微生物肥料科技创新与市场拓展新探索
一、微生物肥料概述
1、微生物肥料的概念
微生物肥料是指含有特定功能的活性微生物或休眠孢子制剂,施用于植物或土壤环境中,通过其中所含微生物的生命活动,具有能够向植物提供所需要的营养、刺激(调节)植物生长、提高植物营养利用率(减少化肥施用量)、提高产量、优化农产品品质、改善土壤质量和土壤生态环境、提高土壤肥力、减轻植物的某些病害等作用的微生物制剂。
2、微生物肥料的作用机理
2-1 改善植物营养、提高肥料利用率的机理
微生物肥料中的根瘤菌、固氮菌能固定空气中的氮气,将其转化为植物可以直接吸收的氮素营养,称为“生物固氮”。微生物肥料中的溶磷菌可把土壤含磷有机物(或无机物)中的不能被植物直接利用的难溶性磷溶解为速效可溶磷。微生物肥料中的解钾菌能分解土壤中云母、长石等含钾矿物,使矿物中的难溶性钾分解转化为可溶性钾。
上述微生物肥料共同的作用机理都是:把土壤中(或空气中)含有的不能被植物吸收利用的难溶性营养转化为植物能吸收利用的可溶性营养。
2-2 刺激植物生长的机理
微生物肥料中某些菌株在生命活动中能够代谢出植物生长素IAA、细胞分裂素、赤霉素、乙烯、脱落酸、寡糖等活性物质都具有刺激、调节植物生长的作用。
2-3 减轻、抑制植物病害的机理
微生物肥料中的有益菌株在植物根际大量繁殖后,形成优势微生物种群,净化了土壤微生物环境,抑制了有害菌的生长繁殖。
另外,微生物肥料中的某些菌株(如细黄链霉菌)能分泌出抗生素、系统防卫酶等抑病活性物质,使病原微生物难以生长繁殖。
2-4 改善土壤质量,提高土壤肥力的机理
微生物肥料中有益菌的生命运动和产生的多种有益酶,使土壤中微生物的生物量及酶的活性显著增加;从而提高了土壤有机质、腐殖质的含量,促进了土壤团粒结构的形成,改善了土壤通气、蓄热、保水、保肥状态。
二、微生物肥料与化肥、有机肥料的相互关系
肥料是农作物的营养,化学肥料(无机肥料)与农家肥料(有机肥料)、微生物肥料是三类具有不同特点的肥料。有机肥料是我国几千年来重要的传统肥料,腐熟的有机肥料是农作物与土壤微生物的营养源,有机肥料营养全面,在促进农作物生长发育、改善土壤质量、培肥地力、优化作物品质等方面具有重要意义。单施有机肥料可以维持土壤肥力,达到一定的产量;但难以实现高产和不断增产。
化肥中含有较高的速效养分,适量施用化肥可使农作物产量显著提高,在有限的耕地面积中,施用化肥成为增加农作物单位面积产量的重要手段。但化肥的过量施用也造成了土壤板结、酸化或盐碱化,施肥成本过高,农产品质量降低,自然环境恶化,浪费宝贵的能源及自然资源等恶果。
微生物肥料比传统的农家肥料由更高的生物活性,其作用主要依靠产品中含有的大量有益微生物菌群的生命活动来完成。微生物肥料具有安全无公害,施肥成本低,节省化肥,活化土壤营养,改善土壤质量,优化农产品品质,抑制土传病害,提高低温等优点。但微生物肥料需要与化肥或有机肥料混用才能发挥更好的功效;某些微生物工程菌在不良的土壤物理、化学、生物环境中肥效不稳定。因此,微生物肥料与化肥、有机肥料相互配合施用是当前最先进、科学的施肥方式。
三、我国目前微生物肥料的代表性品种
按照国家农业部目前已经颁布的微生物肥料产品标准分类,把微生物肥料分为微生物菌剂、生物有机肥、复合微生物肥料三个类型的产品。
1、微生物菌剂
微生物菌剂是指目标微生物(有效菌)经过工业化生产扩繁加工后制成的浓缩活菌制剂。
微生物菌剂的特点是产品中有效活菌数较高(有效活菌数≥1-2亿∕克),施用方式多而灵活方便(可用作拌种、基肥、种肥、土壤追肥、液面喷施等方式施用),施用量小(拌种施用:30-40克∕亩,土壤施用:1-5公斤∕亩,液面喷施:100-200克∕亩),施肥成本较低;但用于土壤施肥时需要与化肥或有机肥混合施用。
1-1 根瘤菌剂
是指用施用于豆科作物在作物根际形成具有固氮作用的根瘤,根瘤内的根瘤菌即可吸收和同化空气中不能被作物吸收利用的分子态氮,转化为铵态氮供作物直接吸收利用。
1-2 自生固氮菌剂与联合固氮菌剂
自生固氮菌剂是指不依赖其他生物共生而能在土壤里固定和同化空气中不能被作物吸收利用的分子态氮,使其转化为可供作物直接吸收利用的氮的菌剂产品。
根际联合固氮菌剂生活在作物的根际,有些可进入作物根组织内,生活在作物的根细胞间,与根瘤菌剂不同的是,和作物不形成共生体,而是和作物形成松散的联合体,依赖作物根际的生长环境(如依靠作物根分泌出的一些营养)固定和同化空气中不能被作物吸收利用的分子态氮,使其转化为可供作物直接吸收利用的氮。
1-3 溶磷菌剂
是指能将土壤中难溶性的磷分解转化为可被作物吸收利用的磷素营养的菌剂。该菌剂在土壤中会分泌出一些有机酸和酶类物质,分解土壤中被固定的磷酸钙、磷酸铝、磷酸铁以及有机磷等难溶性磷,提高土壤中有效磷的含量。
1-4 解钾菌剂
目前我国常用的解钾菌剂为胶冻样芽孢杆菌(又称为硅酸盐细菌),是一种能分解土壤中硅酸盐矿物的细菌。该菌剂能分解钾长石、云母等铝硅酸盐类原生态矿物,把土壤中不溶性钾、磷、硅转化为可溶性营养供作物吸收利用。
1-5 抗生菌剂
是一种多功能菌剂,在农业生产中应用较多的菌种为细黄链霉菌(即5406)。本菌剂在生命活动中可以产生4种可以调节植物生长的活性物质,并可分泌出2种抗生素。因此,该菌剂具有刺激作物生长、抑制作物病害等项功效。
1-6 有机物料腐熟菌剂
能加快多种有机物料(如农作物秸秆、畜禽粪便、生活垃圾、城市和农业污泥等)分解、腐熟及无公害化处理速度的功能性微生物菌剂。
2、生物有机肥
生物有机肥是指具以动植物残体(只要指畜禽粪便、农作物秸秆、泥炭等)为主要原材料来源,并经无害化、腐熟等工业化处理成为有机物料,同时加入有特定功能的活体微生物复合加工而成的一类兼具微生物肥料和有机肥料效应的肥料。
生物有机肥区别于自然发酵腐熟所制成的农家肥料,其原料经过其有机物料经过高温腐熟有害杂菌和虫卵被充分杀灭,并加入特定的微生物制剂,其无害化程度与肥效均明显高于传统的有机肥料。
在土壤中施用生物有机肥具有增进土壤肥力、改善土壤质量、提高土壤中有益微生物菌群数量、促进作物吸收营养、调节作物生长、抑制作物土传病害的效果。但因为产品中含有的有益活菌数与微生物菌剂比较相对较少(有效活菌数≥0.2亿∕克),所以要达到较好的施用效果,往往需要较大的施肥量(50-100公斤∕亩),而且要同时施用化肥加以补充养分。
3、复合微生物肥料
是指具有特定功效的活体微生物(可以是两种以上互不拮抗的活体微生物)与含有氮、磷、钾的营养物质复配制成的兼有微生物肥料和氮磷钾肥料效应的肥料。
由于复合微生物肥料中除添加了活体微生物外,还含有一定量的氮磷钾营养,因此具有微生物肥料和化肥的累加效应。但由于该肥料中有效活菌数与微生物菌剂比较相对较少(有效活菌数≥0.2亿∕克),氮磷钾含量与高浓度化肥比较也相对偏低(氮磷钾总含量一般≤25%),所以在肥力较差的土壤中和须肥量较多的作物上施用时,还需要补施化肥。
四、哈尔滨君龙实业有限公司生产微生物肥料时的常用菌种及其功能
1、溶磷真菌JLBLQM(菌种原产地:德国)
具有非常好的溶磷、降解土壤药害和盐碱、修复土壤、拮抗植物病害的作用。
能在土壤中分泌产生多种有机酸(如苹果酸、乳酸、乙酸、丙酸、柠檬酸、琥珀酸), 可有效地降解土壤盐碱。
可利用农药、化肥在土壤中的残留物作为碳源、氮源,以及磷、硫等矿物源完成自身的代谢过程,使农药、化肥在土壤中的残留量和毒性显著降低。本菌剂可充分降解因化肥过量或不当施用而在土壤中形成的硝酸盐、亚硝酸盐、硫氰酸盐、磺胺酸、三氯乙醛、多环芳烃及重金属铅、铬、汞、砷、镉等物质的毒害残留。缓解土壤板结、硬化;使土壤软化疏松,团粒结构大量生成,提高土壤水肥汽热保储能力,使土壤腐殖质大量生成,土壤肥力明显提高。
土壤中95%以上的磷是难溶性磷,不能被作物吸收。溶磷真菌JLBLQM产生的多种有机酸和一些胞外酶、植酸酶类物质,能使土壤中存在的难溶性磷(如磷酸铁、磷酸铝及有机磷酸盐)矿化、分解,形成作物能迅速吸收利用的水溶性磷,供给作物更多的磷素营养。
对大豆作物因重迎茬而发生的根腐病、孢囊线虫病;玉米作物丝黑穗病;花生作物根结线虫病;水稻作物稻瘟病、叶鞘腐败病;小麦作物根腐病;棉花作物黄、枯萎病及落铃、烂铃。以及各种作物多发的根系病害(如根弱、烂根、沤根、根系发育差等)具有较强的抑制缓解功效。并提高作物对低温、干旱、光照不足、早衰、倒伏、贪青等症状的抵御能力。
2、枯草芽孢杆菌(由中国农业科学院引进)
生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质,这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用,例如对棉花等作物上的黄萎病有一定防治效果,还有净化水质的功能。
3、(固氮)地衣芽孢杆菌(菌种原产地:德国)
地衣芽孢杆菌具有抑制土壤中病原菌的繁殖和对植物根部的侵袭,减少植物土传病害、提高种子的出芽率和保苗率,预防种子自身的遗传病害,提高作物成活率,促进根系生长、改善土壤团粒结构,改良土壤,疏松土壤,提高土壤蓄水能力的功能,而本地衣芽孢杆菌还具有极高的固氮酶活性,因此固氮能力极强,可减少氮肥的使用量,缓解化肥超量使用带来的各种问题。
4、胶冻样芽孢杆菌(由中国农业科学院引进)
可以促进土壤无效磷钾的转化,增加土壤磷钾的供给,提高作物产量,其解磷、解钾、解硅的强度超强。
5、植物乳杆菌(原产地:俄罗斯):能够分解在常态下不易分解的木质素和纤维素,并消除未分解有机物产生的种种弊端;合成各种氨基酸,维生素、产生消化酶、促进新陈代谢,还有融化不溶性无机磷的能力。
6、5406抗生菌(由中国农业科学院引进)
可产生抗生素,对植物病原真菌、寄生菌(如镰刀菌)有较好的拮抗作用。其主要功效如下:
提高土壤中碱解氮、速效磷、速效钾等速效营含量,增强农作物对养分的吸收能力,施用5406抗生菌肥料可平均提高土壤中速效氮、磷、钾的利用率20%-45%,而且促进了植物体内多种营养元素的吸收、运转和积累。
改善土壤理化、生态性状。对土壤有很好的松喧作用,加快土壤有机质的分解。施用5406抗生菌肥的土壤,其孔隙度、水稳性团粒结构都有明显提升,促进土壤有益微生物生长,增强其活性。抑制有害病原微生物生长。
抗病抗重迎茬的作用;5406抗生菌肥在土壤中能分泌出壳多糖酶,壳多糖酶具有分解病原菌细胞壁,拮抗多种病原菌的功能。因此,5406抗生菌对多种作物因重迎茬等原因引起的根腐病、烂种烂秧病等病害有拮抗功效。
5406抗生菌的代谢产物中含有多种具有促进作物生长作用的活性物质,这些活性物质具有刺激作物细胞分裂、提升作物体内叶绿素含量的作用。施用后可使作物提早出苗1-3天,促进苗粗壮、整齐,根系发达,早熟3-7天。
五、功能性微生物肥料新品种的研发与拓展
1、具有降解农药残留、修复土壤功能的微生物肥料
1-1 特点及作用机理
进入土壤的农药、化肥以及其他工业污染物,其大部分都是特定微生物所能利用的能源,这些微生物在土壤中产生的矿化作用,代谢作用能快速降解这些有机污染物。因此,采用先进的微生物技术,筛选新型降解药残微生物菌种(其中降解药残的微生物菌株可利用农药、化肥在土壤中的残留物作为碳源、氮源,以及磷、硫等矿物源完成自身的代谢过程,使农药、化肥在土壤中的残留量和毒性显著降低。)制成的功能性微生物制剂可有效降解因施用化学农药、化学肥料造成的土壤毒害残留。
1-2 施用功效
降解土壤农药毒残:具有充分降解有机磷类、氨基甲酸酯类、菊酯类、三嗪类、酰胺类、苯氧羧酸类及有机杂环类等多类化学农药在土壤中的毒害残留,使受药害作物黄苗复绿、弱苗复壮,尽快恢复正常生长。
降解土壤化肥毒残:可充分降解因化肥过量或不当施用而在土壤中形成的硝酸盐、亚硝酸盐、硫氰酸盐、磺胺酸、三氯乙醛、多环芳烃及重金属铅、铬、汞、砷、镉等物质的毒害残留。缓解土壤板结、硬化;使土壤软化疏松,团粒结构大量生成,提高土壤水肥汽热保储能力,使土壤腐殖质大量生成,土壤肥力明显提高。
2、用于改善盐碱土壤的微生物肥料
2-1 产品作用机理
含有特定微生物的制剂施用于土壤后可产生大量有机酸性物质、有机活性物质、腐植酸类物质,从而调控土壤盐碱,促进团粒结构形成,加速盐分淋洗,提高土壤缓冲能力,刺激作物根端组织分裂、扩大、伸长,提高作物细胞膜的透性及光合速率,激活土壤中被固结的难溶性矿物质营养,增强土壤有益酶的活性和土壤中水、肥、气、热保持能力及通透性,增加土壤中有益微生物菌群数量和抑菌、抗病活性物质含量。
2-2 施用功效
降解盐碱药害,松暄耕层土壤。促进土壤团聚体大量生成,减轻土壤盐碱及板结,提高土壤肥力,降解土壤中及作物体内的药害、肥害及多种毒害残留
3、具有活化中量元素及微量元素营养功能的微生物肥料
中量元素和微量元素是农作物生长发育所必需的营养物质,利用先进的微生物技术,筛选出能够溶解活化土壤中不能被作物吸收利用的钙、镁、硫、锌、硼、锰、钼、铁、铜等矿物质元素,使其转化为可溶态营养,向作物提供更多、更廉价、更全面的矿物质营养。
4、多菌株混合发酵的复合型微生物肥料
利用两种或两种以上目标微生物的相互共生关系,在互不拮抗、互利共栖的共生现象的基础上,通过多菌株混合发酵制成的多功能微生物肥料。由于产品中微生物种类较多,可以产生多种酶、维生素、有机酸、抗生素、植物生长活性物质;从而同时实现固氮、溶磷、解钾、促长、抑病、修复土壤、降解有机污染等功效。