微生物及微生物肥料

微生物及微生物肥料第1頁/共56頁微生物的基礎(chǔ)知識為什么發(fā)展微生物肥料？微生物肥料作用機理與效果微生物肥料合理使用提綱第2頁/共56頁一、微生物的基礎(chǔ)知識第3頁/共56頁1、微生物的定義

微生物（microorganism,microbe）:存在于自然界中的一群體型細小、結(jié)構(gòu)簡單、肉眼看不見，必須借助于特殊儀器放大后才能觀察到的微小生物。葡萄球菌

酵母菌（芽痕）棒狀桿菌大腸桿菌弧狀菌鏈球菌第4頁/共56頁2、微生物的分類

按其結(jié)構(gòu)、化學組成及生活習性可分為:

★原核類:僅有原始核質(zhì)，無核仁或核膜，細胞器很不完善。如細菌、放線菌、支原體、立克次氏體、衣原體等。

★真核類:細胞核的分化程度較高，有核膜、核仁和染色體，細胞器完整。如真菌（酵母菌和霉菌）、原生動物、顯微藻類?！锓羌毎?體積微小，能通過除菌過濾器。如病毒和亞病毒等。按其致病性可分為:

★病原性微生物★非病原性微生物第5頁/共56頁3、微生物的特點個體小，面積大：小于0.1mm。肉眼不可見。吸收多，轉(zhuǎn)化快：發(fā)酵乳糖的細菌在1小時內(nèi)可分解其自重1000～10000倍的乳糖；產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力比食用公牛強10萬倍生長旺，繁殖快：微生物有驚人的繁殖速度，大多數(shù)微生物幾十分鐘內(nèi)就可以繁殖一代適應(yīng)性強，易變異（耐藥性產(chǎn)生的原因）分布廣，種類多（10萬多種）

：自然界中到處都有，如水、空氣、土壤等,

土壤中的數(shù)量最多。第6頁/共56頁4、微生物的分布土壤：是微生物生活的最適環(huán)境水：僅次于土壤的微生物分布、定居的第二場所空氣：空氣中的微生物主要來源于帶有微生物菌體及孢子的灰塵，這類微生物大多數(shù)是腐生性的，還來源于人和動物，它們大多數(shù)是通過呼吸道排出的，其中也包含有病原微生物，懸浮在大氣中。

第7頁/共56頁5、微生物的作用及危害

1.微生物的作用絕大多數(shù)微生物對人和動物是有益的，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、釀造、化工、制革、石油等行業(yè)，發(fā)揮了越來越重要的作用。例如與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的如酸奶、酒類、抗生素、疫苗等。2.微生物的危害微生物中也有一部分能引起人及動、植物發(fā)生病害，這些具有致病性的微生物，稱為病原微生物。如人類的許多傳染病（感冒、傷寒、痢疾、結(jié)核、脊髄灰質(zhì)炎、病毒性肝炎等），均是由病原微生物引起的。從藥品生產(chǎn)的衛(wèi)生學而言，微生物對藥品的原料、生產(chǎn)環(huán)境和成品的污染是造成生產(chǎn)失敗、成品不合格的重要因素。

第8頁/共56頁二、為什么發(fā)展微生物肥料？第9頁/共56頁

長期、過量施用化肥的危害

危害之一：削弱莊稼生產(chǎn)能力

造成了土壤板結(jié)，土壤有機質(zhì)含量降低，肥力下降，土壤中有益微生物的生存空間變小，數(shù)量減少。農(nóng)作物的抗病、抗寒、抗旱、抗倒伏能力減弱，病蟲害的發(fā)生越來越嚴重，導(dǎo)致農(nóng)作物品質(zhì)下降，產(chǎn)量降低。第10頁/共56頁危害之二：加劇環(huán)境污染。過多施用的肥料如果超過土壤的保持能力時，就會流入周圍的水中，形成農(nóng)業(yè)面源污染、造成水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致藻類滋生，繼而破壞水環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，中國每年因不合理施肥造成1000多萬噸的氮素流失到農(nóng)田之外，直接經(jīng)濟損失約300億元。過量的肥料還會滲入20米以內(nèi)的淺層地下水中，使得地下水硝酸鹽含量增加。第11頁/共56頁危害之三：浪費大量緊缺資源。如果能夠把浪費掉的化肥節(jié)省下來，就會緩解我國的能源緊缺狀況。僅在2004年，我國化肥生產(chǎn)消耗了大約1億噸標準煤，超過國家能源消耗比重的5％。此外，我國化肥生產(chǎn)每年消耗的高品位磷礦石超過了1億噸，而磷礦石已經(jīng)列入國土資源部2010年后緊缺資源之列；化肥生產(chǎn)還消耗了我國72％的硫資源。第12頁/共56頁

因此在這種情況下，20世紀70年代，國際上成立了“有機農(nóng)業(yè)聯(lián)盟”，在世界范圍內(nèi)呼吁不用或者盡量少用化肥，并積極研究化肥的代替品。大家都知道，幾十年前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要施用農(nóng)家肥，最近幾十年主要應(yīng)用化肥，而今后微生物肥料的使用量將越來越大，這是生產(chǎn)綠色食品和發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的必然趨勢。第13頁/共56頁

我國的微生物肥料產(chǎn)業(yè)近幾年發(fā)展迅速，并已成為我國農(nóng)業(yè)生物產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。目前登記的微生物肥料產(chǎn)品數(shù)量達1200個（截止2010年

10月），應(yīng)用面積在一億畝以上。微生物肥料年產(chǎn)量800萬噸，在國家生態(tài)示范區(qū)、綠色和有機農(nóng)產(chǎn)品基地中已成為肥料主力軍，其用量超過450萬噸，約占我國微生物肥料年產(chǎn)量的50%，且這一數(shù)字還呈不斷上升趨勢。第14頁/共56頁國家支持微生物肥料行業(yè)發(fā)展

出臺《促進生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策》（國辦發(fā)〔2009〕45號）實施《綠色農(nóng)用生物產(chǎn)品高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項》（發(fā)改辦高技[2009]536號；國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項目（發(fā)改委）；國家土壤有機質(zhì)提升試點補貼項目（農(nóng)業(yè)部）：秸稈還田中，政府采購腐熟菌劑，提供農(nóng)民使用；中小企業(yè)創(chuàng)新基金：

七大新型戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一第15頁/共56頁三、微生物肥料的作用機理與效果第16頁/共56頁微生物種類繁多，在長期的生物進化和環(huán)境適應(yīng)中，不同種類的微生物具備了相應(yīng)的作用機理，表現(xiàn)出多樣化的功能與效果;選擇和應(yīng)用這些功能微生物，是微生物肥料(農(nóng)用微生物產(chǎn)品)新品種研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。第17頁/共56頁1、微生物肥料定義中國科學院院士，我國土壤微生物學的奠基人、華中農(nóng)業(yè)大學陳華癸教授就微生物肥料的含義問題指出，所謂微生物肥料，“是指一類含有活微生物的特定制品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠獲得特定的肥料效應(yīng)，在這種效應(yīng)的產(chǎn)生中，制品中活微生物起關(guān)鍵作用，符合上述定義的制品均應(yīng)歸入微生物肥料”。目前“國家標準（GB20287-2006）”的定義：微生物肥料(microbialfertilizer/biofertilizer)---含有特定微生物活體的制品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通過其中所含微生物的生命活動，增加植物養(yǎng)分的供應(yīng)量或促進植物生長，提高產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

第18頁/共56頁2、微生物肥料的種類微生物菌劑：一種或一種以上的微生物經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)增殖后直接使用，或經(jīng)濃縮或經(jīng)載體吸附而制成的活菌制品（NY/T1113-2006）。生物有機肥：是指特定功能微生物與主要以動植物殘體（如禽畜糞便、農(nóng)作物秸稈等）為來源并經(jīng)無害化處理、腐熟的有機物料復(fù)合而成的一類兼具微生物肥料和有機肥效應(yīng)的肥料。復(fù)合微生物肥料：是指特定微生物與營養(yǎng)物質(zhì)復(fù)合而成，能提供、保持或改善植物營養(yǎng)，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量或改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的活體微生物制品（NY/T798-2004）。第19頁/共56頁3、微生物肥料六大功能機理NY/T1847-2010《微生物肥料生產(chǎn)菌株質(zhì)量評價通用技術(shù)要求》中總結(jié)的6個方面：提供或活化養(yǎng)分功能；產(chǎn)生促進作物生長活性物質(zhì)能力；促進有機物料腐熟功能；改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)功能；增強作物抗逆性功能；改良和修復(fù)土壤功能。

第20頁/共56頁提供或活化養(yǎng)分功能：生物固氮

微生物固氮肥料是微生物肥料中施用歷史最久、應(yīng)用范圍最廣的一類。根瘤菌及其制劑產(chǎn)品：如花生根瘤菌[Bradyrhizobiumsp.(Arachishypogae)];大豆根瘤菌(B.japonicum或B.elkanii或Sinorhizobiumfredii);自生固氮菌/聯(lián)合固氮菌及其制劑：圓褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)、拜氏固氮菌(Azotobacterbeijerimckii);

巴西固氮螺菌(Azospirilliumbrasilense)、糞產(chǎn)堿菌(Alcaligefaecalis)第21頁/共56頁圖A

大豆根瘤圖B

大豆根瘤菌根瘤菌能與其它生物共生來固定空氣中的氮素，并產(chǎn)生很多激素類物質(zhì)來刺激作物生長。圖B花生根瘤菌圖A花生根瘤第22頁/共56頁圓褐固氮菌（帶夾膜）圓褐固氮菌具有較強的固氮能力，也能分泌某些維生素及吲哚乙酸等刺激作物根系生長，進而促進植株的生長和果實的發(fā)育，因此，將圓褐固氮菌制成菌劑，施用到土壤中，可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。它不形成根瘤菌，而是利用土壤中的有機質(zhì)或根系分泌的有機質(zhì)作碳源固定空氣中的氮素，也能直接利用銨鹽和硝酸鹽等無機氮化物，有氮化合物時它不固定分子態(tài)氮。第23頁/共56頁我國磷礦資源缺乏，尤其是高品位的磷礦；土壤中積累了大量的難溶性磷，研究開發(fā)溶磷菌劑十分必要。微生物解磷或溶磷機理是：通過產(chǎn)生有機酸（如乳酸、檸檬酸）和一些酶類（如植酸酶），使土壤中的難溶性磷素如磷酸鐵、磷酸鋁以及有機磷酸鹽礦化形成作物能夠吸收利用的可溶性磷。將分解利用不同磷素來源如分解卵磷脂類的細菌稱為有機磷細菌，分解磷酸三鈣的細菌稱為無機磷細菌。提供或活化養(yǎng)分功能：溶磷第24頁/共56頁目前主要研究和應(yīng)用的菌種有以下一些種：

細菌：巨大芽胞桿菌(Bacillusmegatherium)；氧化硫硫桿菌(Thiobacillusthiooxidans)；假單胞菌屬的一些種(Pseudomonasspp.)；芽胞桿菌屬或類芽胞桿菌屬的一些種(Bacillusspp.或Paenibacillusspp.)；

許多真菌：(例如青霉菌、黑曲霉，菌根等)具有非常強的溶磷能力。提供或活化養(yǎng)分功能：溶磷第25頁/共56頁巨大芽孢桿菌在肉湯培養(yǎng)基上的菌落巨大芽孢桿菌菌體巨大芽孢桿菌能利用多種碳源，營養(yǎng)要求低，生長快，巨大芽孢桿菌在28～37℃都能很好地生長。在營養(yǎng)瓊脂上，生長堆積，有光澤或中度暗淡；隨菌齡的增長，有時微起褶皺，常呈黃色色調(diào)；長時間培養(yǎng)后，生長和培養(yǎng)基變?yōu)楹稚虻谏ㄒ娋湔掌?。?6頁/共56頁

一些微生物能分解長石和云母產(chǎn)生有效鉀，這類微生物稱為鉀細菌或硅酸鹽細菌。它能將長石、磷礦石、云母等難溶性礦物中的磷鉀有效化，分泌能夠刺激作物生長的激素。施用硅酸鹽細菌肥料不僅可改善作物的營養(yǎng)條件，還可提高作物對養(yǎng)分的利用能力，可減輕多種作物病害。提供或活化養(yǎng)分功能：解鉀第27頁/共56頁鉀細菌Bacillusmucilaginosus

鉀細菌作用機理：首先，細菌-礦物復(fù)合體的形成，硅酸鹽細菌在培養(yǎng)基中增殖，產(chǎn)生大量多糖物質(zhì)，通過其粘結(jié)作用，使礦物顆粒與細胞物質(zhì)糾結(jié)在一起，進而形成細菌-礦物復(fù)合體；這種復(fù)合體的形成促進細菌細胞與礦物顆粒進一步接觸，甚至可以在小分子如培養(yǎng)基水分子的幫助下，使礦物晶格層間域增大，從而有助于鉀離子的釋放。第28頁/共56頁難溶性鈣、鎂或硫元素的活化，提供給作物利用微生物種類：產(chǎn)生鐵載體：Thiobacillusthiooxidans

（氧化硫硫桿菌）

Rhizopusarrhizus(根霉)提供或活化養(yǎng)分功能：溶解中量元素能力第29頁/共56頁微生物肥料提高化肥利用率，減少化肥的使用量微生物肥料與化肥配合使用，可提高化肥的利用率，減少化肥的流失，從而降低化肥的施用量（10%--30%）。巴西、阿根廷種植大豆不施化學氮肥，美國僅施5Kg/公頃氮肥。我國則施用150Kg/公頃

氮肥，產(chǎn)量比國外低30％以上。有經(jīng)濟上的意義，而且有生態(tài)學方面的價值，對環(huán)境也有益處。第30頁/共56頁產(chǎn)生促進作物生長活性物質(zhì)能力種類多：菌種主要有醋桿菌(Acetobacterdiazotrophicus)、氣單胞菌(Aeromonascaviae)、檸檬節(jié)桿菌(Arthrobactercitreus)、巴西固氮螺菌(Azospirllumbrasilense)、自生固氮菌(Azotobacterspp.)、巨大芽胞桿菌(Bacillusmegaterium)、多粘類芽胞桿菌(Paenibacilluspolymyxa)、枯草芽胞桿菌(B.subtilis)、陰溝腸桿菌(Enterobactercloaced)、熒光假單胞菌(P.fluorescens)，等。應(yīng)用范圍廣：在農(nóng)業(yè)上有良好的應(yīng)用前景，尤其是這類微生物可以單獨使用，更可以與其它微生物種類復(fù)合使用，使促生作用、肥效作用更好地結(jié)合起來，以提高和加強應(yīng)用效果。這種復(fù)合劑型的研制是一個發(fā)展方向。第31頁/共56頁枯草芽孢桿菌菌落表面粗糙不透明，乳白色或微黃色?？莶菅挎邨U菌以孢子形式存在，有耐高溫、耐酸堿、耐擠壓和耐溫度變化等特點，能夠滿足各種加工的要求；

枯草芽孢桿菌能夠產(chǎn)生促進作物生長的活性物質(zhì)，促進有機物料腐熟。第32頁/共56頁促進有機物料腐熟功能

腐熟菌劑產(chǎn)品使用的菌種：40個種

細菌（13）：枯草芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、黃褐假單胞菌、嗜熱脂肪地芽孢桿菌、多食鞘氨醇桿菌、戊糖片球菌、解淀粉芽孢桿菌、植物乳桿菌、乳酸乳桿菌、施氏假單胞菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、短小芽孢桿菌；

放線菌（12）：白色鏈霉菌、天青鏈霉菌、白淺灰鏈霉菌、熱紫鏈霉菌、唐德鏈霉菌、細黃鏈霉菌、嗜熱灰色鏈霉菌、灰肉紅鏈霉菌、除蟲鏈霉菌、涇陽鏈霉菌、微白黃鏈霉菌、灰螺鏈霉菌;

霉菌（10）：里氏木霉、綠色木霉、黑曲霉、米曲霉、溫特曲霉、帚狀曲霉、雜色曲霉、嗜熱性側(cè)孢霉、米根霉、卷枝毛霉;酵母菌（5）：粉狀畢赤酵母、釀酒酵母、熱帶假絲酵母、扣囊擬內(nèi)孢霉、乳酸可魯維酵母。第33頁/共56頁地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)是芽孢桿菌中較具應(yīng)用潛力的菌種之一，可產(chǎn)生多種抗性物質(zhì)，促進有機物料腐熟。能分泌一定量的胞外酶物質(zhì)。PH為4.0~6.0條件下生長穩(wěn)定。產(chǎn)品熱貯穩(wěn)定性較好，在54±2℃溫度下，可貯存14天，常溫貯存穩(wěn)定期至少2年。第34頁/共56頁促進有機物料發(fā)酵腐熟

(除臭、縮短發(fā)酵時間)第35頁/共56頁改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)功能微生物肥料可增加農(nóng)產(chǎn)品有效營養(yǎng)成分，如面粉中的面筋含量、不同大豆中的油脂含量、蛋白質(zhì)含量，蔬菜瓜果中的維生素、糖的含量。有關(guān)試驗表明，微生物肥料不僅能使糧食作物增產(chǎn)10%左右，果菜類增產(chǎn)15%左右，而且還可使產(chǎn)品外觀有較大改善。

第36頁/共56頁注：左側(cè)--為微生物肥料菌劑產(chǎn)品與常規(guī)施肥（羊糞）配合施用；右側(cè)--為當?shù)爻Ｒ?guī)施肥（羊糞）示范試驗地點：山西省平遙長山藥（收獲期）施用微生物菌劑常規(guī)施肥第37頁/共56頁增強作物抗逆性功能減輕作物病蟲害發(fā)生（病情指數(shù)）提高作物抗倒伏、抗旱、抗寒克服作物連作障礙等方面的能力

第38頁/共56頁甜瓜球腔菌引起的

甜瓜枯霉病通過對甜瓜球腔菌引起的枯霉病的抑制作用篩選有效菌株第39頁/共56頁對照加功能微生物和有機載體僅加功能微生物第40頁/共56頁

提高植物耐干旱等抗性能力+微生物肥料-微生物肥料第41頁/共56頁增強植物對重金屬污染的抗性第42頁/共56頁改良和修復(fù)土壤功能農(nóng)藥等污染物的生物修復(fù)作用：新的熱點

微生物由于數(shù)量大、種類多，變異快，降解有機物的潛力相當大，而且干凈徹底、無二次污染，幾乎所有能造成環(huán)境污染的有機物都能被微生物所分解、利用，這為我們消除農(nóng)藥殘留環(huán)境污染提供了一條嶄新的途徑—農(nóng)藥面源污染的微生物修復(fù)（微生物降解的全面性）。生物修復(fù)在美國已經(jīng)形成了一門新興的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，有幾十家生物修復(fù)公司，專門提供污染環(huán)境（土壤和水體的石油、化工污染）生物修復(fù)的技術(shù)方案和產(chǎn)品，在美國生物修復(fù)市場的營業(yè)額已經(jīng)達到了百億美元（新興的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)）。農(nóng)藥污染是中國等發(fā)展中國家所面臨的迫切需要解決的問題，國內(nèi)在農(nóng)藥殘留的微生物降解方面進行了很多的研究，逐步在加大應(yīng)用（現(xiàn)實迫切需要）。第43頁/共56頁美國WIKAssociateInc.開發(fā)的Bugs+plus系列用于環(huán)境修復(fù)的生物制劑產(chǎn)品

第44頁/共56頁甲基對硫磷降解菌DLL-1（Pseudomonasputida）農(nóng)藥殘留降解微生物的分離篩選第45頁/共56頁CK（Noatrazine）AtrazineBATH1BATH1阿特拉津降解菌盆缽試驗第46頁/共56頁四、微生物肥料合理使用第47頁/共56頁微生物肥料合理使用

頒布的NY/T1535-2007《肥料合理使用準則微生物肥料》中，對微生物肥料的合理使用作了原則性、技術(shù)性要求；發(fā)揮微生物肥料功能必須注意以下5個方面：1、微生物肥料的核心是制品中特定的有效的活微生物，必須保證有一定數(shù)量的有效活菌。此外，還應(yīng)有不同微生物特有的活性指標，目前有關(guān)活性指標尚在試驗、探索之中，用什么樣的指標，多大的數(shù)字量化需要研究、試驗、驗證。我國現(xiàn)行的由農(nóng)業(yè)部頒布的微生物肥料標準對各種微生物肥料產(chǎn)品均規(guī)定了相應(yīng)的最低的活菌含量。

第48頁/共56頁微生物肥料合理使用2、

要從生產(chǎn)到使用都要給產(chǎn)品中的有效微生物一個生存的合適環(huán)境：水分含量、pH、溫度、載體中殘?zhí)呛?、包裝材料等等，尤其是產(chǎn)品中雜菌含量應(yīng)注意嚴格控制。產(chǎn)品中水分含量過高易滋生霉菌，過多的霉菌?？稍斐煞N子的霉爛，導(dǎo)致缺苗斷垅。溫度過高(如長時間在35℃以上)可致產(chǎn)品中有效微生物減少，雜菌增加。產(chǎn)品冰凍或反復(fù)凍融也是造成產(chǎn)品中有效微生物數(shù)量驟減的一個重要原因。

第49頁/共56頁微生物肥料合理使用3