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微生物肥料研究的发展现状和前景未来

2020-04-02 253 上传者：管理员

摘要：在保证粮食作物高产中化学肥料发挥了非常重要的作用，并在一定程度上缓解了世界粮食问题，但不可忽视的是化学肥料的大量使用对水体、土壤和大气等造成了巨大污染。因此为了使农业的可持续发展得以继续，就必需找到合适的化肥替代品。而微生物肥料的绿色、健康、无污染的特点，还有营养成分丰富且全面的特色，加速了合理开发和利用微生物肥料的进程，也可有效缓解化肥污染问题。在这基础上，通过对微生物肥料的作用机制、国内外发展现状、当前存在问题及发展前景的分析研究，希望尽快发展微生物肥料的方法。

关键词：
作用机制
前存在问题
发展前景
展望
微生物肥料
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化肥的出现带来了粮食的增产，但也带来环境污染，造成粮食的可持续发展出现危机。2019年，我国水稻、玉米、小麦三大粮食作物化肥利用率为39.2%，与发达国家50%～60%的水平相比还有很大的差距。我国每年仅尿素实物损失就达2000多万吨，直接经济损失达500多亿元，化学肥料过量造成的环境损失更是不可估量。因此，如何减少化肥的使用成为当今科学家研究的重要课题。现有研究表明，利用微生物肥料提高化学肥料利用率是一种十分有效途径。微生物肥料又称生物肥料，是指一类含有活性微生物并在使用中能获得特定肥料效应能，增加植物产量或提高品质的生物有机化肥制剂。现在国家大力倡导绿色发展理念，微生物肥料因具有提高植物产量或品质等一般肥料效应的同时，还具有改良土壤和保护环境等优势和特点而备受人们关注，应用前景十分广阔[1]。

1、微生物肥料的作用机制

1.1 促进氮磷钾元素的吸收利用

国际上最开始发现并应用的微生物肥料就是使用根瘤菌促进豆科植物对氮元素的吸收。根瘤菌类、自生固氮菌菌类和联合固氮菌类都可通过共生关系固定空气中的氮，同时为植物提供氮源。微生物肥料中部分微生物可以通过代谢分解有机含磷化合物，同时产生有机酸和无机酸分解无机磷化合物来共同提高植物对磷的利用效率，改善植物营养条件，充分发挥土壤生态肥力。土壤中含有大量的钾，但这些钾90%以上是难以被植物吸收和利用的硅酸盐矿物。硅酸盐细菌肥料能分解土壤中的云母、长石、磷灰石等含钾矿物，使难溶性钾转化为有效性钾，改善土壤结构，提高植物对土壤的利用率。

1.2 微生物代谢产物刺激调节植物生长

微生物的代谢活动产生会各种植物生长调节剂，从而刺激调节植物生长发育。研究表明，绝大部分根际细菌能产生吲哚乙酸、赤霉素以及一些维生素，可以刺激细胞形成层的分裂，促进植物的生长，诱导植物开花，提升植物品质。部分假单胞菌、沙雷氏菌等能产生细胞分裂素来诱导植株的根伸长及延迟叶片脱落，植物生长发育可受微生物产生的植物生长调节剂、维生素及酚类物质的影响。研究发现某些根际促生菌能够调节细胞分裂素（CTK）和脱落酸（ABA）的平衡，延缓植物衰老[2]。

1.3 提高作物抗性

许多微生物肥料可以提高作物对于干旱、极端温度、土壤酸碱度以及有害重金属的耐受力，从而有效增强作物的存活率及生长发育能力。例如，施加微生物肥料可增加土壤的含水量，提高马铃薯对干旱的耐受力[3]。细菌肥料控病机制包括：

1）通过有益微生物在作物根际的大量聚集定殖形成优势菌群，从而减少土壤中植物病原菌的入侵，限制病原菌的定植和传播；

2）改变微生物环境平衡，提高土壤的生物多样性，诱发植物产生抗性，促进植物生长从而抑制有害微生物的生长繁殖；

3）产生抗生素，常见抗生素约有20种，另外还有吩嗪、苯二酚等来杀灭或抑制病原微生物。

2、微生物肥料国内外发展现状

我国微生物肥料开始发展于20世纪40年代，但由于对其发展缺乏重视，产品种类繁多，标准制定困难，使得监管不严，产品质量参差不齐，发展进程缓慢。我国最初开始研究微生物肥料，都是围绕根瘤菌对于豆科植物的促生长作用[4]；20世纪50年代开始逐渐在其中加入更多菌种，如固氮菌、磷细菌等；20世纪60年代开始使用添加了放线菌的5406微生物菌肥；20世纪70年代后期开始研发泡囊-丛枝菌根（AM菌根）[5]。直到2000年前后，化肥使用导致环境严重破坏，使得人们开始重视微生物肥料。现在微生物肥料发展越来越迅速，菌种种类达到数十种，类型也从单一变得复杂，其功能也越来越丰富。与化肥相比，微生物肥料具有改善作物品质的功效。研究表明，微生物肥料配合化肥施用可以有效提高植物对化肥的利用率，改善综合特性[6]。微生物肥料在国际上已得到70多个国家推广和普及，国际上目前已有不少成熟产品被广泛应用于实际的农业生产中。孟山都作为20世纪成立的最大的化学工业也在20世纪60年代全面发展生物技术，转型成为农业技术公司，在2017年与诺维信公司推出玉米微生物种衣剂（AcceleronB-300SAT），其活性成分为土壤中的一种真菌，该真菌在玉米植株的根部周围生长，帮助植株提升吸收土壤营养的效率。在2016年的田间试验中，微生物菌剂增产表现优异，部分优秀的微生物菌株实现了玉米每667m2增产约12.55kg，大豆每667m2增产约7.17kg。在使用方面，孟山都在种子出厂前即可对种子进行微生物种衣剂处理，大大方便了农民的使用。近年来，随着生物技术的迅猛发展，对不同菌种基因改造提高其抗逆及促生机制，新型促生菌不断涌现，新型复合型生物肥料正在探索当中。未来十年，微生物解决方案将成为现代农业科技解决方案的主流。

3、当前微生物肥料应用中存在的问题及发展前景

3.1 微生物肥料在实际应用中存在一系列问题，导致推广受到阻碍。

1）微生物肥料中的有益菌群需在土壤中定植、繁殖后方可发挥效用，导致肥效慢，短期效果不明显。此外，微生物肥料作为一种活体肥料，其肥效受到施肥方法、环境条件等诸多因素的影响和限制，肥效差异化或不稳定的情况较为普遍，且效果不稳定，导致农户使用的积极性不高。

2）微生物肥料种类较少，使用范围窄，不能满足农业生产的广泛需求[7]。此外，企业对微生物肥料研发、生产的重视程度不够，肥料的品质不高。

3）微生物肥料生产成本高，售价较高，降低了农户的购买使用意愿。随着科技的进步，新型肥料发展迅猛，其中微生物肥料由于特有的优势将逐渐在现代农业生产中发挥越来越重要的作用，拥有巨大的潜在市场。

3.2 微生物肥料的优势很明显，但在全面应用方面还存在很多问题。

1）微生物肥料的肥效发挥相对化学肥料缓慢得多。可以发展微生物与有机、无机复混肥料，保证粮食产量的前提下减少化学肥料的使用。

2）全国众多科技者从事微生物肥料研究领域，通过探究微生物肥料的作用机制，采用生物技术手段构建高效工程菌等各种方式选育出高品质菌种。但共享机制的缺乏，导致大量重复工作，造成巨大人力物力浪费，所以加强行业整合与交流，以便更好地致力于创新与发展。

3）在知识产权转化方面，加强技术攻关，解决肥效低、不稳定和成本高问题，可以通过完善工艺设备，优化生产工艺条件及流程，增加产品质量及稳定性，不断加大微生物肥料的推广和使用。政府加大监督力度，微生物肥料企业也要加强自我管理，提高产品品质，不可存在侥幸心理。

4）政府以及行业机构加强联合企业进行宣传和试点示范，提高农户对微生物肥料的认知和接受度。

参考文献：

[1]翁伯琦,张伟利.试论生态文明建设与绿色农业发展[J].福建农林大学学报(哲学社会科学版),2013,16(4):1-4.