生物肥料的优缺点

生物肥料是含有微生物的物质，通过促进植物重要养分的输送，有助于刺激植物和树木的生长。它由细菌、蓝细菌和菌根真菌等生物体组成。为了植物的利益，菌根真菌优先从有机物质中去除矿物质，而蓝细菌则以其固氮能力而著称。

将二氮原子转化为氨的过程称为固氮。例如，某些细菌通过代谢将氮转化为氨。因此，植物现在可以获得氮。

通过增加养分供应、增加根系体积或根系面积、提高植物吸收养分的能力，生物肥料（天然的活微生物产品）在施用于种子、植物表面或土壤时可以促进生长。通过在根际定殖并使养分易于被植物根毛吸收，生物肥料（包含多种细菌）可以提高植物的养分吸收。生物肥料的成分、成本效益和环境友好性已被广泛证实。它们是有害合成肥料的有力替代品。

本文讨论了不同的微生物生物肥料，包括互利共生和自由生活的固氮菌、解磷菌和溶磷菌，以及几种市售生物肥料在有机农业中的配方和应用，以及开发下一代生物肥料的最新努力。

生物肥料的种类

1. 共生固氮菌

根瘤菌是固氮必需的共生细菌之一。在这里，细菌寻求庇护并以植物为食。它们通过向植物提供固定的氮来帮助植物。农业植物的生产力，从而粮食的生产，受限于获得固定或易于获得的氮。在工业化国家，生产氮肥的成本是许多作物有效发展的主要障碍。

发达国家和发展中国家都可以通过减少对农业氮肥的依赖而获得显著收益，并且人们对生物固氮及其在农业环境中日益增长的潜力的研究非常感兴趣。将大气中的 N2 转化为植物可以利用的 NH3 形式，称为生物固氮。然而，真核生物不参与此过程；它仅限于细菌和古菌。在互利共生关系中，植物为细菌提供栖息地和固定碳，以换取共生固氮中的固定氮。

人们对确定是否能在非豆科植物（人类大部分食物的来源）中产生类似的共生关系非常感兴趣，因为这种机制在农田生态系统中主要限于豆科植物。现在我们对生物固氮的基本工作原理有了扎实的了解，我们可以考虑利用合成生物学技术来建立共生伙伴关系。在本综述中，我们将重点介绍生物固氮基础知识的最新进展，以建立利用合成生物学将固氮作用扩展到更广泛的农作物中的蓝图。

2. 松散共生的固氮菌

固氮菌是一种与高等植物共存但不会与之形成紧密联系的固氮细菌。它通常被称为根际共生菌，因为这些细菌收集植物渗出物并将其用作食物。这个过程被称为“联合共生”。

3. 共生固氮蓝细菌

蓝细菌或蓝绿藻与多种植物形成共生关系。固氮蓝细菌包括地钱、苏铁根、蕨类植物和地衣。鱼腥藻可以发现在蕨类植物的叶片空腔中。它负责固氮。随着蕨类植物的腐烂，它们提供了水稻植物可以利用的养分。蕨类植物鱼腥草（Azolla pinnata）生活在稻田中，但它并不控制植物的生长。

念珠藻（Nostoc）是一种丝状固氮蓝细菌属，可在陆地和水生环境中生长，并产生微观或宏观菌落。此外，念珠藻物种与蕨类植物、地钱以及被子植物 Gunnera 共生。念珠藻 punctiforme 是真菌 Geosiphon pyriformis 的内共生成员。

念珠藻物种具有球形、圆柱形或椭圆形细胞，可形成不分枝的丝状体。在丝状体（ trichomes：起休眠细胞作用的厚壁细胞）中可能同时存在厚壁的、特化的固氮细胞——厚壁孢子（akinetes）和异形囊（heterocysts）。念珠藻菌落具有各种独特的形状、尺寸、气味、质地和颜色。如果有足够的水，这些菌落会变得相当大。

由于其长时间（数年）耐旱能力，多种念珠藻物种在各种陆地环境中茁壮成长。当念珠藻菌落干燥时，生理过程逐渐停止。重新润湿后它们会迅速恢复。念珠藻可作为水稻田的天然氮肥和土壤修复剂。已证明念珠藻 muscorum 可以积累聚羟基丁酸酯，一种天然聚合物的前体。

4. 自由生活的固氮菌

它们是自由生活的固氮土壤微生物。它们包括腐生厌氧菌，如固氮菌（Azotobacter）、产气荚膜梭菌（Clostridium beijerinckii）等。

它描述了附近根表面的异养细菌固氮的过程，为许多陆地生态系统提供了重要的氮源。它作为化肥的替代品，对农业也有重要影响。

最常用的生物肥料是根瘤菌和固氮菌。

与自由生活固氮微生物具有基本重要性的同一群体包括自由生活固氮微生物。其中最常见的是蓝细菌、鱼腥藻等具有相似特性的微生物。与共生固氮不同，自由生活固氮与其他各种动态环境不同。由于这种能力，在实际应用于农业和其他领域时，识别限制因素有时很困难。

互利共生和无限制的固氮菌通常参与该过程，这影响了对作物生产和其他用途至关重要的自由生活固氮。在某些情况下，它也可以被视为共生固氮的一个子集，这可以解释为什么它与该过程具有相似的环境特征。考虑到这一点，可以说天然存在的微生物可以固氮。

自由生活固氮菌具有多种用途，是自然界的重要组成部分。这些微生物不需要与植物形成共生关系即可生存。这也至关重要，因为一些植物种类不会与固氮细菌形成共生关系。与土壤中宏观生物的总数相比，自由生活固氮菌的浓度相对较低。即使土壤用于农业目的，它们的主要贡献之一是帮助创建能够区分氮气和空气的土壤。这对于小麦和玉米等不与土壤固氮微生物形成共生关系的作物尤为重要。

自由生活固氮菌在决定农业总产量方面起着至关重要的作用。这是通过向植物提供它们所需的营养来实现的，而植物则以其提供的渗出物来交换土壤。由此得出结论，大量的生物活动依赖于自由生活的固氮菌。

生物肥料的重要性

为了恢复土壤肥力，生物肥料是必需的。长期使用化肥会损害土壤并降低作物产量。另一方面，生物肥料可以改善土壤的保水能力，同时增加氮、维生素和蛋白质等重要矿物质。由于它们是天然肥料来源，因此在农业中得到广泛应用。水稻作物采用秧苗根系浸泡技术种植，即将秧苗浸泡在水中八到十小时。

种子处理：在此步骤中，将包括磷和氮在内的肥料混合物施用到种子上。在播种前尽快将其干燥。

土壤处理：将生物肥料与堆肥肥料混合物储存过夜，并在第二天施用于土壤。在种植秧苗之前进行此处理。生物肥料可促进作物生长，产量提高 20-30%。

即使在半干旱地区，它们也很有效。这些生物肥料在干旱气候和降雨量少的严酷环境中也很有效。

通过改善土壤的光滑度、容重和保水能力等土壤特性，它们提高了土壤的健康状况。为植物提供丰富的生长环境和更高的产量。生物肥料通过释放控制有害细菌的多种化合物来阻止有害细菌在土壤中生存。

除了产生氮、钾、磷等重要营养素外，它们还向土壤释放细胞分裂素和赤霉素等多种植物生长促进物质，从而提高土壤肥力。一旦农民对该过程有了足够的信息和专业知识，他就可以通过接种细菌培养物来在其农场附近生产生物肥料，这是生物肥料的另一个关键组成部分。

它们不会污染环境。这意味着与化肥不同，化肥会永久性地降低土壤质量，而有机肥料在施用于土壤时不会留下任何残留物或有害物质。因此，生物肥料在可持续农业技术中更为重要。因此，生物肥料更可靠，并对安全未来展现出更大的相关性。

如何使用生物肥料并取得良好效果？

• 生物肥料产品必须不含污染物微生物，并且必须包含足够数量的有效菌株。
• 在保质期内使用正确配比的生物肥料。
• 根据标签上的说明，使用推荐的施用方法并在正确的时间施用。
• 为获得最佳效果，在处理种子时使用合适的粘合剂。
• 对于困难土壤，使用纠正技术，例如用石膏或石灰进行种子包衣，或用石灰调整土壤 pH 值。
• 确保磷和其他营养物质的可用性。
• 生物肥料包装必须存放在阴凉、干燥的地方，远离热源和阳光。
• 必须使用正确的生物肥料组合。
• 根瘤菌应仅用于指定作物，因为它具有作物特异性。
• 生物肥料不应与其他化学品一起使用。
• 购买前，应确保每个包装都有正确的信息，例如产品名称、目标作物、制造商名称和地址、生产日期、有效期、批号和使用说明。
• 必须在包装过期前使用，仅用于指定作物，并使用建议的施用方法。
• 由于生物肥料是活的产品，因此需要小心储存。
• 为获得最佳效果，请同时使用磷和氮生物肥料。
• 应与化肥和有机肥一起使用生物肥料。
• 虽然它们不能替代肥料，但生物肥料可以帮助植物获得所需的额外养分。

生物肥料的优点

1. 土壤改良

通过创造富含养分的土壤，它们有助于获得高产作物。

2. 比合成肥料更合适

化肥会改变土壤的天然养分组成，而生物肥料则能保持土壤原有的养分组成。

3. 对植物无毒

使用生物肥料可以加速植物生长，它们含有不会伤害植物的天然成分。

4. 有益于土壤微生物

土壤可以继续容纳植物生长所需的有益微生物。保护土壤的天然肥力：无化学物质的土壤将保持其天然肥力，这有利于环境和植物。

由于生物肥料消除了导致植物疾病的土壤中有害元素，因此植物更适应。通过使用生物肥料，植物还可以免受饥荒和其他恶劣条件的影响。

5. 经济

农民可以轻松地制造或收集生物肥料，成本效益要高得多。

6. 对环境友好

它们尊重环境，并保护其免受污染物侵害。

7. 可持续性

生物肥料主要由微生物和植物来源组成。藻类和沼气生产都产生大量可用于制造生物肥料的生物质。

8. 负担得起

使用生物肥料是一种经济的选择，因为它允许农民减少使用传统肥料和农药。

9. 改善土壤

你的植物直接从生物肥料中的微生物那里获得空气氮。由外部菌丝的扩张产生的结合土壤颗粒的改进框架。生物肥料将增加通风和水的渗透，同时减少压实。改善土壤的保持能力、结构和质地。

10. 增强植物生长和产量

在生物肥料的帮助下，我们的作物可以获得土壤中更多的养分。我们引入土壤的有益细菌的数量和贡献增加了作物产量。已证明生物肥料可将作物产量提高高达 30%。

11. 生物肥料对环境友好，由有机植物物质制成

农民还可以减少约 50% 的化肥和农药使用量，这对环境更加有利。

12. 对植物生长或土壤肥力无负面影响

研究表明，使用液体肥料根瘤菌（Rhizobium Azospirillum）、固氮菌（Azotobacter）可以提高植株高度。叶片数量、枝条长度、根系数量、根瘤数量以及叶绿素、碳水化合物、蛋白质和类胡萝卜素等生化成分。

13. 必须控制和预防致病土壤细菌

已证明生物肥料可促进植物根系生长，并保护植物免受多种土传病害。它们通过改变土壤的微生态和分泌抗真菌抗生素的细胞来降低土传病害的风险。

14. 促进根区有益微生物种群

在根区，生物肥料有助于有益微生物（根际细菌）的生存和繁殖。

15. 减少了对化肥的需求

生物肥料的微生物在恢复土壤有机养分循环的同时，改善了土壤结构。这些微生物还可以安全地将复杂的有机物质分解为简单的化学物质，以便我们的植物可以利用它们。

16. 通常易于施用

虽然一些生物肥料必须使用专用工具施用，但另一些生物肥料则非常易于使用。

17. 我们使用沼气发电

沼气生产的废物可用于制造生物肥料。

生物肥料的缺点

1. 略微增加作物产量

植物生长可增加高达 30%，但如果不存在正确条件，效果不会那么好。为了提高产量，大多数使用有机肥的农民仍然使用合成肥料，只是用量减少了。

2. 不能替代化肥

在为植物提供快速养分方面，合成肥料仍然是农民的最佳选择。它们使农民能够通过立即提供特定养分来纠正植物的任何营养缺乏。

3. 某些作物需要特定的生物肥料

某些作物需要特定的肥料，特别是含有共生微生物的肥料。

4. 使用非特异性根瘤菌作为肥料不会促进根瘤形成并提高作物产量。

5. 大规模微生物生产污染

微生物大量生产过程需要严格的无菌措施。微生物大规模生产污染仍然是一个普遍问题。

6. 对光敏感的微生物

如果暴露在阳光下，生物肥料会在一段时间后开始消失。

7. 保质期有限

生物肥料是活的，需要特殊的处理才能长期储存。在室温下储存时，保质期为六个月，因此我们必须在此之前使用它们。如果储存在低温下，您有两年时间用完。

8. 气味

大多数生物肥料都有强烈、明显的气味。

9. 在过热或过干的土壤中效果不佳

水分和温暖是微生物肥料有效工作的必要条件。当这些条件不利时，微生物肥料可能无法有效提高土壤肥力。

10. 土壤性质影响微生物肥料的有效性

除了温度和水分之外，其他条件也可能影响有效性。土壤的效率取决于其 pH 值、有机含量以及已存在的微生物种类。

11. 需要大量

要使作为生物肥料的生物体蓬勃发展，土壤必须含有足够的养分。如果其他微生物污染载体介质或农民使用错误的菌株，它们的成功率较低。