微生物菌肥在园艺作物上的应用研究

摘要 微生物菌肥作为绿色肥料，为农业可持续发展和农产品安全等提供重要保障。综述了微生物菌肥的种类和作用机理，重点分析介绍了微生物菌肥应用的生态效应，表明微生物菌肥可以提高化肥的利用率，减少化学肥料的用量，改善土壤环境，保持土壤健康，提高作物抵抗病虫害的能力，促进作物的生长发育，提高农作物产品质量。指出微生物菌肥推广应用过程中面临的问题，提出今后研究和发展的建议。

关键词 微生物菌肥;可持续发展; 测菌施肥;持效性;推广

中图分类号 S144  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）07-0011-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.07.003

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress on Application of Microbial Fertilizer to Horticultural Crops

LIU Yun-feng1，2，YANG Ning2，WEN Dan2 et al

（1.College of Horticulture，JiLin Agricultural University，Changchun，Jilin 130118;2.Institute of Vegetables and Flowers，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan，Shandong 250100）

Abstract As a green fertilizer， microbial fertilizer provides an important guarantee for the sustainable development of agriculture and the safety of agricultural products.This paper describes the types and mechanism of microbial fertilizer，analyzes and introduces the ecological effect of the application of microbial fertilizer.The results show that microbial fertilizer can improve the utilization rate of chemical fertilizer， reduce the dosage of chemical fertilizer， improve the soil environment， maintain soil health， improve the ability of crops to resist diseases and insect pests， promote the growth and development of crops， improve the quality of crop products.Points out the problems in the promotion and application of microbial fertilizer，and puts forward the suggestion of future research and development.

Key words Microbial fertilizer;Sustainable development;Fertilization by testing bacteria;Persistence;Promotion

随着我国保护地蔬菜产业的发展，很多地区由于长年集约化经营所引起的土壤酸化与盐渍化问题对农业可持续发展、农产品质量安全及生态环境带来了一定的负面影响。随着设施作物连作年限的增加，土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机质、微生物多样性等均呈现持续下降的趋势[1]，如果不及时治理将会影响蔬菜的产量和品质，并严重制约国家农业绿色发展的需要[2]。

种植者往往通过大量投入农业化学品以期获得高产，而化学肥料长期施用会导致土壤结构破坏，造成土壤微生物数量减少、病原菌数量增加、有机质含量下降、加剧连作障碍的发生，使农作物产量和品质下降，以及种植成本上涨等一系列问题，严重影响生态的稳定，因此肥料的合理选择与使用对生态安全尤为关键，而微生物菌肥作为环境友好型肥料，以可持续的方式有效缓解了这一系列问题。微生物肥料可在农业绿色发展中发挥独特的重要作用，从单一菌种向复合菌种、从提供单一养分功能到提供综合功能环境友好、生态循环的新型微生物肥料，并且可与智慧型农业技术模式相结合，做到测土配方、测菌配肥、动态监测。

1 植物与有益微生物

植物与微生物之间的相互作用为植物获取营养、提高抗病性等提供了基本保障，是调节植物生态系统的一个组成部分[3]。在与植物有广泛相互作用的微生物群落中，有一类活跃于植物根际的有益微生物被称为根际促生菌（plant-growth-promoting rhizobacteria， PGPR），这些有益微生物可以分为植物促生长真菌（ plant-growth-promoting fungi，PGPF）和植物促生长细菌（plant-growth-promoting bacteria，PGPB）两类，是根际微生态系统中的重要组成部分[4-5]。其中PGPB包括在根际细菌、内生细菌和其他促进植物生长的细菌，对作物根际土壤养分的有效性及其养分循环起到重要作用[6]。与根际细菌相比，生活在植物组织中的内生菌不仅能促进宿主植物的生长，并对其他竞争植物产生化感作用，能发挥直接的有益作用[7]。由于微生物种类繁多所以作用机理也多样，总体而言可以使宿主植物更好地抵御生物和非生物的胁迫以及其他植物的竞争。

1.1 活化养分

微生物通过合成各种有机酸来溶解不溶性磷酸盐，从而起到活化土壤中的矿质养分的作用。光合细菌（photosynthetic bacteria，PSB）将光能转化成植物所需的养分、能量，有助于基质多元氮素的有效转化，提高土壤中脲酶（urease）、过氧化氢酶（CAT）活性，有利于植物对营养物质的吸收，提髙作物产量[8-9]。固氮菌（Azotobacter sp.）分泌的多种维生素可促进植株的生长发育。研究发现，胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）和环状芽孢杆菌（Bacillus circulans）对富钾火成岩的分解释放出磷、钾及其他营养元素的能力与自身代谢产生有机酸、胞外多糖等物质的能力有显著相关[10-13]。酵素菌肥发酵过程中所含有微生物主要以酵母菌、乳酸菌、曲霉等为主，其代谢产生大量的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、细胞壁分解酶等，浇施土壤中有利于除去土壤重金属同时增加它速效养分的含量[14-15]。桓明辉等[16]在秸秆还田试验中发现，生物菌肥能有效地促进秸秆分解，并且随着微生物数量增加，土壤脲酶、转化酶（invertase）、碱性磷酸酶（ALP）及过氧化氢酶的活性也显著增加。刘学静[17]研究发现，酵素菌肥能够产生糖化酶（α-1，4-Glucan glucohydrolace）、尿素分解酶、纤维分解酶等几十种活性很强的酶，具有较强发酵分解能力。其中的脂肪酶（lipase）、淀粉酶（amylase）、 蛋白酶（protease）和过氧化氢酶等能提高活性污泥产甲烷（methane）的潜力[18-19]。Pfennig[20]研究发现，光合细菌还能够合成糖类、氨基酸类、维生素类及其他生物活性物质。

1.2 促生长的活性物质

微生物群落结构与植物激素有相关性，通过改变作物根际周围的微生物群落结构来影响植株的激素种类和浓度[21]。贾小明[22]检测到多种微生物分泌细胞分裂素（cytokinin，CTK）。细胞分裂素影响植物根的伸长生长以及促进侧根和根毛的形成[23]。微生物也能诱导植物产生激素，如吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（gibberellins，GAs）和脱落酸（ABA）以及其他一些生长调节剂。乙烯（ethylene）作为胁迫激素参与植物生长发育过程，调节根和茎的生长，乙烯浓度升高会导致叶片衰老、黄化、萎蔫等，大多数非生物胁迫可诱导其产生，这对植物的生长和健康有不利影响。Glick[24]研究发现，许多促进植物生长的根际细菌含有ACC脱氨酶，该酶可以裂解植物的乙烯前体ACC，从而降低植物产生的乙烯或者对乙烯水平进行调节，防止植物在受到胁迫时因乙烯水平升高而导致生长抑制。

此外，微生物可诱导植物系统抗性提高，使植物体内的茉莉酮酸（jasmonate）形成积累，能够促进气孔闭合，还能激活防御反应基因的表达，引发防卫素的合成，诱导产生渗透蛋白、高脯氨酸（L-Pipecolic acid）含量的糖蛋白（glycoprotein）、苯丙氨酸解氨酶（phenylalanineammonialyase，PAL）、植物抗毒素（phytoalexin）以及蛋白酶抑制剂（protease inhibitor）等的合成[25-30]。枯草芽孢杆菌可通过产生激素和酶来提高植物对逆境的抗性[31]。内生菌产生抗菌化合物、铁载体、挥发性有机化合物和抗生素，例如产生氰化氢、抗菌素、胞外酶等对病原菌具拮抗作用的代谢产物[32-37]。

2 微生物菌肥分类、组成和施用模式

2.1 微生物菌肥分类

微生物菌肥种类繁多功能多样，在农业农村部登记的产品种类有农用微生物菌剂、生物有机肥和复合微生物肥料3大类12个品种[38]。按照作用机理可分为传统微生物菌肥（如固氮菌肥、硅酸盐菌肥、解磷菌肥、解钾菌肥、根瘤菌肥等）和新型微生物功能菌肥（如细菌肥、放线菌肥、真菌类菌肥、根际促生菌等）;按照制品可分为单一微生物菌肥和复合微生物菌肥;按照使用的类型可以分为微生物菌肥和微生物菌剂;按形态可分为液体、粉状和颗粒状。

2.2 微生物菌肥的组成

微生物肥料由早期提供单一功效逐渐向多功能复合微生物菌肥方向发展，从提供单一农业生态效应到多种复合菌株协同增效。作为一种新型生物肥料制品，微生物菌肥利用活性可繁殖微生物的生命活动及代谢产物使作物得到特定需要的肥料养分，核心是其中特定的有效的活微生物。微生物的种类决定了菌肥的应用效果，目前使用的菌种有200 多种，包括细菌、真菌、放线菌等功能菌株，其中以枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）、胶冻样类芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）、巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）和地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）等植物根际促生菌最为常见[39]。

2.3 施用模式多样

微生物菌肥可以和有机肥配施做基肥，也可做追肥。还可用来浸种、蘸根或叶面喷施等，具体施用方式要根据菌肥类型，土壤板结、病害程度等来酌情调整。Da Silva等[40]认为，选择合适的方法可以增强有益菌在田间定植和促进甘蔗（Saccharum officinarum）生长。

2.3.1 作基肥。微生物菌肥基肥最好配施腐熟的农家肥，施用时适当减少化肥的使用量。经济作物和大田作物的施用量应根据微生物菌肥的类型、种植的习惯和使用说明确定。李松儒[41]研究发现，施用750 kg/hm2酵素有机肥+750 kg/hm2生物炭基肥+300 kg/hm2微生物菌肥可使桔梗（Platycodon grandiflorus）最快达到采收标准，并且根部长势最优，产量也能达到最高。马超等[42]试验得出，施用农家肥90 m3/hm2+生物菌剂675 kg/hm2做基肥，可以使西瓜的植株长势偏旺，坐果率在97.2%左右。秦立金等[43]发现，施用复合微生物菌剂做底肥时，马铃薯生理指标和产量指标效果较佳。 师学静等[44]建议，施生物有机肥1 800 kg/hm2+生物蛋白控释肥1 200 kg/hm2+土壤调理剂1 200 kg/hm2+微生物菌肥15 L/hm2做基肥，既能改善土壤的理化性状，又能明显提高马铃薯产量和品质。缪桂红等[45]研究发现，用复合微生物肥做基肥时，比常规施肥处理的氮磷钾总养分用量增加25%时，西兰花的产量和收益较常规施肥显著提高。李怡博等[46]用高碳基肥1 500 kg/hm2和微生物肥225 kg/hm2配施+纯氮30 kg/hm2对植烟土壤的改良效果最好，能够增加土壤微生物数量，提高土壤酶活性和土壤肥力。李坤灼等[47]发现，在酸性土壤条件下， 西瓜田基施复合微生物肥1 500 kg/hm2可明显提高西瓜的产量和品质。