施用微生物肥料對土壤質(zhì)量的影響

目錄

摘要..............................................................................1

1.序言..........................................................................I

2.土壤質(zhì)量.....................................................................2

3.微生物肥料對土壤質(zhì)量的影響..................................................2

3.1.改善土壤結(jié)構(gòu).............................................................3

3.2.增加土壤中營養(yǎng)元素含量...................3

3.3.優(yōu)化土壤群落結(jié)構(gòu)........................................................4

4.微生物肥料的發(fā)展現(xiàn)狀........................................................4

4.1.微生物肥料的發(fā)展趨勢....................................................4

4.2.微生物肥料發(fā)展面臨的問題................5

5.微牛物肥料的前景與展望......................................................6

摘要

由于化肥和農(nóng)藥的不合理使用，造成了土壤質(zhì)量下降甚至土壤退化。因

此，減少土壤化肥用量，使用環(huán)境友好型產(chǎn)品成為農(nóng)業(yè)發(fā)展之重。微生物肥料

能修復受損的土壤環(huán)境，促進植物吸收土壤中的營養(yǎng)元素，促進植物生長，誘

導植物抗性，目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上已被廣泛使用。

文章總結(jié)了微生物肥料對土壤環(huán)境的改良作用，并提出目前微生物肥料發(fā)

展中存在的問題，旨在為微生物肥料進一步研究提供理論依據(jù)。

1.序言

農(nóng)業(yè)在中國國民經(jīng)濟中占據(jù)重要地位，并且隨著人口的增長，提高作物產(chǎn)

量成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重心。雖然耕地在減少，但以施用化肥為主的集約化農(nóng)業(yè)仍

然確保了作物的高產(chǎn)量。這是因為化肥能快速增加土壤中的N、P、K等營養(yǎng)

元素，促進了植物的生長，有效增加了糧食產(chǎn)量。在1961年到2001年的40

年間，世界化肥用量從0.31億t增長到1.38億3糧食產(chǎn)量提高了將近13億

to但是，化肥的持續(xù)過量施用導致了土壤腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，與之相關(guān)的土壤團

聚體破壞，土壤肥力下降，土壤板結(jié)和微生物群落變化，進而導致作物品質(zhì)和

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產(chǎn)量下降。并且未被利用的化肥在土壤中會發(fā)生一系列的物理、化學和生物轉(zhuǎn)

化，N、P等元素流失，隨地表水進入湖泊流域或地下，將造成土壤污染、地

下水污染和水體硝酸鹽、重金屬污染等。因此，農(nóng)業(yè)的綠色性和可持續(xù)性成為

我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的首要目標，以微生物肥料部分代替化學肥料正在逐步受到人們

的重視。

微生物肥料是指一類含有活微生物的生物制品，當其用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時能產(chǎn)

生特定的肥料效應(yīng)，微生物在獲得這種特定效應(yīng)的生產(chǎn)過程中起關(guān)鍵作用。

VESSEY認為微生物肥料中的活微生物用于種子、植物表面或土壤時，能定植

于植物根際或植物內(nèi)部，通過增加供應(yīng)和可用性提供寄主植物所需的營養(yǎng)成

分，促進植物生長。農(nóng)業(yè)部定義微生物肥料除具有上述作用外，還能通過其自

身微生物活動促進植物激素產(chǎn)生，抑制有害微生物的繁殖等。

2.土壤質(zhì)量

農(nóng)業(yè)是中國經(jīng)濟發(fā)展的命脈，而土壤則是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。但是農(nóng)業(yè)的發(fā)

展帶來的土壤污染日益嚴重，因此要加強對耕地的可持續(xù)利用首先需要提高土

壤質(zhì)量。土壤質(zhì)量是指土壤在維持生物生產(chǎn)力的同時，還能保持環(huán)境質(zhì)量和促

進植物和動物健康的能力。土壤質(zhì)量包括土壤肥力質(zhì)量，即能為動植物生長提

供所需營養(yǎng)元素的能力：土壤環(huán)境質(zhì)量，是指土壤具有吸納污染物和降低病菌

損害的能力；土壤健康質(zhì)量，指影響動植物與人類健康的能力。土壤肥力在土

壤質(zhì)量中占據(jù)主要地位，有數(shù)據(jù)表明中國土壤有機質(zhì)含量明顯低于歐美國家

2.5%?4.0%的水平，且呈持續(xù)下降的趨勢，這對于農(nóng)業(yè)發(fā)展是不利的。但值

得注意的是，土壤質(zhì)量不是一直不變的，隨著耕作方式、肥料種類和施肥方式

的不同而有所變化，因此微生物菌肥的出現(xiàn)對于提高土壤質(zhì)量有重要作用。

3.微生物肥料對土壤質(zhì)量的影響

最早在1886年有科學家發(fā)現(xiàn)生長有根瘤的豆科植物具有生物固氮作用，

而后在1978年科學家提出種植植物后土壤中微生物在根部定植，產(chǎn)生促進植

物生長的作用，這種微生物被稱為促進植物生長的根細菌(plantgrowth

promotingrhizobacteria,PGPR)oPGPR對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要作用。

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3.1.改善土壤結(jié)構(gòu)

土壤團聚體是微生物生活的主要微生境，對改善板結(jié)、干旱和通氣性差的

土壤環(huán)境有重要作用，還能促進微生物之間的相互作用，增強群落結(jié)構(gòu)的功能

多樣性和穩(wěn)定性。MENGetal提出土壤團聚體的穩(wěn)定性與有機質(zhì)含量相關(guān)，在

0.25?0.5mm的水穩(wěn)定團聚體中有機質(zhì)占主導地位。FORSTER研究發(fā)現(xiàn)包括

真菌(Fungus)、叢枝菌根直菌(arbuscularmycorrhiza)等在內(nèi)的直菌，其

菌絲分泌的胞外多糖能與土壤顆粒膠結(jié)并將其固定，從而形成了土壤團聚體，

增強了其穩(wěn)定性。施加微生物肥料后土壤中有機質(zhì)增多，微生物數(shù)量增加，促

進了土壤團聚體的形成，團粒結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使得土壤的保水性和通氣性變

好，有利于植物的生長。

3.2.增加土壤中營養(yǎng)元素含量

微生物肥料一方面可以直接增加土壤中的有機質(zhì)，另一方面能通過微生物

作用提高土壤肥力。主要因為施用微生物肥料能增強土壤脫氫酶的活性，而脫

氫酶與土壤中生化過程強弱有關(guān)，對于提高土壤肥力有重要作用。微生物的新

陳代謝作用還能促進土壤中營養(yǎng)元素的釋放，在十壤物質(zhì)和能量循環(huán)過程中發(fā)

揮重要作用，圖1中土壤中的氨氧化細菌(ammonia-oxidizingbacteria,

AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizingarchaea,AOA)和反硝化菌

(Denitrifyingbacteria)等，是土壤氮循環(huán)的主要參與者，它們能將空氣中的

氮素轉(zhuǎn)化為生物可利用的形式，為植物生長提供了有利條件。研究發(fā)現(xiàn)微生物

肥料中的固氮菌(Azotobactersp)也具有生物固氮作用，可以通過自生固氮或

共生固氮將空氣中的氮素進行固定，進一步轉(zhuǎn)化成植物可利用的氮素營養(yǎng)，從

而增加了土壤中的可利用N含量。EGAMBERDIYEVA研究發(fā)現(xiàn)在接種有效菌種

產(chǎn)堿假單胞菌(Pseudomonasalcaligenes)PsA15和分枝桿菌

(Mycobacterium)MbP18后,將導致棉花根部N含量增加。AMIRetal也發(fā)

現(xiàn)了在施用PGPR后，土壤中N、P元素增加。PGPR還能提高植物從土壤中

吸收結(jié)合態(tài)氮的能力，當PGPR與氮肥混合使用后，氮肥增強植物根系的生

長，根系面積增大，PGPR協(xié)同作用提高根系功能，從而提高植物對N等其他

營養(yǎng)元素的吸收。這些微生物肥料的施用有效促進了植物對營養(yǎng)元素的吸收，

減少了元素的流失，并且植物根系環(huán)境有利于微生物的繁殖，促進了土壤?微生

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(Pseudomonsadaceae),芽抱菌(Bacillus)和固氮菌等。PGPR不但能促進

植物吸收利于植物生長發(fā)育的營養(yǎng)成分，提高化肥利用率，凈化和修復土壤；

還能抑制土壤中有害病原體和有害微生物繁殖，增加抗性物質(zhì)，降低農(nóng)作物體

內(nèi)硝態(tài)氮、重金屬和農(nóng)藥的積累，對于保護環(huán)境具有重要作用。

微生物肥料在國內(nèi)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，如在胡蘿卜(Daucus

carotaL.var.sativaHoffm.)和玉米(ZeamaysLinn.)等重要農(nóng)作物中使用微

生物肥料后，植物獲得的氮素含量增加，產(chǎn)量提高。在中國，微生物肥料行業(yè)

發(fā)展迅速，與其他國家相比，具有種類多、應(yīng)用范圍廣的特點。這些產(chǎn)品的生

產(chǎn)已具有較大規(guī)模，開始了由單一型菌肥向復合型菌肥發(fā)展，如固氮菌與磷、

鉀細菌配合使用，可同時增加土壤中N、P、K元素的含量；一些菌粉型微生

物肥料、基因工程肥等也開始出現(xiàn)。菌肥功能開始向多元化發(fā)展，由于細菌一

般具有特定性功能，開發(fā)有多種功效的微生物肥料能更好地促進植物健康生

長。這些微生物肥料在提高化肥利用率、降低化肥使用量和減少環(huán)境污染等方

面，己獲得較好的效果。

4.2.微生物肥料發(fā)展面臨的問題

但PGPR在實際應(yīng)用中受到很多限制，施用后反而會降低植物產(chǎn)量，其中

可能與固氮微生物有關(guān)。微生物起固氮作用的主要是固氮酶，這種酶能固定環(huán)

境中的氮素，但是當?shù)簇S富時氨阻遏機制將發(fā)揮作用，導致固氮酶活性降

低，生物固氮作用降低，不利于農(nóng)作物種植。PGPR產(chǎn)品在研發(fā)過程也會受到

多種因素的影響，見表1。

裊1生產(chǎn)到接種過程影響孕育劑質(zhì)■的主要因子

研發(fā)PGPR注意要點主要內(nèi)容

箭選PGPR菌生長介質(zhì).生長因子.植物生長的環(huán)境條件、病原體

配方單種或豆合種的配比、生長載體的類也、總體滅菊.含水出.火他添加劑、污染物的水平

保存、運檢含水運軸溫度、時間、活性(運輸過程中與污染物或犬他接種劑競爭)

接種濃度、接種時間和位理.植物管理策略.接律劑應(yīng)用方式.與北他優(yōu)勢菌群競爭,徙更好

接種

地適應(yīng)環(huán)境

大規(guī)模生產(chǎn)需要考慮到孕育劑的問題，新型的載體需要保證可供應(yīng)性，且

不易受環(huán)境影響且無毒；還要考慮所作用植物的生長特征等；單種菌肥或復合

菌肥的配比對于植物生長也有關(guān)鍵作用；在運輸過程中，要保障微生物細胞的

活性；接種成功140環(huán)境保護科學第46卷也是評價生物肥料的關(guān)鍵指標，引

進的接種劑不僅要保證存活，還要與原生種群競爭并成為優(yōu)勢種群。

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5.微生物肥料的前景與展望

微生物肥料對土壤環(huán)境的改善具有重要作用，可以修復被破壞的土壤結(jié)

構(gòu)，還能通過微生物作用增加土壤中的營養(yǎng)元素，提高植物對肥料的利用率，

在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中取得了較好的效果。

但是微生物肥料產(chǎn)品存在肥效慢、專性強、貯存期短等問題，因此應(yīng)加強

高效型微生物肥料的研發(fā)