國內外微生物肥料研究進展及展望

李濤 張朝輝 郭雅雯 田香 許曉莞 邱立友

摘要：化肥施用在保障糧食作物高產過程中始終發揮著重要作用，但也帶來嚴重的環境及土地污染問題，阻礙了糧食生產的可持續發展。因此，如何減少化肥用量，尋找環境友好型的化肥替代品是當前科學研究的重要課題。微生物肥料具有綠色健康無污染的特點，是化學肥料最優質的替代品，許多研究表明其能夠有效改善土壤中氮、磷、鉀等元素的利用率，可提升作物抗逆能力，提高農產品質量及產量，并顯著抑制土壤中植物病原菌的毒害作用等。從微生物肥料國內外發展現狀、作用機制、當前存在問題及發展前景幾個方面來介紹當前微生物肥料的研究進展，并對其未來發展策略進行展望。一方面為微生物肥料在農業生產中的深入開發和應用提供了理論依據，另一方面為微生物肥料未來的研發指明了方向。

關鍵詞：微生物肥料;固氮;溶磷;解鉀;植物激素;抗逆性;抗病性;未來研發方向

中圖分類號： S144? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）10-0037-05

我國以世界7%的耕地養活了占世界19%的人口，提高糧食產量是解決糧食問題的重中之重，施用化肥在保障糧食作物高產過程中始終發揮著重要作用，因此我國主要農作物單位面積施肥量一直居于世界前列，多個地區化肥使用量嚴重超標[1]。化肥濫施帶來嚴重的氮磷鉀比例失衡，土壤板結、鹽堿化，營養成分降低，地下水污染等一系列問題[2]。微生物菌肥作為一種新型作物肥料能夠很好地解決這些問題，現階段微生物肥料已在各個國家及地區得到廣泛應用，并取得良好效果。為使人們更深入地了解微生物肥料的發展現狀、作用機制、當前問題及未來發展前景，有必要對微生物肥料研究進展進行詳細介紹，為其今后在農業生產中的深入開發和應用提供理論依據。

不同微生物菌肥中所含的微生物不同，相應肥效也各不相同。固氮、硅酸鹽及溶磷菌肥主要是通過活體菌在植物根際的活動提高土壤中的氮、磷、鉀利用率。促生菌肥一般是指植物根際促生細菌（plant growth-promoting rhizobacteria，簡稱PGPR）菌劑，近年來對其研究較為廣泛，能有效提高作物抗逆能力等[3]，降低作物的染病率從而提高作物產量。光合作用肥料能夠顯著提高作物的光合作用效率，提升作物品質及產量[4]。單一微生物肥料功能有限，可將不同菌劑復配組合，提高微生物多樣性的同時使其功能更加全面。

1 國內外微生物肥料發展現狀

1.1 國際微生物肥料發展

長期生產實踐中人們發現，種植豆類植物不僅可以培肥地力，而且可以提高農產品產量。早在1886年，Hellriegel等發現豆科植物能夠固氮;1888年，荷蘭學者Beijerlinck分離純化得到根瘤菌;1889年波蘭學者Wski將純培養的根瘤菌接種到豆科植物上，形成根瘤[5]。1895年法國學者Noble首次在歐美推廣根瘤菌制劑“Nitragen”的微生物肥料產品，自此微生物肥料產生[6]。1935年前蘇聯學者從土壤中分離出解磷菌，其在田間試驗中能夠有效提高土壤的含磷量，最多可達到42%[7]。20世紀60年代后各國爭相將固氮菌運用于禾本科植物種植中，其中意大利、比利時、德國等國家在將其接種至玉米的試驗中發現其可以替代一部分化肥，替代率達到20%～30%。20世紀70年代，巴西學者Dtibereine開創了聯合固氮，1980年，Kloepper等發現一些微生物能夠產生噬鐵素，對土壤病原菌的傳播有抑制作用，大量試驗也證明PGPR菌劑能夠分泌鐵載體抑制植物病原菌[8]。1972年，國際農業組織同時成立了有機農業運動國際聯盟（I-FOAM）和綠色食品國際協會組織，發展至1990年，已有會員300多個，分布于世界60多個國家。這些國際組織還提出可持續農業概念，要生產綠色食品必須有相應的生物肥料和有機肥料，目前國際上已有70多個國家生產、應用和推廣使用生物肥料。2017年，孟山都和諾維信公司組建的“生物農業聯盟”推出2款新產品：一種為玉米微生物種衣劑，其活性成分為土壤中的一種真菌，該真菌在玉米植株的根部周圍生長，幫助植株提升吸收土壤營養的效率;另一種產品則可促進土壤中有益微生物的生長，幫助大豆植株的營養吸收，改善大豆植株的健康狀況。近年來，隨著生物技術及分子生物學的不斷發展，對不同菌種抗逆及促生機制的持續探索，新型促生菌不斷涌現，不同菌種組合的復合型生物菌肥正在探索當中，不久的將來將可以取代化學肥料。

1.2 國內微生物肥料發展

我國非常重視微生物菌肥的開發及利用，對這一領域的研究始于20世紀30至40年代。20世紀30年代末張憲武開始對大豆根瘤菌進行研究，20世紀40年代初陳華葵等在紫云英根瘤菌研究過程中發現了有效根瘤和無效根瘤，20世紀50年代首次從國外引進一批細菌肥料，包括固氮菌、溶磷細菌及解鉀菌，20世紀60年代開始使用抗生菌肥和固氮藍綠藻肥，20世紀70至80年代開始使用囊泡-叢枝（vesicular arbuscular，簡稱VA）菌根，20世紀90年代先后推廣使用聯合固氮菌肥、 PGPR菌劑、解鉀菌肥及光合作用菌肥等[9]。進入21世紀后，逐漸由功能單一的菌肥發展為復合型菌肥，陸續出現了基因工程菌肥、作基肥、有機無機復合菌肥、生物有機肥及菌粉型微生物接種劑肥料等。20世紀末，我國微生物肥料使用面積逐漸增加且效果顯著，在不同作物上平均增產最高達32%;近年來，我國微生物肥料企業總數已經達到1 000個以上，年產值200億元，平均年產量達到1 000萬t，大田累計應用面積達到1.33×109 hm2 [10]。微生物肥料使用量增長迅速但總量偏小，不足我國肥料使用量的3%，這與我國對微生物肥料的重視不足有關，且目前市場上微生物肥料所使用的菌種性狀不好，企業在研發時對菌種選育投入少，使得菌種來源雜亂，微生物肥料產品質量參差不齊，影響其在生產中的推廣，因此繼續深入研發地域廣適性的作物專用微生物肥料意義重大。