生物菌肥料在農(nóng)林作物上的應(yīng)用

生物有機(jī)肥料是一種新興的肥料。它是一種多元素肥料,含有大量活的生物菌,是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選的乳酸菌群、光合菌群、芽孢菌群等有益生物菌培養(yǎng)后,以泥炭、牛糞、羊糞等為載體制成的復(fù)合菌肥。該肥除含有有機(jī)質(zhì)、有益生物菌外,還富含各種抗氧化物質(zhì)、氨基酸、消化酶。該肥現(xiàn)已被廣泛用于農(nóng)林生產(chǎn)中。施用生物菌肥料,可以得到特別的肥料效應(yīng)。這是常用化學(xué)肥料的一種有效的補(bǔ)充。目前,我國(guó)生產(chǎn)應(yīng)用的生物菌肥可分為固氮菌類(lèi)、解磷菌類(lèi)、解鉀菌類(lèi)、光合細(xì)菌類(lèi)、菌根菌類(lèi)、抗生菌類(lèi)、復(fù)合菌類(lèi)等。20世紀(jì)糧食單產(chǎn)的1/2、總產(chǎn)的1/3來(lái)自化學(xué)肥料的貢獻(xiàn)。如果停止施用化肥,那么全球農(nóng)林作物產(chǎn)量將減產(chǎn)50%左右。我國(guó)占世界10%左右的耕地卻消費(fèi)了世界1/3左右的化學(xué)肥料,單位面積化學(xué)肥料施肥量是世界平均水平的3倍。近年來(lái),由于化學(xué)肥料的有效利用率不足50%,大量化學(xué)肥料隨著地表雨水流失到江河湖泊中,對(duì)水體造成很大的污染。由于化學(xué)肥料使用量的增加和對(duì)環(huán)境污染的加重,生物菌肥在農(nóng)(林)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用再次受到人們的重視。研究科學(xué)、合理施肥和提高肥料效率是未來(lái)農(nóng)業(yè)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域之一,也是發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)手段。從發(fā)展持續(xù)農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)的角度來(lái)看,生物肥料的應(yīng)用前景廣闊,擁有巨大的開(kāi)發(fā)、利用空間。中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)研究員曹思明指出,2010年我國(guó)生物肥料需求量近1900萬(wàn)t,2011年將達(dá)到2100萬(wàn)t據(jù)業(yè)內(nèi)人士初步統(tǒng)計(jì)2012年全國(guó)生物肥料需求量將超過(guò)2300萬(wàn)t,市場(chǎng)前景趨好。1菌株的生命活動(dòng)微生物肥料是活體肥料。它的作用主要靠其內(nèi)含的大量有益生物菌的生命活動(dòng)來(lái)完成。只有在周?chē)h(huán)境條件(包括溫度、水分、酸堿度、營(yíng)養(yǎng)條件)適合,這些有益生物菌處于迅速繁殖和旺盛的新陳代謝時(shí),物質(zhì)轉(zhuǎn)化和有益代謝產(chǎn)物才能不斷形成。1.1生物菌肥對(duì)于增加作物生長(zhǎng)發(fā)育、提高作物品質(zhì)的作用氮、磷、鉀是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最常見(jiàn)的肥料,是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的營(yíng)養(yǎng)元素,又稱(chēng)“肥料三要素”。其中,氮肥增施可以促進(jìn)蛋白質(zhì)和葉綠素的形成,使葉色深綠,葉面積增大,促進(jìn)碳的同化,有利于產(chǎn)量增加,品質(zhì)改善;磷肥可以加速細(xì)胞分裂,促使根系和地上部加快生長(zhǎng),促進(jìn)花芽分化,提早成熟,提高果實(shí)品質(zhì);鉀肥可以提高光合作用的強(qiáng)度,促進(jìn)作物體內(nèi)淀粉和糖的形成,增強(qiáng)作物的抗逆性和抗病能力,還可以提高作物對(duì)氮的吸收利用。生物菌肥主要含有固氮菌、解磷細(xì)菌和解鉀細(xì)菌等。通過(guò)這些生物菌的活動(dòng),可以達(dá)到解鉀、釋磷、固氮的功能,從而提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。生物菌肥施入土壤后,生物菌很快增殖,形成群體優(yōu)勢(shì),分解土壤中被固定的且植物不易吸收利用的氮、磷、鉀,并固定空氣中游離的氮,供植物吸收利用。王旭輝等以巨大芽孢桿菌和膠凍樣芽孢桿菌制備菌肥,通過(guò)田間施用和實(shí)驗(yàn)室測(cè)定發(fā)現(xiàn)有效磷、有效鉀含量增加最高,分別達(dá)80.9%、66.3%,說(shuō)明生物菌肥可提高土壤供肥能力。1.2生物菌肥在農(nóng)業(yè)和化學(xué)肥料中的應(yīng)用生物菌肥包括生物菌和載體2個(gè)部分。常用的載體有泥炭、牛糞、森林表土、塘(河)泥等富含有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)。這些有機(jī)質(zhì)施入土壤后本身就可以改良土壤理化性狀,防止水、肥、土的流失,為農(nóng)作物提供良性生存環(huán)境;同時(shí),生物菌可以促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,改善土壤板結(jié)狀況,將土壤中大量有效養(yǎng)分吸附、蓄積在土壤團(tuán)粒中。生物菌肥本身無(wú)毒、無(wú)殘留而且能分解土壤中因長(zhǎng)期施用化肥、農(nóng)藥的殘留物,凈化環(huán)境,是生產(chǎn)綠色農(nóng)產(chǎn)品的首選肥料。生物菌肥不會(huì)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生任何副作用,且在土壤中的繁殖代謝能產(chǎn)生赤霉素及其他活性物質(zhì)、內(nèi)源激素,起到自動(dòng)調(diào)節(jié)土壤酸度、堿度平衡的作用。為了追逐農(nóng)作物產(chǎn)量,農(nóng)藥和化肥的大量使用是不可避免的。這勢(shì)必造成土壤中氮、磷、鉀平衡失調(diào),土壤板結(jié),進(jìn)一步加劇土壤酸化。即使施磷肥,也常會(huì)因磷肥易被土壤中活性鐵、鋁固定而使得大多數(shù)有效態(tài)磷轉(zhuǎn)化為各種形態(tài)的非有效態(tài)磷,從而大大降低磷肥的利用。通過(guò)生物菌肥和其他肥料的一起施用,可以在農(nóng)作物產(chǎn)量有保證的情況下減少化肥的使用量,從而在一定程度上改善土壤理化性狀。錢(qián)詠梅等研究表明,施用不同量“豐禾”生物菌肥處理意大利生菜均比不施用任何肥料和常規(guī)施肥處理增產(chǎn),特別是在減少化學(xué)肥料施用量50%的條件下仍具有顯著的增產(chǎn)效果。呂愛(ài)英等在辣椒、花生、煙草和懷山藥上進(jìn)行6種生物菌肥的田間試驗(yàn),結(jié)果表明施用生物菌肥可使花生和辣椒的氮肥用量、磷肥用量分別降低20%、50%,并使花生和辣椒產(chǎn)量分別比常規(guī)施肥最高增加7.5%和20.0%;在煙草栽培中,當(dāng)N、P、K用量各降低17%時(shí),3種生物菌肥能使煙草產(chǎn)量略有增加;在懷山藥栽培中,通過(guò)合理施用生物菌肥料,當(dāng)N、P、K用量分別比常規(guī)施肥降低30.7%、42.4%、50.0%時(shí),懷山藥產(chǎn)量仍可增加27%;在無(wú)公害辣椒栽培中,施用生物菌肥可以替代40%有機(jī)肥,并且產(chǎn)量比常規(guī)施肥最高增加28%。1.3生物菌肥對(duì)紅富士蘋(píng)果生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響生物菌肥除含速效養(yǎng)分外,尚含有機(jī)質(zhì)和腐殖酸,對(duì)增加土壤有機(jī)質(zhì)、改善土壤理化性質(zhì)、提高化肥利用率等有一定的作用,尤其是生物菌肥中的鉀細(xì)菌菌株對(duì)刺激作物生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的效果。為了進(jìn)一步驗(yàn)證生物菌肥對(duì)植物的增產(chǎn)作用,靳莉君等研究施用生物菌肥對(duì)紅富士蘋(píng)果生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明,該生物菌肥對(duì)蘋(píng)果樹(shù)新梢生長(zhǎng)的效果明顯,產(chǎn)量比單施化肥提高23.5%。李佳睿等研究表明,生物菌肥可以提高人參根重5%~17%。生物菌肥之所以具有顯著的增產(chǎn)作用,主要有以下原因。首先,生物菌肥的施用有效地增強(qiáng)光合作用,提高光能利用率,增加植物的養(yǎng)分積累;其次,生物菌肥通過(guò)增加植物新梢生長(zhǎng)量、葉片厚度、葉片質(zhì)量等,顯著提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì),增進(jìn)果實(shí)著色;再次,生物菌肥中的赤霉類(lèi)和少量的細(xì)胞分裂素可以直接刺激作物生長(zhǎng)發(fā)育;最后,生物菌通過(guò)促進(jìn)作物的生殖生長(zhǎng)來(lái)達(dá)到作物增產(chǎn)。1.4抗菌性氧合物傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)長(zhǎng)期過(guò)量而單純地施用化學(xué)肥料,導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化和肥料養(yǎng)分不平衡,土壤肥力衰退,作物病蟲(chóng)害加劇。利用生物菌肥進(jìn)行合理施肥和提高肥料效率是實(shí)現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)的重點(diǎn),也是發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)手段。生物菌肥本身無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染、無(wú)公害,具有明顯的抗病作用,分泌大量能殺死真菌、有害細(xì)菌的抗菌素,抑制多種致病真菌和細(xì)菌的生長(zhǎng),減少農(nóng)藥的投入,降低農(nóng)藥給環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品帶來(lái)的污染。生物菌肥增強(qiáng)作物抗病的主要機(jī)理有以下方面。首先,生物菌肥通過(guò)固氮、分解磷、分解鉀等作用為農(nóng)作物提供生長(zhǎng)發(fā)育必需的多種營(yíng)養(yǎng),同時(shí)大量有益微生物的生命活動(dòng)改善了土壤理化性質(zhì),抑制了有害細(xì)菌的繁殖,從而減少對(duì)作物的危害;其次,生物菌肥本身具有一定的抗病性能,通過(guò)葉面噴施對(duì)立枯病、猝倒病等葉面病害有很好的防治效果,采取土壤深埋施用可以降低土傳性病害的發(fā)生、為害;再次,施用生物菌肥后,由于土壤中鉀細(xì)菌的增殖,作物營(yíng)養(yǎng)條件得到改善,大量游離態(tài)的鉀、磷、硅等元素在促進(jìn)作物生長(zhǎng)健壯的同時(shí)增強(qiáng)抗病能力;最后,生物菌的代謝產(chǎn)物能促進(jìn)重金屬、硝酸鹽等有害物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和固定,降低了作物對(duì)有毒物質(zhì)的吸收。2油茶生物菌肥推廣的可行性生物菌肥對(duì)改善土壤理化性狀,活化土壤中的N、P、K,作物的增產(chǎn)等具有顯著的作用。葉面噴施或土壤深埋的方式對(duì)提高作物的抗病作用比較顯著。根據(jù)國(guó)家林業(yè)局《全國(guó)油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2009~2020)》的文件精神,在相關(guān)項(xiàng)目資金的帶動(dòng)下,全國(guó)高產(chǎn)油茶的種植面積迅速擴(kuò)增。目前油茶的施肥以化學(xué)氮肥為主,以農(nóng)家肥為輔。這種施肥方式易導(dǎo)致油茶林區(qū)土壤板結(jié),土壤中氮、磷、鉀平衡失調(diào),肥料利用率低,加劇土壤酸化。結(jié)合生物菌肥在其他農(nóng)林作物上的應(yīng)用實(shí)例,在油茶種植中可以試驗(yàn)并推廣合適的生物菌肥。這對(duì)發(fā)展“一優(yōu)、兩高”生態(tài)林業(yè)非常必要。2.1油茶林下生物菌肥及其施肥效應(yīng)的研究油茶林區(qū)土壤養(yǎng)分是油茶生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)條件,也是制定施肥方案的主要依據(jù)。油茶林區(qū)施肥是改善油茶營(yíng)養(yǎng)條件,促進(jìn)林木生長(zhǎng)不可缺少的集約經(jīng)營(yíng)手段。因此,探討油茶林區(qū)土壤養(yǎng)分(土壤本底)與施肥效應(yīng)之間的關(guān)系十分必要,為油茶林區(qū)施用生物菌肥提供理論依據(jù)。盡管郭曉敏等對(duì)油茶的平衡施肥做了大量的工作,但是僅限于化學(xué)肥料的施用量和氮、磷、鉀之間的配比。生物菌肥的基本原理是通過(guò)生物菌的活動(dòng)分解土壤中固定的氮、磷、鉀和其他植物生長(zhǎng)必須的微量元素。通過(guò)具體試驗(yàn)摸清油茶林區(qū)土壤成分的本底資料,調(diào)配施用生物菌肥中固氮菌、解磷細(xì)菌和解鉀細(xì)菌等有益菌類(lèi)組成比例。2.2菌肥不能代替氮、磷、鉀元素生物菌肥發(fā)揮作用的方式主要是通過(guò)活化并提高土壤中可吸收氮、磷、鉀的含量,將無(wú)效氮、磷、鉀轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У⒘?、鉀供植物吸收。如果土壤中原本沒(méi)有氮、磷、鉀元素,菌肥也不可能產(chǎn)生這些元素,即菌肥不能代替氮、磷、鉀肥料,那么只能提高土壤肥料的利用率和肥效。使用菌肥后,只有施用常規(guī)肥料,才能保證作物的營(yíng)養(yǎng)需求。目前各種生物菌肥使用非常廣泛,但這些肥料施入土壤后常會(huì)由于生物菌種類(lèi)或是數(shù)量配置不合理而出現(xiàn)菌群數(shù)量、活性下降,作用得不到有效發(fā)揮。另外,由于生物菌肥中載體無(wú)機(jī)養(yǎng)分的配比不合理,肥料本身對(duì)微生物菌種造成抑制,從而影響肥效的發(fā)揮。2.3水分條件對(duì)菌肥施用的影響微生物和環(huán)境關(guān)系密切。各種環(huán)境因素諸如溫度、濕度、酸堿度、光照對(duì)微生物有顯著的影響。微生物量能靈敏地反映環(huán)境因子的變化。它是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,成為近年來(lái)土壤學(xué)界研究的熱點(diǎn)。我國(guó)南方雨水分布不均,春天和初夏雨水較多,夏末秋冬比較干旱。在此前提下研究油茶適于生物菌肥施用的最佳水分條件,提高菌肥的利用效率具有十分重要的意義。目前,我國(guó)關(guān)于土壤水分對(duì)菌肥影響的深入研究極少。李云玲等通過(guò)玉米盆栽試驗(yàn),研究了不同水分條件下菌肥對(duì)土壤微生物生物量碳、氮的影響。結(jié)果表明,當(dāng)土壤含水量為13%~16%時(shí),菌肥對(duì)土壤中微生物量碳、氮的影響最大,且玉米的生長(zhǎng)狀況良好。所以,在生物菌肥應(yīng)用到油茶種植之前要對(duì)油茶林區(qū)不同土壤水分條件下生物菌肥的施用效果進(jìn)行了探討,以期為油茶種植中推廣使用生物菌肥提供理論依據(jù)。2.4對(duì)生物肥的使用效果生物菌肥的施用可以有效地降低化肥用量。微生物肥料對(duì)作物生長(zhǎng)的影響是通過(guò)功能菌在土壤中的繁殖來(lái)實(shí)現(xiàn)的,但對(duì)于微生物肥料中功能菌在土壤中的繁殖數(shù)量目前尚無(wú)可行的方法進(jìn)行測(cè)定。研究表明,在無(wú)公害辣椒生產(chǎn)中,它可以替代40%的有機(jī)肥施用量,但針對(duì)不同的作物同一生物菌肥有著不同的施用效果。生物菌肥N11、N17對(duì)于辣椒有良好的增產(chǎn)效果,但在花生、煙草和懷山藥的試驗(yàn)中均導(dǎo)致不同程度的減產(chǎn)。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是不同作物的根系分泌物對(duì)同一功能菌的繁殖有著不同的影響。如果某一作物的根系分泌物不適合供試微生物肥料中功能菌的繁殖,那么這種微生物肥料的功能將難以發(fā)揮,導(dǎo)致減產(chǎn)。因此,應(yīng)針對(duì)不同的作物