微生物肥料的介绍及其发展前景分析研究 环境工程专业

微生物肥料的介绍及其发展前景分析研究环境工程专业摘要：介绍了什么是微生物肥料，微生物肥料与传统肥料的区别，微生物肥料的分类，微生物肥料的特点，微生物肥料的特殊作用，微生物肥料推广应用应注意的问题，以及微生物肥料的发展历史和微生物肥料的发展前景。关键词：微生物肥料、根菌剂、发展、前景要想知道什么是微生物肥料，首先我们得先了解什么是微生物。微生物的定义：微生物是肉眼看不见的、必须在电子显微镜或光学显微镜下才能看见的微小生物的总称。按细胞结构的有或无分非细胞结构微生物以及细胞就构微生物；按细胞核膜、细胞器及有丝分裂等的有或无，克划分为原核微生物和真核微生物两大类[1]。了解了微生物的定义之后，我们大体知道了微生物不能用肉眼直接观察到。我们的生活的环境当中，我们周围的空气，我们周围的水体，我们周围的土壤当中都生活着各种各样的微生物。例如：我们夏天吃剩下的饭菜，如果当天晚上没有放入冰箱，到第二天早上可能就会变馊掉，这正是由于空气中的微生物进入到了饭菜当中去才引起的。微生物在我们生活中的应用是及其广泛的，比如：微生物在治理环境废水中，发挥了重要的作用；还有利用特定微生物来降解一些难降解特殊材料；还有就是微生物在制药工业方面的作用也是不可忽视的。其实微生物在环境中的应用远不止这些。现在让我们看看什么是微生物肥料。1．微生物肥料定义微生物肥料是指一类含有活微生物的特定制，应用于农业生产中，能够获得特定的肥料效应。可将微生物肥料分为两类，一类是通过其中所含微生物的生命活动，增加了植物营养元素的供应量，导致村物营养状况的改善，进而产量增加，代表品种是要菌肥：另一类是广义的微生物肥料，其制品虽然也是通过其中所含的微生物生命活动作用使作物增产，但它不仅仅限于提高植物营养元素的供应水平，还包括了它们所产生的次生代射物质，如激素类物质对植物的刺激作用，促进植物对营养元素的吸收利用，或者能够拮抗某些病原微生物的致病作用，减轻病虫害而使作物产量增加[2]。长期以来，社会上对微生物肥料的看法存在一些误解和偏见。一种看法认为它肥效很高，把它当成万能肥料，甚至扬言可以完全取代化肥；另一种看法则认为它根本不是肥料。其实这两种都是偏见。国内外多年试验证明，用根瘤菌接种大豆、花生等豆科作物可提高共生固氮效能，确实有增产效果，合理应用其它菌肥拌种或施用微生物肥料，对非豆科农作物也有增产效果，而且有化肥达不到的效果。因此，我们认为它是肥料，又与传统化肥和有机肥在概念和内涵上不同[3]。2．微生物肥料的分类微生物肥料大致可分为以下几类：固氮微生物肥料，微生物钾肥，微生物磷肥；另外还有“5406”和EM菌等微生物肥料。2.1固氮微生物肥料固氮微生物肥料是微生物肥料最早出现的一种。自从生物学家1888年第一次分离出固氮菌不久就出现了固氮的根瘤菌肥料。根瘤菌可使空气中的氮元素转变为氮素化合物，使土壤中增加氮素营养，农作物需要的氮气大部分都由土壤中各类氮细菌通过生物固氮作用而提供的，而人工合成的氮肥仅占农作物需要量的12%，因此，固氮微生物对于作物的生长具有极其重要的作用，在自然界中有三种生物固氮体系，一是自生固氮，即固氮微生物独自生活固氮；二是共生固氮，即固氮微生物同其他生物共同生活，并形成共生组织进行固氮；三是联合固氮，即固氮微生物同其他生物共栖，不形成特殊组织而进行固氮。我国固氮微生物的研究始于本世纪30年代，首先由张宪诚教授等对大豆根瘤菌进行了研究。1953年在我国东北大豆栽培中推广应用，普遍获得了增产效果，大豆平均增产12%。后来，中国科学院林业土壤研究所的科技人员对大豆根瘤菌的接种效果、大豆根瘤的发育及其生理活性作用进行了大量长期研究。由于微生物固氮过程中需要厌氧、贫氮和能源等苛刻条件，另外各种类型的固氮菌对植物的专一性也影响了固氮效果，因此扩大固氮微生物肥料应用的领域还有待于深入研究。2.2磷细菌肥料磷是植物三大营养元素之一，土壤里含磷虽多，但能为植物直接利用的极少，作为养分能为植物吸收的有效磷在土壤溶液中仅为10－5~10－6摩尔。绝大部分是以不溶性的无机和有机磷化物存在。使用磷肥虽可满足植物对磷的需要，但在土壤里易被固定为难溶态磷，利用率很低。这些无效磷化物在解磷微生物的作用下，可转变为植物可利用的养料。在土壤中具有解磷作用的微生物很多，其中巨大芽孢杆菌、珊瑞红赛氏杆菌、假单孢菌、放射小球菌、橙色黄杆菌等都具有较强的解磷作用。其中有的还对核酸和卵磷脂有较强的分解能力。由于解磷细菌的作用大幅度提高了磷肥的有效供给，磷细菌肥料用于油菜，可增产14%~19%，小麦、水稻、玉米可增产10%左右。因此磷细菌肥料值得进一步研究、开发和应用。2.3细菌钾肥目前研究和应用的钾细菌大致有两类，一类是硅酸盐形态的解钾细菌，目前研究和应用的解钾细菌大多是属于这一类，另一类解钾细菌是非硅酸盐形态的。30年代苏联学者就从土壤中分离出了硅酸盐细菌(即钾细菌)，后来的研究证明，这种细菌分解铝硅酸盐类的原生态矿物，可使难溶于水的钾转化为植物能吸收利用的有效钾，同时还能分解土壤和矿物中难以被作物吸收利用的无效磷成为有效磷。据报道，钾细菌尚有微弱的固氮能力，且在代谢过程中还产生一定量的赤霉素、细胞分裂素、吲哚乙酸等生理活性物质。这些物质能促进作物根系的生长发育，提高了作物的抗病能力。钾细菌肥料用于小麦、水稻、豆类等产量可提高10%以上，用于薯类(喜钾植物)可增长30%。2.4其他微生物肥料2.4.1“5406”抗生素北京农业大学和中国科学院生物所50年代从西北地区的菌宿根上分离到的一株放线菌菌种“5406”，能分泌2种以上抗生素和4种以上植物生长激素，具有抗病和促进植物生长的作用。2.4.2EM菌日本琉球大学教授，农学博士比嘉照夫先生经过30年的研究，应用有益微生物间交替联合作用，开发出了EM有效微生物群，将不同种的近百种微生物聚合为一体，应用于农业、畜牧业、水产、水质净化、治理废弃物污染等。EM菌应用于农业，可使蔬菜产量增加15%左右，油菜作物增产10%，粮食作物增产8%；同时它能改善作物的品质。例如可提高玉米的含糖量；可以减少作物的发病率，同时可改善土壤结构。EM菌的试验、应用已遍及世界数十个国家，并在日本、巴西、美国、泰国、澳大利亚等取得成功。国内近几年来在一些地区的试验应用，也取得了一定的实际效果。3.微生物肥料的特点微生物肥料是活体肥料，它的作用主要靠它含有的大量有益微生物的生命活动来完成。只有当这些有益微生物处于旺盛的繁殖和新陈代谢的情况下，物质转化和有益代谢产物才能不断形成。因此，微生物肥料中有益微生物的种类、生命活动是否旺盛是其有效性的基础，而不像其它肥料是以氮、磷、钾等主要元素的形式和多少为基础。正因为微生物肥料是活制剂，所以其肥效与活菌数量、强度及周围环境条件密切相关，包括温度、水分、酸碱度、营养条件及原生活在土壤中土著微生物的排斥作用都有一定影响，因此在应用时要加以注意。[4]4.微生物肥料推广应用应注意的问题4.1微生物肥料增产增收效果显著微生物肥料提供的是能固氮、解磷、解钾等有益微生物，这些活的微生物能在植物根际生长、繁殖，可以带来几方面的好处：一是通过这些有益微生物的生命活动，固定转化空气中不能利用的分子态氮为化合态氮，解析土壤中不能利用的化合态磷、钾为可利用态的磷、钾，并可解析土壤中的10多种中、微量元素。二是通过这些有益微生物的生命活动，分泌生长素、细胞分裂素、赤霉素、吲哚酸等植物激素，促进作物生长，调控作物代谢，按遗传密码建造优质产品。三是通过有益微生物在根际大量繁殖，产生大量粘多糖，与植物分泌的粘液及矿物胶体、有机胶体相结合，形成土壤团粒结构，增进土壤蓄肥、保水能力。质量好的微生物肥料能促进农作物生长，改良土壤结构，改善作物产品品质和提高作物的防病、抗病能力，从而实现增产增收。4.2推广应用微生物肥料应注意的几个问题到目前为止，已获得国家批准登记的微生物肥料只有100多种，实际上生产的厂家已超过2000家，所以市场上销售的微生物肥料良莠不齐，广大消费者对谁优谁劣很难判断，在推广应用中的确有很多微生物肥料增产增收效果不佳，为了维护微生物肥料的声誉，确保其使用效果，建议广大微生物肥料消费者在推广应用时注意以下几个问题：4.2.1没有获得国家登记证的微生物肥料不能推广。国家规定微生物肥料必须经农业部指定单位检验和正规田间试验，充分证明其效益、无毒、无害后由农业部批准登记，而且先发给临时登记证，经3年实际应用检验可靠后再发给正式登记证。正式登记证有效期只有5年。所以没有获得国家登记证的微生物肥料，质量有可能出问题，不要大面积推广使用。4.2.2有效活菌数达不到标准的微生物肥料不要使用。国家规定微生物肥料菌剂有效活菌数≥2亿/克，大肥有效活菌数≥2000万/克，而且应该有40%的富余。如果达不到这一标准，说明质量达不到要求。4.2.3存放时间超过有效期的微生物肥料不宜使用。由于技术水平的限制，目前我国绝大多数微生物肥料的有效菌成活时间超过一年的不多，所以必须在有效期内尽快使用，越早越好，过期的微生物肥料效果肯定有影响。4.2.4存放条件和使用方法须严格按规定办。微生物肥料中很多有效活菌不耐高低温和强光照射，不耐强酸碱，不能与某些化肥和杀菌剂混合，所以，推广应用微生物肥料必须按产品说明书进行科学保存和使用。5.国外微生物肥料的发展概况根瘤菌剂在世界范围得到推广和普及世界上许多我国，如美国、澳在利亚、新西兰、日本、意大利、奥地利、加拿大、法国、荷兰、芬兰、泰国、韩国、印度及非洲的一些国家，至少有70多个国家研究、生产和应用豆科根瘤菌，不仅接处面积不断扩大，而且应用的豆科植物种类繁多。不少国家在经历一段时间的混乱后，逐步认识到加强根瘤菌肥料质量管理的重要性，并制定了相应的标准。澳大利亚：一批产品通过要求5袋被检样品：平板计数1000×106活菌/克湿草炭，200×106活菌/克湿草炭(百脉根)：细胞革兰氏阴性和与已知菌株抗血清的血清学反应吻合：10-6稀释度的平皿上无污染；试验寄主上10-7和10-8稀释度结菌。奥地利：由于消费者无法检测商业菌剂，所以质量监督极为重要。豆科根菌剂的质量以下列几个要素为基础：产品中的根瘤菌在豆科植物上或在标签上所列的植物上具有结瘤和固氮能力；在有效期内，产品中保持足够数量的活菌数：除根瘤菌外，菌剂不含或基本上不含杂菌。英国：在全国没有一定的标准来限制接种剂的生产。两家主要生产公司的菌剂标准遵循着它们的出口国(加拿大、法国等)的标准。为了保险和挖掘所有可能的市场，两公司制定的商业目标是：每克接种剂至少含有2×109个根瘤菌，并且至少在18个月内保持高于这个水平。法国：要求菌剂接种比率范围为每粒种子104-106个。贮存的菌剂的接种时，要保证大豆每粒种子为106个慢生大豆根瘤菌，苜蓿种子上为103个芷蓿根瘤菌。另外，它要求登记的根瘤菌接种剂必须是纯的培养物，贮存期保持无污染状态。加拿大：要求每一种接种剂都必须含有对于特定作物的根瘤菌，且有一定量的菌数，以使接种后每粒种子带有1000个(芷蓿、三叶草、车轴草)、10000个(驴喜豆)或100000个(豌豆、菜豆、兵豆、大豆)根瘤菌。同时，要求菌剂包装必须标明肥料注册号、生产批号、有效期等内容。泰国：依据本国环境及农业生产条件制订的。在大条件下，应保证每粒种子带有105~106个根瘤菌，所以合格菌剂必须每克有5×107个根瘤菌；每10公斤大豆或12公斤花生种子施用菌剂200克。用于菌剂生产的菌株必须严格筛选，而且对于相应寄主为最有效菌株。原始菌株、种子液和发酵液必须是纯的。到发酵最后阶段，根瘤菌须经血清学验证，菌数达到每毫升109个。卢旺达：只有当根瘤菌数在到109个/克接种剂，且杂菌率小于0.001%时方可出售，并建议在生产日期的1~6个月内使用为最佳。布隆迪：根瘤菌数大约为每克接种剂108个。前捷克斯洛伐克：每克1×105个活菌数荷兰：每克4.25×109活菌印度：出厂时每克1×108活菌，失效期时不少于1×107个活菌新西兰：每克1×108个活菌美国：美国豆科接种剂的质量不由联邦政府控制管理，有些州设有自已的规定。如印第安纳州，允许予接种的仅限于苜蓿、三叶草等小粒种子上，令人满意的标准为90%或以上的植株其1/4英寸的主根范围内必须有1个或更多的根瘤，而且必须表现固氮能力：威斯康星州，满意的标准为80%或以上的植株在主根1/4英寸范围内有根瘤，而且固氮。6.我国微生物肥料的发展史。我国微生物肥料的研究始于上世纪40年代，最早研究应用的是根瘤菌制剂，代表和奠基人有张宪武先生、陈华癸院士和樊庆笙先生等。50年代是早期发展的时期，开始研究应用了包括根瘤菌在内的固氮菌、溶磷细菌、硅酸盐细菌等细菌肥料；60年代则主要推广应用了“5406”放线菌抗生菌肥料；70-80年代中期开始研究由土壤真菌制成的泡囊——丛枝菌根(AM菌根)。这3次不稳定的起伏发展，其主要原因是产品质量无保证、产品质量无标准和行业无监管，以致每次发展的时间都不长。90年代以来，在总结我国微生物肥料几十年的研究、生产和应用历史经验后，微生物肥料研制单位相继推出联合固氮菌肥、硅酸盐菌剂、光合细菌菌剂、PGPR制剂和有机物料（秸秆）腐熟剂等适应农业发展需求的新品种，它们在农业可持续发展，减少化肥使用、促进农作物废弃物、城市垃圾的腐熟和开发利用、土壤环境的净化作用、保护环境，以及提高农作物产品品质和食品安全等方面都有十分重要意义。加上这类产品的生产成本低，耗能小，不污染环境，所以日益受到重视[5]。7.微生物肥料的发展前景微生物在农业上的作用已逐渐被人们所认识。现国际上已有70多个国家生产、应用和推广微生物肥料，我国目前也有250家企业年产约数十万吨微生物肥料应用于生产。这虽与同期化肥产量和用量不能相比，但确已开始在农业生产中发挥作用，取得了一定的经济效益和社会效应，已初步形成正规工业化生产阶段。随着研究的深入和应用的需要不断扩大新品种的开发，微生物肥料现已形成(1)由豆科作物接种剂向非豆科作物肥料转化；(2)由单一接种剂向复合生物肥转化；(3)由单一菌种向复合菌种转化；(4)由单一功能向多功能转化；(5)由用无芽胞菌种生产向用有芽胞菌种生产转化等趋势。从微生物肥料现有的转化趋势可以看出，将来的微生物肥料的种类将会得到大大的扩充，那样就可以为我们现在的农业注入新鲜的活力。总的来说，微生物肥料的发展前景是广阔的[6]。微生物肥料的功效已得到人们的承认，但它在生产中的效果还不是很稳定，这限制它的进一步推广和普及，这是由于微生物肥料的作用受许多条件的制约，对一些制约因素如果不清楚或根本不了解，好的应用效果就无从谈起。如微生物和寄主之间的关系，品种专性和光谱性机制，制品中微生物进入土壤后的制约因素，同类微生物的竞争等，这在根瘤菌肥料中尤为重要；再有接种剂细菌在载体上的存活，在种子上的存活，在根际的定殖，引起植物反应的程度，及其应用方法等方面，都需要进行广泛的研究，为微生物肥料的应用打下坚实的理论基础，使微生物肥料得到广泛的应用。这是由于当前世界人口猛增，社会对粮食和肥料的需求日益迫切。然而，作为化肥生产原料和能源的石油资源有限，依赖有限资源终难以维持农业的持续发展。而今后农业的发展方向是持续农业，因此就要发展生态的无污染的微生物肥料。因为微生物肥料不仅可补充肥源的不足，而且有可能列为绿色食品用肥进入商品市场，成为新兴的“绿色产业”，在农业生产中发挥其应有的经济效益、社会效益和生态效益[7]。各类农业微生物的应用是实现农业可持续发展和保护生态环境的有力保证。在自然菌株选育的基础上开发微生物农药、肥料、饲料与食品用酶制剂已有长久的历史，对农业生产发挥了重要作用。但是，由于自然菌株和传统技术本身的一些缺陷与不足，诸如研究周期