段迪瀚，劉情宇，榮夢(mèng)瑤，李元杰，畢世權(quán)，張少斌

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林 沈陽(yáng) 110866）

微生物菌肥是近年來(lái)興起的一種低碳、純天然、無(wú)污染、無(wú)毒無(wú)害的新型肥料，微生物菌肥中的有益微生物通過(guò)在土壤中的代謝活動(dòng)，既可以改善農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤生態(tài)環(huán)境，提高土壤肥力水平，又可通過(guò)分泌微量活性物質(zhì)刺激和誘導(dǎo)農(nóng)作物的抗逆性，從而促進(jìn)農(nóng)作物高效生長(zhǎng)、大幅度提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[1-2]。截至2022年3月31日，農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司備案登記的肥料總數(shù)約為25 000個(gè)，其中，以有效活菌數(shù)為主要技術(shù)指標(biāo)的微生物菌肥約為9 700種，占比接近40%。2020年以來(lái)，我國(guó)每年新增備案登記的微生物菌肥數(shù)量超過(guò)1 500個(gè)，生產(chǎn)企業(yè)超過(guò)1 000家，年產(chǎn)銷量超過(guò)2 000×104t。微生物菌肥在減少化肥使用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

1 微生物菌肥的特點(diǎn)

1.1 無(wú)毒無(wú)害、活化土壤、提高土壤肥力

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球使用的化肥中僅有30%～50%的氮肥、45%的磷肥被農(nóng)作物直接吸收利用，更多的過(guò)?；食蔀槲廴疚铮魇У酵寥馈⒑恿髦?，帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題；同時(shí)，大量施用傳統(tǒng)化肥會(huì)造成土壤板結(jié)，土壤質(zhì)量發(fā)生一定程度的退化[3]。相對(duì)于傳統(tǒng)化肥，微生物菌肥具有多重優(yōu)點(diǎn)：微生物菌肥的原料多為農(nóng)作物廢棄物、果渣、垃圾等，作為一種生物性肥料，其具有天然、無(wú)毒無(wú)害無(wú)污染的特性；通過(guò)微生物代謝活動(dòng)有效降解土壤中的農(nóng)藥殘留，凈化土壤；微生物菌肥還能調(diào)節(jié)土壤生態(tài)環(huán)境，有效活化土壤，防止土壤板結(jié)，增加土壤中的透氣性，從而促進(jìn)植物根部的生長(zhǎng)發(fā)育；微生物菌肥還可提高土壤氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量與吸收效率，提高肥料利用率。

1.2 促進(jìn)生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)

微生物菌肥中的微生物可以通過(guò)合成或分解土壤中的有機(jī)質(zhì)為農(nóng)作物提供養(yǎng)分，也可通過(guò)代謝活動(dòng)提高土壤中氮、磷、鉀的含量，有效提高土壤肥力，并能促進(jìn)作物對(duì)肥料的吸收與利用；同時(shí)，菌肥中的微生物還可以分泌赤霉素、細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素等活性物質(zhì)，調(diào)控作物生長(zhǎng)發(fā)育，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)，并提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)。武杞蔓等研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌劑后，黃瓜的株高、莖粗和葉片數(shù)均顯著高于對(duì)照組，葉片葉綠素含量也有顯著提高，根際促生菌除了對(duì)植物生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用外，對(duì)病原菌也有很好的拮抗作用[4]。韓梅等研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌肥中的硅酸鹽菌株顯示了良好的增產(chǎn)和抑病作用，如接種硅酸鹽細(xì)菌C1和Y3后，盆栽玉米植株地上部分的干質(zhì)量分別提高了31.9%和26.7%[5]。對(duì)比不施用微生物菌肥的農(nóng)產(chǎn)品，施用菌肥的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)大幅度提升，果實(shí)飽滿，籽粒豐滿，著色度增強(qiáng)，畸形果減少，而且蛋白質(zhì)、糖分、維生素、氨基酸的含量均有一定程度的提高。施用菌肥可以顯著提高飼料玉米籽粒的粗蛋白含量、粗脂肪含量、淀粉含量和熱值，同時(shí)還可以顯著降低玉米秸稈中性洗滌纖維含量，中性洗滌纖維含量是直接影響牲畜生產(chǎn)的指標(biāo)，降低其含量有利于提升畜產(chǎn)品品質(zhì)[6]。

1.3 抑制病原菌生長(zhǎng)、提高作物抗逆性、減少病蟲(chóng)害發(fā)生

微生物菌肥中的根際促生菌除了對(duì)農(nóng)作物有促生作用外，還能分泌抗生素等拮抗物質(zhì)，有效抑制土壤有害微生物和寄生蟲(chóng)等，從而減少病蟲(chóng)害的產(chǎn)生和傳播；同時(shí)，微生物菌群還會(huì)分泌活性化學(xué)物質(zhì)來(lái)抑制病原菌，并誘導(dǎo)和激活農(nóng)作物的防御系統(tǒng)，提高抗氧化酶等防御酶活性，從而提高農(nóng)作物抗旱、抗病蟲(chóng)等抗逆性，減少病害發(fā)生，增加作物產(chǎn)量。潘凡等[7]研究表明，熒光假單胞菌菌劑可顯著降低沃玉3號(hào)玉米的多種病蟲(chóng)害，對(duì)小斑病、矮花葉病毒病等病害，對(duì)灰飛虱、麻皮蝽等蟲(chóng)害的防治率均達(dá)到100%。梅雪麗等人[8]在甜瓜土壤中施用生防菌K3菌劑，可提高甜瓜葉片多酚氧化酶（PPO）活性15%～30%，根結(jié)線蟲(chóng)防治率達(dá)50%～100%，顯著促進(jìn)甜瓜生長(zhǎng)，甜瓜苗地上和地下鮮質(zhì)量提高100%以上。

2 微生物菌肥的作用機(jī)制

2.1 直接生成或通過(guò)活化土壤為農(nóng)作物提供營(yíng)養(yǎng)成分

土壤中富含大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但有一些并不能被農(nóng)作物直接吸收，而微生物菌肥則可以通過(guò)菌群微生物的代謝活動(dòng)，提高土壤中的氮素和有效磷、鉀的含量，將這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可被農(nóng)作物吸收利用的成分，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。固氮菌可以直接固氮，溶磷微生物能使土壤中難溶性的磷酸鹽溶解，有效提高磷的利用度，降低土壤中的pH值[9]。硅酸鹽細(xì)菌也被稱為 “鉀細(xì)菌” ，由硅酸鹽細(xì)菌制成的菌肥具有不同于其他菌肥的特性，能對(duì)土壤中難溶性的礦物成分進(jìn)行分解，使之轉(zhuǎn)化為有效礦物質(zhì)，例如鉀和磷等。劉榮昌等也曾報(bào)道某些微生物菌肥可以活化并促進(jìn)礦物釋放鐵、錳等元素[10]。

2.2 產(chǎn)生生理活性物質(zhì)調(diào)節(jié)農(nóng)作物生長(zhǎng)

微生物菌肥中的菌群在生理代謝過(guò)程中，能產(chǎn)生赤霉素及其他生長(zhǎng)素等生理活性物質(zhì)，這些生理活性物質(zhì)可調(diào)節(jié)生理生化過(guò)程，并且微生物菌群能分解在土壤中殘留的化肥和農(nóng)藥，起到凈化環(huán)境的作用。湯佩平和周鴻賓研究發(fā)現(xiàn)，固氮根瘤菌可以產(chǎn)生IAA和類赤霉素,發(fā)酵液IAA濃度可達(dá)5.812μg/mL，具有促進(jìn)小麥芽鞘伸長(zhǎng)的作用，類赤霉素濃度為0.075μg/mL，具有明顯刺激水稻幼苗葉鞘伸長(zhǎng)的作用[11]。謝達(dá)平等人研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌肥發(fā)酵液中含有7種類植物激素，激素總含量達(dá)到64.8μg/mL，其中6-芐氨基嘌呤、赤霉素、類吲哚乙酸的含量分別達(dá)到0.88μg/mL、2.24μg/mL和5.82μg/mL，微生物菌肥發(fā)酵液可顯著增加水稻芽長(zhǎng)20%以上，以菌肥拌種，發(fā)現(xiàn)微生物菌肥可使黃瓜、菠菜、油菜和玉米次生根數(shù)量增加10%～59.4%，次生根平均長(zhǎng)度增加9.1%～30.9%[12]。

2.3 產(chǎn)生抑菌抗病物質(zhì)間接促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)

微生物菌肥能夠依靠產(chǎn)生抗生素、系統(tǒng)防衛(wèi)酶等多種物質(zhì)來(lái)顯著抵御細(xì)菌或真菌性病害，還能誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性從而提高病蟲(chóng)害抵御能力，間接達(dá)到促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育的目的，已報(bào)道且被分離出的植物根際促生菌產(chǎn)生的抗生素有20種左右[12]。有研究指出，根際促生菌能產(chǎn)生胞外溶解酶和氰化氫，而不損害植株，并且可誘發(fā)植株對(duì)病蟲(chóng)害的抗性[13]。

2.4 誘導(dǎo)對(duì)非生物脅迫的抗性促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)

微生物菌肥的某些特殊菌群不僅能夠提高作物的抗旱、抗鹽堿能力，還有抗極端溫度、濕度和pH值、抗重金屬毒害等作用，利用微生物菌肥的這些特性，可以大幅提高農(nóng)作物在逆境下的生存能力。施用微生物菌肥后，誘導(dǎo)許多與防御反應(yīng)有關(guān)的物質(zhì)如抗氧化酶、幾丁質(zhì)酶、植物菌素、酚類化合物等物質(zhì)的增加，從而提高農(nóng)作物的抗逆性[12]。謝東鋒等人研究發(fā)現(xiàn)，在黃瓜連作土壤中施用4種微生物菌肥，均可顯著激活黃瓜葉片中過(guò)氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活性，提高黃瓜抗逆性，促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)[14]。

3 微生物菌肥發(fā)展前景展望

微生物菌肥作為高效能、低成本、生態(tài)環(huán)保的新型肥料，正逐漸進(jìn)入大眾視野，微生物菌肥種類繁多，產(chǎn)品形態(tài)各異，適用多種農(nóng)作物，對(duì)于施用的土壤環(huán)境沒(méi)有特殊要求，可以廣泛適用于不同生態(tài)地區(qū)、不同種類的農(nóng)作物[15]。近年來(lái)，微生物菌肥的研究與開(kāi)發(fā)雖然取得了較大的進(jìn)展，但與世界平均使用水平相比，我國(guó)微生物菌肥的推廣使用力度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，廣大農(nóng)民對(duì)其認(rèn)知度還較小，使用量及使用范圍遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)化肥。因此，一方面要通過(guò)大規(guī)模試驗(yàn)示范展現(xiàn)微生物菌肥帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面要加強(qiáng)政策宣傳引導(dǎo)，展現(xiàn)應(yīng)用微生物菌肥的生態(tài)和社會(huì)效益。另外，還需加強(qiáng)對(duì)微生物菌肥的基礎(chǔ)理論研究，如微生物菌肥的作用機(jī)理、優(yōu)良微生物菌株的篩選、多功能微生物肥料的開(kāi)發(fā)等，推動(dòng)微生物菌肥產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。