所谓微生物肥料

1所谓微生物肥料，就是指一类含有活微生物的特定制品，在农业应用中，能获得特定的肥料效应，在这种效应的产生中，制品中活微生物起关键作用。微生物肥料所产生的肥料效果是由它们的生命活动造成的。它的单位面积的用量极少，并不是直接作为植物养料，而是靠微生物在土壤或植物根系的生理活动，营造出良好的植物生长环境，起到促进生长、提供肥料的作用。因此微生物肥料严格意义上来说应称为菌剂或接种剂。广义上来说，微生物肥料的功效主要是与营养元素的来源和有效性有关，或与作物吸收营养、水分和抗病有关，概括起来有以下几个方面：1.增进土壤肥力；2.制造和协助农作物吸收营养；3.增加植物抗病和抗旱能力；4.效力高。VA菌根的菌丝除了吸收有益于作物的营养元素，还能增强作物吸收水分的作用，利于植物抗旱能力。一些放线菌肥料由于其中的放线菌产生的抗生素的广谱性，对立枯病菌、猝倒病菌、棉花黄萎病菌及多种炭疽病菌等30余种植物病原微生物有抑制作用。研究微生物肥料的作用机理、制备及其施用中可能出现的问题是微生物肥料学的主要内容。总的说来有以下几点：1.微生物肥料的作用机理和应用的限制性因素的研究；2.微生物肥料中特定微生物的生态学。微生物肥料是将微生物施入作物根际，在作物根际生长后发挥作用的。3.微生物肥料菌株的筛选、更新、复壮、诱变和工程菌的构建。微生物肥料的优劣取决于菌肥微生物的好坏。4.微生物肥料的产品质量检测。此外，微生物肥料菌株的发酵培养、种属鉴定等都是微生物肥料学研究的内容。根据不同的标准可将现有的微生物肥料进行不同的分类。一般意义的微生物肥料，只是指通过其中所含的微生物的生命活动增加植物营养元素的供应量，改善植物的营养状况，使作物产量增加，其代表品种是根瘤菌肥。广义的微生物肥料，指的是通过微生物的生命活动不仅提高营养元素的供应，还产生植物生长激素、促进植物的吸收功能或拮抗病原微生物的生长，减轻农作物病虫害，例如植物促生根际细菌（PGPR）。依据微生物肥料的填充介质的不同可分为固体粉状草炭剂型、液体剂型、颗粒剂型、冻干剂型和琼脂剂型等。依据菌肥中微生物的不同，又可分为以下六类：1.根瘤菌类肥料。根瘤菌类肥料是迄今为止世界上研究最早、应用时间最长、应用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，植物根毛弯曲形成根瘤来进行固氮。现已生产的有花生、大豆、绿豆等根瘤菌剂。近年来，与根瘤菌具有许多平行的新型共生关系的非豆科共生固氮菌引起国内外学者的浓厚兴趣，它就是放线菌中的弗兰克氏菌（Frankia），它可与八科至少23属的非豆科木本植物形成共生瘤。2.固氮菌肥料。因共生固氮菌的固氮作用受作物种类等因素的限制，科学家们也致力于自生固氮菌肥料和联合固氮菌肥料的研究和开发。自生固氮菌是荷兰学者别依林克（Beijerinch）于1901年首先从园土和运河水中发现并分离的。其种类很多，如圆褐固氮菌、贝氏固氮菌、巴斯德固氮梭菌等，它们的共同特点是能把空气中不能被作物利用的80%的氮气转化为作物能吸收的氮素养料。此外，有的还能生成刺激植物生长和发育的物质，刺激其他根际微生物的发育，从而促进土壤有机质的矿化作用（在土壤微生物作用下，土壤中有机态化合物转化为无机态化合物过程的总称）。3.磷细菌和硅酸盐细菌肥料。该类肥料的作用机制是利用微生物繁殖过程中可产生一些有机酸如乳酸、柠檬酸和一些酶，从而使土壤中难溶性磷酸盐矿化成可溶性磷供作物吸收利用。磷细菌根据其作用方式的不同可分为两种，一种是无机磷细菌，另一种是有机磷细菌。前者通过细菌的生命活动产生酸，溶解土壤中无效的无机磷；后者通过细菌的分解作用，把土壤中无效的有机磷变成有效的有机磷。4.VA菌根真菌肥料。菌根是一些高等植物根系与真菌的联合共生体，是某些真菌侵染植物根部与其形成的菌-根共生体。菌根主要分为外生菌根和内生菌根两种。外生菌根主要形成于针叶树和阔叶树上，担子菌的多数种和子囊菌、半知菌的一部分种参与外生菌根的形成，其中尤以口蘑目菌的多数种能形成菌根。内生菌根多数是担子菌类，但内生菌根孢子尚未能以人工方式高密度繁殖。其中与农业关系密切的是内囊霉科中多数属、种形成的泡囊-从枝状菌根（Vesicular-arhuscularmycorrhiza），简称VA菌根。试验表明菌根的作用很多，如可以使寄主植物的根更有效的从土壤中摄取磷，促进植物对氮、磷、硫、锌和其它一些必须元素的摄取，特别是在低肥力土壤条件下，VA菌根的侵染能增加植物对一些移动性较差的养分的吸收，菌根促进植物吸收土壤铜的作用已被一些试验所证实；可以扩大根的吸收面积，促进根的分枝并延长根的寿命，提高根对水分的吸收效率和抗旱能力；能保护根部2免受病原菌的侵袭，及避免冻害；能产生阻抑其它微生物的类似抗生素的物质等。5.复合微生物肥料。所谓复合微生物肥料，一类是菌加菌的复合；另一类是菌加营养物质的复合。有试验证明施用复合微生物肥料的增产效果比施用单一菌肥的效果好。但复合微生物肥料的运用和作用机理是一个比较复杂的问题，如多种微生物的联合，它们之间既有互惠、协同也有互相拮抗，还存在同一载体内争夺营养物质和生存空间的问题，并非想象中的那么简单，因此不能随意组合，要进一步研究和验证。6.其它微生物肥料土壤中微生物的数量以细菌最多，放线菌和真菌次之，藻类和原生动物等的数量较小。1.细菌。土壤细菌占土壤微生物总数量的70-90%，主要是腐生性种类，少数是自养性的。细菌数量虽多，但因形体微小，细胞物质重量，即生物量仅占土壤重量的1/10000左右。由于它们的个体小，数量大，与土壤接触的表面积特别大，成为土壤中最大的生命活动面，因而也是最活跃的生活因素，时刻不停的进行着与周围物质的交换。细菌在土壤中的分布以表层为多，随着土层的加深而减少，但厌气性细菌的含量则增加。2.放线菌。在有机质含量高的偏碱性土壤中数量更多。3.真菌。真菌广泛存在于土壤耕作层中，土壤真菌有藻状菌、子囊菌、担子菌和半知菌。真菌是好气性微生物，在土壤表层生长，耐酸。在pH5.0的土壤中，细菌和放线菌生长受到抑制时真菌仍能良好生长。4.藻类。土壤中生长着许多藻类，大多数是单细胞的硅藻或丝状的绿藻和裸藻，偶尔有些金藻、黄藻。藻类细胞内含有叶绿素能利用光能，合成有机物。它们多发育于土面和土壤表层光照和水分充足的地方。5．原生动物。土壤中的原生动物包括纤毛虫、鞭毛虫和根足虫等，它们都是单细胞能运动的微生物，形体差异很大，以分裂形式繁殖。原生动物以有机物质为食物，吞噬有机残片、细菌、单细胞藻类和真菌孢子。土壤中微生物的种类和数量是土壤环境条件的综合反应，同时土壤微生物的活动也转化土壤中各物质的状态，改变土壤理化性质和肥力。土壤中的生物残体、有机肥料和土壤腐殖质中含有氮、磷、硫和其它植物营养元素的有机化合物，它们的矿化是植物营养元素的主要来源，而微生物是这一过程的主要参与者。土壤中微生物生长最适的C︰N比率约为25︰1，此时微生物吸收的N全部用于合成本身的细胞物质。但同一微生物在进行好气和厌气呼吸时需要的C︰N比率不一样，厌气呼吸产生的能量少而好气呼吸产生的能量多。土壤中有机残体的C︰N比率在很大程度上决定了其蛋白质的转化方向。如果有机残体的C︰N比率小于25︰1，则被微生物分解时除了吸收一部分氮素合成本身的蛋白质，还释放无机氮，提高下茬作物速效氮素养料水平。如果有机残体C︰N比率大于25︰1，则被微生物分解时氮素养分不足而碳素有余，有机质的氮素将全部被微生物吸收，微生物还会将土壤中的无机氮素有机化（即氮素的生物固定），降低土壤中速效氮的水平。但C︰N比率大的有机物残体被微生物分解时造成的速效氮减少的不良影响并不是长期存在的，因为有机物分解过程中碳素和氮素有下列变化：有机碳———CO2；有机氮====无机氮。对有机营养的微生物来说，产生的CO2绝大部分是一去不返的，而转化的有机氮和无机氮基本都是存留在土壤中。最终结果是C︰N比率下降，由大于25︰1下降到小于25︰1，这样有机氮和无机氮的转化方向就倒转过来了。土壤中的有机磷化合物主要有磷脂、核酸和植酸，土壤中磷脂和核酸分解的快，植酸（肌醇六磷酸酯的钙、铁盐）成分分解的很缓慢，因此逐渐积累，可占土壤中有机磷总量的20%-60%。土壤微生物除了矿化有机磷产生磷酸盐供植物直接吸收外，还在土壤和矿质磷肥中难溶性无机磷的可给化中起着不可忽视的作用：（1）微生物产酸提高Ca3PO4和磷灰石的可给性。（2）硅酸盐细菌有转化磷灰石为水溶性磷的作用。一般的，微生物与植物的关系有互利、中性、拮抗作用三种。简单的说，中性作用就是微生物和植物生存于同一空间而相互间没有任何有利或有害对方的现象：这在微生物农用方面是没有用处的；而拮抗作用则是微生物和植物间会产生某种互害或偏害的作用。(一)根际微生物根际是微生物生长特别旺盛的环境，根表面和离根表面5mm范围内的微生物属根际微生物。1.旺盛的根际微生物的代谢作用加强了有机质的分解，促进了植物营养元素的转化。3微生物代谢中产生的酸类，能促进土壤磷元素和其它矿质营养的可给化。在根际生活的固氮细菌，对植物的氮素营养起着重要作用，植物根际提供固氮细菌生活的良好营养条件,固氮细菌供给植物氮素养料（即联合固氮）。2.根际微生物的分泌物和微生物细胞的自溶物，刺激植物生长。根际微生物产生的维生素和生长素类物质，刺激植物生长是很突出的。3.根际微生物分泌的抗生素类物质有利于作物避免土居性病原菌的侵染。（二）菌根微生物一些真菌和植物的根以互惠关系建立起来的共生体称之为菌根。根据形态学和解剖学特征一般将菌根分为两大类，即内生菌根和外生菌根。外生菌根的真菌在根外形成致密的鞘套，少量的菌丝进入根皮层细胞的间隙中；内生菌根的菌丝体主要存在于根的皮层中，在根外较少。菌根能促进寄主植物的生长，主要原因在于增强了植物对营养物质（特别是磷）和水的吸收。此外，菌根能提高植物从贫瘠土壤中吸取养分的能力。在肥料不足或不施肥的土壤中，菌根所带来的效益更为明显。菌根真菌从土壤中吸取水分与氮、磷、钾等养分输送给植物利用；菌根真菌能溶解磷酸盐岩，以便于植物吸收。故有菌根的植物比无菌根的生长得好。菌根菌能提高植物对毒物的耐受能力，扩大对湿度、pH等环境因素的耐受范围，提高作物的抗逆能力。（三）根瘤菌根瘤菌侵入植物根系，与植物根部联合发育形成根瘤。根瘤内该细菌具有固定大气中氮素的能力，它通过根瘤从植物根部获得营养生长繁殖，并进行固氮作用以满足植物氮素的需要。根瘤菌生活在土壤中时，和其它土壤微生物一样依靠分解有机质获得养料而生存，这时它不固定空气中的氮素。当宿主植物遇到适当的根瘤菌时，便分泌某些物质（现已经知道其中一类是黄酮类物质），刺激根瘤产生胞外寡糖胺类物质（即结瘤因子），反过来使根毛弯曲变形，根瘤菌侵入根内皮形成入侵线并刺激根部皮层细胞分裂成可见的根瘤。细菌随后进入皮层细胞变成类菌体（具有固氮能力而无繁殖能力的细菌形态）。根瘤并非豆科植物的必要组织。在无根瘤情况下只要供给氮素营养，豆科植物同样可以正常发育。根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用是微生物和植物之间最重要的互惠关系，它对提高土壤肥力和农作物产量有重要作用。土壤中固有的有益微生物包括可以释放刺激植物生长的物质的细菌和真菌，也包括可以抑制土壤中有害微生物的生长而间接作用的微生物。微生物直接促进植物生长的机制包括从大气中固氮、增加铁、磷等矿质元素的吸收，合成促进植物细胞分裂的植物激素等；间接作用的机制则是有益微生物的生长阻止了有害微生物的生长（即抗生现象），或由于有益微生物耗尽了某种营养或释放了某种物质抑制了有害微生物的生长。微生物肥料具有肥效高、本身无毒害、不污染环境且成本底、可节约能源等特点。化学肥料具有以下特点：1.速效性。化学肥料含有的都是一些处于易于被植物吸收的状态下的化合物。施用之后可被植物立刻吸收利用，因此和有机肥料相比，化学肥料具有肥效迅速的特点。2.不能被完全吸收，残留于土壤中。残留的化学肥料在土壤中积累使土壤的结构遭到破坏，使之不利水源涵养及空气的保持。化肥中的磷酸根、硫酸根、硝酸根离子的积累使土壤酸化而不适宜植物生长