摘要:在农业生产中过量施用化肥导致农作物品质下降、生态环境被破坏，而微生物肥料因其环保无公害、高效、成本低等特点越来越多地被投入使用。本文综述了微生物肥料在我国的研究现状，并对微生物肥料在作物上的应用进展进行了总结。

关键词：微生物肥料；作物；应用

化肥工业的迅速发展极大地推动了我国农业的发展，粮食产量逐年稳步提高，对保障国家粮食安全起到至关重要的作用。然而化学肥料的大量投入导致农产品品质下降、土壤硬化和环境污染等问题，严重影响我国绿色、有机、生态环保的可持续农业发展道路。微生物肥料因具有改善土壤结构、提升作物品质、提高植物抗病虫害能力等特点而备受关注，是发展“绿色和生态农业”的需要，具有广阔的应用前景。本文简要分析了微生物肥料的作用机制及其产业发展现状，并综述了微生物肥料在玉米、水稻和马铃薯等作物中的应用进展，以期为微生物肥料的相关研究及推广提供有用信息。

1 我国微生物肥料的研究现状

1.1 微生物肥料的作用机制

微生物肥料是一类微生物活体制品，含有能够进行繁殖的微生物，可产生活性物质（植物激素、抗菌物质等），促进植物对营养元素的吸收利用并抑制有害微生物的活性。微生物肥料的作用机制大体可分为促进氮、磷、钾等营养元素的吸收与利用，通过微生物代谢产物调控植物生长、增强植株抗逆性和抗病性等4方面。

氮气约占空气成分的80%，高等植物自身不能直接利用，而共生固氮菌类、联合固氮菌类和自生固氮菌类可通过自身固氮酶固定空气中的氮气，将其转化为植物可吸收利用的氮源。微生物肥料中常用的固氮菌株有圆褐固氮菌、阴沟肠杆菌、苜蓿根瘤菌和氮单胞菌属等。在水稻的生长发育过程中施用固氮菌(A-zotobacter)，其固氮过程可提高水稻对氮素的吸收利用。在小麦、燕麦和大麦等作物的生长过程中施用固氮菌( Azotobacter)，也能起到很好的固氮作用。已有许多研究在探究固氮菌的固氮机制，并取得了一定进展。将固氮菌接种到燕麦上可提高燕麦的固氮量及固氮百分率，以及燕麦全氮含量；将从烤烟植株根际分离鉴定到的优势固氮菌施用到烤烟上可提高其杀青样品中的氮含量；在非豆科植物小麦、玉米的生长发育过程中施加含有固氮菌的微生物肥料可显著提高其产量。

磷是植物生长发育的必需元素之一，但植物很难直接吸收利用土壤中的磷。土壤中具有溶磷能力的微生物在其生长和繁殖等生命过程中会产生一系列的酶和酸性物质，能有效提高植物对土壤中磷的吸收利用，提高土壤有机质含量，并改善植物营养条件和土壤结构等，对提高植物产量具有重要作用。微生物肥料中常用的溶磷微生物有微球菌属( Micrococcus)、欧文氏菌属( Erwinia)、假单胞菌属( Pseudomonas)、土壤杆菌属( Agrobacterium)、芽孢杆菌属( Bacillus)和黄金杆菌属( Chryseobacterium)等。溶磷微生物的溶磷机制主要包括酶解和酸解。真菌类溶磷微生物通过自身代谢活动过程中产生的磷酸酶、核酸酶等分解土壤中的磷酸盐成分，提高植物对磷元素的利用效率；革兰氏阴性细菌主要通过直接氧化方式向细胞外分泌有机酸，将难溶性磷物质进行酸化，生成有利于植物吸收利用的磷形式；曲霉菌( Aspergillus)和青霉菌( penicillium)等则主要通过自身生命活动分泌产生的有机酸，如草酸、琥珀酸、乳酸、延胡索酸等将磷矿粉等进行酸解，释放磷酸根离子。在农业生产过程中，施用溶磷微生物肥料可促进植物的生长发育，并提高其产量。在莴苣( Lactuca sativa)和野胡萝卜的生长发育过程中，施用含有溶磷根瘤菌的微生物肥料可促进其生长；在草莓的种植过程中，添加含有叶杆菌属（Phyllobacterium）的微生物肥料可提高草莓品质；在辣椒和番茄的生长过程中施用溶磷微生物肥料，可促进其生长；在青菜的盆栽及大田试验中发现，施用溶磷微生物肥料可增加其主根长度和根系鲜重。

土壤中的钾元素主要以难溶性矿物质的形式存在，难以被植物直接吸收利用。土壤中的解钾菌能将难溶性矿物质分解，使难溶性钾转化为有效性钾，促进植物对钾的有效吸收利用。微生物肥料中常用的解钾菌有多黏芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌等。有研究认为，解钾细菌的解钾机制是通过分泌有机酸（乙酸、酒石酸、草酸等），利用有机酸中的羟基和羧基结合矿物质中的金属离子，破坏其晶体结构并导致矿石分解，从而将难溶矿物质中的钾元素释放出来，以供植物生长发育所需。施用解钾微生物肥料可促进番茄、辣椒、茄子和黄瓜等的生长，可提高棉花产量、提高苏丹草生物量、增加黑胡椒干重等，可增加小麦和水稻等对钾元素的吸收量。

在植物的生长发育过程中，微生物代谢活动产生的各种植物生长调节剂可对其产生影响。现有研究表明，约有80%的根际细菌可产生吲哚乙酸，促进植物的生长。分泌吲哚乙酸的微生物主要有黄单胞菌、假单胞菌、固氮螺菌、根瘤菌和粪产碱杆菌等。施用能产生吲哚乙酸的微生物菌肥可促进马铃薯、莴苣、甜椒、番茄等作物的生长。少数细菌能产生赤霉素，促进植物发芽和茎叶生长、促进侧芽发生和植物开花结果，并提高结实率。施用能产生赤霉素的微生物菌肥可明显促进红辣椒和番茄的生长。部分巨大芽孢杆菌、沙雷氏菌等代谢活动中能产生细胞分裂素，促进植物细胞分裂与膨大、促进侧芽发生。施用能产生细胞分裂素的微生物菌肥可促进黄瓜的生长。乙烯作为重要的植物激素之一，可促进或抑制根、叶、花的生长和发育。某些根际促生菌可产生降解植物合成乙烯前体物质的ACC脱氨酶，间接促进植物的生长发育。施用可产生ACC脱氨酶的微生物菌肥可促进小麦、绿豆、胡椒和番茄等生长，促进双孢菇提前出菇并提高其产量，提高水稻种子的发芽势并促进幼苗根系生长。

在作物的生长发育过程中施用微生物肥料，可显著提高作物对极端温度、干旱、土壤酸碱度、湿度和重金属毒害等的耐受力，有效提高作物在各种逆境胁迫条件下的生长发育能力及生存能力。在马铃薯的种植过程中施加微生物肥料，通过微生物自身代谢活动可增加土壤中的水分含量，从而提高其对干旱的耐受力；在水稻和黄瓜的生长发育过程中施加微生物肥料，不仅能有效提高其产量，还可改善其对寒冷环境的耐受性; 在黑麦草的种植过程中，联合使用根际有益细菌与保水剂，能够明显提高黑麦草对干旱的抗性；在芦笋的生长过程中施用含假单胞菌的微生物肥料，可改善芦笋的抗涝能力，提高其在涝渍状态下的发芽率；有研究发现，在草分支杆菌、多黏芽孢杆菌和碱性芽孢杆菌的代谢活动中能够产生钙土，提高玉米在高温以及高盐分环境条件下的生长，并促进养分吸收；施用微生物菌肥可提高荒漠沙土中棉花的发芽率以及对干旱和高温的抗性。

微生物菌肥中的有益菌可产生20多种常见抗生素，通过对土壤中病原菌的生长与繁殖过程产生抑制作用，从而增强植物的抗病能力。在小麦种植过程中施用含假单胞菌的微生物肥料，可通过其产生的抗生素抑制高曼诺氏菌（小麦的一种病原菌）；在荧光假单胞菌和费氏中华根瘤菌的自身代谢活动过程中，可产生几丁质酶和β-葡糖酶等，能有效抑制潮湿镰刀菌的生长，起到防治枯萎病的作用；在苜蓿的生长发育过程中施用含有蜡样芽孢杆菌的微生物肥料，能有效预防猝倒病；芽孢杆菌和假单胞菌自身代谢活动中产生的嗜铁素可有效抑制玉米生长发育过程中遇到的病原真菌；有研究表明，从烤烟根际微生物菌群分离得到的菌株AO3 和BO4，能很好地抑制烟草青枯病、角斑病和赤星病病原菌，将其制成微生物肥料，能明显促进种子发芽并显著提高其产量；在棉花、油菜和草莓种植过程中施用含泾阳链霉菌的微生物肥料，可显著抑制棉花黄萎病菌和棉花枯萎病菌、油菜菌核病菌及草莓灰霉病菌的生长和繁殖。

1.2 微生物肥料在我国的产业发展现状

我国微生物肥料产业的开发始于20世纪30-40年代，于20世纪80年代后期迅速发展，从小作坊、土办法逐渐过渡到规模化、标准化、产业化。微生物肥料的登记、农用微生物产品标识要求、生产技术规程、有效性评价以及市场监管、生物安全准则等相关标准也逐步完善。微生物肥料的企业数量不断增加，从 20 世纪90年代的100多家增长至现今的2000多家，遍布31个省市区。微生物菌肥也从功能单一的菌肥发展为复合型菌肥，陆续出现基肥、有机无机复合菌肥、基因工程菌肥、生物有机肥等。目前我国微生物肥料按剂型可分为粉剂、颗粒和液体等3类，其中粉剂型保质期较长，但受潮易结块；颗粒状菌肥保质期也较长，但加工方式会大大降低甚至杀死微生物活性；液体菌肥有效活菌最多，但不宜运输保存。我国常用的微生物剂型多为粉剂。我国微生物肥料使用量增长迅速，但与化学肥料使用量相比仍存在较大差距，这与我国对微生物肥料的重视程度不足有关。微生物肥料市场价位较高且产品质量参差不齐，使用的菌种性状不好且活性易受环境影响，加之农民对微生物肥料缺乏了解，在施用过程中操作不科学易导致效果不佳，从而影响了微生物肥料在生产上的推广。

2 微生物肥料在作物中的应用进展

过量施用化肥造成生态环境破坏与污染，严重威胁到农业可持续发展。在农业生产中大力推广环保高效的微生物肥料是发展绿色农业的必然要求。现有的报道显示，在我国主要作物中均已不同程度地施用微生物肥料，现就微生物肥料在玉米、水稻和马铃薯等作物中的应用进展进行简要总结。

2.1 微生物肥料在玉米中的应用进展

玉米是我国重要的粮食作物，在北方地区广泛种植。为提高玉米产量，氮磷钾肥的使用量逐年递增，但增产效应却逐年降低。化肥大量不合理施用带来环境污染、土壤肥力退化等问题，微生物肥料的施用可显著改善这些问题。施用固氮菌剂能增加玉米的株高、千粒重、籽粒蛋白含量和生物量。施用微生物肥料可增加玉米的穗长、行粒数、百粒重等。施用固氮菌剂能增加玉米的穗粒数、粒重及干重。Abou-el-Seoud的试验结果表明，施用溶磷菌剂可显著促进玉米的株高、叶长、叶宽、根长及玉米地上部的鲜重和干重。追施菌根菌剂也能促进玉米植株生长。在玉米的不同生长阶段施用复合菌剂均可促进玉米生长。播种时做基肥可促进玉米出苗，出叶速度快且株高增加明显；苗期追肥可使玉米植株增高、增粗、扩大叶面积；玉米抽雄后施用，叶片叶绿素含量均较对照有明显提高。Lizárraga-Sánchez等和Pereira等试验结果表明，施用微生物肥料 ( 生防菌剂) 可极大程度地降低茎腐和穗腐的发生率。

2.2 微生物肥料在水稻中的应用进展

水稻作为我国3大粮食作物之一，对于我国粮食安全具有重大意义。目前我国水稻生产过程中施用化肥不当的问题日益突出，如氮磷钾肥比例失衡、欠缺微量元素补充等。随着微生物肥料的发展与应用，一定程度地缓解了以上问题，并在实际生产中取得了一些效果。施用微生物肥料可延长水稻分蘖期、促进根系生长及增加产量。施用水稻专用微生物肥料有利于水稻分蘖并且水稻增产效果显著，同时可节肥、节省人工。施用微生物肥料可提高水稻产量并有效改善稻米食味品质。微生物肥料可提高水稻分蘖、株高、穗粒数、结实率等指标，增加水稻产量。复合微生物肥的施用可增加水稻分蘖，呈现早熟并增产。

2.3 微生物肥料在马铃薯中的应用进展

马铃薯俗称土豆、洋芋，块茎可食用，兼具粮食和蔬菜的特性，是百姓生活中最常见的食品。目前我国马铃薯的种植范围逐年扩大，同时产量和需求量也在不断增长。微生物肥料的施用可促进马铃薯生长、提高产量并改善品质。施用微生物肥料可增加马铃薯根茎叶的干重，提高马铃薯的叶绿素含量。施用微生物肥料可促进出苗率，增加株高、主茎粗和分枝数，提高产量并改善块茎的综合营养成分。施用微生物肥料能够促进马铃薯根部对营养的吸收、增强抗性并改善土壤质量。施用微生物肥料可有效提高马铃薯的产量，改善马铃薯的品质。

3 展望

在当前国家要求发展绿色农业、生态农业和可持续农业的背景下，微生物肥料具有广阔的应用前景。目前关于微生物肥料中多种微生物的作用机制尚未清楚，相关基础性研究严重欠缺。但随着分子生物学的不断发展，通过现代分子生物技术手段，深入探究我国微生物肥料的作用机理成为可能。目前，我国微生物肥料的生产存在企业管理不规范、产品质量参差不齐、生产设备和技术落后等问题，需要通过采用现代化企业管理、创制研发先进技术设备，提高产品质量，优化产品工艺条件及相关流程等，研发出更多高品质的微生物肥料。未来，随着我国微生物肥料的大力推广和使用，微生物肥料企业的不断壮大与发展，必将能够在农业生产中发挥越来越重要的作用。