等。根据查阅1989年以来各类有关菌肥的文献发现,以固氮菌类、解磷菌类、解钾菌类和复合菌类为主,而光合细菌类、菌根菌类、抗生菌类的研究较少,也有个别有关促进植物生长的根际细菌的报道。微生物肥料作为一种生物制剂与化学肥料相比具有以下特点:不破坏土壤结构、保护生态、不污染环境;对人、畜和植物无毒无害;肥效持久;提高作物产量和改进作物产品品质;成本低廉;有些种类的生物肥料对作物具有选择性;其效果往往受到土壤条件和环境因素的制约。(二)微生物肥料的主要作用1.生物菌肥结合剂对番茄生长的影响各种自生、联合或共生的固氮生物肥料,都可以增加土壤中氮素的来源;有溶解磷、钾作用的微生物,可分泌多种有机酸,有机酸通过螯合作用促使难溶性磷及封闭态钾的释放;根际微生物还可以分泌一些诱导物提高土壤酶活性,有利于根际土壤养分的转化便于植物对营养物质的吸收利用。2007年何良祖在田州等5个乡(镇)建立了60块简单对比示范田种植番茄,研究使用化肥与微生物菌肥(1hm2用申丰生物菌肥约150kg+约600kg农家肥+化肥原用量的一半)对土壤的影响。结果表明对照区土壤手感干硬、板结,土表颜色发干发白,而生物菌肥区的土壤手感较松软且有点湿润凉快感,土表颜色深暗而不发干发白。在畦面深0~10cm土层取土样烘干测定含水量,3块观察田的化肥区土样含水量分别为18%,16%,16%,平均为16.67%,菌肥区土样含水量分别为21%,18%,19%,平均为19.33%,含水量平均比化肥区高出16%,可能是由于有益生物菌在土壤里大量生长繁殖,使土壤变得比较疏松并提高了蓄水保水能力。2.生物和理化指标生物菌肥含有大量的微生物活体,施入土壤后使土壤中微生物量、土壤酶活性显著增加,促进土壤中难溶性矿物质养分的释放。同时,有些微生物能分泌植物激素,从而促进作物生长。有些真菌还能分解土壤中的有机物质,释放出糖类,促进固氮菌的生长,进一步提高土壤养分的有效性,而随着有益微生物增加,还有拮抗病原生物的作用。此外,由于有机物的矿化作用,在土壤中产生大量的CO2,也增加了土壤的保温性能。同时,土壤的保肥、保水性能也能得到加强。根瘤菌肥是生物菌肥中重要的一种,它可以侵入豆科植物的根部,在根部形成根瘤,根瘤将空气中的氮转化为氨,供给作物营养。菌根是一种土壤真菌,它以吸收较多的营养物质供给植物利用。菌根对磷元素的吸收最为明显,对土壤中活性差、移动性缓慢的元素如锌、铜、钙等的吸收也有加强作用。何良祖研究表明:菌肥区的平均1hm2小番茄产量为69825kg,比化肥区的57555kg高出21.3%,说明菌肥区作物从土壤获得的养分肯定比化肥区的多,然而菌肥区的总施肥纯量平均只有580.5kg,比化肥区的1045.5kg还少45%。说明有益生物菌的活动能促进土壤中难溶性养分的溶解和释放,转化成可被作物吸收利用的有效态养分,能提高养分吸收利用率。3.生物改变作物抗逆性生物菌肥中含有多种非病原微生物菌群,在微生物的生长繁殖过程中,具有竞争性抑制作用,并能分泌多种抗生素、杀虫物质及植物生长激素,不但能抑制植物病原微生物的活动,起到防治植物病害的作用,而且能刺激作物生长,使其根系发达,促进叶绿素、蛋白质和核酸的合成,提高作物的抗逆性。有些微生物肥料如菌根真菌施入土壤后,在作物根部大量繁殖的菌丝除了有益于作物对营养元素的吸收外,还可增加其对水分的吸收,从而提高作物的抗旱能力。有研究表明菌肥区小番茄青枯病病株率平均为2.3%,比化肥区的6.5%减少65%;晚疫病病株率平均为26.9%,比化肥区的60.8%减少56%;说明生物菌肥能明显提高作物的抗病能力。4.不同化肥处理对番茄口感风味的影响研究表明,生物菌肥对作物品质具有明显的改善作用。何良祖通过实验表明菌肥区的小番茄吃在嘴里明显比对照化肥区甜得多,小番茄的外观颜色也略为鲜艳一些,手感也硬一些,吃起来跟大量使用农家肥种植的小番茄口感风味很相似,都比较好。同时,他采集黄汉武户的土壤和番茄果实样品送到城市土肥工作站进行检测,结果为:菌肥区的番茄果实的镉含量为0.440mg/kg,比化肥区的0.996mg/kg低55.8%;菌肥区的土壤硝酸盐含量为11.3g/kg,比化肥区的18.9g/kg降低40.2%,番茄果实的硝酸盐含量为0.170g/kg,比化肥区的0.289g/kg降低41.2%。说明有益菌的代谢产物能促进重金属、硝酸盐等有害物质的转化和固定,降低了作物对有毒物质的吸收量。5.报道增收较为集中生物菌肥在与化肥结合施用条件下,比传统化肥施用方式增产5%~10%,占增产报道总数的30.8%,增产10%~15%的占到22.0%,增产15%~20%的占13.8%,报道增产20%以上的占20.8%。二、生物和液体微生物肥人们对微生物肥料改善作物品质和获得无公害产品的作用日渐重视,我国此类研究逐渐增多。对品质的研究主要在产值较高的一些经济作物上,如蔬菜、水果、棉麻、油料、烟草、茶以及药用植物等,而对粮食作物研究较少。微生物肥料对作物品质的改善作用是可以肯定的,有的微生物肥料虽然没有增产作用,但仍然有改善品质的作用。研究表明,施用微生物肥料的蔬菜硝酸盐含量减少25.4~44.3mg/kg,比传统施肥降低约20%;维生素C含量增加了99.6mg/kg,糖分含量平均增加了6.6mg/kg。黄瓜、番茄和韭菜也因施用微生物肥料含糖量略有增加,其中韭菜的葡萄糖和果糖分别增加了19.5%和17.0%。与基质和施用化肥对照相比,施用微生物肥料后生菜的粗蛋白、钾、维生素C有所增加,总有机酸降低,还原糖增加,糖酸比提高1倍,亚硝酸盐降低21.3%~36.3%。茄子施用生物肥后含糖量和维生素C分别增加16.3%和9.1%。增施微生物肥料比H、I、J平衡施肥,提高蔬菜产量的同时降低硝酸盐含量25.4~702.0mg/kg。蔬菜极易富集硝酸盐,随食品摄入人体的硝酸盐中有GFB以上来自蔬菜,因此,合理施肥减少蔬菜硝酸盐是生产中亟待解决的问题,施用微生物肥可在一定程度上有助于解决这一问题。在桃树上喷施微生物肥后,可使果实可溶性固形物含量提高了5.71%~10.87%,果实的风味和品质有所改善。喷施液体微生物肥料的猕猴桃植株叶色更加翠绿,落叶期推迟7~10d,果实口感更为纯正、可口。一种真菌肥对增大翠冠梨的果实,提高其质量,有明显效果。柑橘施用生物有机复合肥后固酸比显著高于对照,果实味更甜,同时产量明显提高。甘蔗施用生物肥不仅增产,而且甜度显著提高,品质得到改善。李星洪等将具有固氮和分泌激素作用的微生物复合肥应用于棉花,发现棉花的纤维长度提高了1.7cm,比对照增加5%左右。解钾微生物肥料对提高棉纤维长度及衣分有显著作用,纤维整齐度提高了10%,衣分提高了2%。还可增强棉花单纤强力、纤维细度和主体长度等。而高卫东研究表明,增产菌除能促进棉纤维强度和长度之外,还使棉籽油的棉酚含量降低了6.8%,并增加了棉籽氨基酸含量,而且使人体所必需的5种氨基酸平均增加了13.2%。微生物肥料增加红麻的茎粗和皮厚度有明显效果,分别比对照提高了7.1%~9.2%和7.3%~18.4%。经过基因工程改良的菌种生产的微生物肥料表现更好,张世平提出,各工程菌对棉花枯黄萎病防效在34%~63%之间,并且混合菌效果最佳,达到63.4%。钾细菌微生物肥料能改善油菜品质:提高赖氨酸含量、降低芥酸含量、增加籽粒粗脂肪含量。喷洒液体微生物肥料也可提高大豆籽粒蛋白质和脂肪含量。不少研究指出微生物肥料应用于烟草可增加上等烟率。提高幅度较高的报道表明,解磷、解钾复合微生物肥促进上等烟高达58%~60%。提高幅度较低的报道为2.1%~6.1%,但对烟叶其他质量指标也有一定提高,化学成分协调性好,杂气和刺激性都有减少。施用钾细菌微生物肥料还能使烟叶落黄速度加快,比对照成熟度提高一个等级,烤后烟叶金黄至橘黄,烟叶还原糖、总氮和氯离子含量略有减少,烟碱含量有所提高,品质优良。微生物的烟草专用肥在山东、黑龙江、贵州和福建等地多点应用,也表现出明显促进烟草根系发育、提高上等烟比例和香吃味的作用。茶树施用微生物肥配加Zn、K元素使茶树芽叶密度、一芽一叶、一芽二叶的数量,以及鲜叶嫩度都有提高。更有意义的是赵良骏等认为,微生物肥料处理的秋茶茶叶汤色绿,香气清高。黄庆波等将增产菌应用于人参栽培,发现人参斑点病发病率降低了5.7%~22.6%,锈病的发病率降低了2.1%~10.7%,优质参率也有提高,而且还促进了参根产生双芽孢。魏改堂对菌根菌类微生物肥料应用于药用植物曼陀罗进行的深入研究发现能促进生长,增加对P、S等元素的吸收,降低了镉、铅在植物体的含量,提高了莨菪碱和东莨菪碱的浓度。三、微生物肥料的利用和增产效果(一)生物有机肥在作物产量、品质及对果蔬生产质量的影响微生物肥料在不同作物上得到了广泛使用,其中禾谷类作物应用最多,其次是油料和纤维类。不同作物因不同的生理特点、环境、接种物的种类和农业措施,应用效果也不尽相同。吕爱英等研究表明微生物肥料可使花生和辣椒的氮肥用量降低20%磷肥用量降低50%,并使花生和辣椒产量增加7.5%和20%,但同时指出同一微生物肥料针对不同作物会出现增产或减产两种相反的结果,应针对不同作物研发相应的专用微生物肥料。刘生战在小麦上的试验表明,基施艾力特微生物肥料15kg/hm2,能有效降低小麦株高,增加穗长、穗粒数,提高千粒重,小麦增产5.65%,增加经济收入423.21元/hm2。魏峰研究认为,微生物肥料做底肥,能提高小麦产量,增加有效穗数,提高千粒重。陈爱梅在玉米上应用微生物肥料与常规化肥混合施用,认为能提高玉米产量和经济效益。罗亚平试验表明施用生物有机肥,果实增产显著,品质大有改观,甜度增加,口感好。陈柏森研究认为Biol能促进棉花生长发育,显著提高经济产量,并能节约氮肥投入。丁爱华用微生物肥处理水稻秧苗后普遍生长整齐、健壮、无病,返青快、分蘖早、分蘖多。王彦才用微生物肥料“农夫乐”在掖单13号玉米苗期作追肥试验,表明在常规田间管理情况下,能使植株增高、增粗、扩大叶面积和增加千粒重,增产幅度在16%左右。李远明研究发现,施生物有机肥,能够提高百粒重,增加大豆的产量。宋志伟研究认为施用复合微生物肥料可使蔬菜增产9.2%~39.6%,能改善茄果类蔬菜经济性状,增加辣椒和茄子的果长、果粗、果重,增加番茄单果重和单株产量,降低番茄裂果率,并能提高茄果类蔬菜可溶性固形物,降低总酸度和蔬菜发病率。龙明华在使用微生物肥料后番茄、苦瓜、菜薹各处理产品中的硝酸盐含量及有害元素的含量,均符合无公害蔬菜产品质量标准要求。朱小芳认为微生物肥料能促进大白菜生长发育,提高大白菜产量。孔跃认为施用生物有机肥可以提高西红柿品质,减轻病害,增加土壤中有机质含量,培肥地力。张华瑜在西瓜上结果表明,以基施AM有机发酵物750kg/hm2、追施750kg/hm2的效果最佳,产量增产明显,纯收益较对照增加4845元/hm2,并可提高西瓜含糖量1.7%。黄小红EVI。制剂包膜的复混肥和BB肥在菜心、青瓜和水稻上施用均有不同程度的增产效果。雷春意在三年的时间里对小麦、玉米、番茄、马铃薯四种作物进行微生物肥料应用的田间试验,结果得出化肥基肥用量降低25%~45%,四种作物的产量比常规施肥分别提高4.7%、18.1%、11.5%、36.2%。冯明印等研究微生物肥料在大豆上的应用效果,得出在浸种和鼓粒期喷施菌肥叶面素后,大豆产量增幅3.10%~10.28%。汪森富发现增施生物有机肥,可改善脱毒马铃薯经济性状,增加少、中薯比例,减少小薯比例,产量差异达极显著水平。谢永萍在烟草上实验表明烤烟专用微生物肥料可提高产量5.7%~23.3%。增加上中等烟率2.1%~6.1%,同时对烟叶内在质量有一定提高,化学成分间协调性交好,香吃味、杂气和刺激性有所改善。谢永萍等、王军闻、吕静在烤烟上使用微生物肥料有相类似结论。刘利军对八年生砀山酥梨树施用微生物肥料试验结果表明,在高氮水平下施用微生物肥料,砀山酥梨叶片N含量显著降低;P、Ca、Mg、Zn、Mn、K、Fe、B元素含量明显增加。合理施用微生物肥料可以提高产量和增加果实含糖量、糖酸比和Vc含量等,果实品质明显改善,果实耐贮性和梨果的等级显著提高。(二)不同种类菌的肥料利用及经济效益分析微生物肥料种类以固氮菌类、解磷细菌类、解钾细菌类和复合微生物肥料等为主。据文献综合分析,各类微生物肥料的平均增产效果不同,范围在12.2%~22.3%之间。不同微微生物肥料增产效果不同,其中,菌根菌类、复合微生物肥料、固氮菌类、光合细菌类和解钾菌微生物肥料的平均依次为22.3%、21.2%、14.7%、13.6%和12.2%。需要指出的是,对解磷微生物肥料的机理研究较多,但增产效果较少论及;而菌根菌类微生物肥料主要用于林业生产,有关增产效果的数据较少,但从不多的数据也可看出其施用效果较好,增产约22.3%。上述几种报道较多的菌肥中,解钾菌肥料的增产效果最低,但在甘薯上用作基肥效果较好,增产率为23.2%;复合微生物肥料的增产效果约为21.2%,固氮菌类肥料和光合细菌类肥料,增产效果相近;EFEG类作为现在研究的热点,效果也较好。(三)肥料产量及经济效益何良祖通过对生物菌肥与农家肥、化肥配合施用对土壤改良和番茄生长的影响的研究,表明菌肥区平均每1hm2肥料投资额为5475.0元,比化肥区的5074.5元多投入400.5元,菌肥区平均每1hm2小番茄产量为69825kg,比化肥区的57555kg增产12270kg,新增产值18405元,减去新增投入400.5元后,新增纯收入为18004.5元/hm2,经济效益显著。(四)“中国和东北”是研究分配试验的对象微生物肥料在不同地区的应用与增产效果也不尽相同。目前我国约20多个省(市、区)都有微生物肥料的应用。其中华中地区最多,报道的试验次数为44次;华北和西北次之,分别为43和34次;华南和东北较少,前者为9次,后者为8次。不同地区又因土壤、温度和气候等各种条件的不同,应用方法和应用效果也不一样。西北地区的应用效果最好,华北地区次之,东北略低于华北,华南和华中效果相近,前者略高,西南地区效果最差。四、对水稻生物肥料使用的建议中国微生物肥料生产经过几十年的研究和探索取得了很大的进展,在长期的农业生产应用中取得了较好的效果,它既拌种、穴施、基肥、追肥、蘸根、种肥、淋芽、沾蔓,也可与绿肥、厩肥和化肥等混用。不同肥料对不同的作物有最适施用方法、施用量和施用时间。田间试验表明,在李树幼果期根际浇施微生物肥料5~10ml/株1~2次,可明显增强树势,提高果实品质,增加产量,其中以浇施10ml/株2次的效果最明显。以用量450~1500ml/hm2微生物肥料拌种对棉花都有增产作用,但1500ml/hm2用量效果最佳。水稻用菌根菌肥拌土法比浸根法的增产效果更好。在因施用方法不同而引起的产量或品质差异不显著的情况下,就需考虑哪种方法更省工省时经济有效。分别用基施、沾秧根、追施3方法给水稻使用生物钾肥,结果分别比对照增产3.9%、2.9%和2.3%,差异不显著,这就应推荐较省工的基施或追施。从以上文献发现,微生物肥的绝大多数增产效果都是在正常施肥或减肥条件下追施微生物肥获得的,所以在配施其他肥料时还应考虑合适的方法。在施用氮肥的基础上,配合基施(耙面肥)15kg/hm2硅酸盐菌剂对水稻的增产顺序为:未配施磷钾肥>配施磷肥>配施钾肥>配施磷钾肥。施磷肥时,该菌剂对水稻既有较高的产量,又可获得较好的经济效益。施用微生物肥料的正确方法:一是避免开袋后长期不用。开袋后长期不用,其他菌就可能侵入袋内,使微生物菌群发生改变,影响其使