微生物肥料的研究现状及发展趋势

郑茗月，李海梅，*，赵金山，，刘华伟，*，谢宝琦

(1.青岛农业大学 园林与林学院，山东 青岛 266109；2.青岛科拓恒通乳酸菌产业化开发研究院有限公司，山东 青岛 266109)

近年来，由于化学肥料对环境和土壤的严重破坏，不仅污染了环境、使生态不断恶化、土壤出现硬化等诸多问题，而且降低了农产品的质量。此外，虽然化学肥料的利用率在逐年下降，但是相对应地增加了农业的生产成本，而且生产效率也不断地降低。为了促进农业的可持续发展，实现以生态、安全、高产、优质、高效为目标，世界各国都在为了找到最好的解决方案而不断努力。微生物肥料对土壤改良有很好的效果，土壤中的病害得到了防治，提高了农作物的产量，并且可以使化肥的用量减少，从而保护环境，对促进“绿色和生态农业”的发展有很大的帮助。

据葛诚[1]的统计，我国现批准登记的微生物肥料产品有9个菌剂类品种和2个菌肥类品种。1950～1959年从国外引进磷细菌、固氮菌和硅酸盐细菌等细菌肥料是我国研究微生物肥料的开端，1960～1969年推行使用“5406”放线菌抗生菌肥料。目前，由于选用菌种的不断增加，施用复合型和多功能型的微生物肥料已成为微生物肥料发展的总趋势[2]。1970～1989年中期开始研究可以促进植物生长的磷素营养条件，增加植物水分利用率的微生物肥料——AM菌根。1990～1999年之间根据研究学者应用微生物肥料得出的经验，又继续推广了可以促进农业发展的新的微生物菌剂和菌肥，它们对于减少化肥的使用率、提升农作物的产品品质和食品安全等方面都具有十分重要的意义，而且生产成本不高，可以保护环境，促进农业的可持续发展[3-5]。

2014年举办的“第五届全国微生物肥料生产技术研讨会”指出，我国微生物肥料将成为肥料应用的新趋势，其年产量已超过1000万t，使用面积高达1333万hm2，所有农作物几乎都在使用微生物肥料[6]。施用复合微生物肥料M-14，小麦增产14.3%，胞囊线虫侵染率减少43.4%～70.8%[7]；花生使用微生物菌肥比对照增产9.93%～11.56%[8]；生物肥料“宁盾”对大豆疫霉病的防治效果为36.54%，产量增加89.32%[9]；田间试验防治效果高达81.55%，增产率高达57.61%[10]；菜豌豆施生物菌肥后产量提高了15.02%[11]；接种枯草芽孢杆菌肥、哈茨木霉菌剂，棉花黄萎病降低了47.45%～57.31%[12]；接种复合微生物菌肥对棉花黄萎病的防治效果为82%，籽棉产量提高了22.8%[13]；番茄接种固氮菌肥产量提高了18.81%～22.30%[14]；在辣椒上施用5406抗生菌肥，发现其产量增加了44.63%[15]；生防菌剂接种黄瓜增产60.4%～68.1%[16]。因此，微生物肥料已经在很多国家加以使用并继续研究和开发。如今已有70多个国家在进行微生物肥料的生产和应用，并且其种类也将不断扩大。

1 微生物肥料的作用

微生物肥料不但可以增加土壤的肥力，减少化肥使用率，而且能够净化和修复土壤，在提质增产、降低植物病害发生、提高食品安全等方面发挥重要的作用[17]。

1.1 调控植物生长

微生物的生物活性在施用微生物肥料后，可产生多种生理活性物质：植物生长激素——吲哚乙酸和赤霉素，还有多种维生素等。它们可以刺激细胞形成层的分裂，促进植物的生长发育，提早开花，改进品质。曹凯等[18]研究微生物肥料对马褂木生长和质量性状的影响结果表明：配施微生物肥料绿营高301为14 g/盆+氮、磷、钾含量各5%的复合肥6 g/盆时的处理对其茎粗、株高和冠幅的增大效果最好，同时提高了其经济效益。马颖等[19]研究表明：彩叶草实生苗在AM真菌的侵染下可以促进其生长发育。姜洪波[20]研究发现，AM真菌能够提高大丽花、孔雀草和金盏菊幼苗的移栽成活率，对这3种植物的生长发育、开花期的提前和延长、盛花期的着花数量的增多都起到了促进的作用。

1.2 微生物肥料的增产效果

环境条件会对微生物肥料中菌种的生长、代谢产生严重的影响。王睿豪[21]在小粒黑豆上施加微生物菌肥，结果表明：施加低磷肥和中低氮肥能够促进其生长发育和籽粒形成。常梅[22]研究了生物菌肥对保护地黄瓜的影响，发现施用生物菌肥的黄瓜在株高、叶片数、茎粗和产量上都比对照组明显增加，分别增加了17.9%、21.1%、10.2%、24.8%。吕爱英等[23]研究了微生物肥料在花生和辣椒上的使用效果，发现其能降低氮肥和磷肥的用量，分别降低了20%和50%，而产量则分别增加了7.5%和20.0%；但又指出在不同作物上施用同一微生物肥料会出现2种截然不同的效果，所以应有针对性地研究和开发专用型的微生物肥料。宋富海等[24]在平邑甜茶植株上施加了2%菌肥，发现7、8、9月植株的根系活力比对照组分别增加了59.0%、50.2%、20.2%。魏峰等[25]在小麦上施加微生物肥料作底肥，小麦的有效穗数和千粒重均得到了提高，并且增加了小麦的产量。王彦才等[26]在常规田间管理下在玉米苗期用微生物肥料“农夫乐”作追肥试验，结果表明：植株的株高、茎粗、叶面积、千粒重有所增加，增加率在16%左右。李先兵等[27]在花生上施加复合微生物肥料，发现其提高了花生的产量，并且使花生的株高、结果数等都得到了增加。

1.3 提升品质

现在关于微生物肥料的研究主要集中在蔬菜、水果等经济作物上，在观赏植物和粮食作物上的研究相对较少[28]。虽然有的微生物肥料作用在作物上，没有得到产量的增加，但是其品质得到了明显的改善[29]。陈德芬等[30]将微生物菌肥施用到桃树上，发现果实的口感和品质都得到了改善，其果实里的可溶性固形物含量增加了5.71%～10.87%。周光萍[31]通过喷施微生物肥料在猕猴桃的叶片上，发现喷施后其叶片颜色更加浓绿，叶子的脱落时间推迟了7～10 d，并且提升了果实的品质。邓伯勋等[32]把生物有机复合肥施加在柑橘上，发现其固酸比、产量与对照相比，均得到了明显的提高，而且果实的味道更甜。周游等[33]在草莓上施用不同浓度的乳酸菌，发现对草莓生长和品质性状都有所影响，得出施加乳酸菌15.0 kg/hm2时草莓的总产量、果实的糖酸比、可溶性固形物含量分别较对照组提高了13.52%、13.29%、27.74%。

1.4 改良土壤

土壤团粒结构是土壤肥力的重要指标。微生物肥料可以保持土壤中的水分，增加土壤中的微生物数量，提高土壤的保温性能，保护土壤中植物根的良好生长。过量的氮、磷、钾是土壤板结的主要原因，使用微生物肥料可以有效地解决土壤板结的问题。葛均青等[34]研究发现，微生物肥料能够调节植物的营养环境，产生生理活性物质，对土壤中的养分起到活化作用，促进植物的生长发育。同时土壤的板结问题可以通过微生物分泌物中的不溶性磷酸盐、磷和钾来得到有效的解决[35]。土壤养分的定位观测试验结果表明：施全量化肥和施半量化肥加半量菌肥的土壤比种植前的土壤速效磷分别增加了153.8 mg/L、92.3 mg/L,速效钾分别减少了177.8 mg/L、152.5 mg/L。通过定位试验检测发现，施半量菌肥比施全量化肥处理的土壤的速效磷和速效钾均得到了相应的增加，分别增加了15.4 mg/L和25.0 mg/L，由此可以认为，这是由于生物菌肥含有巨大芽孢杆菌(Bacillusmlgaterium)等活菌，活化了磷钾矿物，使土壤中速效磷、钾的含量得到提升，从而提高了土壤的供肥能力[36]。杨玉新等[37]研究发现，用微生物肥处理大棚蔬菜土壤，能增加土壤中有益微生物的数量，如放线菌、硝化细菌、乳酸菌等；降低有害微生物的数量，如反硝化细菌、霉菌等，差异均达到极显著水平。张晟[38]的研究表明，施用微生物肥不仅能为土壤带入丰富的活菌，增强了土壤的透气、透水的能力，而且还降低了土壤容重，改善了枸杞生产地的理化性质，且对土壤碳氮比有一定的提高作用。

1.5 抑制病虫害

有研究表明，微生物肥料对多种作物病原菌具有抑制作用，一是由于根际土壤中有益菌群的大量存在，植物根系中优势种的形成，阻碍了病原微生物的生长和繁殖，使植物病虫害数量得到了减少；二是由于有益微生物具有防御功能，对植物产生抗菌素、植物的过氧化物酶和多酚氧化酶起到诱导作用，并且能使植物抗病虫害的能力得到提高[36]。

徐振桐等[39]在黄瓜上施用微生物肥料，结果显示，黄瓜上的霜霉病得以减轻。董艳等[40]研究发现，微生物菌肥能够减轻烟叶上的野火病、炭疽病和赤星病的发病率和病情指数，提高烟叶的品质。凌宁等[41]研究发现，西瓜专用的微生物肥料能够促进西瓜植株生长，并对西瓜的枯萎病具有较好的防治效果，能够克服西瓜连作障碍。王洋娟[42]发现，相同树龄苹果花脸病的发病情况会随着微生物菌肥施用量的增加而减少，并且再用微生物菌剂喷秆涂抹病疤可以增加树木的抵抗能力，同时使树木的生长状况得到良好的改善。

1.6 生物固氮作用

自生和联合固氮菌类微生物肥料可将空气中非豆科植物不能利用的氮气通过联合、自生或共生的方式加以固定即生物固氮作用，转化为根系所能吸收的氮素营养，以提高氮气资源的有效利用，减少作物对化肥的依赖，提高土壤中速效氮含量，使农业的生产成本降低，并且对保护环境起着重要的作用。氮元素在植物生长过程中扮演着十分重要的角色。氮的体积在空气中占4/5，但是高等植物并不能直接对氮进行吸收和利用。生物固氮是农业生产中最主要的氮素来源，而共生固氮系统在提高低氮土壤肥力和产量方面有显著作用[43]。在自然界中，只有少数种类的微生物与豆类植物共生，在大气中固定氮，并将其转化为植物营养。1950～1959年，原苏联微生物研究学者在固氮菌上已经有一些研究成果；1970～1979年，美国学者发现施用固氮螺菌每年大约固氮39 kg/hm2[44]；1990～1999年，我国通过总结近几十年关于微生物肥料研究的应用经验，又继续研发出了一些能够适应农业发展需求的新品种，如联合固氮菌肥等。

2 微生物肥料存在的主要问题

微生物肥料行业在我国的发展已经有几十年的历史，在取得一定成绩的同时，并且具备了一定的规模，在中国农业的可持续发展及环境保护的政策中占有重要的地位。但是仍然存在着很多问题，如产品质量和效果不稳定、技术创新不足、市场管理混乱等。

2.1 微生物肥料应用受限

目前，微生物肥料产品存在一些问题，如效果不稳定、成本和价格都较高。并且还存在产品质量审核不过关、知识产权受到侵犯等现象，对微生物肥料的进一步应用产生了一定的影响[45]。与此同时，国家应该对微生物肥料产品的生产和检验标准加以严格管理，增加微生物肥料的知名度，大力支持微生物肥料的研究开发，能使微生物肥料行业能够得到很好的发展。

2.2 基础研究不够深入

微生物肥料的产生已经有很长一段时间，但是仍然有一些技术问题还没有得到解决，还有很多地方了解不够深入，关于微生物肥料的研究过少。如许多研究只关注菌株分离、田间试验和生长原因分析，对微生物本身的突变性、生物学特性和机理尚未深入研究[46]。另外，在微生物肥料的研究中没有做到共同进步，存在着严重的偏差。比如根瘤菌固氮研究的较多，一些区域已经达到分子水平，但缺乏对解磷、解钾等细菌的深入研究，造成微生物肥料品种的单一，不能解决过多的、专一性的问题。

2.3 产品品质有待提升

微生物肥料由于具有安全、无公害的特点，所以在市场上具有很大的潜力，虽然越来越多的企业在生产微生物肥料，但大多数是一些小型企业，由于车间生产、设备和技术落后，所以产品质量不高或不稳定[47-48]。并且由于一些企业的设备比较落后、工艺不成熟，导致产品中有很多的杂菌或菌株没有完全检测到[45]。甚至一些有害的菌株也相应的产生，使产品品质不佳，农民的经济受损，给农业生产造成了不好影响，这是未来微生物肥料发展的一个巨大障碍。

3 微生物肥料的发展趋势

3.1 加强监督管理

当意识到微生物肥料的优点之后，微生物肥料大量地出现在市场上，但是由于市场管理的不规范、不严格，造成了一些非法分子贩卖假冒伪劣产品，不仅损害了农民利益，而且也对微生物肥料的健康发展产生了不良的影响。针对这样的情况，国家应制定一些相关政策，生产许可证制度应严格执行，并且建立专人负责的质检机构，加强工商行政执法力度，严厉打击假冒伪劣产品[48]。

3.2 优良菌株与复合菌群共同研发

由于现代分子生物学的不断发展，可以通过基因工程的原理和技术筛选、培育出一些具有优良功能的菌株，并在此技术上研究开发出具有安全高效、使用领域广的微生物肥料的各种产品。此外，目前由于肥料中的菌株单一，造成了产品质量下降等问题，只有开发多功能型的组合菌群，才能形成优势互补，因此，研发出功能齐全的多菌复合肥料也将成为未来发展的趋势[49]。

3.3 改进生产设备、提高产品品质

由于目前微生物肥料行业管理的不规范，很多微生物肥料生产企业里的生产设备和技术都比较落后，产品的质量也较差，因此政府与其相关的行业组织应该加强管理，利用先进的技术设备和现代化管理，开发出更多优质高效的微生物肥料的新产品，提高产品质量的稳定性。由此可知，未来我国微生物肥料产业将会不断壮大，并且能够在农业生产和应用中发挥更大的作用。