生物肥料的研究进展及在桑树上的应用

叶晶晶 曹宁宁 吴建梅 石洪康 胡祚忠 赵艳燕 张剑飞

(1四川省农业科学院蚕业研究所， 四川南充 637000； 2四川省南充蚕种场， 四川南充 637000；3山东省日照市岚山区碑廓镇政府， 山东日照 276809)

近年来，随着化学肥料使用量的不断增加，生态环境遭到严重破坏，如土壤结构被破坏、水体富营养化、农产品质量下降等，同时也危害了人类健康[1]。随着生态农业和绿色农业的发展，施用化学农药和化学肥料对土壤和环境造成的污染愈来愈受到人们的关注，限制使用化学农药和化学肥料已成为21世纪国际社会的共识[2]。化学肥料的大量施用破坏了土壤自我调节的功能，而生物肥料的长期使用可建立起土壤的良性循环体系，从而获得更好的经济效益和生态效益。生物肥料是指具有特定生理功能，能增加土壤有效态氮、有效态磷或有效态钾等养分含量的有益微生物，经大量培养后再与适量吸附剂(如泥炭)混合而成的微生物制剂，又称菌剂或菌肥[3]。生物肥料生产成本低，应用效果好，不污染环境，使用后不仅能增加农产品的产量，而且可以提高农产品的质量，因此，生物肥料独特的经济、社会、生态效应，越来越受到人们的关注。作为一种高效无毒、绿色无污染的新型生物菌剂，生物肥料可满足农产品生产安全、保持生态平衡、改良自然环境的要求，具有广阔的市场前景和推广使用价值[4]。

在蚕桑生产过程中，生物肥料不仅能为桑树的生长提供所需的养分，改善桑叶品质，进而实现蚕桑副产物的优质高产，而且还可提高肥料利用率，降低养蚕成本；因此，生物肥料可以作为桑园的优质肥源之一。并且，随着人们对微生物肥料的不断开发和利用，生物肥料必将为我国农业的可持续发展做出更大的贡献[5]。为促进生物肥料的普及和应用，我们对生物肥料的发展史、种类、作用特点、今后的发展方向、生产应用中存在的主要问题、在桑树上的应用及效果进行总结，并对其发展前景进行展望，供同仁参考。

1 生物肥料的发展史

随着科技的发展，生物肥料在农业生产中的作用已逐渐被人们所接受。生物肥料的研究应用起始于1895年德国推出的“Nitragin”根瘤菌接种剂并应用于豆科植物[6]，到20世纪三四十年代美国、澳大利亚、英国等国家都有了自己的根瘤菌接种剂产业，并取得明显成效[7]。20世纪60年代以后世界各国都加强了对生物肥料的研究，并取得了一定的进展[8-9]。我国在20世纪50年代末开始生产和使用生物肥料，先后推广使用固氮绿藻肥料、5406抗生素肥料、VA菌根以及作为拌种剂的联合固氮菌和生物钾肥[7]。微生物肥料发展的总趋势是所用菌种范围不断扩大，应用中强调菌剂和有机、无机肥料的混合施用等[10]。

研究表明，生物肥料含有多种有益微生物和各种活性酶以及作物可吸收利用的微量元素、有机物等，在保持、改善和提高土壤肥力，活化土壤养分，增强微生物活性，促进农作物高产、优质，降低农产品成本等方面有着不可替代的作用[11]。

2 生物肥料的种类

目前农业生产中应用的生物肥料主要有单一生物肥料、复合生物肥料和复混生物肥料等3个大类[12-15]。

2.1 单一生物肥料

只含有1种微生物群体的肥料，是指目标微生物(有效菌)经过工业化生产扩繁后加工制成的活菌制剂。它的特点是微生物种类单一，具有较强的专一功能，针对性强，但其肥效发挥因目标微生物的生理特性，受环境影响较大，这类肥料有根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷细菌肥料、解钾细菌肥料等[12-15]。

2.2 复合生物肥料

含有2种以上微生物群体的肥料，是2种及2种以上微生物(有效菌)经过工业化生产扩繁后加工制成的活菌制剂。这类复合生物肥料具有营养丰富、作用全面、肥效稳定的特点，可根据土壤情况以及不同农作物的生产特点等生产实际需要，有针对性确定配方菌株并发酵生产[12-15]。其产品种类较多，应用广泛。一般做基肥、追肥和灌根或拌种肥[16]。

2.3 复混生物肥料

是将微生物与氮、磷、钾、微量元素肥料混合而成的制品，兼具生物肥料和有机肥效应的肥料，又称生物有机肥或活性肥等[12-15，17]。这类肥料是应用先进的生物工程技术研制而成的，属于高新技术产品，具有节肥增效，保护生态环境，应用简便等优点[17]。夏娟萍等[18]研究发现，桑园使用复混生物肥料能够增加春季桑叶产量，改善桑叶品质，促进桑树枝条生长，复混生物肥料可作为桑园的优质肥源之一。

3 生物肥料的作用特点

3.1 节约能源减少污染

生物肥料可以有效利用空气中大量的氮气资源，生物肥料中的根瘤菌、解磷细菌、解钾细菌、固氮菌等微生物能够固定并转化空气中的氮素供农作物吸收利用，实现生物固氮，提高磷、钾肥的利用率；施用生物肥料可以通过肥料中微生物的作用，减少化肥对农田环境的污染，实现无公害生产，从而保护农田的生态环境，促进农业的可持续发展[19]。

3.2 刺激和促进植物生长

生物肥料中的有益微生物及其分泌代谢的活性物质可以促进植物细胞分裂和增强植物吸收矿物营养和水分的能力，有益微生物的代谢产物中含有大量促进植物生长的有机酸、氨基酸以及植物生长刺激素等，能够促进植物种子发芽、根系生长、早熟开花等营养生长和生殖生长，起到单施化肥所不具备的刺激和促进植物生长的作用[20]。实践证明，生物肥料在豆科植物中增产效果非常明显，在玉米、蔬菜、水稻等农作物中也有良好的增产效果[21]。赵娟等[22]研究了3株放线菌对甜瓜幼苗的促生与抗病诱导作用，发现3株生防放线菌对甜瓜枯萎菌和西瓜枯萎菌均具有较强拮抗性；同时，对甜瓜幼苗具有促进生长和提高诱导抗性的作用，特别是在放线菌和甜瓜枯萎菌混接时效果明显。另有研究发现，生物肥料对于提高桑叶产量、增加桑叶品质均具有良好的效果，在桑树肥水管理上的应用前景也十分广阔[18]。

3.3 改善农产品品质

李玉奇等[23]采用随机区组法研究了连茬王(含芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、光合菌等)、护根宝(含芽孢杆菌、乳酸菌、链霉菌等)和木霉菌肥(含哈茨木霉菌)3种微生物菌肥处理对温室黄瓜生长、产量及品质的影响，同时进行投入及产出分析表明，3种微生物菌肥均能不同程度地提高温室黄瓜的总生物量、茎粗、叶面积指数、叶片数、根活力及叶片的光合特性，同时可以改善黄瓜果实的品质，显著降低其硝酸盐的含量。王彦飞等[24]研究了5个生物肥料对辣椒的生长性状、产量和品质的影响表明，施用EM地力王菌肥，辣椒的产量、维生素C(Vc)和辣椒素含量分别比对照提高了32.4%、12.8%和2.3%。罗海信[25]研究了生物肥料对桑树生长发育的影响，发现桑园施用生物肥料能够显著提高桑叶的产量，并能够提高桑椹的产量和品质。使用生物肥料后的实测结果均表明，农产品的蛋白质、Vc、糖、氨基酸的含量都有不同程度的提高；同时还能提高农产品品质，使农产品的硝酸盐含量降低[23-24]。

3.4 培肥地力

黎睿智[26]研究认为，生物固氮是土壤补充氮素的主要途径，主要通过土壤中的固氮微生物将分子态的氮还原成氨态氮，进而被植物吸收利用。肖春艳[27]研究发现，各种固氮微生物肥料，可增加土壤中的氮素营养；多种解磷、解钾微生物可将土壤中难溶的磷、钾分解出来，转变为作物能够吸收利用的磷、钾养分，使作物生长所需的营养元素供应量增加，从而提高肥料的利用率。徐超[28]研究了生物肥料对梨园土壤肥力的影响，发现施用生物肥料，土壤的碱解氮、速效磷、速效钾、有机质的含量增长最高，分别比对照高82.75%、20.57%、46.15%和13.95%，通过主成分分析显示生物肥料处理对提高土壤肥力的效果显著。大量的研究发现，生物肥料，通过内在微生物的作用，能够起到固氮、解磷、解钾的作用，分泌纤维素酶等，加快有机质分解，有效提高肥料利用率，最终起到提高土壤肥力的作用，特别是在产量低、有机质缺乏的土壤上施用效果更明显[29]。

3.5 改良土壤

张亚玉等[30]研究发现，连续使用生物肥料，土壤的结构可得到改善，土壤体积质量降低、土壤孔隙度增加、土壤通透性提高，不仅土壤质地变得疏松，而且可以减少化学肥料对环境的污染。关菁等[31]研究发现，使用生物肥料的土壤，其物理性状表现良好，土壤体积质量比减小0.13 g/cm3，土壤孔隙度增加3%，土壤田间持水量提高5%，对作物的生长发育极为有利。通过施用生物肥料，可以改善土壤的团粒结构，有效打破土壤板结，促进土壤团粒结构的形成，从而有效改善土壤的通气状况，促进有机质、腐殖酸和腐殖质的形成。

此外，生物肥料中的部分功能微生物能够有效降解土壤中残留的化肥、农药、重金属和其它污染物，通过分解、转化、固定、转移、合成等对土壤污染物进行无害化处理，降低土壤污染的程度[32]。同时，一部分拮抗微生物能够自身合成分泌抗菌活性物质，起到抑制病虫害发生、增强植物抗病抗旱能力等作用[33-34]。

4 生物肥料的发展方向

随着绿色农业革命的不断深入，生物肥料的推广面积大幅增加，并且已经在农业生产中发挥了重要作用，随着科学技术研究的深入和农业生产需求的增加，应不断扩大生物肥料新品种的开发，其发展趋势如下。

4.1 由单一菌种向复合菌种转化

复合菌肥料的使用，使得单一菌种的某种或几种功能得到加强，以实现对菌株的多功能利用，如固氮菌-根瘤菌-磷钾细菌复合生物肥料[35]。同时注重发挥菌株之间的互利共生作用，避免菌株之间的拮抗作用。通过加强生物肥料优良功能菌株的培育筛选，延长微生物在土壤中的存活时间，使生物肥料能够长期发挥功效。另外，还可以通过在肥料中添加含有分解含碳化合物的菌株，不断供应肥料中微生物的碳源营养，延长肥料中微生物的存活时间，使生物肥料能够长期发挥功效。

4.2 由单纯生物菌剂向复混生物肥转化

由单纯的土壤磷活化菌剂、硅酸盐菌剂等向生物菌剂与营养元素(氮、磷、钾等元素以及微量元素)、有机肥、抗生素等的复混生物肥转化[36]。这种转化能够实现生物菌剂与肥料的有机结合，增强微生物菌剂和肥料的功效。

4.3 由单一剂型向多元剂型转化

为适应不同的作物生长需要，生物肥料剂型应由单一剂型向多元化转化。如液体剂型、草炭载体的粉剂、颗粒剂型、冻干剂型、矿油封面剂型等。

生物肥料只有在具有一定的土壤肥力基础上或者在相应的化肥投入基础上才能更好地发挥其作用特性，因此生物肥料和化学肥料的联合使用是肥料数量和性能上的配合和补充，生物肥料只有与有机肥料和化学肥料同步发展，才更具有广阔的应用前景。

5 我国生物肥料存在的主要问题

我国生物肥料行业经过几十年的发展已经取得了一定的成绩，为我国农业的可持续发展及环境保护等方面做出了重要的贡献。但是，我国生物肥料行业仍存在着基础研究薄弱、肥效不稳定、监督管理体制不完善等问题。

5.1 基础研究薄弱

目前对生物肥料的研究主要集中在菌株分离、驯化、增产效果等方面，对于生物肥料的作用机制、菌剂的生态行为、影响肥效的制约因子等缺乏了解，研究深度不够[37]。

5.2 肥效不稳定

很多生物肥料在使用的过程中，受到自然环境、菌株突变等影响，其肥效会大大减弱；而部分肥料中活菌数量少，杂菌较多，有效期短。另外，如果有害菌株流入生产环境，还会引起安全隐患。

5.3 监督管理体制不完善

近几年，尽管微生物肥料得到了长足的发展，但是仍缺乏有效的监管和质量检测，不少产品未经登记和检验就私自流入市场销售，稍有不慎，就会给农业生产造成严重损失，进而影响生物肥料产业的发展。

6 生物肥料在桑树上的应用及效果

桑树施用生物肥料，能促进桑树生长并提高桑叶品质。研究表明，施用生物肥料的桑树其枝条生长量及叶片厚度均比对照区有所增加[38-39]，这表明生物肥料能促进桑树枝条的快速生长和叶片营养的合成。用施用生物肥料的桑叶喂养家蚕，其公斤茧颗数和死笼率均有所下降，而在全茧量、茧层量及茧层率等方面也有所提高，说明桑树施用了生物肥料之后，在一定程度上改善了桑叶的内在品质，提高了蚕茧的质量[38-39]。

另有研究表明，施用生物肥料后，大量的有益微生物被施入到土壤中，迅速增加形成优势群体，大大削弱了病原菌的生长繁殖，同时有益微生物在生命活动过程中，分泌几丁质酶，几丁质酶分解真菌、虫卵壁的几丁质，使其原生质体流出失活，从而起到杀死病虫的作用[40-41]。随着生物肥料在农业领域的不断推广应用，桑树专用生物肥料的研究也取得了一定进展，市场上一系列产品得到推广应用，效果明显，对于改善传统蚕桑产业投入大，提高蚕桑生产效率都具有重要作用[38-39]。

7 生物肥料的前景展望

生物肥料中的有机物质和营养物质均十分丰富，不仅能为桑树的生长提供所需的养分，还可以提高桑叶产量，改善蚕茧品质，保持土壤肥力；同时，还可以提高肥料利用率，降低生产成本[18]。施用生物肥料比施同量化肥增产效果更加明显，生物肥料可以作为桑园的优质肥源之一。

在21世纪的粮食发展战略中，虽然化学肥料的使用所起到巨大的增产作用仍然是其他方法无法替代的，但是随着全球对生态环境的日益重视和社会对农业可持续发展的绿色生态要求日益迫切，生物肥料的开发应用必将迎来广阔的前景。

生物肥料顺应对食品生产安全、卫生、有机、绿色的需求，随着人们生活水平的提高，广大农民迫切需要通过施用绿色、环保、持久、高效的肥料来提高农产品的产量和品质，增强农产品的市场竞争力。有鉴于此，开发和生产适合我国农业发展和市场需要的新型生物肥料，提高我国农产品的产质量和国际竞争力，加快我国农业的转型升级成为肥料生产企业必须加以重视和研究解决的重要问题。

[1] 张翊，王军志，吴勇杰.重组人超氧化物歧化酶的基因克隆、表达及产物纯化的研究[J].生物工程学报，2000，16(5)：557-560.

[2] 张惠文，王烨，杨秋莲.生物肥料在农业生产中的应用前景[J].新疆农业科技，2006(5)：20.

[3] 王粉莲，苏利民，王萍，等.生物肥料在国内外的研究现状[J].内蒙古农业科技，2010(6)：74-75.

[4] 王淼焱，王洪娴，李敏，等.菌根生物肥料的研究现状[J].山东科学，2006，19(6)：94-96.

[5] 袁勤生.SOD在医药、食品和日化工业上的应用[J].中国生化药物杂志，1994，15(4)：289-293.

[6] 陈文新，汪恩涛.中国根瘤菌[M].北京：科学出版社，2011.

[7] 刘鹏，刘巡理.中国微生物肥料的研究现状及前景展望[J].农学学报，2013，3(3)：26-31.

[8] KHARE A K，RAWAT A K，DUBEYS B，et al.Role of native vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi in wheat(Triticumaestivum)-based cropping sequence for efficient use of phosphorus and zinc in black soils of Madhya Pradesh[J].Indian J Agric Sci，1998，68(5)：247-250.

[9] AL-KARAKI G N，AL-OMOUSH M.Wheat response to phosphor gypsum and mycorrhizal fungi in alkaline soil[J]. J Plant Nutr，2002(25)：873-883.

[10] 刘新源.生物炭与无机有机肥料混合施用对土壤理化特性和烟叶产量品质的影响[D].郑州：河南农业大学，2014.

[11] 胡学玉，曾希柏，叶志华.中国生物肥料资源构成及开发利用[J].湖北农业科学，2000(6)：36-39.

[12] 张建国.复合生物有机肥对烤烟含钾量及生长发育、产质效应的影响[D].泰安：山东农业大学，2004.

[13] 薛智勇，汤江武，钱红，等.复合生物肥料的开发及应用效果研究[J].上海农业科技，2003(5)：46-50.

[14] 林代炎，宋月家.复混生物肥料的增产作用及开发前景[J].广西农业科学，1997(6)：24-26.

[15] 郑洪艳.生物肥料的种类及使用注意事项[J].科学种养，2009(1)：51.

[16] 谢宝恩，王继雯，甄静，等.新型复合生物肥料的研制与应用[J].河南科学，2010，28(12)：1 557-1 560.

[17] 俞林平，蔡力夫，王卫春，等.复混生物肥料在花生上的应用研究[J].广西农业科学，1998(1)：24-25.

[18] 夏娟萍，金允昌，薛智勇，等.桑树应用复合生物肥料效果试验[J].蚕桑通报，1996，27(4)：27-29.

[19] 张琛平，张文平.拓宽生物肥料应用的领域 推进绿色、无公害、有机食品的进程[J].新疆农业科学，2010，47(S2)：195-197.

[20] 席琳乔，姚拓，张德罡.固氮菌对燕麦不同生育期促生作用的研究[J].草业学报，2007，16(3)：38-42.

[21] 陈家武，卢以群.生物肥料在绿色农业中的应用研究概述[J].湖南农业科学，2005(2)：47-48.

[22] 赵娟，杜军志，薛磊，等.3株放线菌对甜瓜幼苗的促生与抗性诱导作用[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2010，38(2)：109-116.

[23] 李玉奇，辛世杰，奥岩松.微生物菌肥对温室黄瓜生长、产量及品质的影响[J].中国农学通报，2012，28(1)：259-263.

[24] 王彦飞，曹国璠.不同生物肥料对辣椒产量和品质的影响研究[J].北方园艺，2010(17)：13-15.

[25] 罗海信.复合生物肥在桑树上的应用[J].四川蚕业，2015，43(1)：32-33.

[26] 黎睿智.长期施肥对土壤钼含量和固氮微生物区系的影响[D].南京：南京农业大学，2015.

[27] 肖春艳.微生物肥料在农业生产中的作用[J].吉林农业，2000(3)：26.

[28] 徐超.生物有机肥对库尔勒香梨产量和品质及土壤肥力的影响[D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2016.

[29] 孙敬，史雅君.生物肥料在农业生产中的应用[J].吉林农业，2010(12)：152.

[30] 张亚玉，孙海，谭云峰，等.多功能微生物制剂对农田栽参土壤容重及人参皂苷的影响研究[J].特产研究，2010(1)：35-37.

[31] 关菁，史利平.复合微生物肥和生物有机肥对不同土壤改良作用的机理探究[J].现代农业，2016(1)：28.

[32] 周泽宇，罗凯世.我国生物肥料应用现状与发展建议[J].中国农技推广，2014(5)：42-43.

[33] YUAN L，HUANG J，YU S.Responses of nitrogen and relate enzyme activities to fertilization in rhizosphere of wheat[J].Pedosphere，1997，7(2)：141-148.

[34] 毕军，夏光利，张昌爱，等.有机生物活性肥料对冬小麦及土壤活性质量影响的试验研究[J].土壤通报，2005，36(2)：230-233.

[35] 王粉莲，苏利民，王萍，等.生物肥料在国内外的研究现状[J].内蒙古农业科技，2010(6)：74-75.

[36] 高宝岩，隋华，吕伟，等.生物肥料的作用特性及应用前景浅析[J].天津农林科技，2000(1)：27-28.

[37] 孟瑶，徐凤花，孟庆有，等.中国微生物肥料研究及应用进展[J].中国农学通报，2008(6)：276-283.

[38] 廖泰珍，曾大红.牧禾复合生物菌肥在桑树上运用的试验小结[J].蚕桑茶叶通讯，2006(4)：7.

[39] 陈枝，陆俣伽，韦冬梅，等.万物春系列生物肥在桑树上的应用初报[J].广西蚕业，2009，46(2)：5-7.

[40] 刘睿，王正银，朱洪霞.中国有机肥料研究进展[J].土壤肥料科学，2007，23(1)：310-313.

[41] 沈德龙，曹凤明，李力.我国生物有机肥的发展现状及展望[J].中国土壤与肥料，2007(6)：1-5.