微生物肥料的研究进展

土壤肥料·资源环境微生物肥料的研究进展

袁

田1，熊格生2，刘

志1，贺利雄1

（1.湖南农业大学生物科学技术学院，湖南长沙410128；

2.湖南农业大学科学技术师范学院，湖南长沙410128）

摘要：微生物肥料在高产、优质和高效农业的持续发展中起着重要的作用。文章概述了国内外微生物肥料的研究概况，微生

物肥料分类和生产工艺，并展望了微生物肥料的发展前景。

关键词：微生物肥料；菌种；生产工艺中图分类号：S144

文献标识码：A

文章编号：1006-060X(2009)07-0044-04

StudyonMicrobiologicalFertilizer

YUANTian1,XIONGGe-sheng2,LIUZhi1,HELi-xiong1

(1.CollegeofBiosciencesandTechno1ogy,HNAU,Changsha410128,PRC;2.CollegeofVocationalTechnologyEducation,HNAU,Changsha410128,PRC)

Abstract:Microbiologicalfertilizerplaysanimportantroleinthesustainabledevelopmentofhigh-yield,high-qualityandefficiencyagriculture.ThestudyprogressofmicrobiologicalfertilizerinChinaandabroad,theclassificationandproductiontechnologyofmicrobiologicalfertilizerwerebrieflysummarizedinthispaper,andthedevelopmentofmicrobiologicalfertilizerwereprospected.

Keywords:microbiologicalfertilizer;microorganisms;productiontechnology

农业生产中化肥和农药的使用量逐年增加，引

起土壤退化、生态环境恶化等问题，对农产品安全和农业可持续发展构成威胁和挑战，但为微生物肥料的研究和开发带来了很好的发展机遇。微生物肥料是指一类含有活微生物、具有肥料效应的特定制品。微生物肥料可分为2类，一类是通过其中所含微生物的生命活动来增加植物营养元素的供应量，改善植物营养状况，进而增加产量，如根瘤菌肥；另一类是广义的微生物肥料，通过其中所含微生物的生命活动及其产生的次生代谢物质，如激素类等，不仅能提供植物营养元素的供应，而且还能促进植物对营养元素的吸收利用，甚至还能拮抗某些病原微生物的致病作用，减轻病虫害的发生。近年开发的植物促生根际细菌（PlantGrowth-PromotingRhi-zobacteria,PGPR）微生物肥料就属于后者，这类肥

收稿日期：2009-05-08

基金项目：长沙市科技计划项目（K0802157-21）

作者简介：袁田（1985-），男，湖南郴州市人，硕士研究生，

主要从事微生物生物技术研究。

通过微生物的生料在目前的生产应用中种类繁多。

增进土壤肥力、命活动，微生物肥料具有改良土质、促进作物的营养吸收、增强作物抗病和抗逆能力等重要功能[1-2]。

1微生物肥料研究概况

1887年研究者发现豆科植物根瘤具有固氮功

能并成功培养根瘤菌，此后，微生物肥料的研究与国外对微生物肥料的研究和应用历应用迅速增多。

史较我国长，其主要的品种是各种根瘤菌肥。早在

20世纪20年代在美国、澳大利亚等国就开始有根瘤菌接种剂（根瘤菌肥料）的研究和试用，一直到现在根瘤菌肥依然是最主要的品种。

我国微生物肥料的研究应用也是从豆科植物上应用根瘤菌接种剂开始的，起初只有大豆和花生

20世纪50年代，开始从原苏联引进自根瘤菌剂；

生固氮菌、磷细菌和硅酸盐细菌剂，称为细菌肥料；

20世纪60年代推广使用放线菌制成的“5406”抗70～80年代中期开始生菌肥料和固氮蓝绿藻肥；

使用VA菌根以改善植物磷素营养条件和提高水

通讯作者：熊格生

苍南县金坝包装工艺品厂

产品：菌种包装袋

菌种包装袋专门苍南县金坝包装工艺品厂专业生产菌种包装袋，

应用于微生物、菌种产品的包装，本包装袋与传统包装袋相比具有以下优点：

1. 完美解决微生物包装中菌种排气导致的包装袋涨袋、进而导致包

装破裂的问题。应用本包装袋可以解决发酵生产、菌种包装过程中气体控制的难题，同时也保证了微生态产品包装的长期储运。

2. 通过包装袋中单向排气装置确保微生物的生命活动中产生的气体

不断排出袋外，保持袋内气体压强的相对稳定，同时不让外界气体进入，保持袋内的无氧状态，保证了微生物的活性。

3. 本包装袋综合厌氧发酵和好氧发酵的优点用于解决一些菌群难以

共处的难题（例如微生物组合发酵），包装袋独有厌氧控制很好的应用于固态厌氧等发酵方式。

4. 通过本包装袋可以解决发酵散热、杂菌污染等普通包装袋难以解

决的难题，广泛应用于无抗发酵饲料、生物发酵饲料、生物饲料添加剂、em菌发酵的包装。

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第7期袁田等：微生物肥料的研究进展45

80年代中期至90年代相继应用联合固分利用率；

氮菌和生物钾肥作为拌种剂；近几年来主要推广应

磷细菌、钾细菌和有机肥复合制成的用由固氮菌、

生物肥料，做基肥施用[3-5]。我国微生物制剂的发展

细菌肥料（菌肥）到微生物肥料的经历了根瘤菌剂、

变迁，由豆科接种剂、菌种拌种发展为各种农作物的基肥，有的微生物由于能产生活性物质，有时也用作叶面喷施肥料。目前，国内外出现了基因工程菌肥、作基肥和追肥用的有机无机复合菌肥、生物

非草炭载体高密度的菌粉型微生物接种剂有机肥、

肥料以及其他多种功能类型和名称的微生物肥料。在发展微生物肥料上，主要集中以下几个方面：（1）研究固氮的分子基础，以提高微生物的固氮水

）通过DNA重组技术改造共生细菌，提高平；（2

其竞争力，使之能超过天然共生细菌，促进根瘤的形成；（3）筛选产生铁载体（siderophore）的微生物菌株，将铁螯合起来，抑制有害微生物的生长，或寻找合成多种抗生素的微生物，以阻止植物病原微生物的生长；（4）寻找并改造产生植物激素的微生物，使之能释放特定水平的某种激素，以促进植物的生长和发育；（5）完善微生物肥料的产品标准，加强对微生物肥料的质量监督和管理；（6）规范微生物肥料产品的质量检测体系，合理利用并采用自动稀释仪、红外扫描菌落计数器、荧光抗体技术、免疫酶标记术、单克隆抗体、免疫印记技术、限制性核酸酶切图谱（RFLP）及核酸杂交技术等，对微生物肥料的质量提供检测。

菌一般只能侵染相应的豆科植物根系进行共生固

与根瘤菌具有许多平行点的新型共氮作用。当前，

生关系的非豆科共生固氮菌引起了国内外学者的浓厚兴趣。研究发现，共生固氮效率比自生固氮体系高数十倍，但共生固氮的固氮作用受作物的限制

自生固氮菌自发现和分离以来就受到科因素较多。

贝氏固氮菌和巴斯德固学家的重视，圆褐固氮菌、

氮梭菌等种类已被用作自生固氮菌肥料和联合固氮菌肥料的研究和开发。自生固氮菌不但能固定空气中的氮气为作物提供氮素养料，而且有的还能生成刺激植物生长发育的生长物质，促进其他根际微生物的生长，有利于土壤有机质的矿化作用。一些自生固氮菌在其生活过程中还能溶解磷，但利用自生固氮菌作为微生物肥料的效果不稳定，固氮能力不及共生固氮菌强，还有待加强研究[5-6]。

2.2解磷菌类

解磷真菌或磷细菌类肥料是利用微生物在繁殖过程产生的一些有机酸和酶等能使土壤中无机

有机磷酸盐矿化或通过固定作用将难磷酸盐溶解、

溶性磷酸盐类变成可溶性磷供作物吸收利用的一类微生物肥料。磷细菌根据其作用机制不同可分为无机和有机磷细菌。无机磷细菌能溶解土壤中无效的无机磷变为有效的无机磷，而有机磷细菌则通过分解作用将土壤中无效的有机磷变为有效的有机

提高土壤磷。施用磷细菌肥料能增加作物的产量，

中的有效磷含量[7-10]。

2.3硅酸盐菌类

2微生物肥料种类

微生物肥料的种类很多，如果按其制品中特定的微生物种类可分为细菌肥料（根瘤菌肥、固氮菌

5406、放线菌肥（如抗生菌类、）、真菌类肥料（如肥）

菌根真菌）等；按其作用机理可分为根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌类肥料、解钾菌类肥料等；此外，还可以根据组成成分简单的划分为单纯微生物肥

研究较多的微生料和复合微生物肥料两大类型[3-4]。

物肥料有以下几种。

2.1根瘤菌和固氮菌类

根瘤菌类肥料是迄今研究最早、生产最多、应用时间最广泛和效果最稳定的微生物肥料之一。它利用根瘤菌与豆科植物共生，植物根毛弯曲而形成根瘤来进行固氮作用。近年来，从花生、大豆、豆科绿肥以及牧草根瘤菌中选育出许多优良菌种，并已生产出多种根瘤菌肥。实践证明根瘤菌的作用效果显著，但根瘤菌只与豆科植物结瘤共生，某种根瘤

硅酸盐细菌是土壤中一种特殊的细菌，它能释

放由硅酸盐岩石矿物中的磷、钾、硅等元素直接供给植物，同时具有固氮能力。硅酸盐细菌的解钾作用与其生长过程中代谢产物有关，可能是该菌与矿石接触并产生特殊的酶破坏矿石结晶构造或是表面的物理化学接触交换作用所引起[11]。硅酸盐细菌是目前广泛应用的微生物肥料中的一种重要功能菌，大田实验证明它能在种子或作物根系周围迅速增殖形成群体优势，并分解硅酸盐类矿物释放出钾

硅等元素供植物利用，同时具有固氮和解磷功能[9]。

酸盐细菌类肥料在挖掘土壤潜在肥力、提高作物产量等方面具有明显的作用，但效果不稳定。

2.4促生菌根类

菌根是某些真菌侵染植物根系而形成的菌-根共生体，可分为外生菌根和内生菌根，主要由担子子囊菌和半知菌等真菌类参与形成。试验证明菌菌、

根可以使寄主植物更好的摄取移动性弱的养分元素，扩大根的吸收面积，保护根部免受病原菌的侵

46湖南农业科学第7期

袭，产生阻抑其他微生物的类似抗生素的物质等。目前，菌根类肥料已被用于造林和育苗等技术[5]。

含水量方法和手段的不同，堆肥原料的均匀程度、目前普遍采用和氧气条件都会影响成品的稳定性。

条形堆和发酵仓式[21-24]。的工艺主要有静态曝气、

（1）静态曝气堆肥工艺：将堆肥原料制成不同体积的垛，在堆肥过程中不进行物料翻堆，而是利该工艺具有容易控用通气管道进行人工鼓风通气。

制温度和通风，堆肥产品稳定，能够较好的杀灭病原菌和杂草种子，占地少，堆肥时间短等优点，但是容易受到气候影响，在大量通气条件下氮损失较大，且耗能大。（2）条形堆工艺：将堆肥物料以条垛状堆制，垛断面可以是梯形，不规则四边形或三角形，通过定期的人工或机械翻堆来调控堆体的通气、水分和温度等状况。为了解决渗漏问题，堆肥条垛应在水泥或沥青地面进行，更好的办法是用水泥建成槽状。根据堆体的温度和通气状况，通过翻堆来调节堆体的温度和通气，一般堆肥前期微生物活动旺盛，翻动频率高，堆肥后期翻堆频率可以减少。此工艺的优点是所需设备简单，投资成本较低，翻堆时水分缺点是占蒸发快，堆肥干燥快，堆腐产品稳定性好。地面积大，需要频繁的监测，翻堆造成氮的损失和臭味散失，堆肥质量受气候条件影响大。

（3）发酵仓式工艺：物料堆放在密闭或半密闭的容器内，控制通气和水分条件，使物料发生生物转化和分解，可以高度的机械化和自动化。整个工温度控制、水分控制、无害化控制和堆艺包括通风、

肥的腐熟几个方面。发酵仓式工艺的优点是堆肥设气备占地面积小，能够很好的控制发酵过程的水、和温度，并且堆肥过程中不受气候条件的影响，能够对废物进行统一的收集处理，防止环境的二次污染，同时解决了臭味问题，可以回收发酵过程中的工艺缺点是设备投资高，运费和维修费高，产热量。

品存在潜在的不稳定性，几天的堆腐不足以达到腐熟，后熟期长。

堆肥的发酵工艺基本相同，上述工艺各有优缺点，在选择时应具体情况具体分析。一般资金有限但场地不受限制时，可采用静态曝气和条形堆工艺。在资金充足的条件下可采用发酵仓式工艺，以减少堆肥过程对环境的污染。

3微生物肥料菌种之间的关系

自然界的微生物与环境之间关系多样，微生

物种群之间可分为中立关系、单利关系、互利关系、共生关系、竞争关系、拮抗关系、寄生关系和掠夺关系[12-13]。一般认为，混合培养能减少或避免单一培养过程中生物活性的下降，还能增加培养菌的生

生物制剂及工业发酵中发展混物量。在生物防治、

合培养，能够获得较好的效果[14-16]。因此，在微生物肥料制作时要尽可能多的让微生物之间存在更多的有利关系。

3.1解磷细菌与固氮细菌的关系

当磷细菌和固氮菌同时存在于土壤中时，固氮

菌的发育和固氮能力以及磷细菌芽孢的萌发和解磷能力均优于固氮菌或磷细菌单独存在于土壤的从情况。磷细菌的存在增加了土壤水溶性磷含量，而为固氮菌提供了磷素营养；固氮菌的存在不但增加了土壤的氮素含量，并且在其生命活动中合成和分泌的生理活性物质加速了磷细菌芽孢的萌发，从而加强了水溶性磷的形成过程。

[17]

3.2解磷细菌与解钾细菌的关系

解磷细菌和解钾细菌共培养时可同时获得较

多的有效磷和速效钾，促使植物充分利用土壤及化混合后的菌株具有肥中不溶解的有效磷和高效钾。

很强的矿化卵磷脂和溶解磷酸钙的能力[18-19]。

3.3抗病协同性

平板测定发现混合菌株的抑菌活性、生长速度、

抑菌圈直径、几丁质酶活性均高于单菌株培养[20]，这表明微生物的协同作用与其产生抑菌物质的功能间存在一定的关系。

4微生物肥料的制作工艺

微生物肥料的制作方法大致可分为发酵法和

堆肥法。发酵法主要采用现代生物发酵技术将单一菌种或复合菌种接种于有机物料与填充料经发酵堆肥法是将要堆腐的有机物料而制成微生物肥料。

与填充料按一定比例混合后，在合适的通气和水分条件下，通过微生物繁殖并分解有机物从而产生高温，杀灭其中的病原菌及杂草种子，使有机物达到稳定化而形成微生物肥料

[21-22]

4.2微生物肥料发酵工艺

生物技术的不断发展，促进了传统有机肥制备

。

4.1微生物肥料堆肥工艺

不同的堆肥工艺主要区别在于堆肥过程中的

技术与现代生物技术的有机结合。微生物肥料发酵工艺通过将单一微生物或复合微生物菌剂接种于有机物料与填充料，然后经发酵而生产微生物肥

第7期袁田等：微生物肥料的研究进展

）：22-23.（4[5][6][7][8][9]

47

料。这种工艺可以人工接种功能强大的发酵菌群，利用微生物的代谢活动来分解物料中的有机物质，可以使物料达到稳定和无害化。为加强发酵能力，引入一些能分解纤维素和半纤维素的微生物，如木霉属微生物；为除去发酵过程中的恶臭味和减少营

EM菌剂等。此外，养物质的流失，可以接种放线菌、根据需要还可以加入具有固氮、解磷、解钾等功能市场上已开发了多的复合微生物菌剂等[25]。目前，

种用于制备有机肥料的微生物菌剂。采用发酵法制备微生物肥料，可以利用现代微生物技术，根据需要选择菌种或进行菌种组合，能大大缩短发酵周期，满足不同要求；还可以针对特定植物和功能要求设计开发精细产品。

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5微生物肥料发展前景

微生物肥料在作物增产和品质改善等方面具

有重要的积极作用。根据估计，若我国微生物肥料的产量占化肥产量的3%，则粮食产量可增加50亿～100亿kg，而我国现有微生物肥料的年产量仅300万t，只占化肥产量的0.5%[26]，可见微生物肥料的发展具有非常好的前景。我国微生物肥料研发与应用时间较短，产品研制处于初始阶段，应用效果及稳定性都难以达到大面积推广应用的要求。当前，要重点加强微生物菌种的筛选与选育和微生物复合菌系的应用，开展微生物肥料的应用、专用肥的开发以及微生物菌种与化肥和有机肥的复配技术等研究，使微生物肥料在我国应用上一新的台阶。微生物肥料的生产受到越来越多的关注，在资源节约和环境友好型社会建设中将发挥重要作用，市场潜力巨大，研究和开发微生物肥料具有重要的经济、社会和环境效益。

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（责任编辑：卢红玲）