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1资源微生物学ResourceMicrobiology(第七章)主讲人：周而勋博士、教授、博导（资环学院植物病理学系）电话：38297832(办),18922482188E-mail:exzhouerxun@163.com=850或阿维菌素有机肥第七章微生物肥料•第一节肥料概述•第二节微生物肥料的作用•第三节微生物肥料的种类•第四节微生物肥料的现状和未来•第五节我国微生物肥料生产应用的若干问题3第一节概述•一、肥料的定义与种类•二、化学肥料的贡献与弊端•三、微生物肥料的定义与发展4一、肥料的定义与种类•1、定义•国家标准《肥料和土壤调理剂术语》（GB/T6274-1997)中，肥料(fertilizer)的定义为“以提供植物养分为其主要功效的物料”。•2、种类•分类方法很多。有人将肥料分为有机肥料、化学肥料和微生物肥料三大类。5二、化学肥料的贡献与弊端•1、贡献•在发达国家，科技对农业高速发展的贡献率已达70%以上，其中作出主要贡献的是种子(良种)、化肥、农药和灌溉等农业新技术。•众所周知，肥料是植物的“粮食”、“营养”。化肥为各国农业的增产增收作出了重要贡献。•2、弊端•但是，由于化肥在使用过程中大量流失，对生态环境造成了严重的的污染。6•仅以地下水污染为例，近年来的研究证明，地下水硝酸盐含量上升的最主要原因是氮肥的大量使用。•1990’s中期，仅对我国北方一些省(市)的调查表明，北方一些地区的农村和小城镇的地下水/饮用水硝酸盐污染问题已十分严重。其中1/2以上超过饮用水硝酸盐含量标准（最高允许值为50mg/L），最高达到300mg/L。•此外，蔬菜的硝酸盐超标问题也十分严重。•近年来，癌症的大量发生与此有密切关系。7三、微生物肥料的定义与发展•1、定义•陈华癸：所谓微生物肥料，是指一类含有活微生物的特定制品，应用于农业生产中，能够获得特定的肥料效应，在这种效应的产生中，制品中的微生物起关键作用。•2、作用与意义•使用微生物肥料，对改善作物养分供应，调控其生长，提高产量和品质，减少化学肥料的使用，提高土壤肥力，减少病虫害发生和改善环境质量等方面都具有重要的经济、生态和社会意义。8•3、新发展•微生物肥料在国际上的应用和发展已有百年历史，但由于其“迟效性”，过去的发展缓慢。近年来，由于化学肥料的污染越来越严重，所以，微生物肥料又重新受到重视。•微生物肥料作为生物技术的发展及其在农业生产中应用的一个方面，应该也必须有一个良好的发展空间，由低级向高级、由低效到高效发展，并向农业产业化发展。•可以预见，在本世纪，微生物肥料产业将成为持续农业的一个重要方面，能够获得长足的发展和进步。9第二节微生物肥料的作用•一、增进土壤肥力•二、制造和协助农作物吸收营养•三、增强植物抗病虫害和抗旱能力•四、减少化学肥料的使用量和提高作物品质•五、目前正在研究开发的微生物肥料的作用10一、增进土壤肥力•1、增加土壤氮素•例如：各种自生、联合或共生固氮微生物肥料，可增加土壤中的氮素来源。•2、增加土壤矿物质•例如：多种溶磷、解钾的微生物肥料，可将土壤中难溶的磷、钾分解出来，为植物所吸收、利用。•3、增加土壤有机质•例如：一些分解作物秸秆微生物制剂的应用，增加了土壤中有机质，增进了土壤肥力。11二、制造和协助农作物吸收营养•1、根瘤菌微生物肥料•肥料中的根瘤菌可以侵染豆科植物的根部，形成根瘤，生活在根瘤里的根瘤菌类菌体利用豆科植物寄主提供的能量将空气中的氮转化为氨，进而转化为植物能吸收的谷氨酸和谷氨酰胺类的优质氮素，供给豆科植物一生中氮素的主要需求，也就是根瘤菌为豆科植物制造和提供了氮素营养来源。12•2、菌根真菌肥料•丛枝菌根(ArbuscularMycorrhiza,AM)(图7-1)真菌是一种土壤真菌，它与多种植物根系共生，其菌丝可以吸收更多的营养供给植物吸收利用，其中以对磷的吸收最明显。研究还显示，AM真菌对土壤中活动性、移动性缓慢的元素如锌、铜、钙等元素也有加强吸收的作用。•此外，微生物肥料中的一些菌种还可产生大量的植物生长物质，改善植物营养状况，促使其健壮生长。13图7-1AM的结构示意图14三、增强植物抗病虫害和抗旱能力•1、在这里特别强调“促进植物生长的根际细菌”(PlantGrowth-PromotingRhizobacteria,PGPR)。•2、这类微生物既可产生某些生长调节物质，刺激植物生长、促进植物对营养元素的吸收，也可分泌某些拮抗物质，抑制病菌和害虫的生长发育，减轻病虫害的发生，还可提高植物抗旱能力，提高植物产量（多功能微生物制剂）。•3、由于这个类群的多种多样，目前正成为国际上的热门研究领域。15四、减少化学肥料的使用量和提高作物品质•1、减少化学肥料的使用量•大量研究表明，使用微生物肥料后，可减少化学肥料的使用量。这不仅具有经济上的意义，而且具有生态学意义和社会效应，对保护环境也有好处。•2、提高作物品质•使用微生物肥料后，可以改善农产品的品质（如蛋白质、糖、维生素的含量）。在有些情况下，品质的改善比产量的提高好处更大。16五、目前正在研究开发的微生物肥料的作用•目前正在研究有关微生物肥料作用的外延和拓展。其作用主要表现在：•1、对环境的净化作用•据报道，最近10多年，我国的化肥总用量增加了90.7%，而同期粮食总产量仅增加了9.1%，氮素化肥的流失率高达45%，由此造成的环境污染可想而知。•因此，微生物肥料的大量使用，可大大减少化学肥料的使用量，对净化环境将起到积极的作用。17•2、对城市垃圾和作物秸秆的处置•近年来，我国粮食的年播种面积为1.1亿公顷(1公顷=15亩)，粮食年总产量4.67亿吨，全年秸秆总产量6亿多吨。•利用有益微生物对城市垃圾和作物秸秆分解、腐熟后，作为有机肥还田，变废为宝，利国利民。•3、植物内生菌的开发利用•目前一些研究工作者正在研究一些禾本科植物如水稻和甘蔗的内生菌，希望这些内生菌能在这些植物的氮素供应中起重要作用。18第三节微生物肥料的种类•一、固氮菌肥料•二、根瘤菌类肥料•三、解磷微生物肥料•四、硅酸盐细菌肥料•五、光合细菌肥料•六、芽孢杆菌制剂•七、分解作物秸秆制剂•八、复合微生物肥料类•九、PGPR类制剂•十、其他微生物肥料19一、固氮菌肥料•1、固氮菌肥料的应用基础•这里所说的固氮菌肥料是特指以能够自由生活的固氮细菌或与一些禾本科植物进行联合固氮的细菌为菌种生产出来的固氮菌类肥料。所以，不包括根瘤菌类。•自生和联合固氮菌与共生固氮的根瘤菌不同。根瘤菌与豆科植物形成共生固氮的器官—根瘤。而自生和联合固氮菌则缺乏这种结构。•自生和联合固氮菌除了固氮外，更为重要的是它们能够产生多种植物生长调节物质，促进植物生长。20•2、固氮菌肥料的微生物资源•（1）自生固氮属(Azotobacter)•（2）氮单胞菌属(Azomonas)•（3）固氮螺菌属(Azospirillum)•（4）贝氏固氮菌属(Beijerinekia)•（5）芽孢杆菌属(Bacillus)•（6）克鲁伯氏杆菌属(Klebsiella)•（7）肠杆菌属(Enterobacter)•（8）欧文氏杆菌属(Erwinia)•（9）红色假单胞菌属(Rhodopseudomonas)•（10）红螺菌属(Rhodospirillum)21•3、固氮菌肥料的作用、生产和应用•（1）作用•联合固氮菌是在自然界多种植物根际生活着的利用植物根分泌物和土壤养分作为营养来源的、自身能够进行固氮的微生物，它们与植物构成联合固氮体系。•①固氮作用•联合固氮菌有一定的固氮作用，但它们的固氮能力远不如根瘤菌。虽然如此，施用联合固氮菌肥料确实有增产作用。这个原因只能以氮素代谢以外的原因来解释。22•②产生植物生长物质•早在1930’s就发现，小麦根际固氮菌的培养物中有促进植物生长的激素类物质，如吲哚乙酸。后来发现，很多固氮菌都可产生植物生长调节物质，有的不止一种。•③产生维生素和氨基酸•现已经知道多种土壤微生物的生命活动中产生维生素。如：自生固氮菌能够产生维生素B1、B6、B12、H、烟酸、泛酸等。•另外，也有研究者认为，许多微生物在生长代谢过程中能够产生多种氨基酸。23•④产生多糖类物质•土壤微生物产生的多糖类物质约占土壤有机质的0.1%。•多糖是一种粘胶类物质，它们与植物粘液、矿物胶体和有机胶体结合在一起，形成的粘液膜使植物根系不受土壤颗粒的损伤，也可防止病原菌的入侵。•另外，多糖类物质也对植物生长有良好的刺激作用，可促进植物健壮生长。24•（2）生产•固氮菌剂的生产和其他农用生物菌剂一样，应该在具有良好设备的工厂里、在严格的条件下进行生产，生产出的菌剂应符合一定的质量标准。•目前国内生产这类产品有液体瓶装的剂型和用草炭（泥炭土）等载体作为吸附剂吸附而成的固体剂型。•液体瓶装的剂型是从发酵罐发酵结束后分装而成的。•固体剂型是由草炭（泥炭土）等作为载体吸附发酵结束时的液体而成的。25•（3）应用•①适用作物：多为禾本科作物。有的为小麦专用，有的为水稻专用；也有的不强调作为种类，如小麦、玉米、高粱、甘蔗、谷子等均可使用。•②使用剂量：固体菌剂每亩用量为250-500g(含菌量1-2亿个/g)；液体菌剂每亩用量100mL(含菌量5-10亿个/mL)。•③施用技术：多为拌种。无论是固体菌剂还是液体菌剂，都要根据种子的量，加适量水将菌剂均匀拌在种子上，使每粒种子都沾有菌剂而不太湿为原则，拌种后稍为阴干一下，即可播种。26•④菌剂保存•固氮菌剂是一种活的生物制剂，需要一定的保存条件。保存时间的长短与温度关系很大。10-20℃，可保存3-4个月；25℃，半个月。固体菌剂比液体菌剂保存时间长。•⑤注意事项•拌种时勿置于直射阳光下，当天拌种，当天用完。•不能与杀菌剂、草木灰、速效氮肥及稀土微肥等同时使用。•宜在中低肥力水平的地区使用。27二、根瘤菌类肥料•1、豆科植物的经济意义•豆科植物-根瘤菌共生固氮体系，是迄今为止研究得最为清楚、与农林业关系最为密切、地球上最重要的共生体系之一。•豆科植物分为蝶形花亚科、含羞草亚科和苏木亚科，大约有2万种。•（1）蝶形花亚科：与农业有关的豆科植物几乎都在这个亚科里，98%结有根瘤。如：大豆、豇豆、花生、豌豆、菜豆、苜蓿、三叶草、红豆草、紫云英等。28豆科蝶形花亚科植物紫花苜蓿三叶草红豆草紫云英29•（2）含羞草亚科：多为生长在热带、亚热带地区的乔木或灌木，少数是草本。如：银合欢、含羞草等。结瘤的植物约有90%。银合欢含羞草30•（3）苏木亚科：主要分布在热带、亚热带地区，是一些观赏灌木或乔木。如：紫荆、山扁豆等。结瘤的约有30%。紫荆花紫荆花31•2、豆科植物接种根瘤菌的必要性•所谓接种，就是在豆科植物种植之前，将有效的根瘤菌拌入种子（或土壤）以促进共生固氮的过程。下面五种情况尤其需要接种：•（1）土壤中从来没有种植过某种豆科植物，或该豆科植物是新引种的。•例如：1970’s紫云英作为稻田绿肥扩种在淮河流域以北及黄河中下游地区，新种紫云英地区就必须接种紫云英根瘤菌。32•（2）豆科植物在本地区生长的自然结瘤情况不良，常常结瘤延迟，不着生在主根上时。•（3）轮作，或前茬种植非豆科植物时。•（4）土壤肥力下降或新垦地、复垦地。•（5）豆科植物更新换代快，需要接种相应的菌种。33•3、豆科植物-根瘤菌共生体系应用的种类•迄今从豆科植物根瘤里分离出来、进行过研究的共生固氮根瘤菌有100多种。主要有以下一些属、种：•（1）根瘤菌属(Rhizobium)•①豌豆根瘤菌(R.leguminosarum)：豌豆、蚕豆、菜豆、三叶草等。•②菜豆根瘤菌(R.etli)：菜豆、云豆等。•③热带根瘤菌(R.tropici)：菜豆、银合欢。•④山羊豆根瘤菌(R.galegae)：山羊豆。•⑤驴