微生物肥料的介紹及其發(fā)展前景分析研究 環(huán)境工程專業(yè)

微生物肥料的介紹及其發(fā)展前景分析研究環(huán)境工程專業(yè)摘要：介紹了什么是微生物肥料，微生物肥料與傳統(tǒng)肥料的區(qū)別，微生物肥料的分類，微生物肥料的特點，微生物肥料的特殊作用，微生物肥料推廣應用應注意的問題，以及微生物肥料的發(fā)展歷史和微生物肥料的發(fā)展前景。關鍵詞：微生物肥料、根菌劑、發(fā)展、前景要想知道什么是微生物肥料，首先我們得先了解什么是微生物。微生物的定義：微生物是肉眼看不見的、必須在電子顯微鏡或光學顯微鏡下才能看見的微小生物的總稱。按細胞結(jié)構(gòu)的有或無分非細胞結(jié)構(gòu)微生物以及細胞就構(gòu)微生物；按細胞核膜、細胞器及有絲分裂等的有或無，克劃分為原核微生物和真核微生物兩大類[1]。了解了微生物的定義之后，我們大體知道了微生物不能用肉眼直接觀察到。我們的生活的環(huán)境當中，我們周圍的空氣，我們周圍的水體，我們周圍的土壤當中都生活著各種各樣的微生物。例如：我們夏天吃剩下的飯菜，如果當天晚上沒有放入冰箱，到第二天早上可能就會變餿掉，這正是由于空氣中的微生物進入到了飯菜當中去才引起的。微生物在我們生活中的應用是及其廣泛的，比如：微生物在治理環(huán)境廢水中，發(fā)揮了重要的作用；還有利用特定微生物來降解一些難降解特殊材料；還有就是微生物在制藥工業(yè)方面的作用也是不可忽視的。其實微生物在環(huán)境中的應用遠不止這些。現(xiàn)在讓我們看看什么是微生物肥料。1．微生物肥料定義微生物肥料是指一類含有活微生物的特定制，應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠獲得特定的肥料效應?？蓪⑽⑸锓柿戏譃閮深悾活愂峭ㄟ^其中所含微生物的生命活動，增加了植物營養(yǎng)元素的供應量，導致村物營養(yǎng)狀況的改善，進而產(chǎn)量增加，代表品種是要菌肥：另一類是廣義的微生物肥料，其制品雖然也是通過其中所含的微生物生命活動作用使作物增產(chǎn)，但它不僅僅限于提高植物營養(yǎng)元素的供應水平，還包括了它們所產(chǎn)生的次生代射物質(zhì)，如激素類物質(zhì)對植物的刺激作用，促進植物對營養(yǎng)元素的吸收利用，或者能夠拮抗某些病原微生物的致病作用，減輕病蟲害而使作物產(chǎn)量增加[2]。長期以來，社會上對微生物肥料的看法存在一些誤解和偏見。一種看法認為它肥效很高，把它當成萬能肥料，甚至揚言可以完全取代化肥；另一種看法則認為它根本不是肥料。其實這兩種都是偏見。國內(nèi)外多年試驗證明，用根瘤菌接種大豆、花生等豆科作物可提高共生固氮效能，確實有增產(chǎn)效果，合理應用其它菌肥拌種或施用微生物肥料，對非豆科農(nóng)作物也有增產(chǎn)效果，而且有化肥達不到的效果。因此，我們認為它是肥料，又與傳統(tǒng)化肥和有機肥在概念和內(nèi)涵上不同[3]。2．微生物肥料的分類微生物肥料大致可分為以下幾類：固氮微生物肥料，微生物鉀肥，微生物磷肥；另外還有“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現(xiàn)的一種。自從生物學家1888年第一次分離出固氮菌不久就出現(xiàn)了固氮的根瘤菌肥料。根瘤菌可使空氣中的氮元素轉(zhuǎn)變?yōu)榈鼗衔?，使土壤中增加氮素營養(yǎng)，農(nóng)作物需要的氮氣大部分都由土壤中各類氮細菌通過生物固氮作用而提供的，而人工合成的氮肥僅占農(nóng)作物需要量的12%，因此，固氮微生物對于作物的生長具有極其重要的作用，在自然界中有三種生物固氮體系，一是自生固氮，即固氮微生物獨自生活固氮；二是共生固氮，即固氮微生物同其他生物共同生活，并形成共生組織進行固氮；三是聯(lián)合固氮，即固氮微生物同其他生物共棲，不形成特殊組織而進行固氮。我國固氮微生物的研究始于本世紀30年代，首先由張憲誠教授等對大豆根瘤菌進行了研究。1953年在我國東北大豆栽培中推廣應用，普遍獲得了增產(chǎn)效果，大豆平均增產(chǎn)12%。后來，中國科學院林業(yè)土壤研究所的科技人員對大豆根瘤菌的接種效果、大豆根瘤的發(fā)育及其生理活性作用進行了大量長期研究。由于微生物固氮過程中需要厭氧、貧氮和能源等苛刻條件，另外各種類型的固氮菌對植物的專一性也影響了固氮效果，因此擴大固氮微生物肥料應用的領域還有待于深入研究。2.2磷細菌肥料磷是植物三大營養(yǎng)元素之一，土壤里含磷雖多，但能為植物直接利用的極少，作為養(yǎng)分能為植物吸收的有效磷在土壤溶液中僅為10－5~10－6摩爾。絕大部分是以不溶性的無機和有機磷化物存在。使用磷肥雖可滿足植物對磷的需要，但在土壤里易被固定為難溶態(tài)磷，利用率很低。這些無效磷化物在解磷微生物的作用下，可轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟衫玫酿B(yǎng)料。在土壤中具有解磷作用的微生物很多，其中巨大芽孢桿菌、珊瑞紅賽氏桿菌、假單孢菌、放射小球菌、橙色黃桿菌等都具有較強的解磷作用。其中有的還對核酸和卵磷脂有較強的分解能力。由于解磷細菌的作用大幅度提高了磷肥的有效供給，磷細菌肥料用于油菜，可增產(chǎn)14%~19%，小麥、水稻、玉米可增產(chǎn)10%左右。因此磷細菌肥料值得進一步研究、開發(fā)和應用。2.3細菌鉀肥目前研究和應用的鉀細菌大致有兩類，一類是硅酸鹽形態(tài)的解鉀細菌，目前研究和應用的解鉀細菌大多是屬于這一類，另一類解鉀細菌是非硅酸鹽形態(tài)的。30年代蘇聯(lián)學者就從土壤中分離出了硅酸鹽細菌(即鉀細菌)，后來的研究證明，這種細菌分解鋁硅酸鹽類的原生態(tài)礦物，可使難溶于水的鉀轉(zhuǎn)化為植物能吸收利用的有效鉀，同時還能分解土壤和礦物中難以被作物吸收利用的無效磷成為有效磷。據(jù)報道，鉀細菌尚有微弱的固氮能力，且在代謝過程中還產(chǎn)生一定量的赤霉素、細胞分裂素、吲哚乙酸等生理活性物質(zhì)。這些物質(zhì)能促進作物根系的生長發(fā)育，提高了作物的抗病能力。鉀細菌肥料用于小麥、水稻、豆類等產(chǎn)量可提高10%以上，用于薯類(喜鉀植物)可增長30%。2.4其他微生物肥料2.4.1“5406”抗生素北京農(nóng)業(yè)大學和中國科學院生物所50年代從西北地區(qū)的菌宿根上分離到的一株放線菌菌種“5406”，能分泌2種以上抗生素和4種以上植物生長激素，具有抗病和促進植物生長的作用。2.4.2EM菌日本琉球大學教授，農(nóng)學博士比嘉照夫先生經(jīng)過30年的研究，應用有益微生物間交替聯(lián)合作用，開發(fā)出了EM有效微生物群，將不同種的近百種微生物聚合為一體，應用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)、水質(zhì)凈化、治理廢棄物污染等。EM菌應用于農(nóng)業(yè)，可使蔬菜產(chǎn)量增加15%左右，油菜作物增產(chǎn)10%，糧食作物增產(chǎn)8%；同時它能改善作物的品質(zhì)。例如可提高玉米的含糖量；可以減少作物的發(fā)病率，同時可改善土壤結(jié)構(gòu)。EM菌的試驗、應用已遍及世界數(shù)十個國家，并在日本、巴西、美國、泰國、澳大利亞等取得成功。國內(nèi)近幾年來在一些地區(qū)的試驗應用，也取得了一定的實際效果。3.微生物肥料的特點微生物肥料是活體肥料，它的作用主要靠它含有的大量有益微生物的生命活動來完成。只有當這些有益微生物處于旺盛的繁殖和新陳代謝的情況下，物質(zhì)轉(zhuǎn)化和有益代謝產(chǎn)物才能不斷形成。因此，微生物肥料中有益微生物的種類、生命活動是否旺盛是其有效性的基礎，而不像其它肥料是以氮、磷、鉀等主要元素的形式和多少為基礎。正因為微生物肥料是活制劑，所以其肥效與活菌數(shù)量、強度及周圍環(huán)境條件密切相關，包括溫度、水分、酸堿度、營養(yǎng)條件及原生活在土壤中土著微生物的排斥作用都有一定影響，因此在應用時要加以注意。[4]4.微生物肥料推廣應用應注意的問題4.1微生物肥料增產(chǎn)增收效果顯著微生物肥料提供的是能固氮、解磷、解鉀等有益微生物，這些活的微生物能在植物根際生長、繁殖，可以帶來幾方面的好處：一是通過這些有益微生物的生命活動，固定轉(zhuǎn)化空氣中不能利用的分子態(tài)氮為化合態(tài)氮，解析土壤中不能利用的化合態(tài)磷、鉀為可利用態(tài)的磷、鉀，并可解析土壤中的10多種中、微量元素。二是通過這些有益微生物的生命活動，分泌生長素、細胞分裂素、赤霉素、吲哚酸等植物激素，促進作物生長，調(diào)控作物代謝，按遺傳密碼建造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。三是通過有益微生物在根際大量繁殖，產(chǎn)生大量粘多糖，與植物分泌的粘液及礦物膠體、有機膠體相結(jié)合，形成土壤團粒結(jié)構(gòu)，增進土壤蓄肥、保水能力。質(zhì)量好的微生物肥料能促進農(nóng)作物生長，改良土壤結(jié)構(gòu)，改善作物產(chǎn)品品質(zhì)和提高作物的防病、抗病能力，從而實現(xiàn)增產(chǎn)增收。4.2推廣應用微生物肥料應注意的幾個問題到目前為止，已獲得國家批準登記的微生物肥料只有100多種，實際上生產(chǎn)的廠家已超過2000家，所以市場上銷售的微生物肥料良莠不齊，廣大消費者對誰優(yōu)誰劣很難判斷，在推廣應用中的確有很多微生物肥料增產(chǎn)增收效果不佳，為了維護微生物肥料的聲譽，確保其使用效果，建議廣大微生物肥料消費者在推廣應用時注意以下幾個問題：4.2.1沒有獲得國家登記證的微生物肥料不能推廣。國家規(guī)定微生物肥料必須經(jīng)農(nóng)業(yè)部指定單位檢驗和正規(guī)田間試驗，充分證明其效益、無毒、無害后由農(nóng)業(yè)部批準登記，而且先發(fā)給臨時登記證，經(jīng)3年實際應用檢驗可靠后再發(fā)給正式登記證。正式登記證有效期只有5年。所以沒有獲得國家登記證的微生物肥料，質(zhì)量有可能出問題，不要大面積推廣使用。4.2.2有效活菌數(shù)達不到標準的微生物肥料不要使用。國家規(guī)定微生物肥料菌劑有效活菌數(shù)≥2億/克，大肥有效活菌數(shù)≥2000萬/克，而且應該有40%的富余。如果達不到這一標準，說明質(zhì)量達不到要求。4.2.3存放時間超過有效期的微生物肥料不宜使用。由于技術水平的限制，目前我國絕大多數(shù)微生物肥料的有效菌成活時間超過一年的不多，所以必須在有效期內(nèi)盡快使用，越早越好，過期的微生物肥料效果肯定有影響。4.2.4存放條件和使用方法須嚴格按規(guī)定辦。微生物肥料中很多有效活菌不耐高低溫和強光照射，不耐強酸堿，不能與某些化肥和殺菌劑混合，所以，推廣應用微生物肥料必須按產(chǎn)品說明書進行科學保存和使用。5.國外微生物肥料的發(fā)展概況根瘤菌劑在世界范圍得到推廣和普及世界上許多我國，如美國、澳在利亞、新西蘭、日本、意大利、奧地利、加拿大、法國、荷蘭、芬蘭、泰國、韓國、印度及非洲的一些國家，至少有70多個國家研究、生產(chǎn)和應用豆科根瘤菌，不僅接處面積不斷擴大，而且應用的豆科植物種類繁多。不少國家在經(jīng)歷一段時間的混亂后，逐步認識到加強根瘤菌肥料質(zhì)量管理的重要性，并制定了相應的標準。澳大利亞：一批產(chǎn)品通過要求5袋被檢樣品：平板計數(shù)1000×106活菌/克濕草炭，200×106活菌/克濕草炭(百脈根)：細胞革蘭氏陰性和與已知菌株抗血清的血清學反應吻合：10-6稀釋度的平皿上無污染；試驗寄主上10-7和10-8稀釋度結(jié)菌。奧地利：由于消費者無法檢測商業(yè)菌劑，所以質(zhì)量監(jiān)督極為重要。豆科根菌劑的質(zhì)量以下列幾個要素為基礎：產(chǎn)品中的根瘤菌在豆科植物上或在標簽上所列的植物上具有結(jié)瘤和固氮能力；在有效期內(nèi)，產(chǎn)品中保持足夠數(shù)量的活菌數(shù)：除根瘤菌外，菌劑不含或基本上不含雜菌。英國：在全國沒有一定的標準來限制接種劑的生產(chǎn)。兩家主要生產(chǎn)公司的菌劑標準遵循著它們的出口國(加拿大、法國等)的標準。為了保險和挖掘所有可能的市場，兩公司制定的商業(yè)目標是：每克接種劑至少含有2×109個根瘤菌，并且至少在18個月內(nèi)保持高于這個水平。法國：要求菌劑接種比率范圍為每粒種子104-106個。貯存的菌劑的接種時，要保證大豆每粒種子為106個慢生大豆根瘤菌，苜蓿種子上為103個芷蓿根瘤菌。另外，它要求登記的根瘤菌接種劑必須是純的培養(yǎng)物，貯存期保持無污染狀態(tài)。加拿大：要求每一種接種劑都必須含有對于特定作物的根瘤菌，且有一定量的菌數(shù)，以使接種后每粒種子帶有1000個(芷蓿、三葉草、車軸草)、10000個(驢喜豆)或100000個(豌豆、菜豆、兵豆、大豆)根瘤菌。同時，要求菌劑包裝必須標明肥料注冊號、生產(chǎn)批號、有效期等內(nèi)容。泰國：依據(jù)本國環(huán)境及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件制訂的。在大條件下，應保證每粒種子帶有105~106個根瘤菌，所以合格菌劑必須每克有5×107個根瘤菌；每10公斤大豆或12公斤花生種子施用菌劑200克。用于菌劑生產(chǎn)的菌株必須嚴格篩選，而且對于相應寄主為最有效菌株。原始菌株、種子液和發(fā)酵液必須是純的。到發(fā)酵最后階段，根瘤菌須經(jīng)血清學驗證，菌數(shù)達到每毫升109個。盧旺達：只有當根瘤菌數(shù)在到109個/克接種劑，且雜菌率小于0.001%時方可出售，并建議在生產(chǎn)日期的1~6個月內(nèi)使用為最佳。布隆迪：根瘤菌數(shù)大約為每克接種劑108個。前捷克斯洛伐克：每克1×105個活菌數(shù)荷蘭：每克4.25×109活菌印度：出廠時每克1×108活菌，失效期時不少于1×107個活菌新西蘭：每克1×108個活菌美國：美國豆科接種劑的質(zhì)量不由聯(lián)邦政府控制管理，有些州設有自已的規(guī)定。如印第安納州，允許予接種的僅限于苜蓿、三葉草等小粒種子上，令人滿意的標準為90%或以上的植株其1/4英寸的主根范圍內(nèi)必須有1個或更多的根瘤，而且必須表現(xiàn)固氮能力：威斯康星州，滿意的標準為80%或以上的植株在主根1/4英寸范圍內(nèi)有根瘤，而且固氮。6.我國微生物肥料的發(fā)展史。我國微生物肥料的研究始于上世紀40年代，最早研究應用的是根瘤菌制劑，代表和奠基人有張憲武先生、陳華癸院士和樊慶笙先生等。50年代是早期發(fā)展的時期，開始研究應用了包括根瘤菌在內(nèi)的固氮菌、溶磷細菌、硅酸鹽細菌等細菌肥料；60年代則主要推廣應用了“5406”放線菌抗生菌肥料；70-80年代中期開始研究由土壤真菌制成的泡囊——叢枝菌根(AM菌根)。這3次不穩(wěn)定的起伏發(fā)展，其主要原因是產(chǎn)品質(zhì)量無保證、產(chǎn)品質(zhì)量無標準和行業(yè)無監(jiān)管，以致每次發(fā)展的時間都不長。90年代以來，在總結(jié)我國微生物肥料幾十年的研究、生產(chǎn)和應用歷史經(jīng)驗后，微生物肥料研制單位相繼推出聯(lián)合固氮菌肥、硅酸鹽菌劑、光合細菌菌劑、PGPR制劑和有機物料（秸稈）腐熟劑等適應農(nóng)業(yè)發(fā)展需求的新品種，它們在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，減少化肥使用、促進農(nóng)作物廢棄物、城市垃圾的腐熟和開發(fā)利用、土壤環(huán)境的凈化作用、保護環(huán)境，以及提高農(nóng)作物產(chǎn)品品質(zhì)和食品安全等方面都有十分重要意義。加上這類產(chǎn)品的生產(chǎn)成本低，耗能小，不污染環(huán)境，所以日益受到重視[5]。7.微生物肥料的發(fā)展前景微生物在農(nóng)業(yè)上的作用已逐漸被人們所認識?，F(xiàn)國際上已有70多個國家生產(chǎn)、應用和推廣微生物肥料，我國目前也有250家企業(yè)年產(chǎn)約數(shù)十萬噸微生物肥料應用于生產(chǎn)。這雖與同期化肥產(chǎn)量和用量不能相比，但確已開始在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮作用，取得了一定的經(jīng)濟效益和社會效應，已初步形成正規(guī)工業(yè)化生產(chǎn)階段。隨著研究的深入和應用的需要不斷擴大新品種的開發(fā)，微生物肥料現(xiàn)已形成(1)由豆科作物接種劑向非豆科作物肥料轉(zhuǎn)化；(2)由單一接種劑向復合生物肥轉(zhuǎn)化；(3)由單一菌種向復合菌種轉(zhuǎn)化；(4)由單一功能向多功能轉(zhuǎn)化；(5)由用無芽胞菌種生產(chǎn)向用有芽胞菌種生產(chǎn)轉(zhuǎn)化等趨勢。從微生物肥料現(xiàn)有的轉(zhuǎn)化趨勢可以看出，將來的微生物肥料的種類將會得到大大的擴充，那樣就可以為我們現(xiàn)在的農(nóng)業(yè)注入新鮮的活力?？偟膩碚f，微生物肥料的發(fā)展前景是廣闊的[6]。微生物肥料的功效已得到人們的承認，但它在生產(chǎn)中的效果還不是很穩(wěn)定，這限制它的進一步推廣和普及，這是由于微生物肥料的作用受許多條件的制約，對一些制約因素如果不清楚或根本不了解，好的應用效果就無從談起。如微生物和寄主之間的關系，品種專性和光譜性機制，制品中微生物進入土壤后的制約因素，同類微生物的競爭等，這在根瘤菌肥料中尤為重要；再有接種劑細菌在載體上的存活，在種子上的存活，在根際的定殖，引起植物反應的程度，及其應用方法等方面，都需要進行廣泛的研究，為微生物肥料的應用打下堅實的理論基礎，使微生物肥料得到廣泛的應用。這是由于當前世界人口猛增，社會對糧食和肥料的需求日益迫切。然而，作為化肥生產(chǎn)原料和能源的石油資源有限，依賴有限資源終難以維持農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。而今后農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向是持續(xù)農(nóng)業(yè)，因此就要發(fā)展生態(tài)的無污染的微生物肥料。因為微生物肥料不僅可補充肥源的不足，而且有可能列為綠色食品用肥進入商品市場，成為新興的“綠色產(chǎn)業(yè)”，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮其應有的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益[7]。各類農(nóng)業(yè)微生物的應用是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保護生態(tài)環(huán)境的有力保證。在自然菌株選育的基礎上開發(fā)微生物農(nóng)藥、肥料、飼料與食品用酶制劑已有長久的歷史，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。但是，由于自然菌株和傳統(tǒng)技術本身的一些缺陷與不足，諸如研究周期