中國生物肥料與有機肥料研究三十年：回顧與展望

摘要： 生物肥料與有機肥料是環境友好的綠色肥料，在培肥耕地、改良土壤、提高農產品品質中發揮重要作用，是支撐農業綠色發展、保障國家糧食安全的重要投入品。自20 世紀中葉，我國化肥工業的快速發展為促進糧食持續增產提供了充足的無機養分；到20 世紀90 年代，我國肥料投入中化肥占比達到最高，有機肥料等的施用相應降至最低。對化肥的依賴導致了耕地質量退化、農田環境污染、農產品質量下降等一系列問題，嚴重影響了我國耕地的可持續利用和農業可持續發展，因此我國加大了對生物肥料與有機肥料的研究。三十年來，我國生物肥料與有機肥料在基礎研究、應用研究和產業化方面都取得了日新月異的進展。我國的生物肥料研究從最初的根瘤菌等固氮功能逐步擴展到溶磷解鉀等活化養分功能，進一步發展到消減土壤障礙與增強作物抗逆等非養分功能；從單一菌種發展到多菌種及合成菌群，產品類型從單純的菌劑發展到生物有機肥和復合微生物肥料，產業規模和技術水平顯著提升。有機肥料研究從關注堆肥過程中的有機養分轉化到提高堆肥效率的技術工藝和有害因子的消除與阻控等。近年來，在“雙碳”戰略背景下，清潔低碳堆肥以及通過施用有機肥快速提升土壤有機質、增加土壤固碳成為新的研究熱點。本文對過去三十年我國生物肥料與有機肥料研究重點、代表性成績、產業化路徑等進行了全面回顧和總結，新形勢下國家農業發展重大戰略需求以及科技的突破仍將支撐生物肥料和有機肥的快速發展，由此提出了未來的一些研究重點。

關鍵詞： 生物肥料； 有機肥料； 研究重點； 產業化

肥料是糧食生產的重要保障。在漫長的人類歷史中，以農家肥為代表的有機肥料對提高作物產量、促進人口增長發揮著重要作用。化肥工業的興起和發展使全球糧食生產能力快速提升，傳統的有機肥料逐漸退出肥料舞臺，作為有機肥原料的畜禽糞便和作物秸稈等農業廢棄物被隨地棄置而污染環境。到20 世紀90 年代，我國農業生產養分投入中化肥占比達到歷史最高。由于不合理的過量施用化肥，尤其是化學氮肥，導致耕地質量退化、農田環境污染、農產品質量下降等影響農業可持續發展的問題。為此，我國加大了對生物肥料、有機肥料等綠色肥料的研究和政策支持，生物與有機肥料從20 世紀90 年代逐漸開始進入規范化發展階段，并且隨著我國保障糧食安全的需求以及農業生產中資源環境約束的矛盾逐漸加大，生物與有機肥料在21 世紀繼續加快發展。尤其是黨的十八大以來，在國家糧食安全保障和農業綠色發展戰略等國家重大需求驅動下，在習近平生態文明思想指引下，再加上科學技術的突破，生物與有機肥料研究和產業發展取得了重要進展，研究水平整體進入國際前列。值此《植物營養與肥料學報》創刊30 周年之際，本文對我國生物與有機肥料30 年來的研究進行分析總結，并展望未來的研究重點。

1 我國生物與有機肥料研究和產業化在20 世紀90 年代逐漸步入正軌

隨著我國化肥工業的蓬勃發展，化肥以其養分含量高、起效快、施用方便等優點，逐漸占據主流地位，以農家肥為代表的有機肥料由于養分含量低、效果慢、施用成本高、有臭味等原因而逐漸消失，到20 世紀末，我國養分投入幾乎完全依靠化肥（圖1）。化肥的過量施用在保障糧食增產的同時也導致了一系列不利于土壤可持續利用和農業可持續發展的問題，長期單一施用化學氮肥造成了土壤酸化板結，土壤基礎地力下降，養分利用效率降低，病蟲害頻發和農產品品質下降等一系列問題。在此背景下，生物與有機肥的研究與應用逐漸受到重視，我國生物與有機肥料研究與產業化開始提速，逐漸步入正軌。

1.1 生物肥料研究以養分活化功能為主，產業開始規范化發展

生物肥料是一類含有活的微生物的特定制品，應用于農業生產中，能夠獲得特定的肥料效應。制品中活的微生物對這種效應的產生起關鍵作用，符合上述定義的制品均應歸入微生物肥料[1]。早期生物肥料的主要功能就是提供作物氮磷鉀等養分，國際上生物肥料的商業歷史始于1895 年的“nitragin”，這是一種含有固氮根瘤菌菌株的制劑[ 2 ]。20 世紀50 年代，溶磷細菌開始被用作生物肥料，將土壤中的磷轉化為可供植物利用的形態。我國生物肥料研究與應用起步于20 世紀50 年代初，當時主要集中于大豆、花生和紫云英根瘤菌劑等產品研發。60 年代初，陳華葵先生篩選出華癸根瘤菌等紫云英優良根瘤菌菌種，建設了根瘤菌菌肥生產線，開發了紫云英根瘤菌菌劑產品。通過推動綠肥種植和根瘤菌接種，為中國水稻產量的提升做出了重要貢獻。70年代后期，中國首次將根瘤菌的研究引入到分子生物學領域，走在世界前列，相關研究成果獲1986 年農業部科技進步一等獎[3]。同期，樊慶笙先生對根瘤菌的生理、生態和共生固氮體系進行深入研究。1987年樊慶笙先生主持了“高效抗逆大豆根瘤菌構建”和“固氮基因重組”等國家級研究課題，運用基因重組技術對根瘤菌進行了基因工程改造，成功構建了高效、抗逆的大豆根瘤菌菌株，顯著提高了大豆在脅迫下的結瘤和固氮效率[4]。20 世紀90 年代，化學氮肥的過量施用導致的一系列問題開始逐步顯現。我國農業生產化肥利用率持續下降，尤其是磷元素因易被土壤固定而利用率更低，在固氮研究的基礎上，解磷菌研究逐漸增多。這期間我國先后選育了假單胞菌和多種芽孢桿菌組成的復合解磷菌劑。90 年代后期，分子生物學技術開始在國內普及，土壤細菌有機磷降解基因opaA 和opd 等相繼被克隆，一些磷酸鹽調節基因phoA 和phoB 等的調控機制逐步被闡釋，解磷菌分子水平的研究成果也為解磷微生物肥料的制備提供了理論基礎。

我國生物肥料產業與國外相比起步較晚，在20 世紀90 年代之前，我國生物肥料產業處于初級發展階段，僅有零星企業和產品。20 世紀50 年代到90 年代，主要以根瘤菌接種劑的推廣應用為主，產品的劑型也由初期的試管或玻璃瓶裝的瓊脂劑型，發展到后來用蛭石、草炭和其他基質進行吸附，有效活菌數的含量也不斷提高，菌種經過篩選后，其作物促生效果也逐步提升[5]。1995 年成立了農業部微生物肥料質量監督檢驗測試中心，并由該中心負責微生物肥料產品市場準入登記和質量檢測等工作，1996 年原農業部將微生物肥料納入國家檢驗登記管理范疇，標志著我國生物肥料產業正式起步，微生物肥料產品進入國家登記管理時代，促進了企業技術研發，生物肥料產業步入規范發展階段[6]。

1.2 商品化有機肥研究和產業加快起步

20 世紀90 年代，有機肥料的研究重點聚焦于堆肥過程中有機養分轉化，致力于通過引進和改良好氧與厭氧堆肥技術，探索并優化堆肥原料復配比例和堆肥條件，促進有機肥料養分的有效化。我國科學家揭示了好氧堆肥中氮素的礦化和揮發過程，并通過堆肥條件的改進降低氮素損失。田間試驗揭示了有機肥中氮素最終礦化為銨態氮的過程，及其積累量與有效積溫的關系，對有機肥施用具有重要指導意義[7]。基于有機肥速效養分含量不高的事實，有機?無機肥配施技術在這一時期已開始受到關注，有機?無機肥配施對碳、氮、磷等元素在土壤、微生物和作物間的周轉規律的影響成為研究重點[ 8 ? 1 0 ]。此外，15N 和13C 雙標記技術的應用精確追蹤了堆肥過程中以及有機肥施用后氮素和有機碳的動態變化，推動了有機肥生產工藝的不斷改進[11]。

這一時期的研究為商業化有機肥的生產技術提高提供了理論指導，為有機肥料產業的規范發展奠定了基礎。20 世紀90 年代，隨著有機肥生產技術的進步和社會主義市場經濟的建立，商品有機肥產業得到了快速發展。國家也出臺了多項政策鼓勵農業廢棄物肥料化利用和有機肥產業發展，如1995 年，原農業部在國務院1988 年發布的“關于重視和加強有機肥料工作”指示的基礎上，發布了以積極制造、增施有機肥為核心的“沃土計劃”，并于當年夏季開始實施；此外，原農業部還推行了“綠色食品”和“無公害農產品”行動計劃。這一時期我國商品有機肥的工業化生產工藝尚未完全成熟，主要的生產技術包括：1） 堆肥發酵 適宜于包括作物秸稈、畜禽糞便等在內的大部分農業廢棄物，生產時將物料調配至適宜的碳氮比和含水量進行自然好氧發酵，企業根據自身場地和生產需求，選擇堆制成高堆靜態發酵、堆成較小的條垛定期翻拋，或在發酵槽內進行發酵。堆肥發酵簡單易行，可確保產品腐熟和質量穩定，是大多數有機肥生產企業所采用的工藝；不足之處是生產周期較長、占地面積大。2） 反應器發酵 適用于大部分農業廢棄物，將物料放置于參數可控的發酵罐反應器內進行發酵。該技術發酵效率高、占地面積小、適宜工廠化生產，但固定資產投入和能耗高、處理量較小。3） 高溫快速烘干 主要用于以畜禽糞便（如雞糞） 為原料的商品有機肥生產，其生產工藝是用高溫氣體對干燥滾筒中攪拌的新鮮糞便進行烘干。此方法能有效殺死糞便中的病原菌、蟲卵等，周期短，易于工廠化生產；但能耗高、產品腐熟度差，且物料中部分有益微生物也被殺死。該時期經不同工藝生產的商品有機肥以粉劑為主，生產企業已開始初步嘗試利用接種微生物加快堆肥進程，以及研發有機無機復混肥料[12]。由于此時尚未制定有機肥料產品的國家或行業標準（僅有有機肥料中有機物、氮磷鉀養分等指標測定的農業標準），市場上的有機肥產品整體質量參差不齊，有機肥企業也在探索中前行。

2 本世紀前十年我國生物與有機肥料研究和產業化發展迅速

進入21 世紀以來，我國農業持續快速發展，肥料用量穩定增加，尤其是設施農業的急劇擴大和設施土壤的高強度利用引起了土壤板結、次生鹽漬化，土傳病害等土壤環境和健康質量退化問題，導致部分土壤的利用難以為繼，土壤資源的可持續利用面臨極大挑戰，能為這些問題提供解決途徑的生物與有機肥料研究和產業化也迎來了快速發展的黃金期。

2.1 生物肥料功能和產品類型逐漸多元化

基于我國農業生產實踐需要，生物肥料的功能逐漸從養分活化向更多功能拓展，從豆科接種劑向非豆科接種劑、單一菌種向復合菌種、單養分功能向多養分功能、肥效功能向綜合功能（如增強植物抗逆、拮抗土傳病害、土壤污染修復、土壤生態功能調理等） 發展。根際促生細菌如芽孢桿菌和假單胞菌分泌的脂肽類或聚酮類抗菌物質相繼被鑒定，其中脂肽類化合物能抑制土傳病原真菌生長并抑制真菌孢子萌發，聚酮類化合物能抑制土傳病原細菌的生長。同時，根際有益菌還能在作物根表高效定殖，形成生物屏障。在經濟作物田間應用中，利用根際促生細菌制成的生物肥料產品，能有效防控由于長期連作引發的黃瓜、西瓜、甜瓜和香蕉等枯萎病的發生。根際細菌能分泌包含EPS （exopolysaccharides）在內的大量胞外多聚物，研究發現胞外多聚物能促進土壤團聚、固持還原重金屬以及吸附降解有機污染物，基于此可開發土壤污染修復生物肥料[13]。例如，土壤固氮菌產生的EPS 可增加難溶有機污染物的分散性，增強疏水性污染物與細胞之間的親和力，促使污染物更容易被降解[14]。此外，根際有益細菌的代謝產物還能誘導作物的水楊酸和茉莉酸途徑相關基因的表達，激活作物的系統抗性[15]。增強植物抗逆、拮抗土傳病害、土壤污染修復的生物肥料產品逐漸上市應用，生物肥料的產品類型進一步豐富[16]。

在此期間，生物肥料標準體系逐步完善，生物肥料產業逐步形成規模。2000 年以來，農業部陸續出臺了30 多個微生物肥料標準，構建了由基礎標準、菌種安全標準、產品標準、方法標準和技術規程5 大體系的微生物肥料標準核心架構，為生物肥料產業的有序、快速發展提供了強有力的支撐[6]。具有促生、抗逆和抗病的根際促生細菌如芽孢桿菌、假單胞菌、放線菌和黃桿菌等得到了廣泛應用，其中芽孢桿菌的生物肥料登記產品迅速增多。在產品形式上，新增了生物有機肥和復合微生物肥產品類型，發揮生物肥料與有機肥料和化肥的協同增效作用。生物有機肥的簡單生產方式是將腐熟有機肥與特定功能微生物進行混合，為了提高功能微生物的數量及其與有機肥的相容性，研發了通過添加營養進行二次固體發酵的生產技術，提高了生物有機肥品質，強化了添加菌種的環境適應能力[5]。復合微生物肥料以功能微生物為核心，同時包含有機、無機物質和微量元素為基質載體組成的復混型生物活性肥料，在生產工藝上將功能微生物和它的活性代謝物用載體吸附后，再通過與粉碎的有機、無機物質以及作物必需的中微量元素和其他添加物復配造粒成型[16]。至此，我國生物肥料產業形成了微生物菌劑、生物有機肥、復合微生物肥3 大類、12 個品種的產品格局。

這一時期，一些對生物肥料產業有巨大推動作用的政策陸續實施。2009 年國務院頒布《促進生物產業加快發展的若干政策》（國辦發【2009】45號）。該文件將生物肥料列為綠色農用生物制品的重要產品，從政策、金融和管理等多方面給予支持。2009 年國家發改委啟動了《綠色農用生物產品高技術產業化專項》（發改辦高技【2009】536號）。國務院2010 年頒布的《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》（國發【2010】32 號），將生物肥料列為生物產業的主要產品之一，并提出“建設現代生物產業體系和生物安全保障體系，加快推進生物產業高端化、規模化、國際化發展，為國民經濟和社會可持續發展做出更大貢獻”的總目標。這些政策的實施是國家支持生物肥料產業的具體體現，更為生物肥料產業的高速發展奠定了基礎。

2.2 有機肥料研究以提質增效為主要目標

隨著我國農業的持續發展和養殖業集約化程度的加大，我國成為了世界上農業廢棄物產生量最多的國家，但綜合利用率不高，環境污染嚴重。農業污染已成為制約農業可持續發展的重要因素，大量的作物秸稈和畜禽糞便被隨意棄置不僅嚴重破壞了農業生態環境，也造成了資源的極大浪費。另外，有機肥料生產原料中的有害因子也成為關注的熱點，以農業廢棄物為載體的有害因子涉及生物污染和非生物污染，囊括傳統污染和新型污染，種類繁多，環境效應復雜，安全控制機理不明，嚴重制約了農業廢棄物的有效利用和有機肥料的發展。因此本世紀前十年，農業廢棄物的高效無害化處理是有機肥研究的主要方向，這期間發展了包括高效接種劑、有害物質消減、昆蟲轉化在內的多種新技術。

傳統的有機肥生產工藝堆肥周期長、過程不易控制、難以在短期內消耗如此巨大體量的有機廢棄物。因此，需要開發高效的堆肥接種劑，進行堆肥過程的人工調控。我國科學家研發出適合于畜禽糞便、食用菌下腳料、酒糟、中藥渣堆肥快速升溫的系列微生物“起爆劑”，使用該“起爆劑”后，固體有機廢棄物堆肥發酵啟動時間縮短至48 h 以內，并能夠促進堆肥快速升溫和合成腐殖質，效率提高40%[17]。此外，通過研究堆肥過程纖維素類物質的降解機理及其主要成分變化規律，分離篩選了具有纖維素酶活性的嗜熱細菌，建立了人工快速腐熟畜禽糞便的菌群。

重金屬、抗生素、抗性細菌和抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes，ARGs） 是農業廢棄物攜帶的主要有害因子。有機肥中的ARGs 及抗生素通過施肥進入土壤后，前者可通過基因轉移進入土壤微生物群落，后者可對土壤細菌產生選擇壓力，從而導致抗性微生物在農田土壤中的持久存在。ARGs 伴隨抗性細菌的增殖在環境中持留、傳播和擴散，并可通過基因移動元件（mobile genetic elements，MGEs）將抗性水平轉移進入人體或動物致病菌，甚至產生“超級細菌”，降低現有抗生素的療效。因此，這一時期有機肥中有害因子的消除開始受到關注，傳統的堆肥技術并不能有效地消除重金屬類有害物質，僅僅是通過降低重金屬活性或生物有效性，使其向鈍化形態轉化。而抗生素等有機污染物主要通過調整堆肥的溫度、含水率、C/N、pH 等方式來降低有害因子的生物有效性[16]。因此，在本世紀初，對各類有害因子的濃度、形態、載量、影響因素及環境效應和歸趨的全面研究與協同治理的工作逐漸增加，同時對新型有害因子的預警體系、有害因子的賦存狀態與環境歸趨等污染特征及傳統的資源化利用過程中污染因子的消長機制的研究逐漸增多，但仍缺乏深入了解。

這一時期為解決有機廢棄物含水率高及堆肥品質提升的問題，引入了通過微生物和昆蟲的聯合作用將有機廢棄物“定向地”轉化為蟲體蛋白和蟲糞有機肥的生物轉化技術，即昆蟲轉化堆肥技術。我國很早就開展了用家蠅處理豬糞的研究，但直到本世紀初才開始研究用蠅蛆處理畜禽糞便污染的生物技術，研究表明，每生產1 t 活體蠅蛆，可處理利用環境中7 t 以上的豬糞等。昆蟲轉化技術具有改善堆體生化特性，保留堆體中有益的養分物質，消減病原菌、臭氣、滲濾液以及溫室氣體排放等方面的能力，逐漸得到廣泛的應用。并根據一般昆蟲幼蟲階段食腐、周期短等特性，這一時期主要開發出黑水虻堆肥和蠅蛆堆肥兩種昆蟲轉化堆肥技術。

有機肥產業方面，稅收優惠與工藝升級助推有機肥行業百花齊放，突飛猛進。進入21 世紀后，我國養殖業集約化程度越來越高，環境壓力逐漸增加，同時土壤基礎地力日趨下降、障礙因子頻發，對有機肥產品的需求更加強烈。在此背景下，國家對商品有機肥的政策支持力度不斷加大。2002 年，原農業部頒布了有機肥料行業標準（NY525—2002），標志著商品有機肥流通正式進入標準化時代。2004年，原農業部頒布了生物有機肥行業標準（NY884—2004），促進了此類產品的快速發展。2004 年起，中央一號文件多次提出鼓勵增施有機肥，改良土壤、培肥地力。自2009 年起，原農業部、財政部連續5 年制定《土壤有機質提升補貼項目實施指導意見》，開展有機肥補貼試點[18]。2008 年，財政部、國家稅務局重磅發布《關于有機肥產品免征增值稅的通知》（【2008】56 號），對生產銷售和批發、零售有機肥及生物有機肥產品免征增值稅[19]。

在21 世紀前十年，隨著新世紀我國科學技術的快速發展，商品有機肥的生產技術也有了長足的進步，特別在生產裝備方面不斷突破，促使產品的工業化生產更加標準化、規模化[20]。該階段商品有機肥的生產工藝主要歸納為3 種[21]：1） 條垛式堆肥 將混合好的堆肥原料堆成條垛，通過機械周期性地翻拋進行發酵。有機肥企業與科研單位合作，在仿制基礎上進一步自主研發，生產出集粉碎、供氧和水分散失等功能為一體的自走式翻拋機，與20 世紀90年代的高堆靜態堆肥或鏟車翻堆相比，顯著提高了翻堆效率和質量。條垛式堆肥設備運行簡便、堆體升溫迅速、發酵均勻徹底，但易受氣候環境影響、臭氣不易控制、占地面積大；整體上更適宜在南方空氣濕度較大的區域進行生產。2） 槽式堆肥 堆肥原料在類似“槽”的水泥墻內進行發酵；槽壁上方鋪設軌道并安裝可對物料進行攪拌的翻堆機；槽的底部一般鋪設曝氣管道。槽式堆肥工藝的主要特點是處理量大、機械化程度高、水分散失慢等；但主要缺點是操作復雜、固定資產投入成本高以及臭氣不易控制等；一般在我國空氣干燥的北方地區應用較多。3） 反應器發酵 常見的堆肥反應器包括筒倉式、滾筒式、槽式和塔式等類型。該階段堆肥反應器集進出料、曝氣、攪拌和除臭等功能于一體，裝置的各項功能和指標都有了明顯提升。反應器堆肥工藝自動化程度和發酵效率高、不受氣候環境影響、臭氣易控制、占地面積小；但也存在著能耗高、單體處理量小等不足；一般比較適宜養殖場配置以處理產生的畜禽糞便。除3 種常規堆肥工藝以外，部分企業開始嘗試覆膜堆肥工藝，即用特定的膜材料覆蓋堆體，并在底部或側面通過通風系統供氧。覆膜堆肥的保溫和保水效果較好、臭氣散發少、占地面積和投入小；但可能存在堆體局部供氧不足、潮濕地區水分散發慢等問題。膜材料是覆膜堆肥的核心，常規的塑料膜等材料在透水透氣性上不能完全滿足生產需求，而近年來新興的ePTFE 材料（聚四氟乙烯為原料經膨化拉伸并夾持在兩層聚氨酯基材膜中） 具有高堅固性、透水選擇性（堆體水蒸氣可蒸發而外界雨水無法進入）、氣體選擇性（堆肥中的硫化氫等臭氣無法透出） 等特點，且結合智能系統監控堆體發酵參數并進行反饋，大大提高了發酵效率。

在堆肥設備與工藝升級的基礎上，有機肥生產企業開始廣泛接種具有快速起爆、木質纖維素降解等功能的腐熟菌劑（有機物料腐熟菌劑執行行業標準NY 609—2002），以加快物料升溫、纖維素/半纖維素/木質素分解和腐殖化過程，從而提高堆肥效率與質量[22]。針對有機肥生產過程中產生的臭氣和環保問題，龍頭企業逐步開始配備臭氣收集裝置和基于化學、生物處理等不同策略的除臭設備，保障了有機肥生產過程中的環境清潔。

除了原料發酵工藝和生產過程控制的快速升級和標準化以外，21 世紀前十年我國在有機肥料新型產品研發方面也突飛猛進。有機肥企業逐漸完善了造粒工藝，研制出施用更加方便、特別適宜于大面積平原機械化撒施的顆粒性有機肥產品，與此相配套的有機肥撒施設備也逐漸得到廣泛應用[23]；有機無機肥料復混工藝更加成熟，有機無機復混肥開始在有機肥市場中占據較大比例[ 有機?無機復混肥料行業標準（NY 481—2002） 于2002 年頒布]。

在國家各項優惠政策鼓勵和生產工藝升級的影響下，我國有機肥行業在本世紀前十年進入了如火如荼的發展階段，有機肥企業如雨后春筍般出現，產品生產規模和產值也不斷攀升。據2002 年調查統計，我國有500 多家有機肥料生產企業，總產能約為5 0 0 多萬t （實際產量2 0 0 多萬t ），各類產品506 個，其中常規商品有機肥、有機無機復混肥和生物有機肥產品分別占比31%、58% 和11%；生產企業主要分布在廣東、江蘇、山東等經濟發達和資源豐富的地區，約占全國2/3[24]。至2008 年，全國共有商品有機肥企業3021 家，年設計總產能4742 萬t，年實際產量近2500 萬t；大部分企業的年產量在1 萬t 左右，年產量大于2 萬t 的企業不足所有企業數量的1/5。在各類型產品方面，常規商品有機肥企業1723 家，有機肥生產量1115 萬t；有機無機復混肥料企業1011 家，有機無機復混肥料產量920 萬t；生物有機肥企業270 家，生物有機肥產量345 萬t[20]。有機肥的年銷售額也從2004 年的35 億元左右快速增長至2010 年的320 億元左右。

3 國家需求與技術突破驅動我國生物與有機肥料近十多年深入發展

黨的十八大以來，我國實施了農業綠色發展、美麗鄉村建設、“雙碳”等一系列與農業和生態環境有關的重大戰略，對生物與有機肥料的需求更為緊迫；另外，國內外在微生物組學、合成生物學等技術上的突破，也為生物與有機肥料的深入發展提供了技術支撐，我國生物與有機肥料近十多年獲得了深入發展。

3.1 生物肥料研究和產業化進入全新發展階段

近十多年來，中國科學家在生物肥料基礎研究方面取得了許多世界領先的成果，涵蓋了根瘤菌共生固氮、叢枝菌根真菌與宿主互作及解磷、非共生益生菌根際定殖及功能發揮，以及作物微生物組與合成菌群等多個方面，推動我國生物肥料進入一個全新的發展階段。

我國科學家在揭示根瘤菌與豆科植物共生的分子機制方面取得了顯著進展，揭示了豆科植物中SHR-SCR 干細胞程序如何響應根瘤菌信號，促進根皮層細胞分裂，從而實現與根瘤共生的機制[25]。利用單核轉錄組技術，對苜蓿根部進行了高分辨率的時空分析，揭示了共生菌感知與響應的分子機制[26]。此外，還發現了光誘導大豆莖部活性物質能夠調節植物根系對根瘤菌的感知，促進根瘤形成，顯著提高固氮效率[27]。我國科學家發現大豆根瘤的能量狀態感受器蛋白在不同結瘤能量狀態下，調控糖酵解中間產物在共生固氮和植物細胞自身利用方向的分配[28]。這些研究有助于改良根瘤菌?豆科植物共生體系，提高豆科植物的固氮效率。我國科學家通過基因編輯精準調控根瘤數量，實現了碳氮平衡的高效固氮，從而在大田種植條件下大幅提高大豆的產量和蛋白含量，提出了“優化結瘤固氮促進高產優質”的精準育種新思路[29]。

菌根真菌（AMF） 與宿主植物的相互作用在磷吸收中發揮著重要作用。我國科學家通過基因組分析，揭示了AMF 在磷饑餓條件下與植物的相互作用機制[30]。傳統上認為，植物轉移給AMF 的主要營養物質是碳水化合物，然而我國科學家證明植物通過合成脂肪酸來維持菌根定殖[31]。此外，還發現植物分泌溶菌素促進與AMF 的共生，提升植物吸收土壤磷的能力[32]。這些研究成果為菌根真菌生物肥料的研發和應用提供了堅實的理論支撐。

非共生根際益生菌是我國生物肥料的主要生產菌種，尤其是根際益生芽孢桿菌。在非共生根際益生菌方面，我國科學家同樣取得了引人矚目的成就，系統揭示了貝萊斯芽孢桿菌根際初始粘附、趨化、定殖、抗病的分子機制[33?35]，為提高生物肥料的促生效果提供了重要指導。針對聯合固氮生物肥料高效固氮和泌氨的難題，我國科學家對多種聯合固氮菌進行了篩選和研究，例如，揭示了施氏假單胞菌的固氮基因特征，并發現新型調控非編碼RNA 對固氮能力的影響，提供了優化固氮菌基因調控新思路[36]。此外，發現圓柏類芽孢桿菌在氨存在下仍能有效固氮，顯著提高了土壤氮素利用效率，促進了作物的生長發育[37]。

作物微生物組技術的進步，推動我國生物肥料發展進入一個全新的階段。自2016 年美國提出國家微生物組計劃后，我國也相應推出了包括農業微生物組計劃在內的多領域微生物組計劃，為開發生態穩定的合成菌群生物肥料奠定了理論基礎。我國科學家發現秈稻根系富集的氮代謝功能細菌顯著改善了其在有機氮條件下的生長，此外也證明玉米根系分泌的黃酮類化合物能夠促進草酸桿菌科細菌在根際的富集，從而增強玉米在缺氮條件下的生長[38?39]。基于作物微生物組研究，在合成菌群生物肥料開發方面取得了顯著進展，例如，我國科學家構建了一個由高度抗鋁菌株組成的合成菌群，能夠降低土壤中的鋁毒性，提高水稻的抗逆性[40]。基于“核心菌株攻敵、其他成員增效”的獨特合作模式與作用機制，構建了抑制玉米種傳鐮刀菌的合成菌群，具有巨大的科研價值和應用前景[41]。

這些基礎研究成果不僅在學術上具有重要意義，也為解決農業生產問題提供了新的方案。基于這些基礎研究的突破，創新生物肥料的應用前景更加廣闊，推動了綠色可持續農業的發展，并為實現“雙碳”戰略目標提供了堅實的科學支撐。農業綠色發展是關乎國計民生的重大需求，已成為未來農業發展的必然趨勢。而以高效、生態、可持續和高附加值為標志的現代綠色農業生產離不開安全、環保、高效的生物肥料保駕護航。黨的十八大以來的十多年是生物產業發展的黃金期，生物肥料基礎研究實力迅速提高，國內生物肥料生產能力逐年提升，菌種種類和產品種類逐漸增多。生物肥料成果“克服土壤連作生物障礙的微生物有機肥及其新工藝” 獲2015 年度國家技術發明獎二等獎，代表我國生物肥料研究和產業化進入新的水平。2014 年發布的《關于簡并增值稅收率政策的通知》（財稅【2 0 1 4】57 號） 和國家稅務總局第36 號公告等，規定生物有機肥免增值稅、其他生物肥料產品按照生物制品收3% 增值稅，為生物肥料產業發展提供了財稅支持。2015 年原農業部制定了《到2020 年化肥施用量零增長行動方案》，明確生物肥料是實現該行動的重要替代品，其作用也越來越凸顯，對保障國家糧食安全、農產品質量安全和農業生態安全具有十分重要的意義。2015 年以后的中央一號文件中均提出大力推廣生物肥。這些利好的政策與措施，推動我國生物肥料產業的高速發展。當前，我國每年生物肥料應用面積累計近3 億hm2 （45 億畝），基本覆蓋所有作物，在“藥肥雙減”的政策背景下，生物肥料已切實成為實現糧食豐產、穩產的重要保障。

3.2 有機肥料研究聚焦生產過程的低碳清潔和快速培肥土壤的機制

近十多年來，有機肥料的研究更加注重生產過程的清潔低碳、腐殖化過程的調控與強化、應用后土壤有機質快速提升機制等科學問題，取得了顯著的研究成果，也有力的支撐了有機肥產業的技術進步。

好氧堆肥所產生的二氧化碳、氧化亞氮、甲烷是全球溫室氣體的主要排放源之一。研究較多的減排措施包括堆肥理化參數調節、添加堆肥改良劑以及開發先進的堆肥工藝。在調節堆肥理化參數方面，降低含水率、提高堆體孔隙度能夠增加堆體氧含量，從而減少氧化亞氮和甲烷的生成；在添加堆肥改良劑方面，接種微生物菌劑例如固氮菌后，可以顯著降低氨揮發以及其他含氮氧化合物的排放。研究發現，將生物炭、沸石以及木醋液混合使用可以分別減少34%～47%、50%～61% 和79%～81%的CO2、CH4 和N2O 排放量，這是由于添加劑的吸附性和與木醋結合的生物過濾效應[42]。添加堆肥干重0.2% 的雙氰胺和10% 的磷石膏影響硝化過程進一步降低N2O 排放[43]。由于生物炭具有疏松多孔、吸附性強的性質，添加10% （w/w） 生物炭能改善曝氣，降低產甲烷菌活性[44]。維蘇威石的添加使有機質降解的相關酶活性增強，與生成CH4 相關的輔酶活性減弱，減少了33.6% 的CH4 累計排放量[45]。高劑量亞硒酸鹽的添加也能減少N2O 的排放[46]。添加堆肥干重3.3%～6.6% 的過磷酸鈣能減少22.2%～27.7%的N2O 和22.4%～62.9% 的CH4 排放量[47]。在改良堆肥工藝方面，封閉式堆肥技術相較于傳統好氧堆肥有利于收集處理溫室氣體。近年來興起的分子膜覆蓋堆肥技術，甲烷排放下降了40%，氨排放減少20%～30%，堆體產生的水汽在半透膜內表面生成水膜能阻擋氨氣的外逸，使其返回堆體供異養型固氮微生物利用，減少N2O 的生成[48]。

高溫好氧堆肥實質是有機物轉化和腐殖質合成的過程，堆肥中穩定腐殖質含量高低直接決定了堆肥質量，強化堆肥的腐殖化過程、提高有機肥腐殖質含量一直是有機肥研究的重要目標，更是近十多年的研究熱點。強化堆肥腐殖化的調控技術包含優化堆肥條件、使用功能添加劑和新興輔助策略等。堆肥條件如含水率、碳氮比、供氧量、pH、溫度、堆肥物料的選擇決定了堆肥腐熟進程，綜合調控下有助于實現腐殖質的高效積累[49]。一些功能添加劑，如常規調理劑、微生物菌劑、無機材料和外源腐殖質前體等，能夠增加腐殖質生成效率[49?53]。此外，輔助策略如超高溫預處理堆肥（HPC）[54]、超高溫堆肥（HTC）[55]、電廠輔助好氧堆肥（EAC）、分子膜堆肥技術等，在促進腐殖質快速形成方面發揮作用。目前總結有6 個關于腐殖質形成的相關假說，即微生物合成假說、木質素?多酚假說、木質素假說、糖?胺縮合假說、多酚假說和細胞自溶假說[50， 56?59]。然而，目前對腐殖質形成的途徑與機制理解依然有限，對堆肥腐殖質形成過程中的關鍵微生物轉化和酶化學合成機制的認知更是缺乏，這一科學問題仍將是有機肥料研究的重要課題。

施用有機肥的主要目的是提高土壤有機質含量、改良土壤結構。然而，有機肥施用后在土壤中不穩定，易氧化，土壤有機質含量提升速度慢。近十多年，有機肥施用后土壤有機質提升的機制也成為研究關注點。有機肥等外源碳引起激發效應（priming effect），刺激土壤舊有機碳（soil organic carbon，SOC） 的分解，但新碳的補充顯著高于舊SOC 損失，從而促進土壤SOC 積累[60]，這一現象在草地生態系統尤為明顯[61]。有機肥施用不僅改善了土壤團聚體結構，還通過增強有機物?鐵結合和降低酚氧化酶活性，激活了“鐵門”和“酶鎖”機制，從而在稻麥輪作系統中啟動一種有利于土壤SOC 固存的正反饋循環[62]。金屬礦物的螯合作用是土壤有機碳穩定和固存的重要機制之一。有機肥施用能夠促進CaCO3 向可交換鈣的轉化，形成有機物?鈣復合物，改善土壤大團聚體結構[ 5 5 ， 6 3 ]；同時促進土壤中短程有序（short-rangeordered，SRO） 礦物的形成，調節有機礦物復合體的組裝[55， 64]；此外，還能刺激非晶質礦物（Fe，Mo 和V 等） 和芳香碳組分的形成，無論土壤類型如何，這都有助于提高土壤的長期SOC 固存能力[65]。除此之外，有機肥施用能夠增加土壤微生物殘體含量，微生物周轉效應中微生物的碳源利用效率是外源輸入碳向土壤穩定有機碳轉化的關鍵驅動因素[66]。

目前，我國有機肥產業呈現出蓬勃發展的態勢。隨著農業綠色發展和高標準農田建設的推進，有機肥作為環保、高效的肥料類型，其市場需求持續增長。政府也出臺了一系列政策來支持有機肥產業的發展，包括財政和稅收支持、設立生產質量獎勵制度、加強質量監測體系等。有機肥的主要原料來源于養殖、種植和農產品加工和生活廢棄物，這些原料富含有機質和多種營養元素，為有機肥生產提供了豐富的物質基礎。在供需布局方面，有機肥行業關注原材料供應的穩定性、生產加工的效率和成本控制，以及銷售渠道的拓展和客戶關系管理等方面。有機肥在農業、林業、園林綠化等領域的應用也越來越廣泛，這為企業提供了廣闊的市場空間。此外，科技創新也是推動有機肥產業發展的重要因素。利用科技手段改進生產工藝和質量控制，提高產品的穩定性和效果，以及開發深加工產品以滿足不同農作物的需求，都是有機肥產業未來的發展方向。總體而言，我國有機肥產業在政策支持和市場需求的雙重推動下，正迎來高速發展的機遇，隨著技術的不斷進步和市場需求的持續增長，有機肥產業有望為我國農業的綠色發展做出更大的貢獻。

4 生物與有機肥料未來研究展望

4.1 新時期保障國家糧食安全和生態文明建設對生物與有機肥料需求更大

習近平總書記指出：“糧食安全是‘國之大者’”，“耕地是糧食生產的命根子，是中華民族永續發展的根基”，“解決糧食安全問題，關鍵在于藏糧于地、藏糧于技，要害是種子和耕地兩個問題”。我國耕地地力低，中低產田占全國耕地面積的70%，障礙退化耕地占比高達40%，糧食生產能力面臨著下降的風險。我國耕地土壤有機質含量平均值為18.63 g/kg，僅為世界平均水平的57%，遠遠低于發達國家和南美部分發展中國家，耕地基礎地力對糧食生產的貢獻率僅為50%，遠低于美國的80%。提升耕地質量、建設高標準農田、保障國家糧食安全是新時期國家重大戰略需求，將進一步推動有機肥料的研究與應用。

2024 年中央一號文件明確提出，要加強農村生態文明建設，持續打好農業農村污染治理攻堅戰，加強農業廢棄物資源化利用。我國是世界上農業廢棄物產出量最大的國家，目前我國畜禽糞便年產量38 億t、農作物秸稈年產量9 億t。這些農業廢棄物資源折算成氮磷鉀養分約6000 萬t，若將農業廢棄物的有機養分資源充分利用，預計可替代我國50%～70% 的化肥養分。進一步通過科技創新大幅提高農業廢棄物生產有機肥料的利用率，不僅保護了農村生態環境，而且減少化肥使用，提高耕地質量。

發展有機肥料是助力我國“雙碳”目標實現的迫切需要，增施有機肥料是增加農田土壤碳匯最關鍵和可行的途徑。農業土壤具有巨大的固碳減排潛力，在助力實現“雙碳”目標中扮演重要角色。據測算，如果我國1.2 億hm2 （18 億畝） 耕地每年通過施用有機肥料，耕層土壤有機碳每年遞增0.1%，每年可以固定15 億t 左右的CO2，農業土壤可為我國實現碳中和貢獻約15% 的碳匯份額。

我國現有生物肥料生產企業近4000 家，年產量超過3500 萬t，年產值達400 億元以上，已經成為肥料家族的重要成員，在部分替代化肥、推動農業綠色發展方面發揮了重要作用。然而，生物肥料在我國整體肥料產業中占比較低，與歐美發達國家及巴西、阿根廷等國約20% 占比相比，我國生物肥料產業發展空間巨大。制約我國生物肥料產業發展的主要瓶頸包括優異生產菌種匱乏、新型功能生物肥料產品缺乏等。我國提出在“十四五”時期，生物技術和生物產業加快發展，生物經濟成為推動高質量發展的強勁動力，要求通過推動生物農業產業發展提高農業生產效率，發展綠色農業。隨著我國農業發展對“綠色化”的需求逐步提高，生物肥料技術與產業發展也呈現加快趨勢。

4.2 生物與有機肥料未來研究重點

我國農業綠色發展實踐和當今科技的快速發展為生物與有機肥料的研究提供了難得的機遇。為攻克生物與有機肥料研究中的一些難點和卡脖子技術，今后一段時期生物與有機肥料的研究應在以下方面繼續加強。

1） 有機肥料生產原料中有害因子的阻控與消減。針對農業廢棄物中重金屬、塑料、殘留抗生素、耐藥基因、病原菌、致病病毒、害蟲蟲卵、雜草種子等有毒物質和有害生物的快速識別檢測和高效消減機理不清、技術缺乏等問題，研究不同污染物及有害生物的賦存形態、傳播機制、演化規律，開發快速識別與檢測技術，建立有毒物質與有害生物數據庫，揭示重金屬、塑料、殘留抗生素的毒理效應、生物轉化與調控機制，研究有害因子高效消減技術，實現農業廢棄物中有害因子消減的重大理論與技術突破。

2） 農業廢棄物好氧堆肥過程中有機碳固存機制與腐殖質定向調控。在實現農業“雙碳”目標和有機肥提質增效需求驅動下，堆肥過程中固碳減排和腐殖化過程的定向調控仍然是重要的目標。在基礎研究方面，進一步闡釋有機廢棄物好氧堆肥中有機碳轉化、固存、腐殖化過程的微生物學機制，在技術上，研究定向調控的技術途徑。

3） 有機肥料的土壤固碳效應與機制。針對有機肥料施用后土壤固碳效率不高，有機碳累積規律不明確及其周轉的微生物機制不明晰等問題，聚焦土壤微生物主導的有機質分解、轉化和固定過程，通過研究有機肥料的土壤固碳培肥效應，提出有機肥料施用后的土壤有機質快速提升與穩定維持的技術途徑，實現耕地地力和土壤碳庫有效提升的重大突破。

4） 新型功能生物肥料研究。針對我國鹽堿、酸化等障礙土壤多、高溫干旱等農業災害天氣頻繁等農業生產限制因素，充分利用微生物提高作物耐受鹽堿、干旱、高溫、寒潮、酸化等非生物脅迫的能力，在傳統的以養分活化功能之外，研發增強作物抵抗非生物脅迫的新型功能生物肥料產品，實現增強作物抗逆新型功能生物肥料產業化，提高我國鹽堿、酸化等障礙耕地作物產量，保障災害天氣下作物穩產。

5） 適合水肥一體化施用的新型生物與有機肥料研究。水肥一體化是今后農業水肥管理的發展趨勢，既能節省施肥成本，又能充分發揮水肥協同效應，提高肥料利用效率，在生產實踐中越來越普及。水肥一體化的前提是肥料的完全水溶性，這對有機肥和生物有機肥是個挑戰，需要攻克水溶性有機質高效制取技術。

參 考 文 獻：

[ 1 ]陳華葵. 微生物和土壤的實效肥沃性[J]. 中國農業科學， 1953， （5）：214?217.

Chen H K. Microbial and edaphic effective fertility[J]. AgriculturalScience in China， 1953， （5）： 214?217.

[ 2 ]Singh M， Singh D， Gupta A， et al. Plant growth promotingrhizobacteria： Application in biofertilizers and biocontrol ofphytopathogens[A]. Singh A K， Kumar A， Singh P K. PGPRamelioration in sustainable agriculture： Food security andenvironmental management[M]. Cambridge， MA： Elsevier，2019.

[ 3 ]李季倫. 我國生物固氮研究的現狀和對策： 科技進步與學科發展[A]. “科學技術面向新世紀”學術年會論文集[C]. 北京： 中國科學技術協會， 1998.

Li J L. Research status and countermeasures of biological nitrogenfixation in China ： Scientific and technological progress anddiscipline development[A]. Proceeding of the annual conference“Science and Technology Facing the New Century”[C]. Beijing：China Association for Science and Technology， 1998.

[ 4 ]樊慶笙. 固氮微生物學[M]. 北京： 農業出版社， 1993.

Fan Q S. Microbiology of nitrogen fixation[M]. Beijing： BeijingAgriculture Press， 1993.

[ 5 ]李俊， 姜昕， 馬鳴超， 等. 我國微生物肥料產業需求與技術創新[J].中國土壤與肥料， 2019， （2）： 1?5.

Li J， Jiang X， Ma M C， et al. Development demand and technicalinnovation for bio-fertilizer industry in China[J]. Soil and FertilizerSciences in China， 2019， （2）： 1?5.

[ 6 ]沈德龍， 李俊， 姜昕. 我國微生物肥料產業現狀及發展方向[J]. 中國農業信息， 2014， （18）： 41?43.

Shen D L， Li J， Jiang X. Current situation and development directionof microbial fertilizer industry in China[J]. China AgriculturalInformation， 2014， （18）： 41?43.

[ 7 ]沈其榮， 沈振國， 史瑞和. 有機肥氮素的礦化特征及與其化學組成的關系[J]. 南京農業大學學報， 1992， 15（1）： 59?64.

Shen Q R， Shen Z G， Shi R H. The characteristics of mineralizationof nitrogen in organic manure and its relation to chemical compositionof organic manure[J]. Journal of Nanjing Agricultural University，1992， 15（1）： 59?64.

[ 8 ] 沈其榮， 余玲， 劉兆普， 茆澤圣. 有機無機肥料配合施用對濱海鹽土土壤生物量態氮及土壤供氮特征的影響[J]. 土壤學報， 1994， 31（3）：287?294.

Shen Q R， Yu L， Liu Z P， Mao Z S. Effects of combining applicationof organic and inorganic nitrogen fertilizers on biomass nitrogenand nitrogen-supplying characterstics of coastal saline soil[J]. ActaPedologica Sinica， 1994， 31（3）： 287?294.

[ 9 ]沈其榮， 徐慧， 徐盛榮， 曹翠玉. 有機—無機肥料養分在水田土壤中的轉化[J]. 土壤通報， 1994， 25（7）： 11?15.

Shen Q R， Xu H， Xu S R， Cao C Y. Conversion of organic-inorganicfertilizer nutrients in paddy soil[J]. Chinese Journal of Soil Science，1994， 25（7）： 11?15.

[10]王巖， 沈其榮， 史瑞和， 黃東邁. 有機、無機肥料施用后土壤生物量C、N、P的變化及N素轉化[J]. 土壤學報， 1998， 35（2）： 227?234.

Wang Y， Shen Q R， Shi R H， Huang D M. Changes of soil microbialbiomass C， N and P and the N transformation after application oforganic and inorganic fertilizers[J]. Acta Pedologica Sinica， 1998，35（2）： 227?234.

[11]沈其榮， 殷士學， 楊超光， 陳巍. 13C標記技術在土壤和植物營養研究中的應用[J]. 植物營養與肥料學報， 2000， 6（1）： 98–105.

Shen Q R， Yin S X， Yang C G， Chen W. Application of 13C labelingtechnique to soil science and plant nutrition[J]. Journal of PlantNutrition and Fertilizers， 2000， 6（1）： 98?105.

[12]沈中泉， 袁家富. 商品性有機肥料工廠化生產研究動態[J]. 植物營養與肥料學報， 1998， 4（2）： 117?122.

Shen Z Q， Yuan J F. Study on industrial process on commercialorganic fertilizers[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers， 1998，4（2）： 117?122.

[13]張銘， 蔡鵬， 吳一超， 等. 細菌胞外聚合物： 基于土壤生態功能的視角[J]. 土壤學報， 2022， 59（2）： 308?323.

Zhang M， Cai P， Wu Y C， et al. Bacterial extracellular polymericsubstances： From the perspective of soil ecological functions[J]. ActaPedologica Sinica， 2022， 59（2）： 308?323.

[14]Gauri S S， Mandal S M， Pati B R. Impact of Azotobacter exopolysaccharideson sustainable agriculture[J]. Applied MicrobiologyBiotechnology， 2012， 95（2）： 331?338.

[15]Lee S M， Kong H G， Song G C， Ryu C M. Disruption of Firmicutesand Actinobacteria abundance in tomato rhizosphere causes theincidence of bacterial wilt disease[J]. The ISME Journal， 2021， 15（1）：330?347.

[16]沈其榮. 中國有機（類）肥料[M]. 北京： 中國農業出版社， 2021.Shen Q R. Organic-based fertilizer in China[M]. Beijing： ChinaAgriculture Press， 2021.

[17]沈其榮， 劉東陽， 楊興明， 等. 農業廢棄物的快速堆肥菌劑及其生產有機肥的方法： CN200910233577.6[P]. 2010?04?21.

Shen Q R， Liu D Y， Yang X M， et al. Rapid composting agent foragricultural waste and method for producing organic fertilizer：CN200910233577.6[P]. 2010?04?21.

[18]鄭利杰， 王波. 我國商品有機肥發展瓶頸及策略研究[J]. 環境與可持續發展， 2017， 42（3）： 38?41.

Zheng L J， Wang B. Research on development bottleneck of commercialorganic fertilizer in China[J]. Environment and Sustainable Development，2017， 42（3）： 38?41.

[19]符純華， 單國芳. 我國有機肥產業發展與市場展望[J]. 化肥工業，2017， 44（1）： 9?13.

Fu C H， Shan G F. Development of organic fertilizer undustry in China and market outlook[J]. Chemical Fertilizer Industry， 2017，44（1）： 9?13.

[20]楊帆， 李榮， 崔勇， 段英華. 我國有機肥料資源利用現狀與發展建議[J]. 中國土壤與肥料， 2010， （4）： 77?82.

Yang F， Li R， Cui Y， Duan Y H. Utilization and development strtegyof organic fertilizer resources in China[J]. Soil and Fertilizer Sciencesin China， 2010， （4）： 77?82.

[21]李季， 彭生平. 堆肥工程實用手冊[M]. 北京： 化學工業出版社，2011.

Li J， Peng S P. Practical manual for composting engineering[M].Beijing： Chemical Industry Press， 2011.

[22]孫曉華， 羅安程， 仇丹. 微生物接種對豬糞堆肥發酵過程的影響[J].植物營養與肥料學報， 2004， 10（5）： 557?559.

Sun X H， Luo A C， Qiu D. Effect of inoculant on composting processof swine manure[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers， 2004，10（5）： 557?559.

[23]李潔， 吳明亮， 湯遠菊， 龔昕. 有機肥施肥機械的研究現狀與發展趨勢[J]. 湖南農業大學學報（自然科學版）， 2013， 39（1）： 97?100.

Li J， Wu M L， Tang Y J， Gong X. Research status and developmenttrand of organic fertilizer machinery[J]. Journal of Hunan AgriculturalUniversity （Natural Sciences）， 2013， 39（1）： 97?100.

[24]楊帆， 馬常寶. 我國有機肥料利用現狀及發展前景[A]. 第五屆全國綠色環保肥料新技術、新產品交流會[C]. 北京： 中國腐植酸工業協會， 2005.

Yang F， Ma C B. Present situation and developmental prospection oforganic fertilizer utilization in China[A]. The fifth national greenfertilizer new technology， new products exchange meeting[C] Beijing：China Humic Acid Industry Association， 2005.

[25]Dong W T， Zhu Y Y， Chang H Z， et al. An SHR-SCR modulespecifies legume cortical cell fate to enable nodulation[J]. Nature，2021， 589： 586?590.

[26]Liu Z J， Yang J， Long Y P， et al. Single-nucleus transcriptomesreveal spatiotemporal symbiotic perception and early response inMedicago[J]. Nature Plants， 2023， 9（10）： 1734?1748.

[27]Wang T， Guo J， Peng Y Q， et al. Light-induced mobile factors fromshoots regulate rhizobium-triggered soybean root nodulation[J].Science， 2021， 374： 65?71.

[28]Ke X L， Xiao H， Peng Y Q， et al. Phosphoenolpyruvate reallocationlinks nitrogen fixation rates to root nodule energy state[J]. Science，2022， 378： 971?977.

[29]Zhong X B， Wang J， Shi X L， et al. Genetically optimizing soybeannodulation improves yield and protein content[J]. Nature Plants，2024， 10（5）： 736?742.

[30]Shi J C， Zhao B Y， Zheng S， et al. A phosphate starvation responsecenterednetwork regulates mycorrhizal symbiosis[J]. Cell， 2021，184（22）： 5527?5540.

[31]Jiang Y N， Wang W X， Xie Q J， et al. Plants transfer lipids to sustaincolonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi[J].Science， 2017， 356： 1172?1175.

[32]Yu H M， Bai F X， Ji C Y， et al. Plant lysin motif extracellularproteins are required for arbuscular mycorrhizal symbiosis[J].Proceedings of the National Academy of Science of the UnitedStates of America， 2023， 120（27）： e2301884120.

[33]Feng H C， Lü Y， Krell T， et al. Signal binding at both modules of itsdCache domain enables the McpA chemoreceptor of Bacillusvelezensis to sense different ligands[J]. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America， 2022， 119（29）：e2201747119.

[34]Xu Z H， Shao J H， Li B， et al. Contribution of bacillomycin D inBacillus amyloliquefaciens SQR9 to antifungal activity and biofilmformation[J]. Applied and Environmental Microbiology， 2013， 79（3）：808?815.

[35]Xu Z H， Mandic-Mulec I， Zhang H H， et al. Antibiotic bacillomycinD affects iron acquisition and biofilm formation in Bacillus velezensisthrough a Btr-mediated FeuABC-dependent pathway[J]. Cell Reports.，2019， 29（5）： 1192?1202.

[36]Zhan Y H， Yan Y L， Deng Z P， et al. The novel regulatory ncRNA，NfiS， optimizes nitrogen fixation via base pairing with the nitrogenasegene nifK mRNA in Pseudomonas stutzeri A1501[J]. Proceedings ofthe National Academy of Science of the United States of America，2016， 113（30）： E4348?E4356.

[37]Li Q， Zhang H W， Song Y， et al. Alanine synthesized by alaninedehydrogenase enables ammonium-tolerant nitrogen fixation inPaenibacillus sabinae T27[J]. Proceedings of the National Academy ofScience of the United States of America， 2022， 119（49）： e2215855119.

[38]Zhang J Y， Liu Y X， Zhang N， et al. NRT1.1B is associated with rootmicrobiota composition and nitrogen use in field-grown rice[J].Nature Biotechnology， 2019， 37（6）： 676-684.

[39]Yu P， He X M， Baer M， et al. Plant flavones enrich rhizosphereOxalobacteraceae to improve maize performance under nitrogendeprivation[J]. Nature Plants， 2021， 7（4）： 481?499.

[40]Liu C， Jiang M T， Yuan M M， et al. Root microbiota confers riceresistance to aluminium toxicity and phosphorus deficiency in acidicsoils[J]. Nature Food， 2023， 4（10）： 912?924.

[41]Xun W B， Ren Y， Yan H， et al. Sustained inhibition of maize seedborneFusarium using a Bacillus-dominated rhizospheric stable coremicrobiota with unique cooperative patterns[J]. Advanced Science，2023， 10（5）： 2205215.

[42]Jiang Y， Xie Q J， Wang W X， et al. Medicago AP2-Domaintranscription factor WRI5a is a master regulator of lipid biosynthesisand transfer during mycorrhizal symbiosis[J]. Molecular Plant， 2018，11（11）： 1344–1359.

[43]Luo Y M， Li G X， Luo W H， et al. Effect of phosphogypsum anddicyandiamide as additives on NH3， N2O and CH4 emissions duringcomposting[J]. Journal of Environmental Science， 2013， 25（7）：1338?1345.

[44]袁永康. 外加電場及生物炭強化低溫厭氧發酵產甲烷研究[D]. 河南鄭州： 河南農業大學碩士學位論文， 2024.

Yuan Y K. Study on enhancement of methane production by lowtemperature anaerobic digestion with electric field and biochar[D].Zhengzhou， Henan： MS Thesis of Henan Agricultural University，2024.

[45]Jiang J S， Wang Y， Liu j， et al. Exploring the mechanisms of organicmatter degradation and methane emission during sewage sludgecomposting with added vesuvianite： Insights into the prediction ofmicrobial metabolic function and enzymatic activity[J]. BioresourceTechnology， 2019， 286： 121397.

[46]Ren X N， Wang Z Y， Zhao M X， et al. Role of selenite on thenitrogen conservation and greenhouse gases mitigation during thegoat manure composting process[J]. Science of the Total Environment，2022， 838： 155799.

[47] 羅一鳴， 李國學， Schuchardt F， 等. 過磷酸鈣添加劑對豬糞堆肥溫室氣體和氨氣減排的作用[J]. 農業工程學報， 2012， 28（22）： 235?242.

Luo Y M， Li G X， Schuchardt F， et al. Effects of additivesuperphosphate on NH3 ， N2 O and CH4 emissions during pigmanure composting[J]. Transactions of the Chinese Society ofAgricultural Engineering， 2012， 28（22）： 235?242.

[48]Xiong J P， Su Y， He X Q， et al. Effects of functional-membranecovering technique on nitrogen succession during aerobic composting：Metabolic pathways， functional enzymes， and functional genes[J].Bioresource Technology， 2022， 354： 127205.

[49]Sun Q H， Wu D， Zhang Z C， et al. Effect of cold-adapted microbialagent inoculation on enzyme activities during composting start-up atlow temperature[J]. Bioresource Technology， 2017， 244： 635?640.

[50]Wang X G， Tian L， Li Y X， et al. Effects of exogenous cellulosedegradingbacteria on humus formation and bacterial communitystability during composting[J]. Bioresource Technology， 2022， 359：127458.

[51]Wu J Q， Qi H S， Huang X N， et al. How does manganese dioxideaffect humus formation during bio-composting of chicken manureand corn straw[J]. Bioresource Technology， 2018， 269： 169?178.

[52]Wu J Q， Wei Z M， Zhu Z C， et al. Humus formation driven byammonia-oxidizing bacteria during mixed materials composting[J].Bioresource Technology， 2020， 311： 123500.

[53]Duan M L， Zhang Y H， Zhou B B， et al. Effects of Bacillus subtilison carbon components and microbial functional metabolism duringcow manure-straw composting[J]. Bioresource Technology， 2020，303： 122868.

[54]Cao Y， Wang J D， Huang H Y， et al. Spectroscopic evidence forhyperthermophilic pretreatment intensifying humification during pigmanure and rice straw composting[J]. Bioresource Technology， 2019，294： 122131.

[55]Huang X L， Jia Z X， Guo J J， et al. Ten-year long-term organicfertilization enhances carbon sequestration and calcium-mediatedstabilization of aggregate-associated organic carbon in a reclaimedCambisol[J]. Geoderma， 2019， 355： 113880.

[56]Gao X T， Tan W B， Zhao Y， et al. Diversity in the mechanisms ofhumin formation during composting with different materials[J].Environmental Science amp; Technology， 2019， 53（7）： 3653?3662.

[57]Zhang Y C， Yue D B， Ma H. Darkening mechanism and kinetics ofhumification process in catechol-Maillard system[J]. Chemosphere，2015， 130： 40?45.

[58]Wei Z M， Mohamed T A， Zhao L， et al. Microhabitat drive microbialanabolism to promote carbon sequestration during composting[J].Bioresource Technology， 2022， 346： 126577.

[59]Sun Y， Ren X N， Pan J T， et al. Effect of microplastics on greenhousegas and ammonia emissions during aerobic composting[J]. Science ofthe Total Environment， 2020， 737： 139856.

[60]Liang J Y， Zhou Z G， Huo C F， et al. More replenishment thanpriming loss of soil organic carbon with additional carbon input[J].Nature Communications， 2018， 9（1）： 3175.

[61]Shi T S， Collins S L， Yu K L， et al. A global meta-analysis on theeffects of organic and inorganic fertilization on grasslands andcroplands[J]. Nature Communications， 2024， 15（1）： 3411.

[62]Jia Z X， Huang X L， Li L N， et al. Rejuvenation of iron oxidesenhances carbon sequestration by the ‘iron gate’ and ‘enzymelatch’ mechanisms in a rice-wheat cropping system[J]. Science of theTotal Environment， 2022， 839： 156209.

[63]Wan D， Ma M K， Peng N， et al. Effects of long-term fertilization oncalcium-associated soil organic carbon： Implications for C sequestrationin agricultural soils[J]. Science of the Total Environment， 2021， 772：145037.

[64]Yu G H， Xiao J， Hu S J， et al. Mineral availability as a key regulatorof soil carbon storage[J]. Environmental Science amp; Technology，2017， 51（9）： 4960?4969.

[65]Zhao Z B， He J Z， Geisen S， et al. Protist communities are moresensitive to nitrogen fertilization than other microorganisms indiverse agricultural soils[J]. Microbiome， 2019， 7： 33.

[66]Gao Y Q， Huang J Q， Reyt G， et al. A dirigent protein complexdirects lignin polymerization and assembly of the root diffusionbarrier[J]. Science， 2023， 382： 464?471.

作者簡介：

張瑞福，南京農業大學鐘山首席教授，博士生導師，現任南京農業大學資源與環境科學學院院長。主要從事根際微生物與生物肥料、農業有機廢棄物微生物降解轉化與有機肥料研究。在國際著名期刊發表SCI 論文130余篇，受邀在FEMS Microbiology Reviews、Current Opinion in Microbiology 等期刊撰寫綜述，論文總被引12000 余次，12 篇論文被ESI 列為高被引論文，入選2022、2023 年度科睿唯安全球高被引科學家。先后擔任農業農村部農業微生物資源收集保藏重點實驗室主任、中國農業微生物菌種保藏管理中心主任、江蘇省固體有機廢棄物資源化高技術研究重點實驗室副主任、中國微生物學會常務理事及監事、微生物資源專委會主任、中國土壤學會理事、中國植物營養與肥料學會理事及生物與有機肥專委會主任、農業部肥料評審委員會委員及International Biodeterioration amp; Biodegradation、Journal of IntegrativeAgriculture 編委等。

沈其榮，中國工程院院士，現任南京農業大學學術委員會主任和國家有機（類） 肥料產業技術創新戰略聯盟理事長。長期從事有機（類） 肥料和土壤微生物研究與推廣工作，技術工藝被全國666 家企業采用，為中國有機（類） 肥料產業發展做出了突出貢獻；以施用全元生物有機肥為核心技術的防控土傳病害綜合技術體系效果顯著，為經濟作物產業可持續發展提供了技術支撐。在Nature Biotechnology、NatureCommunications、Science Advances、The ISME Journal、Microbiome、Plant Cell Environment、Environment Science amp; Technology、SoilBiology amp; Biochemistry 等國際學術權威刊物上發表論文。先后獲得光華工程科技獎、全國創新爭先獎、中華農業英才獎、做出突出貢獻的中國博士學位獲得者等榮譽稱號。

基金項目：國家自然科學基金項目（32172661）。