第五章-微生物肥料课件

农业微生物的研究与应用

---以微生物肥料为例农业微生物的研究与应用

---以微生物肥料为例农业微生物学范畴微生物肥料是农业可持续发展的必然选择微生物肥料产业发展现状微生物肥料的产业空间微生物肥料的产业拓展提纲农业微生物学范畴提纲一、农业微生物学范畴

广义农业微生物学：涉及种植业、养殖业、农产品加工、农业生物技术及农业生态等方面的微生物研究和应用。

我国的农业微生物学研究主要包括：农用微生物资源、土壤微生物、生物固氮、微生物农药、微生物肥料、发酵饲料、微生物修复、沼气发酵等方面

。一、农业微生物学范畴广义农业微生物学：涉及种植业、养殖业、二、微生物肥料是农业可持续发展的必然选择

中国农业面临的主要问题：1、人口增长的压力，粮食保障安全：2、资源紧缺，持续供给能力：耕地、能源、动植物、微生物资源减少、水资源短缺严重3、土壤环境污染，可持续发展能力：土壤生产力下降，环境的恶化4、农产品质量安全忧患，人类健康、社会稳定和谐问题：品质下降、农残、除草剂、重金属、抗生素污染、毒害。供给不足，总量保障危机，价格上涨。二、微生物肥料是农业可持续发展的必然选择中国农业面临的主要石油污染土壤甲拌磷污染的土壤除草剂的药害石油污染土壤甲拌磷污染的土壤除草剂的药害我国农业必须走可持续发展的道路1、保持稳定、持续增长的农业生产率。2、保持稳定、持续的土壤肥力。3、保持健康、协调的生态环境。4、保持资源与环境的持续利用平衡协调：动物、植物、微生物关系和谐我国农业必须走可持续发展的道路1、保持稳定、持续增长的农业生微生物多样性功能农田土壤生态系统中微生物数量庞大生物多样性丰富生态功能活跃土壤生态稳定器调节器植物养分净化器转换器环境污染物质循环土壤微生物多样性是指土壤微生物群落的种类和种间差异，包括物种多样性、生态功能多样性及遗传多样性等。微生物多样性功能农田土壤生态系统中土壤生态稳定器调节器植物养助辅源来因基制抑争竞病致制抑功能微生物植物根系物泌分系根解分质机有养供养供工程菌致病菌养分解分速加养供养供耗消助辅源来因基制抑争竞病致制抑功能植物物泌分系根解分质机有养供土壤修复菌病原拮抗菌菌根真菌根际促生菌固氮菌解磷解钾菌光合细菌有机物料分解菌功能微生物促生长抑病菌固N2为氨供养分促生长抑病菌供养分促生长抑病菌抑病菌恢复土壤肥力工程菌致病菌土壤病原菌根根际促生菌固氮菌解磷解钾菌光合有机物料分解菌功能国家支持微生物肥料行业发展：

出台《促进生物产业加快发展的若干政策》（国办发〔2009〕45号）；

实施《绿色农用生物产品高技术产业化专项》（发改办高技[2009]536号；国家高技术产业化示范工程项目（发改委）；国家土壤有机质提升试点补贴项目（农业部）：秸秆还田中，政府采购腐熟菌剂，提供农民使用；中小企业创新基金。

国家支持微生物肥料行业发展：出台《促进生物产业加快发展的3.1名称与定义的问题

微生物肥料(microbialfertilizer)在我国又被称为菌肥、生物肥料(biofertilizer)

，也有人（国外）将其称为接种剂(inoculant)

、拌种剂、菌剂。近些年有人将单纯的微生物制剂称为菌剂、接种剂，此类制剂用量小，主要用于拌种。将微生物制剂和有机物(畜禽粪便等)或有机、无机(氮、磷、钾）混合，用量较大的，称为生物肥料，简称菌肥。存在名称上的不同，但在微生物肥料的内含上都含有一定量的特定功能的微生物，是这类制品的共同特点。

三、微生物肥料产业发展现状3.1名称与定义的问题三、微生物肥料产业发展现状微生物肥料定义中国科学院院士，我国土壤微生物学的奠基人、华中农业大学陈华癸教授就微生物肥料的含义问题指出，所谓微生物肥料，“是指一类含有活微生物的特定制品，应用于农业生产中，能够获得特定的肥料效应，在这种效应的产生中，制品中活微生物起关键作用，符合上述定义的制品均应归入微生物肥料”。目前“国家标准（GB20287-2006）”的定义：微生物肥料(microbialfertilizer/biofertilizer)---含有特定微生物活体的制品，应用于农业生产，通过其中所含微生物的生命活动，增加植物养分的供应量或促进植物生长，提高产量，改善农产品品质及农业生态环境。

微生物肥料定义中国科学院院士，我国土壤微生物学的奠基人、华中微生物肥料定义的发展/新提法：国外生物肥料是一种极为重要的有效生态营养系统，该系统主要与生物，特别是微生物过程有关。这种有效的生物营养过程是土壤中存活的某些（功能/特定）微生物活动的必然结果，它可为植物提供氮、磷、钾等营养和一些有用的化合物。微生物可以活化土壤、提高土壤肥力、并为作物和其他生物的持续发展起到原动力的作用。突出养分的有效性转化和生态营养系统过程微生物肥料定义的发展/新提法：国外生物肥料是一种极为重要的有土壤生物与土壤碳一起构成了土壤肥力的核心而是土壤生物功能的发挥问题：营养元素（CNPS）的转化有毒元素和有毒化合物的降解良好土壤生物区系的构建外来或自生有害生物的抵抗与消灭

沈其荣教授等专家提出：现代农业的土壤肥力核心问题不是养分缺乏的问题土壤生物与土壤碳一起构成了土壤肥力的核心而是土壤生物功能的发要实现农业可持续发展，保障土壤的持续生产力，认为土壤肥力仅由物理肥力和化学肥力构成，提出了质疑？：一是土壤养分含量增加，但化肥报酬急剧递减：1975年：

2005年：25kg谷粒/kg化肥

10kg谷粒/kg化肥15kg油料/kg化肥

7kg油料/kg化肥10kg棉花/kg化肥

5kg棉花/kg化肥二是土壤物理结构的恶化：在2001年澳大利亚学者（LynetteK.AbbottandDanielV.Murphy）提出了生物肥力(soilbiologicalfertility

)的概念生物肥力提出的背景要实现农业可持续发展，保障土壤的持续生产力，认为土壤肥力仅由土壤生物肥力概念与微生物肥料理论基础土壤肥力包括土壤生物肥力、土壤化学肥力和土壤物理肥力三个组分。土壤微生物（组成、数量和功能）是土壤生物肥力的核心。土壤生物肥力概念：是指生活在土壤中的微生物、动物、植物根系等有机体为植物生长发育所需营养的贡献。同时，生物过程对土壤的物理、化学特性起到良好的促进和维持作用。关于微生物肥料的理论基础的问题，一直在研究和探索之中。这主要是因为土壤环境中各种养分的转化与物质循环均在微生物主导作用下的复杂过程的结果。近几年中国农大的学者提出“养分生物有效性”和“根际（层）养分调控技术”也肯定了微生物在其中的不可或缺的作用。2003年澳大利亚学者L.K.Abbott等提出“土壤生物肥力（soilbiologicalfertility）”概念和相关的评价体系，丰富了微生物肥料的理论内涵。土壤生物肥力概念与微生物肥料理论基础土壤肥力包括土壤生物肥

土壤肥力与3个组分的概念与微生物肥料理论基础

土壤肥力与3个组分的概念与微生物肥料理论基础微生物肥料行业现状：行业数字企业总数：800个以上。可登录相关网站查询：一是中国农业信息网（）；二是登录“农业部微生物肥料质检中心网”

（www./biotestlab）年产量：800万吨农业部登记证产品：1200个（截止2010年10月）累积应用面积：超亿亩（包括粮食、蔬菜、果树、中草药）出口产品种类和数量显著增加：20个产品、近10万吨/年已成为生物产业和生物经济的重要组成部分我国微生物肥料标准体系基本建成微生物肥料行业现状：行业数字企业总数：800个以上。可登录相

近15年微生物肥料行业的基本情况一览表

近15年微生物肥料行业的基本情况一览表肥料化3.5存在问题微生物肥料产业现状产业化水平低（规模小、装备水平差）；微生物肥料市场占有率低（3%）；市场不规范（假冒伪劣时有发生）；宣传推广不到位（农民科普知识缺乏）；基础研究重视不够。肥料化3.5存在问题微生物肥料产业现状产业化水平低（规模小微生物肥料微生物肥料产业现状3.6微生物肥料品种按登记品种复合微生物肥料根瘤菌菌剂光合细菌制剂内生菌根菌剂生物有机肥微生物菌剂有机物料腐熟剂按微生物种类细菌肥料放线菌肥料真菌肥料光合细菌肥料微微生物肥料产业现状3.6微生物肥料品种按登记品种复合微生微生物肥料的种类产品分为两个大类:

微生物菌剂(简称菌剂类产品)：9个品种微生物肥料类(简称菌肥类产品)：2个品种菌剂类包括：根瘤菌菌剂、固氮菌菌剂、溶磷菌剂、硅酸盐菌剂、光合细菌菌剂、有机物料腐熟剂（秸秆、粪便）、促生菌剂、复合菌剂、菌根菌剂和生物修复菌剂（农药残留降解、克服作物重茬）菌肥类包括：生物有机肥（菌+有机质/肥）和复合微生物肥料（菌+无机养分）微生物肥料的种类产品分为两个大类:3.7

微生物肥料六大功能机理NY/T1847-2010《微生物肥料生产菌株质量评价通用技术要求》中总结的6个方面：提供或活化养分功能；产生促进作物生长活性物质能力；促进有机物料腐熟功能；改善农产品品质功能；增强作物抗逆性功能；改良和修复土壤功能。3.7微生物肥料六大功能机理NY/T1847-2010《1、提供或活化养分功能：生物固氮

根瘤菌及其制剂产品：如花生根瘤菌[Bradyrhizobiumsp.(Arachishypogae)];大豆根瘤菌(B.japonicum或B.elkanii或Sinorhizobiumfredii);紫云英根瘤菌自生固氮菌/联合固氮菌及其制剂：圆褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)、拜氏固氮菌(Azotobacterbeijerimckii);

雀稗固氮菌（A.paspali）等；巴西固氮螺菌(Azospirilliumbrasilense)、粪产碱菌(Alcaligefaecalis)1、提供或活化养分功能：生物固氮根瘤菌及其制剂产品：如花生图A

大豆根瘤图B

大豆根瘤菌图A大豆根瘤图B大豆根瘤菌1、提供或活化养分功能：溶磷我国磷矿资源缺乏，尤其是高品位的磷矿；土壤中积累了大量的难溶性磷，研究开发溶磷菌剂十分必要。微生物解磷或溶磷机理是：通过产有机酸（如乳酸、柠檬酸）和一些酶类（如植酸酶），使土壤中的难溶性磷素如磷酸铁、磷酸铝以及有机磷酸盐矿化形成作物能够吸收利用的可溶性磷。将分解利用不同磷素来源如分解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。目前主要研究和应用的菌种有以下一些种：细菌：巨大芽胞杆菌(Bacillusmegatherium)；氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)；假单胞菌属的一些种(Pseudomonasspp.)；芽胞杆菌属或类芽胞杆菌属的一些种(Bacillusspp.或Paenibacillusspp.)；许多真菌：(例如青霉菌、黑曲霉，菌根等)具有非常强的溶磷能力。1、提供或活化养分功能：溶磷青霉菌溶磷实验高效溶磷的真菌菌株青霉菌溶磷实验高效溶磷的真菌菌株+AM-AM+AM1、提供或活化养分功能：解钾解钾菌种主要有：胶质芽胞杆菌(Paenibacillusmucilaginosus)、环状芽胞杆菌(B.circulans)

。前者的全基因组系列即将完成。施用硅酸盐菌剂常规施肥示范试验地点：山西省平遥增产23.9～60％，增收1600元1、提供或活化养分功能：解钾解钾菌种主要有：胶质芽胞杆菌(P

1、提供或活化养分功能：溶解中量元素能力

难溶性钙、镁或硫元素的活化，提供给作物利用微生物种类：产生铁载体：Thiobacillusthiooxidans

（氧化硫硫杆菌）

Rhizopusarrhizus(根霉)1、提供或活化养分功能：溶解中量元素能力难溶性钙、镁或硫微生物肥料提高化肥利用率，减少化肥的使用量微生物肥料与化肥配合使用，可提高化肥的利用率，减少化肥的流失，从而降低化肥的施用量（10%--30%）。巴西、阿根廷种植大豆不施化学氮肥，美国仅施5Kg/公顷氮肥。我国则施用150Kg/公顷

氮肥，产量比国外低30％以上。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。微生物肥料提高化肥利用率，2、产生促进作物生长活性物质能力种类多：菌种主要有醋杆菌(Acetobacterdiazotrophicus)、气单胞菌(Aeromonascaviae)、柠檬节杆菌(Arthrobactercitreus)、巴西固氮螺菌(Azospirllumbrasilense)、自生固氮菌(Azotobacterspp.)、巨大芽胞杆菌(Bacillusmegaterium)、多粘类芽胞杆菌(Paenibacilluspolymyxa)、枯草芽胞杆菌(B.subtilis)、阴沟肠杆菌(Enterobactercloaced)、荧光假单胞菌(P.fluorescens)，等。多粘类芽胞杆菌(Paenibacilluspolymyxa)的全基因组序列不久前完成。应用范围广：在农业上有良好的应用前景，尤其是这类微生物可以单独使用，更可以与其它微生物种类复合使用，使促生作用、肥效作用更好地结合起来，以提高和加强应用效果。这种复合剂型的研制是一个发展方向。2、产生促进作物生长活性物质能力种类多：菌种主要有醋杆菌(A筛选的有效菌株(1.108)对小麦苗期促生作用筛选的有效菌株(1.108)对小麦苗期促生作用3、促进有机物料腐熟功能

腐熟菌剂产品使用的菌种：50个种

细菌（13）：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、黄褐假单胞菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、多食鞘氨醇杆菌、戊糖片球菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳杆菌、乳酸乳杆菌、施氏假单胞菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、短小芽孢杆菌；

放线菌（15）：白色链霉菌、天青链霉菌、白浅灰链霉菌、热紫链霉菌、唐德链霉菌、细黄链霉菌、嗜热灰色链霉菌、灰肉红链霉菌、除虫链霉菌、泾阳链霉菌、微白黄链霉菌、灰螺链霉菌，等;

霉菌（15）：里氏木霉、绿色木霉、黑曲霉、米曲霉、温特曲霉、帚状曲霉、杂色曲霉、嗜热性侧孢霉、米根霉、卷枝毛霉;酵母菌（7）：粉状毕赤酵母、酿酒酵母、热带假丝酵母、扣囊拟内孢霉、乳酸可鲁维酵母，等。3、促进有机物料腐熟功能

腐熟菌剂产品使用的菌种：50个种有机物料腐熟有机物料腐熟秸秆还田:国家需求

机割秸秆还田人工秸秆还田秸秆还田:国家需求机割秸秆还田人工秸秆还田热纤梭菌Clostridiumthermocellum的

纤维小体（示意图）宿主细菌的细胞脚手架蛋白（黄色）底物结合域纤维素酶凝集域不同的酶组分锚定域细胞表面的锚定蛋白热纤梭菌Clostridiumthermocellum的

试点及瓜类品种测定批次中心含糖边缘含糖菌剂CK菌剂CK金山“93－1”西瓜510.19.67.56.5浦东“特小凤”西瓜311.911.1

金山“古拉巴”甜瓜215.014.2

4、改善农产品品质功能

菌剂试验瓜平均含糖量（％）(2001年上海试验)

试点及测定中心含糖边缘含糖菌剂CK菌剂CK金山“93－1

降低蔬菜中硝酸盐的含量

降低蔬菜中硝酸盐的含量5、增强作物抗逆性功能减轻作物病虫害发生（病情指数）提高作物抗倒伏、抗旱、抗寒克服作物连作障碍等方面的能力

5、增强作物抗逆性功能对照加功能微生物和有机载体仅加功能微生物对照加功能微生物和有机载体仅加功能微生物施用微生物有机肥后土壤微生物区系得到改善施用微生物有机肥后土壤细菌显著增加，尖孢镰刀菌数量显著减少施用微生物有机肥后土壤DGGE图谱a2C2C2A2A3C3C3A3A施用微生物有机肥后土壤微生物区系得到改善施用微生物有机肥后土增强植物对重金属污染的抗性增强植物对重金属污染的抗性6、改良和修复土壤功能农药等污染物的生物修复作用：新的热点

微生物由于数量大、种类多，变异快，降解有机物的潜力相当大，而且干净彻底、无二次污染，几乎所有能造成环境污染的有机物都能被微生物所分解、利用，这为我们消除农药残留环境污染提供了一条崭新的途径—农药面源污染的微生物修复（微生物降解的全面性）。生物修复在美国已经形成了一门新兴的生物技术产业，有几十家生物修复公司，专门提供污染环境（土壤和水体的石油、化工污染）生物修复的技术方案和产品，在美国生物修复市场的营业额已经达到了百亿美元（新兴的生物技术产业）。农药污染是中国等发展中国家所面临的迫切需要解决的问题，国内在农药残留的微生物降解方面进行了很多的研究，逐步在加大应用（现实迫切需要）。6、改良和修复土壤功能CK（Noatrazine）AtrazineBATH1BATH1阿特拉津降解菌盆钵试验CK（Noatrazine）Atrazine农药残留微生物降解技术在韭菜生产中的生物修复生物修复项目实施基地

韭菜栽培现场

农药残留降解

创建无公害品牌

特色产业无公害农产品

大丰市南阳镇的城乡村2000亩韭菜，97年因农药残留超标进不了上海市场，严重影响其销售，实施本技术后农药残留降解率在99%以上，经农业部环境质量检测总站检测达到国家绿色食品标准，进入上海杭州等市场，每公斤增收0.1元以上，每年增收50-100万元。目前已注册“城乡牌”韭菜，形成品牌。

农药残留微生物降解技术在韭菜生产中的生物修复生物修复项目实施四、产业化空间4.1节能减排四、产业化空间4.1节能减排四、产业化空间我国农田施用氮肥有效固碳潜力为-51TgC·a-1，不具备有效固碳潜力;微生物肥料能增加土壤有机质和腐殖质含量，提高土壤总有机碳和活性有机碳含量，有碳汇作用。四、产业化空间我国农田施用氮肥有效固碳潜力为-51TgC四、产业化空间4.2食品安全

随着社会经济发展，人们对无公害食品、绿色食品、有机食品/生态食品的需求将日益增加。使用微生物肥料可以改善农产品品质，降低硝酸盐含量和农药残留。四、产业化空间4.2食品安全四、产业化空间4.3循环农业和生态农业

生物有机肥料以农业有机废弃物为主要原料，可促进资源循环利用，减少污染物排放；培肥地力，减少化肥利用量，减少潜在面源污染，促进农业可持续发展；改良或修复污染土壤，净化土质，保护农业生态环境。四、产业化空间4.3循环农业和生态农业生物有机肥料以农业我国年化肥需求量约1.4亿t（实物量）；欧洲国家微生物肥料的使用比例达到45-60%，美国高达60-70%。如果我国生物有机肥、生物有机无机专用肥的使用量达到10%，年需求量将达到1400万t。综上所述，我国微生物肥料产业化极为广阔。四、产业化空间我国年化肥需求量约1.4亿t（实物量）；四、产业化空间无芽胞菌种→有芽胞菌种单一功能→多功能单一菌种→复合菌种单一微生物菌剂→生物有机→生物有机无机发展方向豆科作物接种剂→非豆科作物肥料四、产业化空间4.4微生物肥料发展方向无芽胞菌种→有芽胞菌种单一功能→多功能单一菌种→复合菌种单一四、产业化空间新品种不断增加施用效果逐渐被认可质量标准体系逐步完善国际市场日趋活跃国家扶持政策陆续出台提供了利好驱动和需求动力，具有广阔的发展空间。123454.5微生物肥料产业环境四、产业化空间新品种不断增加施用效果逐渐被认可质量标准体系逐5.1功能微生物固氮解钾解磷杀虫抑菌土壤修复植物生物调节植物生长调节五、产业化拓展功能微生物拓宽了微生物肥料菌种的选择，应采用先进技术，筛选培育功能性、适应性强的优良菌株。杀虫抑菌固氮解钾解磷抗旱耐盐有机质分解5.1功能微生物固氮杀虫土壤修复植物生植物生长调节五、产业五、产业化拓展5.2微生物肥料的种类多元化拓展微生物肥料总的发展趋势是多菌种联合，多功能复合和多物料混合有机肥无机肥微生物菌剂大三元肥料以特定复合微生物菌种、有机组分及无机组分为主要原料的大三元肥料，具有微生物的“促”、有机肥的“”缓和化肥的“速”多重效应！五、产业化拓展5.2微生物肥料的种类多元化拓展微生物肥料五、产业化拓展5.2微生物肥料种类多元化拓展

大三元复合肥料生产存在问题：问题大三元肥料中活性菌与化肥共存，易出现“烧”菌现象，失去生物肥作用；造