微生物菌肥的研究进展及其在中药材生产中的应用

李钦　王引权　彭桐　荔淑楠　姚阳阳

摘 要：微生物菌肥作为绿色肥料，可提高化肥的利用率，减少化肥用量，在改善土壤环境和提高农作物品质上具有显著效果。本文简述了微生物菌肥的研究进展，根据微生物菌肥的种类、作用机理和在中药材生产的研究及应用，讨论了微生物菌肥未来的发展趋势。

关键词：微生物菌肥;研究进展;作用机理;中药材;发展趋势

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20201015001

在我国农业生产中，大量使用化肥、农药、除草剂等农业投入品带来作物增产的同时，也带来许多阻碍农业可持续发展的严重问题，如环境污染、土壤板结、肥力降低、生态恶化等。在此背景下，微生物菌肥因绿色环保、资源节约、环境友好的特点而成为研究的热点。微生物菌肥以微生物生命活动为依托，通过菌种自身功能，为农作物生长提供特定需要的肥效，可改良土壤结构、改善土壤环境，抑制病原微生物、促进植物生长，提高产量、成本率较低等[1]。微生物菌肥已广泛应用到多种作物中，成为肥料应用的重要产业。本文对微生物菌肥的研究进展、种类、作用机理、在中药材中的应用研究及其未来开发趋势与展望进行讨论，旨在为微生物菌肥的应用和发展提供参考。

1 微生物菌肥的研究进展

微生物菌肥是一类含有特定微生物活体的制品，通过其中微生物的生命活动及代谢产物促使农作物得到特定肥料效应。微生物菌肥从菌种到肥料成品需经过土壤中有益菌的分离、培养、繁殖、菌种扩大培养、发酵、吸附后制成肥料[2]。

我国微生物菌肥起步较晚，在20世纪50年代初，主要的研究对象为大豆和花生根瘤菌及其接种剂，在应用到实际生产中取得了良好的应用效果，随后将微生物菌肥研究扩展到解磷、解钾和固氮细菌。20世纪60年代以后，紫云英根瘤菌、田菁根瘤菌及后来出现的牧草根瘤菌均有了较多的应用[3]，并且有关联合固氮微生物的菌种选育和菌剂也在农业上获得研究成果[4]。目前，我国微生物菌肥的研究、生产和应用进入了全面发展的新阶段，在功能菌种种类、产品类型、产能规模、应用范围等方面均得到提升。

2 微生物菌肥的种类

目前我国微生物菌肥的种类繁多，从产品类型、微生物种类、微生物功能和肥料形态上可分为4种。从产品类型划分为农用微生物菌剂、生物有机肥和复合微生物肥料3大类;按照微生物种类划分为细菌肥料，如根瘤菌肥料、固氮、解磷、解钾菌肥料;放线菌肥料，如抗生素菌肥料;真菌肥料，如菌根真菌剂;按照其微生物功能划分为增加植物营养的肥料、抵抗植物病害的肥料、刺激植物生长的肥料、溶磷解钾的肥料等;按照肥料形态分为液态肥料和固体颗粒肥料[5]。

3 微生物菌肥的作用机理

微生物菌肥作为生物肥料，不仅可促进植物的生长，对土地的修复和保护也有优势。微生物菌肥的作用主要表现在以下几方面。

3.1 提高土壤肥力，改善土壤结构

有机质及各种元素作为土壤养分的指标，而微生物可以改善土壤养分，许多菌种具有增强土壤肥力的效应。如，泾阳链霉菌具有增强土壤肥力的作用;固氮菌类可增加土壤中氮素;具有解钾溶磷作用的微生物可将土壤中难溶的钾、磷分解，转化成可以被植物吸收利用的元素[6]。长期施用化肥导致土壤板结，土壤营养物质减少，活力降低。微生物菌肥可促进土壤中微生物量增加，并通过自身的生命活动增强土壤的透气、透水的能力，土壤相对容重减少，保土、保水、保肥能力越强，通气性能越好，越有利于作物根系生长。有研究表明，施入微生物菌肥后提高了土壤中有机—无机团聚体的含量，改善了土壤物理性质，改良了土壤结构[7]。

3.2 释放激素，降解有害物质

改善土壤环境的同时，释放出有利于农作物生长的激素，如生长素、赤霉素、吲哚乙酸等，激素的增加不仅可以很好地调控植物的生长，对于植物营养的改善也有显著效果[8]。另外，某些菌可以协助植物营养的吸收，促进根的生长使根更大面积地接触土壤，汲取养分[9]。微生物菌肥中含有特殊的微生物，可以将土壤中残留的杀虫剂、除草剂、除菌剂等农药残留清除，还可起到屏障作用[10，11]。微生物菌肥中大量的微生物可以通过自身活动产生相应的物质再通过吸附沉淀、溶解、转化作用方式与重金属发生反应，从而降低土壤中重金属的含量[12]。

3.3 抑制病虫害，增强作物抗逆力

微生物菌肥中大量的有益菌可以通过产生代谢产物，如抗生素、农霉素、链霉素等抑制病原微生物的危害，提高作物根部的抗病能力，从而保护根际环境的安全。此外，还可以提前抢占根际周围的有利点，形成屏障，保护根际生长，使病原微生物的生长受到抑制[13，14]。当有病虫害等不良现象袭击作物时，复合菌种中的过氧化酶和超氧化歧化酶可以起到消除自身自由基的方法减轻外界的不利作用[15]。施用YBGJ微生物菌肥能够通过增加西瓜根部有益微生物数量，减少病原菌的繁殖而显著降低西瓜枯萎病和根肿病发病率[16]。

3.4 改善作物品质，提高作物产量

大量研究表明，微生物菌肥對作物的生长、发育，产量增加、品质改善等方面有着明显的作用。微生物菌肥抑制病原微生物的侵害，同时促进植物的营养吸收，植物可以在适宜的环境中生长，促使品质改善，产量提高[17]。李琦等人研究了不同剂型促生菌肥与化肥配施对紫花苜蓿的影响，发现紫花苜蓿营养成分中的苜蓿粗蛋白、苜蓿ASF、NDF和RFV均高于不施肥的[18]。

4 微生物菌肥在中药材生产中的应用效果

中药材作为经济作物，不仅提高农民收入更为中医药事业发展做出重大贡献，但目前品种质量退化、种植技术落后、农药残留等问题的出现，使得中药材种植改革迫在眉睫。药材种植方式不一，因对土壤环境要求不同，如当归、白术等不能连作，连作障碍影响药用植物生长状况、质量，并影响当地生态环境[19]。土壤养分失衡、土壤酸化、土壤酶活性降低、土壤病虫害增加、药用植物化感自毒作用等都可引起连作障碍，而连作障碍又会导致中药材低产、低质、低效，更甚者会造成绝收[20]。

4.1 缓解连作障碍

连作障碍作为中药材种植的难关，道地药材种植的问题尤为突出。药用植物连作障碍表现为土壤病害加重、植物易患病，生长趋势减缓、影响植物生理活动，进而影响植株品质[21]。造成连作障碍的原因很多，如土壤理化性质发生改变、土壤传染性病虫加重、药用植物化感自毒作用[22]。近些年道地药材因长期土地种植，导致道地产区土壤连作现象急剧增加，药材品质逐年降低。可通过改善土壤环境或施绿色肥料缓解连作障碍，微生物菌肥中大量的微生物群落作为有益菌注入土壤中，可改良土壤结构，对有害菌的抑制能力增强。吴莉雅利用3种微生物菌肥对连作太子参进行试验，通过对太子参的生长发育状况及土壤pH测定，发现施用微生物菌肥提高了土壤的pH，从而提高重茬地土壤的缓冲效果，调整土壤微生物结构，释放封存的土壤养分，使连作障碍得到有效缓解[23]。

4.2 改良土壤

微生物菌肥中大量的有益微生物能分解土壤中有机物，增强土壤的团粒结构，改善土壤组成。改良土壤不仅缓解了土壤因药材种植方式受到限制所产生的问题，更解决了因单一种植而造成土壤肥力降低及土壤性状改变的现象。柳玲玲等人通过不同生物有机肥对钩藤产地土壤的试验，根据种植钩藤土壤微生物群落的变化发现用z-III号生物肥对土壤生物性状的改良效果最好[24]。在研究中，不同浓度的菌肥处理人参农田，通过分析人参根际土的理化性状、土壤酶活性、菌群落数量，发现菌肥能够改善土壤微生态结构，改良土壤性质，促进肥力的增加[25]。

4.3 提高土壤肥力与肥料利用效率

有机质及各种元素作为土壤养分的指标，而微生物可以改善土壤养分。大量试验发现，生物有机肥在果蔬方面，菌肥提高土壤肥力，改善土壤养分效果显著，而中药材生态种植的特点之一就是土壤环境要求需肥力丰厚，土壤养分充足。张晟通过4种生物肥料对枸杞地进行试验，对土壤生态特征、化学性质等方面进行分析发现，施用微生物肥料的土壤有效养分增加，改善了土壤结构，提高了土壤肥力[26]。祝英等人使用不同微生物菌剂对当归苗根际土壤的养分进行研究，相较于对照组，含有外源微生物菌剂的肥料显著影响了有机质、有效钾和有效磷在根际土的积累和转化利用（P<0.01）[27]。同时微生物肥可以提高化肥利用率，达到平衡施肥、合理施肥。采用微生物肥料与化肥配合施用，既能保证增产，又减少了化肥使用量，降低成本，同时还能改善土壤及作物品质，减少污染。

4.4 提高植物的抗逆性

微生物菌肥的最大优势是能通过自身微生物的生命活动，分解有机物质转化为速效养分且能分解有毒有害物质，防止重茬;菌群可形成根际环境屏障，阻止病原菌的侵袭，增强土壤缓冲能力，保留养分。王文丽等试验发现，使用生物有机肥DZF-363在连作2a的当归土地上，通过观测当归根际土壤细菌群落结构和土壤酶的活性发现生物有机肥可以改善连作当归根际土壤环境，并对根腐病有很好的防治效果[28]。

4.5 提高药材的品质

微生物菌肥在药用植物上的研究尚且较少，马红红等通过不同肥料的配比方式对伊贝母不同时期生长状况进行研究，结果表明在生育期开沟追加菌肥可使产量增加[29]。菌肥施肥方式众多，任建国等使用微生物菌肥拌种处理太子参种根，种植后测量块根性状及主要品质指标，发现拌种后的太子参品质得到改善，其表现在块根氨基酸、多糖、皂苷、微量元素Mn、Fe含量的提高[30]。

5 微生物菌肥研究开发趋势与展望

微生物菌肥作为一种新型肥料，具有生产成本低、应用效果好、保护环境、对作物增产增效等优势，因而在农业上应用范围不断扩大，且效果十分显著。微生物菌肥也由单一的菌种过渡到复合菌种，不同微生物的功效相互互补，以提高肥效，功效也日益多样化。随着我国人口的不断增加，生活水平的提高，對农产品质量要求更为严苛，由于大量使用化肥导致环境污染、土壤理化性质改变、土壤肥力降低、可耕地面积减少等问题日益突出，为环境友好型的微生物菌肥的综合利用和研发提供了一个良好的发展机遇。

目前，微生物菌肥虽已成为农作物的肥料主力军，但现阶段仍存在菌种效能不稳定且肥效短期不明显、肥料种类少，使用范围窄、监督管理体制不够完善等问题。此外，微生物菌肥生产技术含量较高，且工厂生产中菌种资源匮乏，活菌数量少、杂菌多，再加上很多国内企业不重视工艺设备的引进，导致不同规模企业生产的产品品质参差不齐。同时，部分企业由于对生产操作的要求不够严格，对产品质量监管的力度不够，造成不同批次产品质量不同，产品质量不稳定影响了农户对微生物菌肥的认知、接受和客观评价。

随着微生物菌肥的壮大发展，面对肥料生产中的问题，要提出针对微生物菌肥发展对策。应加强理论和应用基础的研究、选育优良菌株，搭配复合菌群、改进生产设备，完善工艺，提高产品质量、加强监督管理和宣传引导等。通过解决微生物菌肥现有问题，以最佳方式生产，微生物菌肥凭借自身优势带来的经济、社会、生态3大效益，在生态农业中的作用越来越重要。随着人们对优质、安全、绿色无公害农产品认识的提高和需求的增加以及生态环保意识的增强，我国微生物肥料必将有更快的发展，为我国农业可持续发展起到更加积极的促进作用。

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（责任编辑 李媛媛）

收稿日期：2020-08-31

基金项目：国家重点研发计划（项目编号：2017YFC1700705）;甘肃省高校协同创新科技团队支持计划（项目编号：2016C-05）

作者简介：李钦（1994-），女，在读硕士。研究方向：药用植物资源保护与利用;通讯作者王引权， 男，教授， 博士生导师。研究方向：药用植物资源保护与利用。