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微生物肥料是指一類含有活的微生物并在使用中能獲得特定肥料效應(yīng)能增加植物產(chǎn)量或提高品質(zhì)的生物制劑。
微生物肥料的分類
我國微生物肥料種類繁多,截至目前還沒有一套完整統(tǒng)一的分類系統(tǒng),根據(jù)分類的標(biāo)準(zhǔn)不同,有如下幾種分類方法:
按作用機(jī)類
1、狹義的微生物肥料:指通過微生物的生命活動增加植物營養(yǎng)元素的活性和供應(yīng)量,進(jìn)而增加產(chǎn)量,即含有肥料特性的微生物制劑,這類產(chǎn)品雖不具有養(yǎng)分,但卻有肥料的功能。
2、廣義的微生物肥料:該種微生物肥料略有或沒有養(yǎng)分供應(yīng)功能,但卻有其他功效,如刺激植物生長或拮抗某些病原微生物的致病作用,降解有害污染物等,這類微生物肥料更應(yīng)該稱為“微生物制劑”而不是肥料,但現(xiàn)都統(tǒng)稱為微生物肥料,在農(nóng)業(yè)部統(tǒng)一登記備案。
按微生物種類劃分
細(xì)菌肥料:如固氮細(xì)菌肥料、溶磷細(xì)菌肥料、解鉀細(xì)菌肥料。
真菌肥料:該類肥料包括外生菌根菌劑和內(nèi)生菌根菌劑兩種類型,如叢枝菌根、菌根菌劑、蘭科菌根菌劑。
放線菌肥料:如抗生素菌肥;
藻類肥料:如固氮藍(lán)藻等。
按功能不同分類
根據(jù)功能不同又可分為:
溶磷微生物肥料、解鉀微生物肥料、有機(jī)質(zhì)分解微生物肥料等,如豆科植物接種劑和土壤磷素活化劑等。同一類功能的微生物肥料也可以是不同微生物種類的肥料,如溶磷菌肥,既可以是細(xì)菌肥料也可以是真菌肥料,因為同一微生物具有不同功能、或不同微生物具有相同功能的現(xiàn)象在微生物肥料界非常普遍。
按含有微生物種類的多少劃分
分為單一微生物或復(fù)合微生物肥料等。
單一微生物肥料:只含有一種微生物作用的肥料。
復(fù)合微生物肥料:即多種微生物通過一定比例混合在一起所形成的微生物制劑。
微生物+有機(jī)肥=生物有機(jī)肥
微生物+化肥=生物復(fù)混肥
微生物+有機(jī)肥+化肥=生物有機(jī)無機(jī)復(fù)合(復(fù)混)肥
農(nóng)業(yè)部登記的微生物肥料種類
目前農(nóng)業(yè)部登記的微生物肥料產(chǎn)品共有:
9個菌劑類品種:根瘤菌劑、固氮菌劑、溶磷菌劑、硅酸鹽菌劑、菌根菌劑、光合菌劑、有機(jī)物料腐熟劑、復(fù)合菌劑和土壤修復(fù)菌劑。
2個菌肥類品種:復(fù)合生物肥料和生物有機(jī)肥料。在劑型上分為液體和固體,固體又分為粉末和顆粒等。
效果 VS 問題
微生物肥料應(yīng)用效果
1、增加作物產(chǎn)量:
各類微生物肥料的增產(chǎn)幅度在10% 左右,其中以復(fù)合微生物肥料增產(chǎn)效果明顯,達(dá)到20% 以上。研究表明:單獨施用微生物肥料沒有配施有機(jī)肥或化肥對馬鈴薯的增產(chǎn)效果明顯,但是微生物肥料在作物增產(chǎn)中只起到輔助作用,不能代替有機(jī)肥和化肥而單獨使用。
2、改善作物品質(zhì)
微生物肥料能改善作物品質(zhì)已是不爭的事實。
某些微生物肥料即使沒有明顯的增產(chǎn)作用,但仍然能改善作物品質(zhì)。
施用微生物肥料能夠在明顯提高蔬菜含糖量和維生素C含量的同時降低蔬菜的硝酸鹽含量。
微生物肥料對水果品質(zhì)的影響也比較明顯。劉利軍等人的研究表明:在使用微生物肥料后,碭山酥梨葉片氮含量顯著降低,微量元素含量、糖酸比、含糖量和Vc 含量等明顯增加,并證明了果實的品質(zhì)、耐貯性和梨果的等級均顯著提高。
3、減輕病蟲藥害
張偉衛(wèi)等人在2013年的試驗結(jié)果表明微生物肥料對大田棉花枯萎病和茄子黃萎病均具有穩(wěn)定的控制作用,病情指數(shù)分別降至38.2 和23.5。煙草專用微生物肥料能減輕煙草病毒病害、促進(jìn)煙草的生長,降低雜氣和刺激性。微生物肥料能有效減輕土壤中殘留除草劑對作物的藥害。
4、改善土壤結(jié)構(gòu)
長期施用微生物肥料,能夠恢復(fù)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,起到疏松土壤、土壤板結(jié)、改善土壤結(jié)構(gòu)的作用。
據(jù)報道,在北方寒地黑土上連續(xù)3年施用土壤磷素活化劑,土壤容重下降0.1~0.3,疏松土壤效果非常顯著。也有研究表明施入微生物菌肥后,由于微生物大量繁殖,促進(jìn)了土壤中有機(jī)質(zhì)的釋放,改善了土壤的理化性質(zhì),增加了土壤團(tuán)粒,改善了土壤結(jié)構(gòu)。
微生物肥料存在的問題
1、配套體系不夠完善
目前,我國還沒有形成有利于微生物肥料應(yīng)用的農(nóng)業(yè)施肥、推廣和監(jiān)管體系。在發(fā)達(dá) 大豆接種根瘤菌已成為常規(guī)耕作措施,而我國東北大豆根瘤菌的接種率卻不到10%。玉米、水稻等大田作物化肥施用量過度,微生物肥料、有機(jī)肥料施用很少,短期行為普遍,推廣力度和政策支持明顯不足。同時微生物肥料市場魚目混雜, 在該類肥料的質(zhì)量監(jiān)管上還沒有形成完善的規(guī)章制度和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
2、菌種純度不高、針對性不強(qiáng)
微生物肥料具有生態(tài)適應(yīng)性,施用時應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)狀況、作物品種、土壤類型和耕作方式等確定具體施用方式和施用量,有針對性地篩選出高適應(yīng)的功能菌種,以達(dá)到較佳的作用效果。但是絕大多數(shù)微生物肥料企業(yè)還在使用分離篩選及傳統(tǒng)育種等相對滯后的菌種選育技術(shù),造成微生物肥料地域針對性不強(qiáng),適應(yīng)性較差,個別企業(yè)甚至提純復(fù)壯做的都很不到位,導(dǎo)致菌種純度下降、活性衰減、田間效果不穩(wěn)定或迅速下降。
3、作用效果不穩(wěn)定
微生物肥料的應(yīng)用效果受很多因素影響,除肥料本身的活性菌種類、含量、純度等內(nèi)在因素外,環(huán)境條件也是影響肥料效果的重要因素,如底物濃度、溫度、濕度、土壤pH 值等,導(dǎo)致很多微生物肥料的使用效果與預(yù)期相差很多,并且地塊間,年度間的差別很大。
微生物主要的特點就是體積小,種類多,繁殖迅速,適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。微生物廣泛分布于自然界中。可以說,凡是它們能夠生存的地方,都是它們的家園。
然,微生物聚集多的地方還是土壤,那里為微生物生長提供了所需要的各種基本要素,而且還具有保溫性能好、緩沖性強(qiáng)等優(yōu)點,因此,土壤是微生物的大本營,是人類豐富的菌種資源庫。
土壤中尤以細(xì)菌多,約占土壤微生物總量的70-90%。土壤中不同類型的細(xì)菌有不同的作用。有的能夠固定空氣中的氮元素,合成細(xì)胞中的蛋白質(zhì);有的能夠分解農(nóng)作物的秸桿,它們大多是異養(yǎng)菌。除了細(xì)菌以外,土壤中數(shù)量較多的其它微生物是放線菌(抗生素的主要產(chǎn)生菌)和真菌,而藻類和原生動物等較少。
土壤微生物是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。微生物是一個體積小面積大的系統(tǒng),有一個巨大的營養(yǎng)物質(zhì)吸收面、代謝廢物的排泄面和環(huán)境信息的交換面,因此吸收多、轉(zhuǎn)化快,為微生物的高速生長繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物提供物質(zhì)基礎(chǔ)。
自然界物質(zhì)豐富,品種多樣,為微生物提供豐富食物。微生物的營養(yǎng)類型和代謝途徑多樣,從無機(jī)營養(yǎng)到有機(jī)營養(yǎng),能充分利用自然資源;呼吸類型多樣性,在有氧環(huán)境、缺氧環(huán)境,甚至是無氧環(huán)境均有能生活的種類。環(huán)境的多樣性如極端高溫、高鹽度和極端pH值造就了微生物的繁多種類和龐大數(shù)量。
土壤中含有各種 各樣有機(jī)和無機(jī)營養(yǎng)物,它是微生物生長和發(fā)育的天然培養(yǎng)基土壤中的微生物種類極其豐富,1g耕作土壤中含有25億個個細(xì)菌、70萬個放線菌、40萬個真菌、5萬個藻類、3萬個原生動物。
大多數(shù)微生物以裂殖方式繁殖后代,在適宜的環(huán)境條件下,十幾分鐘至二十分鐘就可繁殖—代。多數(shù)微生物為單細(xì)胞,結(jié)構(gòu)簡單,整個細(xì)胞直接與環(huán)境接觸,易受環(huán)境因素影響,引起遺傳物質(zhì)DNA的改變而發(fā)生變異。
微生物肥料是因微生物生命活動而導(dǎo)致農(nóng)作物得到特定的肥料效應(yīng)的―類制品,是從土壤中篩選以至馴化出能改善作物營養(yǎng)的微生物。
它包括固定空氣中分子態(tài)氮,將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟衫脩B(tài)氮素的自主或共生固氮菌;在土壤中將礦物態(tài)植物不能利用的磷和鉀轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Я缀外浀奈⑸铮戳准?xì)菌和鉀細(xì)菌;以及能分泌出多種有益作物生長的刺激素和抗生素的植物根圈促生細(xì)菌。
總之,凡是能直接或間接改善作物營養(yǎng)狀況的微生物,將其制成菌劑或加入其他填充物,包括少量化肥和一些草木灰等作為載體,都可作為菌肥廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
微生物肥與其他肥料一樣,都是為了改善作物的根際、葉面營養(yǎng),促進(jìn)作物的生長發(fā)育,增強(qiáng)作物抗逆性,進(jìn)而提高作物產(chǎn)量,改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì),它的肥料效應(yīng)—般認(rèn)為是廣義的,不僅僅是營養(yǎng)物質(zhì)方面,也包括了對作物生長刺激、調(diào)控,協(xié)助作物吸收水分以及由于接種微生物在作物根物根際的廣泛生長而降低或抑制有害微生物的存活,從而表現(xiàn)出減輕一些病蟲害的效用。
近年來,我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)取得了快速穩(wěn)定的發(fā)展,但也存在整體水平低,技術(shù)創(chuàng)新不足等問題,在功能機(jī)理、優(yōu)良菌種、優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品及相關(guān)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)上仍未有重大突破,這些都是影響行業(yè)發(fā)展的瓶頸難題。
在眾多技術(shù)方案中,根際微生物與植物的關(guān)系不容忽視。根際是一個獨特的環(huán)境,是受植物根系和根系分泌物直接影響的薄層土壤,植物和土壤微生物在這里發(fā)生著廣泛復(fù)雜的相互作用。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃所研究員張瑞福認(rèn)為,從應(yīng)用角度分析,研究植物與微生物在根際的相互作用對開發(fā)生物肥料和生物農(nóng)藥具有重要的意義。
農(nóng)業(yè)發(fā)展呼喚微生物肥料
土壤是作物賴以生長的基地,而作物所需的營養(yǎng)元素主要是依靠土壤中生活的、每克土以億計的微生物的作用。然而,目前的土壤問題讓人擔(dān)憂。
在糧食十一連增的背后,化肥、農(nóng)藥的使用量不斷,牲畜糞便、秸稈等廢棄物也大量增加,已造成了農(nóng)村和農(nóng)田的廣泛面源污染和土壤肥力下降等嚴(yán)重問題,惡化了生態(tài)和城鄉(xiāng)人民的生活環(huán)境。
中國農(nóng)業(yè)在未來發(fā)展中面臨著既要保持高產(chǎn),又要減少面源污染之時,迫切需要可行的技術(shù)方案來降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對化肥、農(nóng)藥的依賴,提高其使用效率。而如何提高其使用效率?
在此種情況下,發(fā)展新型肥料,增強(qiáng)土壤活力,以可持續(xù)提高作物產(chǎn)量顯得尤為重要。
農(nóng)業(yè)部微生物產(chǎn)品質(zhì)量評估實驗室和農(nóng)業(yè)部微生物肥料質(zhì)檢中心主任李俊曾向記者介紹過,微生物肥料已成為植物營養(yǎng)與肥料中的重要組成部分,在提高養(yǎng)分轉(zhuǎn)化利用率、維護(hù)植物成長、增產(chǎn)提質(zhì)和保證可持續(xù)生產(chǎn)能力等方面具有不可替代的作用。
近年來,我國微生物肥料增長速度比較快,“每年有20%的增長,但總量還是偏小,不到肥料總量的3%。”張瑞福告訴《中國科學(xué)報》記者。
而歐美及南美的巴西、阿根廷等 這一比例要高得多,“這與我國對微生物肥料的重視及我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展對微生物肥料的需要不匹配,尤其是在 關(guān)注農(nóng)業(yè)‘減藥’的新形勢下。”張瑞福說。
他認(rèn)為,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的化肥不合理使用,化肥過多會掩蓋甚至抑制微生物的肥效,使農(nóng)民認(rèn)為微生物肥料效果不好,導(dǎo)致惡性循環(huán)。
此外,目前市場上微生物肥料所使用菌種性狀不好,企業(yè)在研發(fā)時,對微生物肥料的核心要素——菌種的選育投入少,菌種來源雜亂,“造成微生物肥料產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,影響了微生物肥料的推廣。”張瑞福告訴記者。
根際微生物:植物的第二基因組
如何研究和開發(fā)新型肥料,并合理使用,成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要課題。
“對根際微生物和植物根系互作的研究,可以為微生物肥料開發(fā)中菌種的選擇及提高微生物應(yīng)用效果提供理論指導(dǎo)。”張瑞福說。
據(jù)了解,根際微生物對宿主植物類似于腸道微生物對人體的重要性,根際微生物在養(yǎng)分轉(zhuǎn)化吸收、植物促生、污染物降解、有機(jī)質(zhì)分解、土傳病原菌抑制和植物維護(hù)、協(xié)助植物抵抗逆境等方面發(fā)揮重要作用。充分發(fā)揮根際微生物的有益作用是減少農(nóng)用化學(xué)品投入(減藥)、支撐農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。
國際上目前倡導(dǎo)的農(nóng)業(yè)“常綠革命”是對過去幾十年“綠色革命”的進(jìn)一步,綠色革命的主要特征是依靠育種技術(shù)和農(nóng)用化學(xué)品投入增加糧食產(chǎn)量,而常綠革命倡導(dǎo)通過充分利用植物和微生物的有益互作促進(jìn)作物增產(chǎn),并提高產(chǎn)品品質(zhì)。
目前微生物肥料普遍面臨的共性問題是大田應(yīng)用效果不穩(wěn)定,張瑞福指出,其主要原因是環(huán)境因素復(fù)雜多樣,對施入土壤中的微生物肥料菌株的存活、競爭、定殖及功能發(fā)揮影響巨大。
張瑞福介紹,優(yōu)良菌種是微生物肥料的基礎(chǔ),由于土著微生物的競爭和土壤環(huán)境的復(fù)雜,微生物功能的發(fā)揮會受到影響,“在菌種篩選收集時,土壤適應(yīng)性和宿主植物的匹配性要成為考慮因素。”張瑞福說。
事實上,微生物肥料菌株在植物根際的競爭定殖能力是微生物肥料功能穩(wěn)定發(fā)揮的保障,所以對不同植物要選育在該植物根際競爭定殖能力強(qiáng)的菌株研發(fā)微生物肥料,比如利用某種植物的根系分泌物作為營養(yǎng),生長速度快。
“菌種選育時,應(yīng)以植物匹配性好、土壤適應(yīng)性廣為目標(biāo),微生物肥料菌種如果與植物匹配性能好,則該菌株的功能發(fā)揮受宿主植物影響較大。”張瑞福說。
在此基礎(chǔ)上,受土壤環(huán)境影響就較小,從而研制地域廣適性的作物專用微生物肥料,便于推廣應(yīng)用,因為農(nóng)民對作物類型的判斷要比對土壤類型的判斷容易。
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