李涛 张朝辉 郭雅雯 田香 许晓莞 邱立友

摘要：化肥施用在保障粮食作物高产过程中始终发挥着重要作用，但也带来严重的环境及土地污染问题，阻碍了粮食生产的可持续发展。因此，如何减少化肥用量，寻找环境友好型的化肥替代品是当前科学研究的重要课题。微生物肥料具有绿色健康无污染的特点，是化学肥料最优质的替代品，许多研究表明其能够有效改善土壤中氮、磷、钾等元素的利用率，可提升作物抗逆能力，提高农产品质量及产量，并显著抑制土壤中植物病原菌的毒害作用等。从微生物肥料国内外发展现状、作用机制、当前存在问题及发展前景几个方面来介绍当前微生物肥料的研究进展，并对其未来发展策略进行展望。一方面为微生物肥料在农业生产中的深入开发和应用提供了理论依据，另一方面为微生物肥料未来的研发指明了方向。

关键词：微生物肥料;固氮;溶磷;解钾;植物激素;抗逆性;抗病性;未来研发方向

中图分类号： S144  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）10-0037-05

我国以世界7%的耕地养活了占世界19%的人口，提高粮食产量是解决粮食问题的重中之重，施用化肥在保障粮食作物高产过程中始终发挥着重要作用，因此我国主要农作物单位面积施肥量一直居于世界前列，多个地区化肥使用量严重超标[1]。化肥滥施带来严重的氮磷钾比例失衡，土壤板结、盐碱化，营养成分降低，地下水污染等一系列问题[2]。微生物菌肥作为一种新型作物肥料能够很好地解决这些问题，现阶段微生物肥料已在各个国家及地区得到广泛应用，并取得良好效果。为使人们更深入地了解微生物肥料的发展现状、作用机制、当前问题及未来发展前景，有必要对微生物肥料研究进展进行详细介绍，为其今后在农业生产中的深入开发和应用提供理论依据。

不同微生物菌肥中所含的微生物不同，相应肥效也各不相同。固氮、硅酸盐及溶磷菌肥主要是通过活体菌在植物根际的活动提高土壤中的氮、磷、钾利用率。促生菌肥一般是指植物根际促生细菌（plant growth-promoting rhizobacteria，简称PGPR）菌剂，近年来对其研究较为广泛，能有效提高作物抗逆能力等[3]，降低作物的染病率从而提高作物产量。光合作用肥料能够显著提高作物的光合作用效率，提升作物品质及产量[4]。单一微生物肥料功能有限，可将不同菌剂复配组合，提高微生物多样性的同时使其功能更加全面。

1 国内外微生物肥料发展现状

1.1 国际微生物肥料发展

长期生产实践中人们发现，种植豆类植物不仅可以培肥地力，而且可以提高农产品产量。早在1886年，Hellriegel等发现豆科植物能够固氮;1888年，荷兰学者Beijerlinck分离纯化得到根瘤菌;1889年波兰学者Wski将纯培养的根瘤菌接种到豆科植物上，形成根瘤[5]。1895年法国学者Noble首次在欧美推广根瘤菌制剂“Nitragen”的微生物肥料产品，自此微生物肥料产生[6]。1935年前苏联学者从土壤中分离出解磷菌，其在田间试验中能够有效提高土壤的含磷量，最多可达到42%[7]。20世纪60年代后各国争相将固氮菌运用于禾本科植物种植中，其中意大利、比利时、德国等国家在将其接种至玉米的试验中发现其可以替代一部分化肥，替代率达到20%～30%。20世纪70年代，巴西学者Dtibereine开创了联合固氮，1980年，Kloepper等发现一些微生物能够产生噬铁素，对土壤病原菌的传播有抑制作用，大量试验也证明PGPR菌剂能够分泌铁载体抑制植物病原菌[8]。1972年，国际农业组织同时成立了有机农业运动国际联盟（I-FOAM）和绿色食品国际协会组织，发展至1990年，已有会员300多个，分布于世界60多个国家。这些国际组织还提出可持续农业概念，要生产绿色食品必须有相应的生物肥料和有机肥料，目前国际上已有70多个国家生產、应用和推广使用生物肥料。2017年，孟山都和诺维信公司组建的“生物农业联盟”推出2款新产品：一种为玉米微生物种衣剂，其活性成分为土壤中的一种真菌，该真菌在玉米植株的根部周围生长，帮助植株提升吸收土壤营养的效率;另一种产品则可促进土壤中有益微生物的生长，帮助大豆植株的营养吸收，改善大豆植株的健康状况。近年来，随着生物技术及分子生物学的不断发展，对不同菌种抗逆及促生机制的持续探索，新型促生菌不断涌现，不同菌种组合的复合型生物菌肥正在探索当中，不久的将来将可以取代化学肥料。

1.2 国内微生物肥料发展

我国非常重视微生物菌肥的开发及利用，对这一领域的研究始于20世纪30至40年代。20世纪30年代末张宪武开始对大豆根瘤菌进行研究，20世纪40年代初陈华葵等在紫云英根瘤菌研究过程中发现了有效根瘤和无效根瘤，20世纪50年代首次从国外引进一批细菌肥料，包括固氮菌、溶磷细菌及解钾菌，20世纪60年代开始使用抗生菌肥和固氮蓝绿藻肥，20世纪70至80年代开始使用囊泡-丛枝（vesicular arbuscular，简称VA）菌根，20世纪90年代先后推广使用联合固氮菌肥、 PGPR菌剂、解钾菌肥及光合作用菌肥等[9]。进入21世纪后，逐渐由功能单一的菌肥发展为复合型菌肥，陆续出现了基因工程菌肥、作基肥、有机无机复合菌肥、生物有机肥及菌粉型微生物接种剂肥料等。20世纪末，我国微生物肥料使用面积逐渐增加且效果显著，在不同作物上平均增产最高达32%;近年来，我国微生物肥料企业总数已经达到1 000个以上，年产值200亿元，平均年产量达到1 000万t，大田累计应用面积达到1.33×109 hm2 [10]。微生物肥料使用量增长迅速但总量偏小，不足我国肥料使用量的3%，这与我国对微生物肥料的重视不足有关，且目前市场上微生物肥料所使用的菌种性状不好，企业在研发时对菌种选育投入少，使得菌种来源杂乱，微生物肥料产品质量参差不齐，影响其在生产中的推广，因此继续深入研发地域广适性的作物专用微生物肥料意义重大。