磷細(xì)菌肥料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀概述

磷細(xì)菌肥料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀概述摘要：磷細(xì)菌肥料是從提高磷素在土壤中的有效性、活化固定態(tài)磷資源、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面著手研制的一種新型的生物肥料。簡(jiǎn)要綜述了國(guó)內(nèi)外有關(guān)磷細(xì)茵肥料中磷細(xì)茵在土壤中的種類分布、解磷機(jī)制、茵株的分離篩選、解磷能力的測(cè)定方法及磷細(xì)茵肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用和意義等方面的研究，并指出了日前仍待解決的問(wèn)題磷關(guān)鍵詞：磷解磷細(xì)菌研究應(yīng)用研究和應(yīng)用細(xì)菌肥料磷素農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀生物肥料Abstract:Abriefreviewisgivenofthestud),ofspeciesdistributioninsoilofphosphorusbacteriainphosphorusbacterialfertilizers ，themechanismofphosphorusdecomposition，theseparationandscreeningofstrains，themethodsforthedeterminationofphosphorusdecompositioncapacityandtheuseandsignificanceofthesefertilizersinagriculturalproduction，Theproblemstobesolvedyetarepointedout ．Keywords:phosphorusphosphorus-decomposingbateriastudyuse磷細(xì)菌肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用及意義隨著城市化建設(shè)的大規(guī)模興起，農(nóng)用耕地面積呈逐年下降趨勢(shì)，為解決我國(guó)十幾億人口的糧食問(wèn)題，就必須提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量。而只有向土壤投人充足的肥料才能使土壤充分地供給作物所需養(yǎng)分，才能獲得高產(chǎn)。但不合理的大量施用化肥不僅造成不同程度的環(huán)境污染，如大氣污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化等，而且也造成了磷素資源的大量浪費(fèi)，嚴(yán)重影響了磷肥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此合理有效施用磷肥、提高磷肥的利用率并開(kāi)發(fā)新型環(huán)保肥料已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的熱點(diǎn)，其中發(fā)展生物肥料是可減少大量施用化學(xué)肥料、提高化學(xué)肥料利用率的方法之一。磷是植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，它既是植物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的組分，同時(shí)又以多種方式參與植物體內(nèi)各種代謝過(guò)程，在人類賴以生存的土壤一植物一動(dòng)物生態(tài)系統(tǒng)中起著不可替代的作用。但磷是不可再生資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界磷礦資源最多只能維持400年[1]，并且目前磷肥利用率低，一般低于20％[2J，土壤累積嚴(yán)重，造成大量磷素資源的浪費(fèi)，嚴(yán)重影響了磷肥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，農(nóng)業(yè)科學(xué)家通過(guò)從土壤中分離能夠?qū)⒅参镫y以吸收利用的磷轉(zhuǎn)化為可吸收利用形態(tài)的微生物，并稱其為解磷細(xì)菌或磷細(xì)菌。磷細(xì)菌最直接的作用就是使土壤中難溶性或不溶性的磷素轉(zhuǎn)化成土壤溶液中的磷素，因此利用解磷細(xì)菌制成的菌肥具有重大開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值。前蘇聯(lián)和東歐一些國(guó)家在2O世紀(jì)5O年代推廣菌肥時(shí)發(fā)現(xiàn)，解磷細(xì)菌不僅可改善植物磷素營(yíng)養(yǎng)，也能夠加強(qiáng)土壤中硝化細(xì)菌和其它有益微生物的活動(dòng)，顯著改善植物根部營(yíng)養(yǎng)。我國(guó)對(duì)解磷細(xì)菌的研究起步于2O世紀(jì)5O年代，在2O世紀(jì)9O年代有研究人員把從小麥根際土壤中分離出的一種有較強(qiáng)溶解磷酸三鈣能力的無(wú)孢子桿菌接種到玉米及谷子中進(jìn)行砂培試驗(yàn)，結(jié)果表明玉米干物重增加了32%?45%，谷子干物重增加了5l％[4]；還有將溶磷酸鐵細(xì)菌接種于空心菜及葉萵苣的盆栽土壤中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不僅可以增加產(chǎn)量，而且具有減少施用半量磷肥的功效[5]。因此，可以將磷細(xì)菌研制開(kāi)發(fā)為磷細(xì)菌肥料，它不僅可以提高施人土壤中磷肥的有效性，同時(shí)可活化土壤固定態(tài)磷。存在于土壤中的磷細(xì)菌的種類及分布土壤中具有解磷能力的微生物種類很多，而且很復(fù)雜。目前研究報(bào)道較多的主要是解磷細(xì)菌，其種類有假單胞菌屬(Pseudomonas)、土壤桿菌屬(Agrobacterium)、歐文氏菌屬(En~'inia)、沙雷氏菌屬(Serratia)、黃桿菌屬(Flaxrobacterium)、腸細(xì)菌屬(Enterbacter)、微球菌屬(Micrococcus)、固氮菌屬(Azotobacter)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、沙門氏菌屬(Salmonella)、埃希氏菌屬(Escherich—ia)、色桿菌屬(Chromobacterium)、產(chǎn)堿菌屬(Al—caligenes)、節(jié)細(xì)菌屬(Arthrobacter)、氧化硫硫桿菌(Thiobacillusthiooxidans)和多硫桿菌屬(Thio—bacillus)等[6]。并且在不同的土壤、不同的作物根際中解磷細(xì)菌的種類與分布都存在一些差異，如在耕地土壤中主要的有機(jī)膦降解細(xì)菌是芽孢桿菌屬，而林地、菜地土壤中主要是假單胞菌屬[7]；豆科植物根際的解磷細(xì)菌主要是芽孢桿菌屬[8]，而小麥根際解磷細(xì)菌主要為芽孢桿菌屬和埃希氏桿菌屬[9].另外，曾有研究發(fā)現(xiàn)土壤中的大部分解磷細(xì)菌存在于植物根際，而非根際土壤中的解磷細(xì)菌的種類與數(shù)量相對(duì)較少，且有機(jī)膦細(xì)菌相對(duì)比無(wú)機(jī)磷細(xì)菌要多[10]。磷細(xì)菌肥料的解磷機(jī)制關(guān)于磷細(xì)菌肥料的解磷機(jī)制通常認(rèn)為是磷細(xì)菌可分泌有機(jī)酸，使環(huán)境pH值降低或與鐵、鋁、鈣、鎂等離子相結(jié)合，從而使難溶性磷酸鹽溶解。但環(huán)境pH值降低并不是磷細(xì)菌解磷的必要條件，兩者之間的相關(guān)性比較微弱[11][12]。目前關(guān)于磷細(xì)菌解磷機(jī)制的研究有如下幾個(gè)方面。1.有機(jī)膦酸鹽的分解作用有機(jī)膦細(xì)菌在代謝過(guò)程中產(chǎn)生各種酶類，如核酸酶、植酸酶、膦酸酶，通過(guò)這些酶的作用可使有機(jī)膦化合物分解成植物可以吸收利用的可溶性磷。有機(jī)瞵酸鹽還能被細(xì)菌產(chǎn)生的有機(jī)酸溶解，經(jīng)水解作用可釋放出游離磷酸鹽。.無(wú)機(jī)磷酸鹽的溶解作用磷細(xì)菌在代謝過(guò)程中分泌有機(jī)酸，如乳酸、羥基乙酸、檸檬酸和草酸等，使pH值降低，同時(shí)結(jié)合鐵、鋁、鈣、鎂等離子，從而使難溶性磷酸鹽溶解。細(xì)菌的呼吸作用放出的二氧化碳可以使周圍環(huán)境 pH值降低，從而使磷酸鹽溶解。磷細(xì)菌能釋放出硫化氫，可與磷酸作用，產(chǎn)生磷酸亞鐵和可溶性磷酸鹽[13]。微生物腐解植物殘?bào)w而產(chǎn)生胡敏酸和富里酸，這 2種酸能與復(fù)合磷酸鹽中的鈣、鐵、鋁螫合，從而釋放出可溶性磷素，它們還可以與鐵、鋁及磷酸鹽形成穩(wěn)定的可溶性復(fù)合物，這些復(fù)合物可以被植物吸收利用[14]。磷細(xì)菌對(duì)鈣離子的吸收也能使磷酸根離子進(jìn)人土壤溶液，從而被植物吸收利用。3.無(wú)機(jī)磷酸鹽的氧化作用和還原作用某些異養(yǎng)型磷細(xì)菌由于生存環(huán)境氧化狀況的改變，能使不溶性無(wú)機(jī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化為可溶性的亞磷酸鹽和次磷酸鹽。如丁酸梭狀芽孢桿菌(Clos—tridiumbutyricum)在極其潮濕呈厭氧狀態(tài)的土壤環(huán)境中，可以將磷酸鹽轉(zhuǎn)化為亞磷酸鹽和次磷酸士卜[15】。細(xì)菌細(xì)胞的固定與釋放作用可溶性磷酸鹽進(jìn)人生長(zhǎng)著的細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，然后被固定，當(dāng)細(xì)胞死亡后，又重新釋放并被植物吸收利用。一般細(xì)菌和放線菌積累的磷素(占其總干重的1.5%?2.5%)略高于真菌(0.5%?1.O%)。4磷細(xì)菌肥料菌株的分離篩選及解磷能力的測(cè)定方法磷細(xì)菌肥料菌株一般是從土壤中提取，采用稀釋平板培養(yǎng)法進(jìn)行劃線分離篩選，培養(yǎng)基為牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基(液培時(shí)不加瓊脂)【16】引，然后適當(dāng)加含有磷素的物質(zhì)，如一般有機(jī)膦細(xì)菌的培養(yǎng)基加蛋黃或卵磷脂，而無(wú)機(jī)磷細(xì)菌的培養(yǎng)基加過(guò)磷酸鈣。初培養(yǎng)后根據(jù)菌落的大小、形狀、顏色及生長(zhǎng)速度等特性挑選出優(yōu)勢(shì)菌株，將其接種在特定的有機(jī)或無(wú)機(jī)磷細(xì)菌培養(yǎng)基上進(jìn)行再培養(yǎng)，培養(yǎng)后測(cè)量周圍較透明的溶磷圈的直徑{17}，溶磷圈直徑大表明此種菌的解磷能力強(qiáng)，這是一種較簡(jiǎn)單且方便的測(cè)定解磷能力的方法。另一種比較準(zhǔn)確的測(cè)定解磷能力的方法是將解磷細(xì)菌接種至含有磷養(yǎng)分的培養(yǎng)液中，以未接種過(guò)解磷菌的培養(yǎng)液作對(duì)照，同時(shí)進(jìn)行培養(yǎng)，一段時(shí)間后，用鉬藍(lán)比色法間接測(cè)出培養(yǎng)液中可溶性磷素的含量，從而反映磷細(xì)菌的解磷能力【18】。第三種方法是同位素示蹤法【19】。目前磷細(xì)菌肥料研究應(yīng)用中仍存在的問(wèn)題目前雖然關(guān)于磷細(xì)菌肥料研制及應(yīng)用的研究已有很多，但仍存在著多方面的問(wèn)題，主要有：(1)磷細(xì)菌的種類繁多，分解機(jī)制不盡相同而且較為復(fù)雜，因此對(duì)于不同的土壤和植物類型，與其相適應(yīng)的磷細(xì)菌種類難以確定。(2)磷細(xì)菌肥料施人土壤后的變化情況及消長(zhǎng)過(guò)程、溶磷作用的最佳條件等方面還不太清楚。(3)對(duì)于磷細(xì)菌肥料解磷特性的生理學(xué)和遺傳學(xué)研究還較少，尤其是在指示和調(diào)節(jié)方面。(4)大量的研究發(fā)現(xiàn)，單用菌肥效果不很明顯，所以磷細(xì)菌肥料和磷肥配合合理施用可能會(huì)有更好的效果。微生物肥料的功效已得到人們的認(rèn)可，但其效果的穩(wěn)定性和科學(xué)的評(píng)價(jià)問(wèn)題未根本解決，制約了我國(guó)微生物肥料的進(jìn)一步推廣和普及。造成這種情況的原因是由于微生物肥料的作用受許多條件的制約，對(duì)一些制約因素不清楚或根本不了解，因而無(wú)法發(fā)揮其穩(wěn)定的功效。因此，需要國(guó)家的立項(xiàng)支持，開(kāi)展微生物和作物及品種之間的關(guān)系、菌在載體上的存活，微生物進(jìn)入土壤后的存活、在根際的定殖、微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)、以及其應(yīng)用方法等研究，為微生物肥料的研究和應(yīng)用提供技術(shù)支撐，從而推進(jìn)我國(guó)的微生物肥料的健康發(fā)展和廣泛應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1HignettTPeta1．In：SwaminathanMSandSinha．SK(Ed)GlobalAspectsofFoodProductionGroatBlltain ．LongmanPress，1977，327—3682唐勇，陸玲，楊啟銀，虞光華．解磷微生物及其應(yīng)用的研究進(jìn)展．天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，7(2)鐘傳青，黃為一．提高磷礦粉肥效的生物學(xué)途徑．化肥工業(yè)， 2002，29(2)：15—17陳廷偉．微牛物對(duì)不溶性無(wú)機(jī)磷化合物的分解能力及其接種效果．微生物，1995,2(5):210?215趙小蓉，林啟美，孫焱鑫等．小麥根際與非根際解磷細(xì)菌的分布．華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2001,16(1):111?115趙小蓉,林啟美．微生物解磷的研究進(jìn)展．土壤肥料,2001,(3)林啟美,趙小蓉等．四種不同生態(tài)環(huán)境中解磷細(xì)菌的數(shù)量及種群分布．土壤與環(huán)境，2000,9(1):34?37PaulNB，SundaraRao．WVB．Phosphate-dissolvingbacteriaintherhizosphereofsomecultivatedlegumes．PlantandSoil，1971，35:127—132、WVB，SundaraI~oandandMKSinha．Phosphatedissolvingmi．croorgamismsintherhizosphereandsoil．IndiaJAcSoi，1963，33(4):272?278SperberJ1．Theincidenceofapatitesolubilizingorganismsintherhizosphereandsoil ．AustJAgricRes，1958，(9):778?78111RMNKucey．EfectofPenicilliumbilajionthesolubilityanduptakeofPandmicronutrientsfromsoilbywheat．CanJSoilSol，1988，68:261?270PlllmerandFSehinner ．Solubilizationofinorganicphosphatesbymicroorganismsisolatedfromforestsoils．SoilBiolBiochem，1992，24(4):389?395SperberJ1.Solutionofmineralphosphatesbysoilbacteria.Na-ture,1957，180:994—995梁紹芬，姜瑞波．解磷微生物肥料的作用和應(yīng)用(第五