王凱

在作物種植中，生物肥料在為植物的生長提供所需養(yǎng)分的同時能夠改善品質(zhì)、提高肥料利用率，降低種植成本，在生產(chǎn)實(shí)踐中的作用較為顯著。隨著國內(nèi)外對微生物肥料的研究開發(fā)逐漸深入，生物肥料對我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展影響將會越來越大。筆者對生物肥料的概況、國內(nèi)外研究發(fā)展、生物肥料在果園中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，并基于此提出前景展望，以期促進(jìn)生物肥料的研發(fā)與應(yīng)用。

1 生物肥料概況

1.1 概念

生物肥料是指通過對土壤的有益菌種進(jìn)行人工選擇，在進(jìn)行工廠繁育后和有機(jī)質(zhì)混合，并加入相應(yīng)的土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素而制備的具有有益微生物的液態(tài)活菌制劑（圖1）。

1.2 分類

生物肥料從其肥效用途上來說，目前在中國農(nóng)作物生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的大致有5種，分別是根狀菌生物肥料、聯(lián)合固氮菌生物肥料、溶磷菌生物肥料、解鉀菌生物肥料、促生菌生物肥料[1]。

1.3 功能

復(fù)合微生物肥料可以利用對環(huán)境和植株根部或地上部分的綜合影響，通過改變土壤肥力條件，促進(jìn)植株的生長發(fā)育，改善植株對病蟲害和逆境的抵抗能力，進(jìn)而提高了作物的品質(zhì)和產(chǎn)量 [2]。生物肥料主要的特點(diǎn)是純天然生態(tài)制劑無污染、無有害添加物、無公害。肥料配方經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，配方科學(xué)，提供的養(yǎng)分種類和數(shù)量齊全，肥效好。共生固氮和自生固氮細(xì)菌生物肥料是通過將空氣中的氣態(tài)單質(zhì)形式的氮轉(zhuǎn)換為細(xì)菌自身和作物均可利用的銨態(tài)氮或者是硝態(tài)氮，實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)共生作物的作用，從而減少氮肥的施用甚至代替氮肥。解磷與鉀等生物肥料，可以溶解土壤中含磷、鉀類的礦物質(zhì)，從而產(chǎn)生更易于被植株吸收和利用的高效磷和鉀，從而增加對磷肥等含磷植物有機(jī)質(zhì)的有效利用 [3]。含有放線菌等抗生菌類的微生物肥料能夠產(chǎn)生抗生素，殺滅土壤和作物根部病原菌，控制作物根部腐爛病等病害的發(fā)生。產(chǎn)生拮抗作用，抑制其他微生物的繁殖。有些有益菌還能夠產(chǎn)生促進(jìn)作物生長的物質(zhì)，如生長素、赤霉素、酚類化合物等，促進(jìn)作物根系和地上部分的生長，誘導(dǎo)增強(qiáng)植物的抗逆能力。

2 生物肥料的研究進(jìn)展

2.1 國外研究概況

國外生物肥料的研發(fā)應(yīng)用起于1895年聯(lián)邦德國研制的“Nitragin”根瘤菌接種劑，這一早期研制的產(chǎn)物現(xiàn)在已在全球范圍內(nèi)推廣與應(yīng)用 [4]。至20世紀(jì)30—40年代，70余個國家研發(fā)、制造和使用的豆科根瘤菌獲得了重要進(jìn)展。20世紀(jì)60年代以后，世界各國都加大了對生物肥料的研發(fā)力度，并獲得了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，生物肥料的使用面積不斷擴(kuò)大，同時使用的豆科植物品種也越來越多[5]。在巴西和美國等種植大豆的國家，根瘤菌使用的比例在95%以上。澳大利亞、新西蘭等發(fā)達(dá)國家對種植豆科及牧草產(chǎn)品的接種范圍也不斷擴(kuò)大，所種植的其他豆科作物也在逐漸增加相應(yīng)的固氮菌的應(yīng)用規(guī)模。目前全球各地都在探索為豆科作物及產(chǎn)品配套的優(yōu)質(zhì)固氮菌生產(chǎn)的新菌株，根瘤菌劑生產(chǎn)量也在進(jìn)一步增加。 一些國家在經(jīng)過了一段時間的市場混亂之后，也逐漸意識到了加強(qiáng)對根瘤菌類肥料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督管理的必要性，并頒布了相關(guān)的法律規(guī)范以加強(qiáng)對產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)管（圖2）。

除了根瘤細(xì)菌之外，固氮細(xì)菌、解磷細(xì)菌和解鉀細(xì)菌等的研制工作也在進(jìn)一步開展，而不少國家在其他的有益細(xì)菌研制與使用等方面，做了大量的研究工作。蘇聯(lián)和東歐部分國家的生物技術(shù)人員開展了固氮菌肥和磷細(xì)菌肥料的研發(fā)與應(yīng)用，所使用的主要菌株是圓褐固氮菌和巨大芽孢球菌。捷克斯洛伐克、英國和印度研究固氮細(xì)菌的工作人員與他們合作證明，這一類菌可以分泌生長物質(zhì)和一些抗真菌的抗生素，可促使種子萌發(fā)和作物根系的生長與發(fā)育；在20世紀(jì)70年代末和80年代初期，幾個國家的科研人員也對固氮細(xì)菌和解磷病菌進(jìn)行了田間試驗(yàn)，但結(jié)論不同，針對其是否有效尚有比較大的爭論。然而科研人員在與固氮螺菌和禾本科作物結(jié)合共存的科學(xué)研究中獲得了一定的進(jìn)展，在不少國家用作植物接種試劑進(jìn)行應(yīng)用。固氮螺菌促進(jìn)生長的主要機(jī)制在于能生成促使植株正常生長的化學(xué)物質(zhì)，可以增加根毛的密度和生長速度以及側(cè)根所產(chǎn)生的數(shù)量和根系的表面積。

2.2 我國研究概況

中國微生物化肥的研發(fā)工作始于20世紀(jì)40年代，對其研發(fā)和使用有著數(shù)十年的發(fā)展歷程，相繼研發(fā)和推廣應(yīng)用的固氮綠藻化肥、5406抗生素化肥、VA菌根及其用作拌種劑的聯(lián)合固氮菌和生物鉀化肥等，在中國的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用[6]。

首先研發(fā)使用的是根瘤菌制劑，代表的創(chuàng)始人是張憲武院士、陳華癸院士和樊慶笙院士等。50年代也是早期研究的重要階段，已著手研發(fā)使用了包括固氮細(xì)菌在內(nèi)的溶磷菌、硅酸鹽細(xì)菌等細(xì)菌肥料；60年代初期，則研究推廣并使用了“5406”型放線菌抗生菌飼料；70年代至80年代中期，研究人員探索研制了由土壤中的真菌所生產(chǎn)的泡囊——叢枝菌根（AM）。在三個研發(fā)階段中，由于質(zhì)量無保障、生產(chǎn)無規(guī)范和行業(yè)無監(jiān)督，以至于每一階段發(fā)展的時期都比較短暫[7]。90年代開始，在中國微生物肥料數(shù)十年的研發(fā)、制造和使用歷史經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，中國微生物肥料相關(guān)研發(fā)單位又陸續(xù)引進(jìn)了聯(lián)合固氮菌肥、硅酸鹽菌劑、光合細(xì)菌菌劑、PGPR制劑和有機(jī)物原料（廢棄秸稈）腐熟制劑等符合農(nóng)村發(fā)展需要的新品種，對于鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，減少農(nóng)產(chǎn)品化肥使用、改善糧食作物產(chǎn)品品質(zhì)與保證食物安全等重要領(lǐng)域方面，均有著特別意義。此外，這類產(chǎn)品的生產(chǎn)成本低，能耗小，不污染環(huán)境，所以越來越受到人們的青睞。

目前，微生物肥料的發(fā)展趨勢較好，研發(fā)生產(chǎn)與使用的現(xiàn)狀可以總結(jié)如下：第一，生物肥料行業(yè)初具規(guī)模，已成為中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要一環(huán)：在我國，已有生物肥料制造公司500家以上，年產(chǎn)量大約為500萬噸，共計(jì)使用規(guī)模已近億畝。第二，生物肥料產(chǎn)品種類數(shù)逐年增加，目前已在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記注冊的品種主要包括菌劑和菌肥兩大系列，在已登記生物肥料品種中，菌肥類登記總量的占比大約為30%，菌劑類占比為70%。第三，生物肥料的應(yīng)用效果越來越被廣大用戶所接受，且使用區(qū)域也日益擴(kuò)展。大量的試驗(yàn)證明，使用微生物肥料進(jìn)行施肥的效益不但表現(xiàn)在對糧食作物產(chǎn)量提高上，也同時體現(xiàn)在對農(nóng)作物質(zhì)量的改進(jìn)、改善或恢復(fù)土壤土質(zhì)、減少農(nóng)業(yè)病蟲害的產(chǎn)生、維護(hù)耕地生態(tài)環(huán)境等多方面。從使用的范圍看，不僅果蔬、糧油作物中微生物肥料大規(guī)模使用且收效顯著，近年來在水果和中藥材栽培中，生物肥料使用規(guī)模也日益增加，并在提高產(chǎn)品品質(zhì)方面作用十分突出。第四，微生物肥料的進(jìn)出口市場日益活躍。目前有超過20個國外產(chǎn)品種類進(jìn)入中國市場，并在國內(nèi)開展相關(guān)試驗(yàn)。另外，中國有10個生物肥料產(chǎn)品種類出口至澳洲、美洲等國進(jìn)行試驗(yàn)和生產(chǎn)。

3 生物肥料在果園中的應(yīng)用

3.1 生物肥料在果園中的主要作用

近年來在果園生產(chǎn)實(shí)踐中，由于化學(xué)肥料應(yīng)用數(shù)量的持續(xù)上升，果園出現(xiàn)土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞、土地與水域富營養(yǎng)化、產(chǎn)量降低等問題?；实倪^度使用同樣不利于人類健康[8]。在生態(tài)農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展中，限制使用化學(xué)農(nóng)藥和化學(xué)肥料已經(jīng)成為了21世紀(jì)全球有識之士的共識。

生物肥料是新型的安全高效、無污染的生物菌劑，使用成本低，使用效率高，不污染環(huán)境，利用后不但可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，同時能夠改善農(nóng)作物的品質(zhì)，有著巨大的市場前景和重要的推廣應(yīng)用意義。生物肥料特有的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益，在果園生產(chǎn)中能夠得到廣泛應(yīng)用。生物肥料在果園生產(chǎn)實(shí)踐中的功能表現(xiàn)在恢復(fù)和改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)量和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、提高水果抗逆性、降低農(nóng)殘保護(hù)環(huán)境等多個方面[9]。

首先，果園中使用生物肥料能夠恢復(fù)和改善土地肥力。生物肥料能夠改變土壤營養(yǎng)供給狀態(tài)，主要是利用各種菌劑促進(jìn)土地中難溶性營養(yǎng)物質(zhì)的分解與排出。另外，還通過菌劑在植物新陳代謝過程中產(chǎn)生無機(jī)有機(jī)酸式化合物，促使土地中硅、鋁、鐵、鎂、鉬等各種微量元素排出，從而改變土地中營養(yǎng)物質(zhì)的供給狀態(tài)、土壤通氣與疏松程度（圖3）。

其次，果園中使用生物肥料能夠提高產(chǎn)量和改進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)。生物肥料中的多種細(xì)菌都能夠形成植物素，如赤霉素、吲哚乙酸、細(xì)胞分裂素等，可以增加植株的生長激素，從而促進(jìn)樹體發(fā)育、提高營養(yǎng)狀況，進(jìn)而達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。同時使用生物肥料施肥，還能夠增加果樹產(chǎn)品中的維生素C、氨基酸以及糖類濃度，有效減少硝酸鹽濃度，從而使其外觀、顏色、味道、香味、單果質(zhì)量等方面都得到很大程度的提高[10]。

再次，果園中使用生物肥料能夠增強(qiáng)果樹的抗逆性[11]。生物肥料中普遍存在的活性功能菌群是指含有許多微生物種類的復(fù)合微生物菌種群，通常含有芽孢桿菌、醋酸菌、光合細(xì)菌、雙歧桿菌、乳酸菌、放線菌等，這些菌種群不僅對人畜均無毒，在不污染環(huán)境的同時可以形成許多抗菌素和活性酶，能夠發(fā)揮較強(qiáng)的抗逆功能以增強(qiáng)果樹的抗逆性。

最后，降低農(nóng)藥殘留，改善果園環(huán)境。長期以來果園生產(chǎn)沿用高投資、高耗能和高污染的粗放發(fā)展模式，因此造成的農(nóng)殘超標(biāo)問題較為嚴(yán)重。微生物菌劑的施用可抑制果樹對農(nóng)藥與重金屬等危害性化學(xué)物質(zhì)的吸附，從而有效凈化和恢復(fù)土壤環(huán)境。因此，在目前對無公害水果和有機(jī)果品的實(shí)際需求下，增加生物肥料的施用是減輕污染、減少農(nóng)藥、化肥用量的必然選擇。

3.2 生物肥料在果園中應(yīng)用的推廣策略

雖然生物肥料在果樹種植中效果顯著，但推廣生物肥料仍然需要各方面的通力合作，為此提出推廣策略如下。

第一，政策與科研加持，助力生物肥料企業(yè)迅速成長。生物肥料行業(yè)是技術(shù)密集型的新興產(chǎn)業(yè)之一。盡管生物肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)相對薄弱，但生物肥料在處理化肥面源污染物、培肥地力等領(lǐng)域能夠起到長遠(yuǎn)效果，因此生物肥料產(chǎn)業(yè)是惠及社會與群眾的公益性事業(yè)，這一行業(yè)的發(fā)展離不開國家的支持?？蒲袡C(jī)構(gòu)要和生產(chǎn)企業(yè)通過市場機(jī)制緊密地聯(lián)系在一起，讓新產(chǎn)業(yè)、新科技迅速地轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。此外，要深入開展果樹生產(chǎn)第一線的調(diào)研，根據(jù)基層單位群眾反映的實(shí)際發(fā)展要求，及時掌握肥料行業(yè)的發(fā)展動向，逐步開發(fā)出不同地區(qū)、不同樹種需求的生物肥料產(chǎn)品，以便更好地為水果產(chǎn)業(yè)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

第二，加強(qiáng)宣傳指導(dǎo)，增強(qiáng)果農(nóng)施用生物肥料的意識[12]。針對果農(nóng)普遍對施用生物肥料還存在著思想困惑，以及對生物肥料的經(jīng)濟(jì)作用認(rèn)識不清等問題，果業(yè)技術(shù)推廣部門可以采取如下渠道加強(qiáng)推廣力度：一是采取不同形式的培訓(xùn)、有線廣播、報(bào)刊等宣傳渠道，普及生物肥料科普知識，讓廣大果農(nóng)進(jìn)一步認(rèn)識生物肥料產(chǎn)品的發(fā)展水平以及產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)功能與效益。二是建議使用生物肥料產(chǎn)品的果園，與未使用的果園對比，進(jìn)行效果示范。由于生物肥料肥效發(fā)揮作用較緩慢，提高水果質(zhì)量也需一些時日，所以，政府應(yīng)該在各地建立一些質(zhì)量穩(wěn)定的示范果園，并經(jīng)過較長時間的宣傳示范，使周圍果農(nóng)親眼看到施用生物肥料對水果產(chǎn)出增加、水果質(zhì)量提高的明顯效應(yīng)，進(jìn)而調(diào)動他們對施用生物肥料的積極性。三是農(nóng)技推廣部門要引進(jìn)有能力的公司，給本地果農(nóng)免費(fèi)供應(yīng)一些生物肥料，讓果農(nóng)先在自己的果園內(nèi)小范圍應(yīng)用，從而為企業(yè)大規(guī)模引進(jìn)和推進(jìn)生物肥料使用創(chuàng)造條件。

第三，相關(guān)部門通力合作，提升宣傳推廣效果。技術(shù)推廣單位要向有關(guān)科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)反映在生產(chǎn)一線施用生物肥料遇到的困難和相應(yīng)需求；有關(guān)科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)單位應(yīng)經(jīng)常深入果園了解生物肥料使用狀況，并提供科技咨詢服務(wù)；農(nóng)業(yè)部門的綜合執(zhí)法機(jī)關(guān)要嚴(yán)查制造假冒偽劣生物肥料擾亂市場經(jīng)濟(jì)的非法經(jīng)營活動；果區(qū)的工商主管部門要嚴(yán)格把好化肥生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)進(jìn)入當(dāng)?shù)氐年P(guān)口，并檢查經(jīng)營單位是否取得農(nóng)業(yè)部門正規(guī)登記證照?？傊孓r(nóng)部門間應(yīng)該通力合作，共同推動生物肥料在果園中的廣泛應(yīng)用與行業(yè)健康發(fā)展。

4 前景展望

中國綠色農(nóng)業(yè)革命的不斷深入，生物肥料的應(yīng)用范圍急劇增長，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上起到了很大作用，隨著農(nóng)業(yè)科技研究的開展以及對農(nóng)用產(chǎn)品需求量的不斷擴(kuò)大，生物肥料的前景展望如下[13]。

從單純菌株向綜合菌種過渡。復(fù)合菌肥的廣泛應(yīng)用，使單個菌株的一個或數(shù)個功效得以提高，并實(shí)現(xiàn)了菌種的更多功能使用，如固氮菌-根瘤菌-磷鉀菌復(fù)合生物肥料。要注意培養(yǎng)菌種間的互惠共存功能，防止菌種間的對抗效應(yīng)。通過加強(qiáng)對生物肥料的活性菌種的培養(yǎng)篩選，延長細(xì)菌在生長環(huán)境中的生存期限，使生物肥料可以長久地發(fā)揮作用。此外，在施肥中加入具有降解含碳物質(zhì)能力的菌種，通過持續(xù)供給施肥中微生物的碳源養(yǎng)分，延長施肥中細(xì)菌的存活期限，使生物肥料可以長久地發(fā)揮作用。

由單一劑型向多種劑型轉(zhuǎn)變。為了滿足不同的作物生長發(fā)育需求，生物化肥類別也應(yīng)由單純類別向多樣轉(zhuǎn)變。如液態(tài)劑型、草炭載體中的粉劑、顆粒液型、凍干劑型、礦油覆蓋劑型等。由于生物肥料必須在有了足夠的土壤肥力基礎(chǔ)，或在適當(dāng)?shù)姆柿贤度牖鶖?shù)上才能更好地發(fā)揮其功能作用，所以生物肥料與化學(xué)肥料的共同使用，可相互協(xié)調(diào)與互補(bǔ)。

向節(jié)約化肥資源方向發(fā)展。通過利用耐受氮肥的溶磷菌、硅酸鹽菌，與促進(jìn)土壤生長菌所生成的各種多功能生物肥料協(xié)用，以提高土地生態(tài)能力和肥料利用效率，減少肥料消耗。

向綠色和有機(jī)農(nóng)業(yè)需要發(fā)展。為了保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，我國加快了有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展，生物肥料以其特有的功能促進(jìn)了我國有機(jī)農(nóng)業(yè)的蓬勃興起。

向提高土壤保水抗旱能力方向發(fā)展。近些年來，我國旱災(zāi)形勢嚴(yán)峻，引起大面積減產(chǎn)，每年旱災(zāi)造成 250億千克糧食損失。具有保水功能、能夠增強(qiáng)土壤蓄水能力和保水抗旱能力的微生物肥料是目前我國迫切需要發(fā)展的生物肥料產(chǎn)品。

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