有效微生物菌群在农业领域的研究与应用现状

宋朝霞 曹理 李国辉

摘要 农业生产中大量化肥农药的使用导致土壤结构退化、养分锐减、微生物丰度降低、土地生产力低下及水体污染等一系列生态环境问题，严重影响我国生态农业的发展和社会经济的可持续发展。总结近年来有效微生物菌群在种植业、养殖业及污染物处理等相关方面的研究和应用，旨在为生态农业的可持续发展提供参考。

关键词 有效微生物菌群;农业生产;种植业;养殖业;污染治理

中图分类号 S182  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）01-0021-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.006

Current Status of Research and Application of Effective Microorganisms （EM） in Agriculture

SONG Zhao-xia，CAO Li，LI Guo-hui

（College of Environmental and Biological Engineering，Henan University of Engineering，Zhengzhou，Henan 451191）

Abstract The use of a large number of chemical fertilizers and pesticides in agriculture leads to a series of eco-environmental problems，such as soil structure degradation，land nutrient reduction，microbial abundance reduction，low land productivity and water pollution，which seriously affects the development of ecological agriculture and the sustainable development of social economy in China.This paper summarized the research and application of effective microorganisms （EM） in planting，breeding and pollutant treatment in recent years，in order to provide some reference for the sustainable development of ecological agriculture.

Key words Effective microorganisms（EM）;Agricultural production;Planting;Breeding;Pollutant treatment

基金项目 河南省科技攻关计划项目（172102110191）。

作者简介 宋朝霞（1979—），女，山东荣成人，讲师，博士，從事微生物资源开发和生物质资源化研究。

收稿日期 2021-03-30

有效微生物（effective microorganisms，EM 菌）是由光合细菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌和丝状菌5大类10个属80余种微生物以适当比例组成的混合菌群[1-3]。其中，光合细菌和乳酸菌起主导作用，其合成能力支撑着其他微生物的活动，同时也利用其他微生物产生的代谢产物，形成共生关系。当EM菌液状态稳定时，其中包含的各类微生物能够充分发挥各自的功能，在改善动植物生长的生态环境、提高动植物的免疫力、污染治理等方面都发挥积极作用[4]。该研究主要总结了近年国内外有效微生物菌群在种植业、养殖业和污染物治理领域的研究现状，并对其应用前景进行分析，旨在为生态农业的可持续发展提供参考。

1 有效微生物菌群在种植领域的研究和应用

郑扬波等[3]通过在盆栽重茬土壤中添加适量EM菌肥的方法提高连作广藿香根系活力以及叶绿素含量，促进作物生长。该方法还能够促进土壤细菌、放线菌的生长，同时抑制土壤真菌的生长，改善土壤状况;增强土壤脲酶、蔗糖酶以及多酚氧化酶的活性，提高土壤肥力。王志远等[5]发现连续4 a采用有机物料和EM菌肥联合施用的桃园土壤中有机质含量及氨氮（NH4+-N）、硝酸盐氮（NO3--N）、有效钾和树脂磷等养分含量较对照组显著提高。除了在土壤中施用外，适量浓度的EM菌液还可以直接对作物种子或苗木进行浸泡处理，从而达到促进种苗生长的目的[6]。周红艳等[7]在研究EM菌对重金属铅胁迫下沟叶结缕草生长的影响时发现，喷施EM菌原露可促进重金属铅胁迫下沟叶结缕草生长，改善叶色，增强植株抗逆性。郭晨[8]在研究中发现EM菌肥相比普通尿素可以显著提高早稻和晚稻产量。

国外学者对EM菌液在种植领域的研究也做了大量的工作。Kusznierewicz等[9]在研究EM菌对苹果中抗氧化活性成分的影响时发现，与施用化肥和合成农药的传统果园相比，施用EM菌肥的果园中苹果的抗氧化活性提高将近2倍，其中多酚类物质含量提高34%～54%。Meng等[10]研究发现，在集装箱生长系统中，适量EM菌剂和生物炭的施用能够显著提高土壤质量，有利于榉树幼苗的生长。Talaat[11]通过对在不同盐分条件下种植40 d的刀豆进行各项指标的分析发现，EM菌剂的施用能够对刀豆光合器官进行调节，影响内源激素的生物合成以缓解盐分对植物的胁迫危害[11]。Abd El-Mageed等[12]研究发现残硫强化生物炭与EM菌剂联用能够显著降低盐渍土壤中辣椒植株内Na+和Cd2+浓度，同时增加氮、磷、钾、钙、铁、锰、铜和锌的吸收，进而提高辣椒植株的耐盐性，有利于辣椒生长和提高辣椒产量。Podbielska等[13]为防止苹果腐烂，采用杀菌剂啶酰菌胺或吡唑醚菌酯对苹果进行处理，并研究了EM菌剂对这2种农药残留及杀菌效果的影响。研究发现，经过EM菌剂处理的试验组中，在最初阶段，2种杀菌剂的残留量显著降低，之后EM菌剂对杀菌剂的分解又表现出显著的抑制作用，并能够保持杀菌剂的活性，增强最终杀菌效果，在杀菌效果上与单独使用杀菌剂时相同[13]。表明在保证杀菌效果的前提下，EM菌能够显著降低成熟苹果上两种农药的残留量，降低消费者的健康风险。Nikitin等[14]在研究EM菌剂对放射性核素Cs-137向大麦和生菜2种作物地上生物量转移的影响时发现，EM菌与有机肥或钾肥配合施用除了可提高2种作物的产量外，还能够显著减少137Cs向大麦生物量转移的幅度，降幅分别达到50%和60%。EM菌剂能够减少植物吸收137Cs归因于137Cs的生物可利用形式（可溶和可交换形式）的减少。EM菌剂和有机肥处理4个月后，土壤中137Cs的可溶态分别比对照降低48%和72%[15]。通过上述研究可以发现，EM菌剂在种植领域的使用可以提高作物抗逆性，促进作物生长，改善作物品质，提高土壤肥力，降低农药残留，可以认为EM菌是实现农业可持续发展的环境友好型技术，具有广阔的应用前景，但目前对EM菌的作用机理及其在野外条件下的功效研究较少。

2 有效微生物菌群在养殖领域的研究和应用

EM菌在养殖领域的应用通常是作为饲料补充剂使用，通过稳定和维持肠道病原菌和腐生菌群之间的微生物平衡来调节动物肠道功能[16]。例如，Gesek等[17]将EM菌与食物或水以适当比例混合后，对出生14 d的日本鹌鹑进行30 d的喂饲后发现，EM菌的添加改善了鹌鹑消化系统的结构和功能，使动物肠绒毛表面、绒毛高度和宽度、隐窝深度改变，从而增强免疫功能，增大消化吸收表面积。研究认为，EM菌能够保护肠细胞免受病原体的侵害，并刺激与其他益生菌相似的细胞在肠腺的转化，可用作动物生长促进剂。Laskowska等[18]研究发现，在猪饲料中添加EM-Bokashi可以激活细胞介导和体液免疫反应，确保Th1/Th2的平衡，增强免疫过程，保护机体免受感染。Abdel-Aziz等[19]在研究EM菌作为鱼类营养补充剂的应用中发现，适量EM菌剂添加到日粮中对罗非鱼进行喂养能够显著提高罗非鱼的增重率、比生长率、存活率和饲料转化率，使罗非鱼肠周长比、黏膜皱褶长度、上皮内淋巴细胞和杯状细胞呈指数增加，还能够大幅提高罗非鱼抗寄生虫活性。高飞[20]

研究发现，与喂饲干玉米秸秆的陕北白绒山羊（对照组）相比，添加0.4% EM菌液的干玉米秸秆饲喂的山羊体质量增加显著，经过60  d的饲养后试验组山羊体质量增加9.20 kg/只，而对照组只增加4.10 kg/只，说明在饲草资源相对匮乏的秋冬季节，适量添加EM菌液可以在畜牧业中推广应用。

除了改善动物肠道功能，提高动物免疫力和促进动物生长外，EM菌的使用也能够有效改善养殖环境。崔帅等[1]发现在饲粮中添加 200 mg/kg 的EM菌可以降低水貂粪便中NH3和H2S气体的含量，减少粪便中总氮（TN）、NH4+-N和总磷（TP）含量以及亚硝酸盐氮（NO2--N）含量。原因可能是因为EM 菌能提高水貂肠道对蛋白质的吸收，抑制肠道有害菌群利用蛋白质向氨及胺的转化，减少随粪便排出的含氮物质;摄入的 EM 菌在生长代谢过程中能以 NH3、H2S作为营养物质，将其转化吸收;同时，EM菌有一定的固氮作用，可以减少碱性条件下铵态氮的挥发，改善养殖环境。

EM菌也是水产养殖中常用的改善水质的微生物。例如，周婷婷等[21]在研究泥蚶与EM菌联合净化对虾养殖废水时发现，在60 L 的对虾养殖废水中投加510 μL EM 菌与33粒泥蚶，废水中氮磷的去除率显著提高。其中，泥蚶通过滤食作用在去除废水中的悬浮物和营养盐的同时，实现自身生物量的增长，其代谢产物被EM 菌通过复杂的生理生化反應转化或利用，供自身生长繁殖。另外，适宜浓度的EM菌在分解和转化水体中残饵、粪便等有机物的同时，还可以加快环境中优良微藻的繁殖，为贝类提供丰富的饵料，促进其健康生长，最终实现环境中营养物质的合理利用，达到生态、高效净化水质的目的，降低养殖废水的排放。陈爽等[22]以粉煤灰与活性底泥为主要原料，在确定了最佳铁粉和碳酸钙粉末配比制作粉煤灰陶粒的基础上，用其对EM菌进行固定化后，净化模拟水产养殖废水。粉煤灰陶粒单独使用对TN、TP的去除率仅为29.89%和20.50%，而与 EM 菌联合作用后TN、TP去除率最高可达93.80%和45.35%，充分说明将微生物固定化在粉煤灰陶粒中，能进一步发挥微生物对水体中氮磷的净化作用。

3 有效微生物菌群在污染治理领域的研究和应用

有效微生物菌群在污水处理中也有着广阔的应用前景，它能够净化水质、减轻臭味、减少污水中的污泥含量。何伟等[23]采用投加0.005% EM菌剂与物理溶胞耦合作用于序批式活性污泥法系统，相比于只通过物理溶胞处理的系统，污泥表观产率从0.52降至0.25，减少了52%，说明适量EM菌液的添加能够显著减少污泥的产生量。吕乐等[24]通过向水体中投加EM菌剂的方法快速降低蓝藻生物量（减少55%以上），并且EM菌剂能够迅速降低水体中的NH4+-N、NO2--N、TN和磷酸盐浓度并维持在较低水平，降低了形成蓝藻水华所需要的氮、磷营养元素，控制了蓝藻水华的进一步发展。但Dondajewska等[25]在使用EM菌剂和大麦秸秆对波兰西部蓝藻水华严重的浅水湖进行修复时发现，在为期5年（2011—2015年）的研究中，EM菌剂的应用可以使水体总有机物过度分解、浮游植物多样性增加，引发生态系统的积极变化，但不足以降低湖泊中营养盐的含量，蓝藻水华仍然存在。可以考虑将EM菌剂和其他生物、物理和化学等方法综合使用，以达到理想的处理效果。Rashed等[26]在埃及的一个污水处理厂中进行了EM菌剂强化生物除磷系统效果的研究，结果表明，加入EM菌剂后COD、BOD 和TP 的去除率分别达到93%、93%和90%，该方法主要是通过EM菌剂的高性能聚磷作用提高除磷效果。陈建发[27]采用高效微生物菌群强化活性污泥处理抗生素类废水，出水CODCr、NH3-N、TP的平均去除效率较常规系统分别提高了3.9%、9.3%和4.1%。Safwat[28]在利用EM菌剂改善移动床生物膜反应器处理初沉废水的可行性时发现，在启动一段时间后，与接种活性污泥和EM菌剂的反应器相比，只接种活性污泥的反应器中的载体上有较厚的生物膜，在活性污泥中添加EM菌对颗粒物化学需氧量（pCOD）和总氨氮（TAN）的去除率略有提高，但对可溶性化学需氧量（sCOD）的去除率无明显改善。

另外，杨平等[29]研究发现EM菌能够对污水、淤泥中的重金属Cd2+进行生物富集，吸附率可达75.26%;随着Cd2+的浓度不断增加，EM菌吸附重金属离子的能力下降。刘超[30]利用EM菌对活性污泥和秸秆混合物进行发酵处理40 d后，活性污泥中Cr、Pb、As和Cu的含量分别由45 313.3、72.4、31.3和186.9 mg/kg降至40.3、25.4、0.5和67.6 mg/kg，重金属去除效果非常显著。

在污染土壤的修复方面，EM菌也有明显的优势。Romeh[31]在采用车前草与EM菌协同净化吡虫啉污染土壤的研究中发现，在种植车前草的土壤中接种EM菌并辅以泥炭藓处理是去除土壤中吸附的吡虫啉最有效的方法。经过14 d的处理后，吡虫啉的去除率达到81.22%，而对照组的去除率仅为37.30%。

EM菌剂也可用于提高有机堆肥发酵品质。Fan等[32]研究发现，EM菌的添加对家庭有机废物堆肥化处理有积极作用，EM菌的添加能够有效抑制堆肥发酵过程中臭味的产生，同时有利于堆肥腐殖化。曲淑岩[33]使用EM菌剂，采用1%的接种量处理牛粪堆肥比普通方法直接处理时间更短，效果更好，并且操作简单、快速、高效且无臭，说明EM菌剂可以用于大规模工业化生产堆肥。王富强[34]在研究EM菌剂和蚯蚓对城市污泥和木薯渣混合物的处理时发现，单一使用EM菌能快速分解有机质，且作用效果优于单一使用蚯蚓的效果;协同处理（80%污泥+20%木薯渣+蚯蚓+EM）分解有机物的能力最强。使用蚯蚓和EM菌的协同效应对城市污泥和木薯渣混合物堆沤28 d，降低了基质pH、总有机碳（TOC）、TN、C/N比值和多环芳烃含量，提高了基质电导率和养分的有效性。将基质转化为植物的营养物质，解决了植物毒性污泥的处置问题[35]。Zhong等[36]发现在堆肥腐熟过程中使用EM菌剂可以提高腐熟过程的矿化度，改善竹渣堆肥园艺用途的特性，使其可部分替代昂贵且可持续性较差的泥炭作为园艺生长基质来使用。

4 有效微生物菌群在其他领域的研究及应用

EM菌在食品发酵方面也有应用。Zhang等[37]接种EM菌剂对大豆进行固态发酵提高了从糖苷到苷元的生物转化率，认为此法可以改善发酵大豆的营养价值。

5 展望

EM 菌在种植业、养殖业及污染物处理等方面均有良好的效果，可以考虑将其应用于农业生产中。施用EM菌肥可以改善土壤理化性质，提高土壤微生物丰度，增加土壤养分含量，最终达到提高作物产量和品质的目的。EM菌作为饲料补充剂应用在养殖业，能够起到调节动物肠道微生物平衡，提高动物免疫力、增强抗病性、促进动物生长的功能;同时，EM 菌还能够减少畜禽粪污臭味，对改善人畜环境具有积极意义;EM菌应用于水产养殖中可以起到净化水质、促进优良微藻的繁殖，实现环境中营养物质的合理利用。EM菌添加到堆肥基质中能够有效抑制堆肥发酵过程中臭味的产生，同时有利于堆肥腐殖化。利用EM 菌发酵农产品可制备高营养价值产品。由此可见，EM 菌在农业生产中的合理应用可以同时实现经济效益、环境效益与社会效益三赢，对改善大量使用化肥农药的传统农业的现状具有重要意义。

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