第二章微生物肥料.ppt

1、第二章 微生物肥料,第一節(jié) 微生物肥料概述、背景及意義 背景： 肥料是作物的“糧食”與“營養(yǎng)”。 我國上世紀50年代一公頃土地施用化肥8斤多，而現(xiàn)在是868斤。因化肥大量使用，全國水域許多地區(qū)硝酸鹽超標，包括飲用水（允許50ng/L ，有些地區(qū)300mg/L）；土壤耕地1/5受重金屬、化肥等污染，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降。 利用微生物的生命活動及其代謝產(chǎn)物的作用，改善作 物養(yǎng)分，向農(nóng)作物提供營養(yǎng)、生長因子，減少化肥使用 與作物病蟲害，提高土壤肥力。,微生物肥料在國際上應(yīng)用和發(fā)展已有百年的歷 史，我國也有近50年的應(yīng)用歷史。 微生物物肥料優(yōu)點：不污染環(huán)境，成本低，還可 降解廢棄物，降低作物病蟲害。因此隨著

2、我國農(nóng)業(yè)的 發(fā)展，農(nóng)業(yè)科技提高，微生物肥料越來越被人們重 視，將在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展上占有更加重要的地位。,定義：微生物肥料又稱為細菌肥料、生物肥料， 許多國家將其稱為接種劑。 我國中科院院士（華中農(nóng) 大陳華葵）認為：是指一類含有活微生物的特定制品, 能夠獲得特定的肥料效應(yīng)，在這種效應(yīng)中，制品中活 的微生物起關(guān)鍵作用。,微生物肥料制品和種類（兩大類型） 1）通過其中所含微生物的生命活動，增加了植物元 素營養(yǎng)的供應(yīng)量，導(dǎo)致植物營養(yǎng)狀況的改善，進而產(chǎn) 量增加。代表品種是根瘤菌肥料。 2）廣義的微生物肥料。其制品中的微生物生命活動 的關(guān)鍵作用不限于提高植物的元素營養(yǎng)供應(yīng)水平，而 是包括了他們所產(chǎn)生的植物

3、生長素對植物的刺激作用， 促進植物對營養(yǎng)元素的吸收，或且是有拮抗某些病原微 生物的致病作用，減輕農(nóng)作物病害而使產(chǎn)量增加。,第二節(jié) 微生物肥料作用及種類,一、微生物肥料的功效 增進土壤肥力（主要功效之一）。如固氮作用；芽孢菌、假單胞菌使土壤中難溶性磷、鉀分解釋放處理出來等。 制造和協(xié)助農(nóng)作物吸收營養(yǎng)。如根瘤作用。 增強植物抗病和抗旱能力。植物根際促生細菌（簡稱PGPR) 減少化肥的使用量和提高作物品質(zhì)。 降解廢棄物、凈化土壤等作用。,二、種類 按微生物種類分：細菌肥料、放線菌肥料、真菌類肥料； 按作用機理分：增加土壤氮素和作物氮素營養(yǎng)的菌肥、分解土壤有機質(zhì)的菌肥、分解土壤難溶性礦物質(zhì)的菌肥、刺激

4、植物生長的菌肥、增加作物根吸收營養(yǎng)能力的菌肥； 按制品內(nèi)含微生物種類：單一微生物肥料、復(fù)合微生物肥料（菌菌）或（菌營養(yǎng)素等）。,我國目前市場出現(xiàn)的品種： 固氮菌肥料類； 根瘤菌肥料類 磷細菌肥料 硅酸鹽細菌肥料（鉀細菌肥） 光合細菌肥料 生物有機肥 復(fù)合微生物肥料類（菌菌）或（菌營養(yǎng)素等） 與PGPR類聯(lián)合使用的制劑 農(nóng)用放線菌制劑 土壤環(huán)境修復(fù)菌劑等,第三節(jié) 微生物肥料各論,一、固氮菌肥料 概念：指能夠自由生活的固氮菌或與一些禾本科植物 進行聯(lián)合固氮的細菌為菌種生產(chǎn)出來的固氮菌類肥料。 聯(lián)合固氮微生物生活在植物根內(nèi)、根表、根際，利 用一些植物（如玉米高梁）根分泌的一些糖類繁殖固氮。 （但分泌

5、體外的氮很少）。 這類固氮微生物與共生固氮的根瘤菌不同(根瘤菌與 豆科植物形成的器官根瘤)。, 菌種：20世紀60年代中期以來，有14個科200多種 細菌具有固氮，但并非有固氮酶的細菌就可以作為肥 料?，F(xiàn)作菌種生產(chǎn)氮菌類肥料的主要約十幾種： 自生固氮菌屬（貝氏固氮菌、棕色固氮菌等）、 氮單胞菌屬、 貝氏固氮菌屬、多粘芽孢菌屬、 固氮螺菌屬、腸桿菌屬等。,固氮菌類肥料生產(chǎn)和應(yīng)用: 不足之處： （1）作物與微生物松散結(jié)合，不形成共生的組織結(jié)構(gòu)，固氮受許多條件制約； （2）固氮的氮量滿足自身需要后就會關(guān)閉固氮系統(tǒng)， 固氮效率低，只有根瘤固氮的幾十分之一甚至二三百分之一； （3）固氮主要在細菌死亡后崩

6、解釋放出來給植物用。, 優(yōu)越性： 存在廣泛、特異性不強、應(yīng)用范圍大； 可以形成多種植物有利的代謝產(chǎn)物，還有植物生長物 質(zhì)；維生素和氨基酸；多糖等。 目前我國市場上主要有液體菌劑、固體菌劑和凍干菌 劑。菌劑的施用方法主要是拌種。,二、根瘤菌類肥料及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用,根瘤菌肥料應(yīng)用于農(nóng)牧業(yè)已有100多年歷史，是目前研 究最長、最深，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣也是效果比較肯 定的微生物肥料。 1. 豆科植物：提供人類需要的22的蛋白； 家禽家畜極 好的飼料；同時也是良好綠肥與前茬作物。 2. 豆科植物接種的必要性 在豆科植物種植之前將有效的根瘤菌拌入種子（或 土壤）以促進共生固氮的過程。下面情況需接種： 未種植

7、過或新引進的豆科植物；自然結(jié)瘤情況不良； 輪作或前茬種非豆科植物；肥力下降或新墾地等。,Root Nodule Bacteria（根瘤菌） and Symbiosis with legumes（豆科植物）,3. 豆科植物根瘤菌共生體系應(yīng)用的種類 基本情況：豆科植物大約有近20000種，在已調(diào)查的2400種中約有98結(jié)有根瘤（大豆、花生、豌豆、菜豆等）。 從豆科植物根瘤里分離出并研究的根瘤菌有100多種，但在生產(chǎn)上應(yīng)用的種類不足1/5，有的根瘤菌只在12種豆作物上根瘤，有的在多種豆科植物上根瘤。 菌種：根瘤菌屬、慢生根瘤菌屬、 中華根瘤菌屬等。 目前科研生產(chǎn)選育根瘤有兩種趨向，一種選擇廣譜性 的

8、根瘤菌株，另一種趨向選育新品種。,4. 豆科植物接種劑根瘤菌劑的生產(chǎn)過程 根瘤菌生產(chǎn)：目前，世界上的主要國家都采用發(fā)酵罐 通氣培養(yǎng)。不同菌種生產(chǎn)周期不同（26天），發(fā)酵菌 濃應(yīng)達到3109個/mL以上。后可用載體吸附或更大級 別發(fā)酵。 根瘤菌接種劑：最常用的是固體接種劑。常用載體是 草碳（泥碳），或秸稈粉、蔗渣以及塘泥等幾種混合的 材料。除固體制劑外，還有液體、顆粒制劑等。每種 產(chǎn)品都需檢查根瘤菌純度、菌數(shù)和菌所處的發(fā)育階段， 以保證得到最好的接種劑質(zhì)量。,5. 根瘤菌接種劑的質(zhì)量要求 純度高 ： 雜菌率1015 含一定量活菌： 國外規(guī)定菌數(shù)為（510）億個/g， 我國為2億個/g。 含水量：

9、我國標準為2535； pH：應(yīng)為中性； 有效期：20下固體通常68個月，液體1個月； 外觀和包裝要求等。 6.根瘤菌接種劑的使用技術(shù) 固體劑型：加水調(diào)成漿狀后拌種,也有改用底施法。 液體劑型：一般直接用來拌種，保存時間短。 顆粒劑型：與種子一起混播。優(yōu)點較多，但用量較大。,三、解磷微生物肥料的資源及其利用,1. 解磷微生物肥料的應(yīng)用基礎(chǔ) 磷是作物生長發(fā)育必須的三大營養(yǎng)元素之一。作物吸 收磷主要是以正磷酸鹽的形式進入體內(nèi)，并且以同一形式 直接參與體內(nèi)的物質(zhì)代謝。 土壤全磷含量一般為0.0220.019（含磷計），但土壤 全磷含量多少并不能作為土壤磷素供應(yīng)的確切水平。作 物通過施肥獲得1025%磷

10、，而大部分磷被土壤固定。 對于土壤中難溶的磷，微生物中的許多種群可將其溶 解出來，或者通過間接的作用使難溶性磷酸鹽釋放出來， 達到供應(yīng)農(nóng)作物磷素營養(yǎng)的目的。,2 微生物解磷作用主要方式: 微生物可以產(chǎn)生多種有機酸，可溶解難溶性磷酸鹽。 一些細菌可以釋放出H2S，與磷酸鐵作用，產(chǎn)生硫酸亞鐵和可溶性磷酸鹽。 微生物通過呼吸作用產(chǎn)生CO2，降低周圍的pH值。 微生物通過腐解植物殘體而產(chǎn)生富里酸等，可以螯合難溶磷酸鹽中的鈣、鐵等，釋放出磷酸鹽。 關(guān)于解磷機理的研究仍比較薄弱，還需進一步研究。,3. 解磷微生物的種類 巨大芽孢桿菌：是應(yīng)用最早與應(yīng)用最廣的菌種。 蠟樣芽孢桿菌：菌種可分泌毒素，應(yīng)用前應(yīng)做安

11、全鑒定。 氧化硫硫桿菌 ：為土壤專性自養(yǎng)微生物，在含硫酸性 環(huán)境里易培養(yǎng)，生長慢，產(chǎn)酸能力強，會使環(huán)境pH值 降低13個單位，造成土壤酸性使難溶性磷釋放。 假單胞菌： 此類菌一般是植物病害菌，也是一些人畜 共患病原菌。常見生產(chǎn)菌熒光假單胞菌和惡臭假單胞。 短小芽孢桿菌 、解磷真菌,四、硅酸鹽細菌肥料(鉀細菌肥）,概念：硅酸鹽細菌肥料是指用膠質(zhì)芽孢桿菌（莢膜較厚）和膠凍樣芽孢桿菌為菌種生產(chǎn)的硅酸鹽菌劑或硅酸鹽細菌肥料。 解鉀機理：對土壤中云母、長石、磷灰石等含磷、鉀的礦物質(zhì)分解，使難溶鉀轉(zhuǎn)化為有效鉀。晶格的破壞與菌體合成的草酸等有機酸、氨基酸和莢膜多糖的絡(luò)合有關(guān)。 存在問題：機理研究不夠，菌種培

12、養(yǎng)時由于莢膜太厚影響菌體密度。,五、復(fù)合微生物肥料,復(fù)合菌劑是為提高接種效果或顯示接種效果而應(yīng)運產(chǎn) 生的，我國目前有： 1）兩種或兩種以上的微生物復(fù)合（或復(fù)混）：應(yīng)用的 前提是微生物之間無拮抗作用，充分發(fā)酵后混合。 2）一種微生物和其他營養(yǎng)物質(zhì)復(fù)配： 菌大量元素（氮、磷、鉀或其中12種）； 菌微量元素； 菌適量有機物或植物生長激素。 配制原則：無論哪種菌劑量，都需考慮復(fù)配制劑的質(zhì)量， pH值和鹽濃度等對微生物的影響。 問題：目前復(fù)合（復(fù)混）微生物肥料實驗品種較多，但 應(yīng)用效果不穩(wěn)定，還需深入研究和試驗。,六、PGPR類制劑 最近20年來，在微生物資源研究中，植物根際圈促生 細菌（簡稱PGPR）

13、研究正在興起。 1 . 概念：在植物根圈范圍中，生存著許多生長過程能產(chǎn) 生促進植物生長物質(zhì)的細菌，通稱植物根際圈促生細菌。 2. 菌種：已報道PGPR種類：醋桿菌，氣單胞菌，檸檬節(jié) 桿菌，巴西固氮螺菌，自生固氮菌，巨大芽孢桿菌，多粘 芽孢桿菌，枯草桿菌，陰溝腸桿菌，熒光假單胞菌，惡臭 假單胞菌，根瘤科中的一些種和根癌土壤桿菌等。,3. PGPR作用機理 1）分泌植物促生物質(zhì): 如植物生長激素、赤霉素、激動 素類和泛酸等；PGPR中還可分泌多種維生素等。 2）對豆科植物結(jié)瘤的促生作用： PGPR接種豆科植物可增 強共生體的結(jié)瘤作用，使根瘤干重增加。這類PGPR微 生物被稱為結(jié)瘤促生根細菌（NPR

14、）。 3）促進出芽：低溫處理下，用PGPR接種有促進種 子出芽的作用。 4) 對土傳病害的生物調(diào)控作用：PGPR對許多病害有減 輕、降低發(fā)生的作用，并其與促生作用經(jīng)常同時存在。 機制：產(chǎn)生抗生素、胞外溶解酶，或使與植物防御有 關(guān)的化合物水平上升。,5）降解農(nóng)田污染物：許多菌種存在谷胱甘肽轉(zhuǎn)移 酶，通過谷胱甘肽的結(jié)合作用除去除草劑中 的氯。,七、VA菌根真菌肥料,菌根是真菌和植物根部組織接合成的復(fù)合體，是真菌和高等植物間最主要的共生體系之一。 分為內(nèi)生菌根、外生菌根和內(nèi)外生菌根。,內(nèi)生菌根：真菌菌絲進入植物根皮層細胞內(nèi)，只有少數(shù)菌絲伸展到根外面。 外生菌根：菌絲大部分著生在幼根的表面，少量菌絲侵

15、入到皮層細胞間隙中 。 內(nèi)外生菌根：菌絲不僅包在幼根表面同時也深入到細胞中。,VA(泡囊叢枝）菌根真菌肥料:土壤中內(nèi)囊霉科真菌中多數(shù)屬、種與植物根部形成的叢枝狀菌根，為真菌菌根中宿主和分布最廣的。 泡囊:菌絲頂端膨大成的球形、圓柱形、橢圓形結(jié)構(gòu)，功能：儲藏養(yǎng)分、繁殖。 叢枝：VA菌根真菌菌絲體侵入宿主植物皮層細胞，連續(xù)進行分枝形成的枝狀結(jié)構(gòu)。,VA菌根對宿主的有益功能,VA菌根侵染到宿主根部形成橢圓形泡囊，還將菌絲伸延到土壤中去，從而擴大了吸收面，幫助宿主吸收磷、鉀、硫、鈣、鋅、鐵、銅等營養(yǎng)元素及水分，使宿主的產(chǎn)量增加和品種提高。最近又發(fā)現(xiàn)VA菌根對重金屬的”解毒”功能及其他抗逆作用。,由于其

16、純培養(yǎng)問題尚未解決，限制了這類肥料的使用。 國內(nèi)外研究者利用各種人工培養(yǎng)大量的接種AM菌根的植物根，然后用這些侵染了AM菌根的植物根段和有大量活孢子的根際土為接種劑去接種作物，可以獲得較好的增產(chǎn)和提高品質(zhì)的效果。,生物有機肥料：禽畜糞便、秸稈、農(nóng)副產(chǎn)品和食品加工的固體廢物、有機垃圾以及城市污泥等經(jīng)微生物發(fā)酵、除臭和腐熟后加工而成的肥料。 有機無機復(fù)合肥料：即上述肥料和無機肥料復(fù)混。 農(nóng)家肥料：農(nóng)村中就地取材、就地積制的自然肥料。包括堆肥、漚肥、沼氣肥、綠肥、作物秸稈肥等。,八、 其他微生物肥料,九、影響微生物肥料有效性的因素,內(nèi)在因素：微生物的質(zhì)量。 外在因素： 土壤條件（pH、濕度、溫度、通

17、氣性、養(yǎng)分含量等) 環(huán)境因素：弄清微生物和作物品種、土壤類型間的聯(lián)系；不能與石灰、殺菌劑一起使用。,固體廢棄物（Solid wasters），按照中華人民共和國固體廢物污染、環(huán)境防治法的規(guī)定，是指在生產(chǎn)建設(shè)、日常生活和其他活動中產(chǎn)生的污染環(huán)境的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物質(zhì)。 固體廢物的產(chǎn)生對人類環(huán)境產(chǎn)生危害，一是侵 占土地 ，二是污染環(huán)境。,廢棄物無害化、資源化、減量化，變廢為寶，凈化環(huán)境,第二節(jié) 微生物堆肥,對固體廢棄物的處理，一部分可回收再利用，其他可用物理、化學(xué)、生物方法加以處理，常用的處理方法有：堆肥法、填埋法、焚燒法、熱解法。,堆肥化 堆肥化是依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌和真菌等微生物，

18、有控制地促進可生物降解的有機物，發(fā)生生物穩(wěn)定作用（biostablization）（腐殖質(zhì)化）的生物化學(xué)過程。 最早的堆肥法采用厭氧發(fā)酵，發(fā)酵周期長，占地面積大，現(xiàn)在采用好氧堆肥。,堆肥： 以人畜糞便、各類秸稈、落葉、山青、湖草等為主要原料并與少量泥土混合堆制，經(jīng)好氣微生物分解而成的一類有機肥料。深褐色、質(zhì)地松散、有泥土味，其主要成分是腐殖質(zhì)。,腐殖質(zhì)：土壤有機質(zhì)的主要部分。是黑色的無定形的有機膠體。腐殖質(zhì)是具有酸性、含氮量很高的膠體狀的高分子有機化合物。腐殖質(zhì)在土壤中，在一定條件下緩慢地分解，釋放出以氮和硫為主的養(yǎng)分來供給植物吸收，同時放出二氧化碳加強植物的光合作用。還有助于土壤養(yǎng)分的保蓄、

19、土壤良好結(jié)構(gòu)的形成、土壤有害物質(zhì)的毒性的消除。,一、好氧堆肥,通氣條件下借好氧性微生物活動使有機物降解，從而使固體廢棄物無害化、資源化。,特點：高溫堆肥（一般在50-60，極限可達80-90）,1、堆肥的原理,自然降解有機質(zhì)過程 有機物+ 微生物 (水和氧氣) 穩(wěn)定的有機質(zhì) 產(chǎn)生熱量殺滅病原體 堆肥總產(chǎn)物 棕黑色、均勻、有土氣味,2、好氧堆肥微生物及發(fā)酵過程： 在堆肥過程中，有機質(zhì)生化降解會產(chǎn)生熱量，使堆肥物料的溫度上升。根據(jù)堆肥的升溫過程，可將其分為三個階段：起始階段、高溫階段、熟化階段。 起始階段（1-3d）：為中溫好氧微生物分解有機物中易降解的葡萄糖、脂肪和碳水化合物，分解產(chǎn)生的熱量促使

20、堆肥物料溫度上升。最常見的是無芽孢細菌、芽孢細菌和霉菌等。,高溫階段（3-8d）：此時溫度上升到40-50，起始階段的微生物死亡，取代的微生物是一系列嗜熱性真菌和放線菌，分解纖維素和半纖維素、果膠物質(zhì)，進一步使堆肥溫度上升，到60 ，嗜熱性放線菌和細菌為優(yōu)勢菌群，繼續(xù)升溫到70。在溫度60-70的堆肥中，除一些孢子外，所有的病原微生物都會在幾小時內(nèi)死亡。上升到70 以上，大多數(shù)嗜熱菌死亡，但體內(nèi)的酶仍能分解復(fù)雜有機質(zhì)。,堆制 升溫 高溫 降溫 腐熟,1-2d,50-60,中溫菌,嗜熱菌,中溫菌,寄生蟲和病原菌被殺死,30-40 ,一次發(fā)酵,二次發(fā)酵,熟化階段（20-30d）：當(dāng)有機物基本降解完時，嗜熱菌因為缺乏適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)料而停止生長，堆肥溫度逐漸下降。在冷卻的堆肥中，一系列中溫性微生物（主要是真菌和放線菌）將借助殘余有機物（包括死亡的微生物殘體）而生長，此時將堆肥壓緊，過一段時間最終完成堆肥過程。,腐熟堆肥的特征,表面呈白色或灰白色，內(nèi)部呈黑褐色或棕黑色： 秸稈和糞塊等完全腐熟，質(zhì)地松軟，無糞臭，散發(fā)出泥土氣味，不招引蚊蠅； pH8-9，呈弱堿性。,3、好氧堆肥過程要求的參數(shù) （1）供氧：30時，需氧量為1mg氧/g揮發(fā)性物質(zhì)。 （2）含水量：含水量太低，微生物活動受抑制。45時應(yīng)控制在50%左右。 （3）CNP：C/N為10-25時，有機物降解速