一、土壤微生物
土壤微生物是土壤生物的一个组成部分，是指土壤中肉眼无法分辨的活有机体，只能在实验室中借助显微镜或电子显微镜才能观察，一般以微米（μm）或纳米（nm）作为测量单位。土壤微生物对土壤的形成发育、物质循环和肥力演变等均有重大影响。
（一）土壤微生物的类群
土壤微生物包括细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物五大类群。
1.细菌
单细胞生物，个体直径0.5～2.0 μm，长度1～8 μm。按体形分球菌、杆菌和螺旋菌；按营养类型分自养细菌和异养细菌；按呼吸类型分好气性细菌、嫌气性细菌和兼性细菌。
细菌参与新鲜有机质的分解，对蛋白质的分解能力尤强（氨化细菌）；并参与硫、铁、锰的转化和固氮作用。每克表层土壤中含细菌几百万至几千万个，是土壤菌类中数量最多的一个类群。
2.放线菌
单细胞生物，呈纤细的菌丝状。菌丝直径0.5～2.0 μm。土壤中常见的有链霉菌属（Streptomyces）、放线菌属（Actinomyces）、诺卡菌属（Nocardia）和小单孢菌属（Micromonospora）。
放线菌具有分解植物残体和转化碳、氮、磷化合物的能力。某些放线菌还能产生抗生素，是许多医用和农用抗生素的产生菌。每克表层土壤含放线菌几十万至几千万个，是数量上仅次于细菌的一个类群。
3.真菌
大多为多细胞生物，部分为单细胞生物。个体较大，呈分枝状丝菌体，细胞直径3～50 μm。土壤中常见的真菌有青霉（Penicillium）、曲霉（Aspergillus）、镰刀菌 （Fusarium）、毛霉（Mucor）属。
真菌参与土壤中淀粉、纤维素、单宁的分解以及腐殖质的形成和分解。每克表层土壤只含真菌几千至几十万个，是土壤菌类中数量最少的一个类群，但其生物量〔指每平方米面积中菌体的重量（g）〕高于细菌和放线菌。
4.藻类
土壤中的藻类大都是单细胞生物，也有多细胞丝状体，直径3～50 μm，喜湿，多栖居于土壤表面或表土层中，数量较菌类少。
土壤中常见的有绿藻、蓝藻和硅藻。蓝藻中有的种类能固定空气中的氮素。
5.原生动物
单细胞生物，以植物残体、菌类为食料。土壤中常见的有根足虫、纤毛虫和鞭毛虫等。
（二）土壤微生物的作用
大部分微生物在土壤中营腐生生活，靠现成的有机物取得能量和营养成分，主要作用如下：
1.作为土壤的活跃组成成分，土壤微生物的区系组成、生物量及其生命活动与土壤的形成和发育有密切关系。同时，土壤作为微生物的生态环境，也影响微生物在土壤中的消长和活性。
2.参与土壤有机物质的矿化和腐殖质化过程；同时通过同化作用合成多糖类和其他复杂有机物质，影响土壤的结构和耕性。土壤微生物的代谢产物还能促进土壤中难溶性物质的溶解。微生物参与土壤中各种物质的氧化—还原反应，对营养元素的有效化也有一定作用。
3.参与土壤中营养元素的循环，包括碳素循环、氮素循环和矿物元素循环，促进植物营养元素的有效性。
4.某些微生物有固氮作用，可借助其体内的固氮酶将空气中的游离氮分子转化为固定态氮化物。
5.与植物根部营养关系密切。植物根际微生物以及与植物共生的微生物如根瘤菌、菌根和真菌等能为植物直接提供氮素、磷素和其他矿质元素的营养以及各种有机营养，如有机酸、氨基酸、维生素等。
6.能为工农业生产和医药卫生事业提供有效菌种，培育高效菌系，如已在农业上应用的有根瘤菌剂、固氮菌剂和抗生菌剂等。
7.某些抗生性微生物能防治土传病原菌对作物的危害。
8.降解土壤中残留的有机农药、城市污物和工厂废弃物等，降低残毒危害。
9.某些微生物可用于沼气发酵，提供生物能源、发酵液和残渣有机肥料。
二、微生物肥料
微生物肥料是以微生物的生命活动导致作物得到特定肥料效应的一种制品，是农业生产中施用肥料的一种。其在中国已有近50年的历史，从根瘤菌剂—细菌肥料—微生物肥料，从名称上的演变已说明我国微生物肥料逐步发展的过程。
（一）微生物肥料的分类
1.按照微生物分类学进行分类
（1）细菌性微生物肥料。肥料中添加了在微生物分类学上为细菌界的微生物肥（表18）。
表18 细菌微生物肥料分类
（2）真菌性微生物肥料。常见的真菌性微生物肥料是酵母菌肥，酵母菌属于原生生物界、子囊菌门、酵母菌科的真菌微生物。
2.按照肥料中含有微生物种类多少分类
（1）单一微生物肥料。如根瘤菌剂，是指以根瘤菌为生产菌种制成的微生物制剂产品，它能够固定空气中的氮元素，为宿主植物提供大量氮肥，从而达到增产的目的。
（2）复合微生物肥料。如EM菌是以光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌为主的10个属80余个微生物复合而成的微生物菌制剂。
3.按照微生物肥料在农业生产中的作用分类
（1）发酵类微生物肥料。秸秆腐熟剂、EM肥，能够加快土壤或有机肥中有机物的发酵腐熟，缩短有机物的矿物化过程。
（2）固氮菌生物肥料。含有根瘤菌（固氮）微生物肥料，能够把空气中的氮素固定转化为作物可以吸收利用的氨态氮，改善作物氮营养状况。
（3）多功能微生物肥料。除具有改善土壤结构、增加作物营养条件功能外，还具有防治作物土传病害的功效，增强作物的抗逆性等，如芽孢杆菌类菌肥。
（二）主要微生物菌群概述
1.光合菌
指在厌氧条件下，能利用光能作为能量来源进行不放氧光合作用的细菌统称为光合细菌，是地球上最早出现的具有原始光能合成体系的原核生物。根据光合作用是否产氧，可分为不产氧光合细菌和产氧光合细菌；又可根据光合细菌碳源利用的不同，将其分为光能自养和光能异养型，前者是以硫化氢为光合作用供氢体的紫硫细菌和绿硫细菌，后者是以各种有机物为供氢体和主要碳源的紫色非硫细菌。
（1）生物学分类。光合细菌的种类较多，目前主要根据它所含有的光合色素体系和光合作用中是否能以硫为电子供体划为4个科：红螺菌科或称红色无硫菌科、红硫菌科、绿硫菌科、滑行丝状绿硫菌科。
进一步可分为22个属61个种。与生产应用关系密切的，主要是红螺菌科的一些属、种，如荚膜红假单胞菌、球形红假单胞菌、沼泽红假单胞菌、嗜硫红假单胞菌、深红红螺菌、黄褐红螺菌等。
红螺菌的细胞螺旋状，极生鞭毛，革兰染色阴性，含有叶绿素、α-类胡萝卜素，为厌氧的光能自养菌，多数种在黑暗微好氧下进行氧化代谢，细菌悬液呈红到棕色。
红假单胞菌形态从杆状卵形到球形，极生鞭毛，能运动，革兰染色阴性，含有叶绿素a、b和类胡萝卜素，没有气泡。厌氧光能自养菌某些种在黑暗中微好氧或好氧进行氧化代谢，细菌悬液呈黄绿到棕色和红色。
（2）作用原理。光合菌群（好气性和嫌气性）如光合细菌和蓝藻类，属于独立营养微生物，菌体本身含60%以上的蛋白质，且富含多种维生素，还含有辅酶Q10；它以土壤接受的光和热为能源，将土壤中的硫氢和碳氢化合物中的氢分离出来，变有害物质为无害物质，并以植物根部的分泌物、土壤中的有机物、有害气体（硫化氢等）及二氧化碳、氮等为基质，合成糖类、氨基酸类、维生素类、氮素化合物；光合菌群的代谢物质不仅被植物直接吸收，还可以成为其他微生物繁殖的养分，增殖其他的有益微生物。例如，VA菌根菌以光合菌分泌的氨基酸为食饵，它既能溶解不溶性磷，又能与固氮菌共生，使其固氮能力成倍提高。光合菌群是肥沃土壤和促进动植物生长的主要力量。
光合细菌还含有抗细菌、抗病毒的物质，这些物质能钝化病原体的致病力以及抑制病原体生长。同时光合细菌的活动能促进放线菌等有益微生物的繁殖，抑制丝状真菌等有害菌群生长，从而有效地抑制某些植病的发生与蔓延。
（3）光合菌肥在农业中的生产与应用。光合菌肥的生产主要包括以下两个方面：首先是以有机、无机原料培养液接种光合细菌，经发酵培养而成的光合细菌菌液；其次是由某种固体物质作为载体吸附光合细菌菌液而成固体菌剂。
（4）施用方法。光合细菌肥料一般用于农作物的基肥、追肥、拌种、叶面喷施和秧菌蘸根等。
（5）局限性。由于光合细菌应用历史比较短，许多方面的应用研究还处在初级阶段，还有大量的、深入的研究工作要做。尤其是这一产品的质量、标准以及进一步提高应用效果等方面基础薄弱，有待进一步加强。目前的研究和试验已显示出光合细菌作为重要的微生物资源，开发应用的前景广阔，具有不可替代的应用市场，在人类活动中必将发挥越来越大的作用。
2.乳酸菌
乳酸菌指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰染色阳性细菌的总称，英文为LAB，为原核生物。
（1）乳酸菌制剂的定义和分类。乳酸菌制剂是含活菌和/或死菌，包括其成分和代谢产物在内的细菌制品。按照乳酸菌制剂的功效和作用对象的不同，可将乳酸菌制剂分为食用乳酸菌制剂、药用乳酸菌制剂、农用乳酸菌制剂、兽用乳酸菌制剂、水产乳酸菌制剂等。按照剂型分为液体制剂和固体制剂。固体乳酸菌制剂一般是将乳酸菌经过发酵增殖后，再通过冻干、喷雾干燥或包埋等手段，将液体制剂进一步加工成固体制剂。然后制作成颗粒、片剂、胶囊等形式进行销售。
（2）乳酸菌发酵原理。在酶的催化作用下将葡萄糖转化为乳酸，同时放出能量提供给其自身生命活动。
（3）乳酸菌的作用。第一，发酵作用。在土壤中分解有机物。第二，抗菌作用。乳酸菌最终代谢产物除乳酸、乙酸外，还能代谢产生其他形式的有机酸、细菌素、过氧化氢、乙醇和罗伊氏素等多种抑菌物质。如以乳酸片球菌为原料，将其制成液态药物，再把菠菜种子在这种药液里浸泡24 h。把如此处理的种子播种到含菠菜枯萎病病原菌的土壤内，结果在长出来的菠菜中，染病菠菜只占约12%。辣椒苗经乳酸片球菌制剂处理后，因细菌引起的辣椒根部腐烂的概率是未经处理情况下的约20%。
3.放线菌
（1）放线菌的概念。放线菌是一群革兰染色阳性、高（G+C）含量（＞55%）的细菌，是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强大的原核生物。因在固体培养基上呈辐射状生长而得名。大多数有发达的分枝菌丝。菌丝纤细，宽度近于杆状细菌，0.5～1.0 μm。可分为营养菌丝，又称基质菌丝，主要功能是吸收营养物质，有的可产生不同的色素，是菌种鉴定的重要依据；气生菌丝，叠生于营养菌丝上，又称二级菌丝。放线菌在自然界分布广泛，主要以孢子或菌丝状态存在于土壤、空气和水中，尤其是含水量低、有机物丰富、呈中性或微碱性的土壤中数量最多。
（2）放线菌的作用。放线菌的主要作用是促使土壤中的动物和植物遗骸腐烂；最重要的作用是可以产生、提炼抗生素，目前世界上已经发现的2 000多种抗生素中，大约有56%是由放线菌（主要是放线菌属）产生的，如植物用的农用抗生素和维生素等也是由放线菌中提炼的。
（3）放线菌的代表属。链霉菌属共1 000多种，其中包括很多不同的种和变种。它们具有发育良好的菌丝体，菌丝体分枝，无隔膜，直径0.4～1.0 μm，长短不一，多核。菌丝体有营养菌丝、气生菌丝和孢子丝之分，孢子丝再形成分生孢子。孢子丝和孢子的形态因种而异。
4.土壤酵母菌
（1）土壤酵母菌的概念。土壤酵母是一种新型土壤疏松改良剂，综合了肽蛋白的抗病抗逆性、微生物的沃土性、新型土壤疏松剂的松土性等优点，是解决目前土壤板结严重、有益微生物减少、盐碱化加剧、有机质含量低、保水性能差的最佳原料。土壤酵母生物稳定性强，可快速疏松土壤，补充土壤益生菌，促生长，抗病虫，改善品质，增产丰收。与复合肥、有机肥结合，可有效提高肥料利用率、减少肥料施用量，具有优越的松土保水性能。
（2）土壤酵母菌的功能。第一，能快速改变土壤阴阳离子结构，平衡土壤酸碱度，增加土壤有益菌，活化土壤、打破板结、死土变活土，培肥土壤、彻底免深耕、不板结。第二，抗重茬、减病害。抑制土壤中的真菌、细菌等各种病菌，抗重茬、减轻作物生长期病害发生。第三，加速各种秸秆腐化。加速各种秸秆腐化成有机物变成农家肥，增加土壤有益营养菌，使土壤上虚下实，有利作物扎深根，减少土传病害，减少作物缺苗、死苗及地下害虫的发生。第四，具有肥料增效剂功能：提高各种肥料利用率，分解沉积在土壤中的磷、钾肥，提高肥料利用率。第五，酵母结构中含有海藻糖，由两分子的吡喃葡萄糖单体以α-1，1糖苷键连接而成，在农业领域具有抗旱、抗寒作用。
5.芽孢杆菌
（1）芽孢杆菌的概念。芽孢杆菌是细菌的一科，能形成芽孢（内生孢子）的杆菌或球菌，包括芽杆菌属、芽孢乳杆菌属、梭菌属、脱硫肠状菌属和芽孢八叠球菌属等。它们对外界有害因子抵抗力强，分布广，存在于土壤、水、空气以及动物肠道等处。
（2）芽孢杆菌的特性。第一，快速繁殖。代谢快、繁殖快，4 h增殖10万倍，标准菌4 h仅可繁殖6倍。第二，生命力强。耐强酸、耐强碱、抗菌消毒、耐高氧（嗜氧繁殖）、耐低氧（厌氧繁殖）。第三，体积大。体积比一般病原菌分子大4倍，占据空间优势，抑制有害菌的生长繁殖。
（3）功能。第一，保湿性强。形成强度极为优良的天然材料聚麸胺酸，为土壤的保护膜，防止肥分及水分流失。第二，有机质分解力强。增殖的同时，会释出高活性的分解酵素，将难分解的大分子物质分解成可利用的小分子物质。第三，产生丰富的代谢生成物。合成多种有机酸、酶、生理活性等物质，及其他多种容易被利用的养分。第四，抑菌、灭害力强。占据空间优势，抑制有害菌、病原菌等有害微生物的生长繁殖。第五，除臭。可以分解产生恶臭气体的有机物质、有机硫化物、有机氮等，大大改善场所的环境。
6.秸秆发酵剂
（1）秸秆发酵剂的概念。秸秆发酵剂是由多种微生物组成，应用中各类微生物都各自发挥着重要作用，只要施用恰当，它们就会迅速落户并与周围良性力量迅速结合，产生抗氧化物质，清除氧化物质，消除腐败和恶臭，预防和抑制病原菌，形成适于动植物生长的良好环境；同时，它还产生大量易为动植物吸收的有益物质，如氨基酸、有机酸、多糖类、各种维生素、各种生化酶、促生长因子、抗氧化物质、抗生素和抗病毒物质等，提高动植物的免疫功能，促进健康生长。
（2）作用原理。发酵秸秆的原理是通过有效微生物的生长繁殖使分泌酸大量增加，秸秆中的木聚糖链和木质素聚合物酯链被酶解，促使秸秆软化，体积膨胀，木质纤维素转化成糖类。连续重复发酵又使糖类二次转化成乳酸和挥发性脂肪酸，使p H降低到4.5～5.0，抑制了腐败菌和其他有害菌类的繁殖，其中所含淀粉、蛋白质和纤维素等有机物降解为单糖、双糖、氨基酸及微量元素等，最终使那些不易被动物吸收利用的粗纤维转化成能被动物吸收的营养物质，提高吸收利用率。
7. EM菌
EM菌（Effective Microorganisms）由日本琉球大学的比嘉照夫教授1982年研究成功，是以光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌为主的10个属80余个微生物复合而成的一种微生物菌制剂。EM菌作用机理是形成EM菌和病原微生物争夺营养，由于EM菌在土壤中极易生存繁殖，所以能较快而稳定地占据土壤中的生态地位，形成有益的微生物菌的优势群落，从而控制病原微生物的繁殖和对作物的侵袭。20世纪80年代末90年代初，EM菌已被日本、泰国、巴西、美国、印度尼西亚、斯里兰卡等国广泛应用于农业、环保等领域，取得了明显的经济效益和生态效益。
8.固氮菌
（1）固氮菌的概念。固氮菌是细菌的一科。菌体杆状、卵圆形或球形，无内生芽孢，革兰染色阴性。严格好氧性，有机营养型，能固定空气中的氮素。包括固氮菌属、氮单孢菌属、拜耶林克菌属和德克斯菌属。固氮菌肥料多由固氮菌属的成员制成。
（2）固氮菌的组成。①共生固氮菌。在与植物共生的情况下才能固氮或才能有效地固氮，固氮产物氨可直接为共生体提供氮源。主要有根瘤菌属的细菌与豆科植物共生形成的根瘤共生体，弗氏菌属（Frankia，一种放线菌）与非豆科植物共生形成的根瘤共生体；某些蓝细菌与植物共生形成的共生体，如念珠藻或鱼腥藻与裸子植物苏铁共生形成苏铁共生体，红萍与鱼腥藻形成的红萍共生体等。根瘤菌生活在土壤中，以动植物残体为养料，过着“腐生生活”。当土壤中有相应的豆科植物生长时，根瘤菌迅速向它根部靠拢，从根毛弯曲处进入根部。豆科植物根部在根瘤菌的刺激下迅速分裂膨大，形成“瘤子”，为根瘤菌提供了理想的活动场所，还供应了丰富的养料，让根瘤菌生长繁殖。根瘤菌又会卖力地从空气中吸收氮气，为豆科植物制作“氮餐”，使其枝繁叶茂。这样，根瘤菌与豆科植物形成共生关系，因此根瘤菌也被称为共生固氮菌。根瘤菌生产出来的氮肥不仅满足豆科植物的需要，还可以分出一些帮助“远亲近邻”，储存一部分给“晚辈”，所以我国历来有种豆肥田的习惯。②自生固氮菌。还有一些固氮菌，如圆褐固氮菌，它们不住在植物体内，能自己从空气中吸收氮气，繁殖后代，死后将遗体“捐赠”给植物，让植物得到大量氮肥。这类固氮菌叫自生固氮菌。
（3）固氮原理。氮气是空气中的主要成分，占空气总量的4/5。然而由于氮气分子被三条化学键所束缚，因此大部分植物不能直接吸收利用。固氮菌的本领在于它有一种固氮酶（含有Fe、Co、Mo即铁、钴、钼），可以轻易地切断束缚氮分子的化学键，把氮分子变为能被植物消化、吸收的氮原子。俄罗斯莫斯科大学生化物理研究所的科研人员别尔佐娃经过多年探索研究，成功地解释了固氮菌在空气中生存固氮的机理。别尔佐娃因此获得了2002年的欧洲科学院青年科学家奖。
在几百万年前的太古时代，大气层中没有氧，地球上生存着大量的厌氧性生物。在地球上第一次大灾难发生后，地球表面出现了很多氧。大量厌氧性生物由于氧的出现而消失了，但有少量厌氧性生物由于躲藏在无氧、不透气的淤泥、沼泽地和深层土壤中而存活至今。也有一部分厌氧性生物如固氮菌，它适应了环境，能够在含氧21%的大气层中存活，并从空气中吸收氮气。
9.解磷菌
（1）解磷菌的概念。人们在20世纪初开始注意到微生物与土壤磷之间的关系。Sackett（1908）发现一些难溶性的复合物施入土壤中，可以被作为磷源而应用，他们从土壤中筛选出50株细菌，其中36株在平板上形成了肉眼可见的溶磷圈。1948年，Gerretsen发现植物施入不溶性的磷肥，经接种土壤微生物后，促进了植株的生长，增加磷的吸收。他分离出了这些微生物，发现这些微生物可帮助磷矿粉的溶解。从此，许多科学家致力于解磷菌的研究，相继报道了许多微生物具有解磷作用。
具有解磷作用的微生物种类很多，也比较复杂。有人根据解磷菌分解底物的不同，将它们划分为能够溶解有机磷的有机磷微生物和能够溶解无机磷的无机磷微生物，实际上很难将它们区分开来。具有解磷作用的微生物解磷细菌类有芽孢杆菌（Bacillus）、假单胞杆菌（Pseudomonas）、欧文菌（Erwinia）、土壤杆菌（Agrobacterium）、沙雷菌（Serratia）、黄杆菌（Flavobacterium）、肠细菌（Enterbacter）、微球菌（Micrococcus）、固氮菌（Azotobacter）、根瘤菌（Bradyrhizobium）、沙门菌（Salmonella）、色杆菌（Clromobacterium）、产碱菌（Alcaligenes）、节细菌（Arthrobacter）、硫杆菌（Thiobacillus）、埃希菌（Escherichia）；解磷真菌类有青霉菌（Penicillium）、曲霉菌（Aspergillus）、根霉（Rhizopus）、镰刀菌（Fusarium）、小菌核菌（Sclerotium）；放线菌有链霉菌（Streptomyces）；AM菌根菌。
（2）解磷作用及机理。解磷菌的解磷机制因不同的菌株而有所不同。有机磷微生物在土壤缺磷的情况下，向外分泌植酸酶、核酸酶和磷酸酶等，水解有机磷，转化为无机磷酸盐。无机磷微生物的解磷机制一般认为与微生物产生有机酸有关，这些有机酸能够降低p H，与铁、铝、钙、镁等离子结合，从而使难溶性的磷酸盐溶解。Sperber（1957）鉴定了解磷细菌可产生乳酸、羟基乙酸、延胡索酸和琥珀酸等有机酸。Louw和Webly（1959）则认为微生物产生的乳酸和α-酮基葡萄糖酸是溶解磷酸盐的有效溶剂。林启美等也发现细菌可以产生多种有机酸，且不同菌株之间差别很大。赵小蓉等的研究表明，微生物的解磷量与培养液中p H存在一定的相关性（r=-0.732），但同时也发现培养介质p H的下降，并不是解磷的必要条件，表明不同的有机酸对铁、铝、钙、镁等离子的螯合能力有差异。Rajan（1981）等报道将磷矿粉、硫颗粒和一种硫氧化细菌混用，通过硫氧化细菌的作用使硫颗粒氧化成硫酸，溶解磷矿粉。
大量研究报道真菌的解磷作用与产生有机酸有关。王富民（1992）等对黑曲霉（Aspergillus niger）的研究表明，该菌在发酵过程中产生草酸、柠檬酸等多种有机酸。James（1992）研究了Penicillium bilaii溶解磷酸钙的机制，结果证明Penicillium bilaii在培养过程中主要产生草酸和柠檬酸，且氮缺乏有利于柠檬酸产生，碳缺乏有利于草酸产生。范丙全等（2002）对溶磷草酸青霉菌（Penicillium oxalium）溶磷效果研究表明，氮源影响草酸青霉菌产生有机酸的种类，使用氨态氮时主要分泌苹果酸、乙酸、丙酸、柠檬酸、琥珀酸，在硝态氮条件下几乎不产生这些有机酸，可见氮源的不同影响了有机酸的代谢方向，并且同一种菌的解磷机理可能不止一种。另外，一些解磷菌导致培养介质酸度的提高与产生的有机酸无关，不产有机酸的微生物也具有解磷的作用，究其机制可能与呼吸作用产生碳酸和NH4+/H+交换机制有关。研究证明微生物在摄取阳离子（如NH4+）的过程中，利用ATP转换时所产生的能量，将H+释放在细胞表面，有利于有机磷的溶解，如Penicillium effuscum。对AM（Arbuscular Mycorrhiza）菌根菌促进植物磷养分的吸收，促进作物生长，增加植株磷素浓度，改善植物的磷营养方面报道较多。宋勇春（2001）在缺磷土壤中施用植酸和卵磷脂时，接种几种菌根真菌（Glomus mosseae，G.versiformea，Gigaspora margarita），对根际土壤测定表明，菌根菌增加了土壤酸性磷酸酶和碱性磷酸酶的活性，促进了土壤难溶性有机磷有效化及玉米和红三叶草对磷的吸收。Arihara等（2000）对AM菌根与玉米生长关系的研究表明，在播种前土壤中有效性磷浓度相同（土壤），玉米产量与AM菌根菌定植率呈正相关，R=0.80。AM菌根菌促进了植物对磷的吸收的机制主要为：菌根增加了植物根系吸收磷的表面积，使植物可以吸收原来无法利用的磷源，并使之转化、输送给寄主植物。测定微生物是否具有解磷能力一般有3种方法：一是平板法，即将解磷菌在含有难溶性磷酸盐或有机磷的固体培养基上培养，测定菌落周围产生溶磷圈的大小；二是液体培养法，测定培养液中可溶性磷的含量；三是土壤培养，测定土壤中有效磷含量。
继Gerretsen之后，Sperber对细菌解磷进行了深入的研究。Sperber从土壤中分离出291株细菌，其中184株能够生长在含有难溶性磷酸盐的平板上，84株在菌落周围产生1～10 mm的溶磷圈。尹瑞玲（1988）测定了从土壤中分离出的265株细菌溶解摩纳哥磷矿粉能力，发现培养6 d（28℃）后，溶磷能力平均为2～30 mg/g，其中44株巨大芽孢杆菌、节杆菌、黄杆菌、欧文菌及假单胞杆菌解磷最强，达25～30 mg/g。Sundara Rao等（1963）利用磷酸三钙作为磷源，经14 d的液体培养后，发现几株芽孢杆菌解磷能力达70.52～156.80 mg/ml。Paul和Sundara Rao测定从豆科植物根际分离出来的几株芽孢杆菌溶解磷酸三钙的效率高达18%，其中解磷能力最强的是巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）。Molla和Chowdhury （1984）也报道了不同的解磷菌株之间在解磷能力上的差异。另外，林启美和赵小蓉（2001）将纤维素分解菌康氏木霉W9803Fn（Trichoderma konigii）、产黄纤维单胞菌W9801Bn（Cellulomonas flavigena）与无机磷细菌2VCP1共培养时发现，纤维素分解菌的分解作用，为无机磷细菌生长繁殖提供碳源，提高了无机磷溶解磷矿粉的能力。边武英（2000）等人研究了高效解磷菌（PEM）对针铁矿—磷复合体吸附磷的活化作用，结果表明PEM能有效地利用矿物吸附磷，微生物利用率和转化率分别达到57.5%和61.7%，均明显高于一般土壤微生物。
解磷真菌在数量上远不如解磷细菌多，其种类也少，主要局限于青霉（Penicillium）、曲霉（Aspergillus）、镰刀菌（Fusarium）、小丝核菌（Sclerotium）等几个属种。由于青霉和曲霉在解磷真菌中占绝对优势，故对这两个属真菌的解磷作用及应用效果研究报道的较多。Kucey（1989）从草原土中分离的解磷真菌大多为青霉和曲霉，并证明虽然解磷真菌的种类不多，但其解磷能力通常比细菌强。许多解磷细菌在传代培养后会丧失解磷功能，而且一旦丧失就不能再恢复，而解磷真菌遗传较稳定，一般不易失去解磷功能。Kucey（1987）、Asea （1988）、Cerezine（1988）、Nahas （1990）、王富民（1992）和范丙全（2002）对青霉菌（Penicillium bilaii，P. oxalicum）或曲霉菌（Aspergillus niger）的解磷作用都进行了详细的研究报道。
（三）微生物肥料的标准
微生物肥料的标准见表19～21。
表19 GB2028-200农用微生物菌剂产品的技术标准
a复合菌剂，每一种有效菌的数量，不得少于0.01亿/g或0.01亿/ml；以单一的胶质芽孢杆菌制成的粉剂产品中有效活菌数少于1.2亿/g。b此项仅在监督部门或仲裁双方认为有必要时检测。
表20 GB2028-200农用微生物菌剂产品的无害化技术指标
表21 GB2028-200有机物料腐熟剂产品的技术标准
a 以农作物秸秆类为腐熟对象测定纤维素酶活；b 以畜禽粪便类为腐熟对象测定蛋白酶酶活；c此项仅在监督部门或仲裁双方认为有必要时检测。
三、生物有机肥料
（一）生物有机肥料加工工艺
生物有机肥料是指以微生物与主要以动植物残体（如畜禽粪便、农作物秸秆等）、生活垃圾或工业“三废”等为原料并且经过无害化处理和腐熟的有机物料复合加工成的一类兼具微生物肥料和有机肥料效应的肥料。加工工艺是，将原料干燥除去一定水分后（干燥时，即对原料进行了灭菌处理）进行破碎，然后加入一定量酸碱调节载体p H后加入一定量的菌剂即为粉状生物有机肥料。如果生产颗粒生物有机肥料，则可将调制好的有机肥送入圆盘造粒机，在成粒过程中喷入一定量菌剂，成粒的产品再进行低温烘干、筛分后，即可得成品。
（二）生物有机肥料的特点
生物有机肥料是汲取传统有机肥料之精华，结合现代生物技术加工而成的高科技产品。含有大量有机质和大量活的有益微生物及微生物代谢产物，集营养元素速效、长效、增效为一体，具有抑制土传病害、增强作物抗逆性、促进作物早熟和提高农作物产量和农产品品质的作用。主要特点如下：
生物有机肥料与化学肥料相比，生物有机肥料营养元素齐全，化肥肥料只有一种或几种元素。生物有机肥料能够改良土壤，化肥经常使用会造成土壤板结。生物有机肥料能提高产品品质，化肥肥料施用过多导致产品品质低劣。生物有机肥料能改善作物根际微生物群，提高植物的抗病虫能力；化学肥料则是作物微生物群体单一，易发生病虫害。生物有机肥料能促进化肥的利用，提高化肥利用率；化学肥料单独使用易造成养分的固定和流失。
生物有机肥料与精制有机肥料相比，生物有机肥料不烧根，不烂苗；精制有机肥料未经腐熟，直接使用后在土壤里腐熟，会引起烧苗现象。生物有机肥料经高温腐熟，杀死了大部分病原菌和虫卵，减少病虫害发生；精制有机肥料未经腐熟，在土壤中腐熟时会引来地下害虫。生物有机肥料中添加了有益菌，由于菌群的占位效应，可减少病害发生；精制有机肥料由于高温烘干，杀死了里面的全部微生物。生物有机肥料养分含量高；精制有机肥料由于高温处理，造成了养分损失。生物有机肥料经除臭，气味轻，几乎无臭；精制有机肥料未经除臭，返潮即出现恶臭。
生物有机肥料与农家肥相比，生物有机肥料完全腐熟，虫卵死亡率达到95%以上；农家肥堆放简单，虫卵死亡率低。生物有机肥料无臭，农家肥有恶臭。生物有机肥料施用方便、均匀；农家肥施用不方便，肥料施用不均匀。
生物有机肥料与微生物肥料相比，生物有机肥料价格便宜，微生物肥料价格昂贵。生物有机肥料含有功能菌和有机质，能改良土壤，促进被土壤固定养分的释放；微生物肥料只含有功能菌，通过功能菌来促进土壤固定肥料的利用。生物有机肥料的有机质本身就是功能菌生活的环境，施入土壤后容易存活；微生物肥料的功能菌对土壤有一定的施用范围， 具体到某些菌对有些土壤环境可能不适合。
（三）生物有机肥料的标准（NY/T798-2015）
生物有机肥料标准见表22、表23。
表22 复合微生物肥料产品技术指标要求
a含两种以上有效菌的复合微生物肥料，每一种有效菌的数量不得少于0.01亿/g（ml）；b总养分应为规定范围内的某一个确定值，其测定值与标定值正负误差的绝对值不应大于2.0%，各单一养分应不少于总养分含量的15%。
表23 复合微生物肥料产品无害化指标
四、微生物的功能
（一）微生物改良土壤的作用
有益微生物能产生糖类物质，占土壤有机质的0.1%，与植物黏液、矿物胚体和有机胶体结合在一起，可以改善土壤团粒结构，增强土壤的物理性能和减少土壤颗粒的损失，在一定的条件下，还能参与腐殖质形成。施用微生物肥料后微生物能促进土壤有机物质转化，提高土壤有机质的含量，改善土壤结构，能明显降低土壤容重，提高土壤总孔隙度，改善土壤的水热状况。
（二）微生物提高土壤肥力
微生物通过自身代谢产生无机和有机酸，溶解无机磷化物和含钾的矿物质等，促进土壤中难溶性养分的溶解、转化和释放，可以增加土壤中的氮素来源，提高土壤生物碳量、土壤生物氮量、土壤微生物商和土壤的全磷量，利于提高土壤肥力（表24、表25）。
表24 微生物对土壤改良作用
*表示5%差异显著。下同。
表25 微生物制剂对土壤肥力的影响
1.微生物对小麦叶绿素的影响
（三）微生物的营养作用
根据不同浓度微生物稀释液对小麦种子萌发期间α-淀粉酶活性的影响结果，选择500倍微生物稀释液浸种处理进行盆栽试验。微生物浸种提高了小麦旗叶叶绿素含量，开花和灌浆期处理间小麦旗叶叶绿素a和叶绿素b含量差异均达显著水平（表26）。
表26 微生物浸种对小麦旗叶叶绿素含量的影响
2.对棉花叶绿素含量的影响
据山东省临沂市农业科学院范永强研究，在重度盐碱地上每亩施用农用微生物菌剂（有机质＞45%，芽孢杆菌微生物＞5亿/g）80 kg，棉花花蕾期测定叶绿素为41.3 SPAD，较对照36.9 SPAD增加4.4 SPAD，提高了11.9%。
（四）微生物的刺激作用
1.微生物对作物体内植物生长调节剂的影响
（1）微生物对小麦胚芽鞘萘乙酸含量的影响。据山东省农业科学院岳寿松研究，用萘乙酸和微生物菌剂液处理小麦种子，结果表明微生物菌液对胚芽鞘伸长长度的影响与萘乙酸具有相同的作用（图118）。通过标准曲线计算，10倍、100倍和500倍微生物菌剂稀释液对小麦胚芽鞘促伸长的效果分别相当于2.5 mg/L、6.7 mg/L和8.4 mg/L萘乙酸的效果。微生物稀释倍数较低时（10倍、100倍）的促生长效应反不及稀释倍数较高（500倍）时，可能与活菌作用有关。
图118 萘乙酸和微生物稀释液对小麦胚芽鞘伸长的影响L0.清水处理芽鞘长；L.萘乙酸和微生物处理芽鞘长；C.浓度（mg /L）
（2）微生物对小麦种子α-淀粉酶活性的影响。据山东省农业科学院岳寿松研究，微生物菌液浸种能显著影响小麦种子萌发期间α-淀粉酶活性。小麦种子中的α-淀粉酶为淀粉水解的起始酶，其活性高低对种子萌发期间胚乳物质转化起十分重要的作用。用微生物菌液浸种，因稀释倍数不同，小麦萌发期间α-淀粉酶活性之间差异较大，与清水浸种相比，微生物原液和100倍稀释液极显著降低了α-淀粉酶活性，500倍稀释液浸种处理α-淀粉酶活性提高达极显著水平，1 000倍稀释液浸种与对照相比亦能显著提高α-淀粉酶活性，2 000倍稀释液浸种亦能提高α-淀粉酶活性（图119）。
图119 微生物浸种对小麦种子α-淀粉酶活性的影响
2.对棉花根活性的影响
据山东临沂市农业科学院范永强研究，在重度盐碱地上施用芽孢杆菌微生物菌剂（有机质＞45%，微生物＞10亿/g）80 kg，较单施氮磷钾元素肥料的棉花根系活力指数由4 553 μg/g增加到6 230 μg/g，提高50%以上（图120）。
图120 微生物菌剂对棉花根系活力的影响
（五）微生物的抗衰老作用（延缓衰老作用）
（1）对小麦丙二醛（MDA）的影响。据山东省农业科学院岳寿松研究，小麦抽穗后喷洒微生物菌剂能显著降低衰老期间叶片丙二醛（MDA）含量（花后10 d和20 d测定值差异均达显著水平），说明在一定程度上抑制了细胞膜脂过氧化作用，从而对提高叶片衰老期间的细胞代谢能力起重要作用（图121）。
图121 不同处理小麦旗叶衰老期间MDA含量差异
（2）对大豆丙二醛（MDA）的影响。据山东省农业科学院岳寿松研究，用微生物菌剂拌大豆种，大豆开花结荚期（7月15日）和鼓粒期（8月16日）不同生育时期叶片MDA含量显著降低（表27），即明显抑制了细胞膜脂过氧化作用，对提高叶片代谢能力起重要作用。
表27 微生物拌种对大豆叶片MDA含量的影响
（六）降污与降解农残作用
1.微生物对水稻铬的影响
据山东临沂市农业科学院范永强研究（表28），在湖南省益阳市赫山区进行土壤处理试验，即在基肥正常施用氮、磷、钾的基础上增加施用微生物菌剂（有机质＞45%、芽孢杆菌＞2亿/g）100 kg。采收期取15个点的水稻混合后测定稻谷内的镉含量。稻谷中的镉含量由对照的0.048 mg/kg降低到0.016 mg/kg，降幅达到66.6%。
表28 微生物菌剂对湖南大米中的镉含量影响
2.微生物对土壤除草剂残留的影响
据山东省农业科学院岳寿松研究，在正常施用氮、磷、钾的基础上增加施用微生物菌剂（有机质＞45%、芽孢杆菌＞2亿/g）20 kg或在水稻孕穗期喷施微生物菌剂（活菌含量10亿/ml）120 ml，能明显降低除草剂的药害（表29）。
表29 微生物菌剂对土壤除草剂残留的影响
处理：1.正常大田；2.水稻秧苗返青后，拌土撒施除草剂20%氯嘧磺隆2.5 g /亩；3.底施微生物菌剂；4.孕穗期喷微生物菌液（液体，活菌含量10亿/ml），每亩用量120 ml；5.菌剂底施+叶面喷洒（处理3和处理4组合）。
（七）微生物菌剂的增产作用
1.对光合速率的影响
（1）对小麦光合速率的影响。据山东省农业科学院岳寿松研究，微生物浸种显著提高了小麦旗叶光合作用速率（表30），从而为籽粒产量增加奠定了基础。
表30 微生物浸种对小麦旗叶光合速率（μmol/m2·s）的影响
（2）对小麦籽粒生长进程的影响。据山东省农业科学院岳寿松研究，微生物浸种和清水浸种处理间小麦籽粒生长进程存在差异（图122），微生物浸种处理籽粒干重一直高于清水浸种。籽粒生长进程用Logistic曲线拟合，根据曲线方程求籽粒最大生长速率，由表31可以看出，微生物浸种后提高了籽粒生长速率，为增加粒重奠定了基础。
图122 不同处理小麦籽粒干重变化
表31 微生物浸种对小麦籽粒生长进程及生长速率的影响
（3）对小麦产量及构成因素的影响。据山东省农业科学院岳寿松研究，微生物浸种对小麦产量结构的影响主要是提高了小麦的穗粒数和千粒重，用微生物菌剂浸种，较对照每穗小穗数仅增加0.1穗，穗粒数增加1.2粒，千粒重增加1.4 g，从而提高了小麦产量（表32）。
表32 微生物浸种对小麦产量及构成因素的影响
2.对气孔导度的影响
（1）对大豆气孔导度的影响。气孔导度为影响叶片光合作用速率的重要影响因子。据山东省农业科学院岳寿松研究，大豆植株喷洒微生物菌剂后叶片气孔导度显著增加（表33），表明叶片光合能力的气孔限制因素相对较弱，从而有利于光合速率的提高。
表33 喷洒微生物菌剂对大豆叶片气孔导度（mol/m2·s）的影响
备注：8月8日测定叶位为16叶，8月19日和8月29日测定叶位为18叶，9月10日测定叶位为21叶。
（2）对棉花气孔导度的影响。据山东临沂市农业科学院范永强研究，在重度盐碱地上施用芽孢杆菌微生物菌剂（有机质＞45%，微生物＞2亿/g）80 kg，较对照（单施氮、磷、钾肥料）的棉花气孔导度增加85 mol /（m2·s），提高25%以上（图123）。
图123 施用微生物对棉花气孔导度的影响
（八）微生物菌剂对作物品质的影响
1.对硝酸还原酶的影响
大豆叶片硝酸还原酶活性与籽粒品质密切相关。据山东省农业科学院岳寿松研究，大豆喷洒微生物能够提高大豆叶片NR的活性。8月8日测定值1/1 000 和1/500 微生物处理与清水相比均达显著水平，8月19日测定值仅1/1 000 微生物处理达显著水平，9月1日测定值各处理间无明显差异（图124）。
图124 喷洒微生物对大豆叶片NR活性的影响（测定叶位为18叶）
2.对大豆籽粒蛋白质和脂肪的影响
据山东省农业科学院岳寿松研究，用微生物菌剂拌种和大豆花荚期大豆植株喷洒微生物均能够增加大豆籽粒蛋白质和脂肪含量，且在花荚期植株喷施不同浓度的微生物菌剂蛋白质和脂肪的增加幅度相近（表34、表35）。
表34 微生物拌种对大豆籽粒蛋白质和脂肪含量的影响
表35 喷洒微生物对大豆籽粒产量及籽粒蛋白质和脂肪含量的影响
五、微生物肥料和生物有机肥料的科学施用
正确和合理的施用方法是发挥微生物肥料和生物有机肥料作用的重要保证。
1.要足墒适温施用
据研究，当土壤湿度在相对持水量70%左右，且气温在10～30℃的范围内肥效较好。土壤湿度过高或过低，气温低于10℃或高于35℃时，肥料的转化和吸收就会产生障碍。因此，无论在何种土壤上施用，都要有充足的墒情，促其迅速分解转化。
2.配套正确施用
为了体现肥料的速效与长效，凡是施用微生物肥料和生物有机肥料的大田，要配合矿物营养元素的施用，不能用微生物肥料和生物有机肥料取代其他肥料。
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