Mateusz Mącik、Agata Gryta、MagdalenaFrąc*
波兰科学院农业物理研究所，卢布林波兰
通讯作者：电子邮件地址：m.frac@ipan.lublin.pl
内容
1.简介
2. 生物肥料的定义及其在农业中的作用
3. 生物制剂的类型
3.1 基于固体载体的生物制剂
3.2 液体生物制剂
3.3 生物制剂的新可能性
4. 生物肥料生产
5.生物肥料的品质
6.生物肥料的施用
7.生物肥料的种类及其工作原理
7.1 固氮生物肥料（NFB）
7.2 磷生物肥料
7.3 植物促生生物肥料（PGPB）
7.4 钾生物肥料
7.5 溶锌生物肥料（ZSB）
7.6 硫氧化生物肥料（SOB）
7.7 硅酸盐增溶生物肥料（SSB）
8. 对土壤微生物的影响
9. 全球生物肥料市场
10.结论
摘要
生物肥料是一种含有活微生物的物质，对植物生长和发育具有有益的特性。微生物菌株利用各种机制来增强养分吸收、改善土壤肥力和提高作物产量，例如固氮、溶解钾和磷、排泄植物激素、产生抑制植物病原体的物质、保护植物免受非生物和生物胁迫以及解毒地下污染物。 考虑到地球上日益增长的消费需求以及过度使用化肥和农药所产生的危害，生物肥料被认为是合成农用化学品的一种有前途且无毒的替代品，包括真菌控制和最大限度地减少霉菌毒素污染。微生物接种剂的应用被认为可以克服化学农业技术的缺点，因此生物肥料的广泛使用研究是可持续农业发展科学工作的主流之一。
1、简介
目前，全球人口仍在增长，预计2050年左右将达到约97亿人。这种快速增长与集约化的工业化、城市化和农业生产密不可分。由于全球人口不断增长，传统农业对于满足人类营养需求不可或缺，预计到2020年将实现粮食产量3.21亿吨，实现各国粮食生产自给自足。然而，传统的耕作方法主要基于广泛使用合成肥料和农药来进行植物营养和疾病治疗。这些化学投入物的合理用量不仅对植物生长、作物产量和质量，而且对农民收入也具有无可争议的优势。
不幸的是，人工用品的使用增加可能会污染水、空气和土壤，对自然环境构成相当大的威胁。农用化学品的盲目使用和生物降解能力的缺乏导致其在地下积累，从而导致土壤结构、肥力和持水能力等参数发生不利的变化。合成肥料的过量施用还与水资源富营养化、温室效应密切相关以及重金属等有毒物质的积累。如砷、镉和铅。 值得一提的是，长期持续使用矿物肥料可能会导致土壤养分含量下降，使农作物更容易受到各种疾病的影响。有机农业是传统农业的替代品，有助于减少作物生产对人工植保投入的依赖。它结合了生态友好的农艺实践，并在假设中实现了食品生产，而食品生产不受污染（例如潜在有毒的微量元素、植物制剂的残留物），并确保维持土壤的高质量和生物多样性。化学肥料和有害农药的使用被排除在外。如今，生态食品的生产和消费仍在增长，有机农业是发展最快的农业分支之一。有机农业用地面积从 1999 年的 1100 万公顷增长到 2016 年的 5780 万公顷。
上述合成农业化学品超载对土壤造成的危害以及消费者保护自然环境和人类健康意识的提高，有助于探索同样有效但不会危及陆地生态系统的解决方案。欧盟最近的政策（欧盟法规 2018/848）支持引进环保农业技术。还实施了减少农业硝酸盐造成的水污染并防止进一步污染的议程（理事会指令 91/676/EEC，1991）。可持续农业最大限度地减少因过度施肥而产生的问题的方法之一是使用含有有益微生物菌株的生物肥料。这些微生物菌株在农业中具有广阔的潜力，因为它们通过增加天然养分（N、P、K、S、Zn）来改善植物的生长和发育。生物利用度和生产具有抗菌和/或抗真菌活性的物质，因此可以成为最大限度减少霉菌毒素污染的替代方案。此外，众所周知，生物肥料的施用可以增强本土土壤微生物的活性，加速土壤中发生的微生物过程（Raja，2013），释放植物生长刺激剂，保护植物免受非生物和生物胁迫，改善土壤的生物质量。、化学和物理特性，将复杂的化合物转化为易于吸收的形式并对土壤中存在的污染物进行解毒，例如重金属、1,4-二氯苯、五氯苯酚、莠去津或农药混合物。与合成化学品相比，生物肥料包含有廉价、环保且可再生的植物营养来源，因此它们在全球范围内受到欢迎并在作物生产中发挥重要作用。本综述的目的是总结根际微生物对重要农业植物的有益影响，并强调生物肥料在可持续农业中的作用。
2. 生物肥料的定义及其在农业中的作用
生物肥料是一个可以用多种方式解释的术语。不难找到将生物肥料识别为海藻提取物、城市废物、含有不明成分的微生物混合物或富含有机物的矿物肥料产品的定义。有趣的是，科学研究论文对这个术语提出了非常广泛的解释，代表了从绿肥到动物粪便再到植物提取物的一切。
生物肥料的概念随着对土壤微生物和植物之间发生的关联的认识的变化而发生变化。根据 Okon 和 Labandera-Gonzalez (1994) 的说法，改善土壤中养分的利用但不替代它们（如矿物肥料）的物质不应被确定为生物肥料，而应被确定为接种剂。 2003年，维西将生物肥料定义为“一种含有活微生物的物质，当将其施用于植物表面、种子或土壤时，它会在植物的根际或内部定植，并通过增加宿主必需营养素的供应或可用性来促进植物生长”。生物肥料的这一定义不符合上述由 Okon 和 Labandera-Gonzalez (1994) 提出的定义，是“生物肥料”一词的缩写。 后来在2005年，Fuentes-Ramirez和Caballero-Mellado将生物肥料定义为“一种含有活微生物的产品，通过不同的机制对植物生长和作物田间产生直接或间接的有益影响。”根据其定义，含有有益微生物、用于抑制植物病原体的产品也可以被确定为生物肥料，但这些产品更确切地说应被称为生物农药。同样，通过合成植物激素促进植物生长的微生物被认为是植物刺激剂或生物增强剂，而那些具有生物降解有机污染物能力的微生物被称为根修复剂。因此，并非所有微生物接种剂都应直接鉴定为生物肥料。
从科学的角度来看，生物肥料是一种发挥植物生长促进特性的微生物，但在农艺背景下，该术语涉及由有益菌株组成的产品，这些菌株对于养分动员很有用，包含在载体中，具有以下特征：允许其在生产商指定的时间储存，并准备好有效地施用于土壤或植物。从这个角度来看，生物肥料还可以添加有助于提高微生物活性的物质。“生物肥料”一词不仅不应与植物或动物粪便、间作作物或指矿物和有机化合物组合的肥料等术语互换使用，而且也不应与源自微生物的生物刺激剂（基于死亡微生物细胞或微生物提取物的产品）互换使用。
生物肥料施用的主要作用是促进植物生长，不对环境产生有害副作用，并提高收成产量。根据 Schutz 等人进行的研究，与未接种的对照相比，接种生物肥料使作物产量平均增加 16.2%。微生物生物肥料在将土壤肥力维持在适当水平并通过影响土壤颗粒的聚集来改善其结构方面发挥着至关重要的作用。它们还有助于改善植物与水的关系，提供抗旱保护，使植物不易罹患某些土传疾病，包括由额外产生霉菌毒素的真菌引起的疾病，并减少害虫的发生。尽管生物肥料在可持续农业中是一种具有商业前景的方法，但也有一些缺点使其竞争力较差，例如保质期有限、缺乏合适的生产材料、对高温的敏感性增加以及与储存和运输相关的困难。除此之外，微生物肥料需要较高的用量才能为植物提供足够的养分含量，其有效性取决于施用区域的土壤条件，长期使用后其作用效果会很明显。然而，新技术正在开发中，以克服与农业生态系统中生物肥料应用相关的缺点。
3. 生物制剂的类型
合适的配方是含有活微生物细胞的生物肥料的关键因素之一，影响生物制剂的质量。配方被确定为选定的微生物菌株与载体统一的过程（Bargaz 等人，2018）。配方产品由存在于合适载体中的活性成分组成，通常还含有在储存和运输过程中稳定和保护微生物的添加剂。好的配方能够将微生物有效地引入目标位点并增强其活性，从而在接种宿主植物后获得最大的效益。配方在生产和销售过程中必须保持稳定性。此外，它还应该易于农民处理和使用，必须以最合适的方式和形式输送微生物，并保护它们免受恶劣环境因素的影响，以便尽可能长时间地保持其良好的生理状态（Nehra和Choudhary），2015）。成本效益是选择配方产品时应考虑的另一个有意义的方面（Xavier 等，2004）。
根据物理性质和用作载体的材料，全球市场上有许多类型的生物肥料：基于固体载体的生物制剂、液体制剂、聚合物包埋制剂和流化床干燥制剂（Brahmaprakashetal.,2017）。 图 1 显示了生物肥料开发过程中使用的配方类型。
图1 生物肥料的配方类型。
3.1 基于固体载体的生物制剂
在基于固体载体的生物肥料中，微生物与载体结合，载体负责将微生物菌株从实验室转移到根际。载体是承载足够数量的微生物并使其在特定条件下保持良好生理状态的输送材料。一般来说，施用后，生物肥料中存在的有益菌株必须与本土土壤微生物竞争能源、必需养分和可居住空间。载体等材料在维持微生物的高生存能力和提高生物肥料的有效性方面发挥着重要作用。考虑到土壤中微环境的高度可变性，它们通过创建临时保护表面并提供促进微生物生长的基质来防止微生物数量下降。
由于载体构成即用产品的主要部分（按体积或重量）并为目标微生物提供有利于其生存的条件，因此它应该满足决定其可用性的许多特征。根据 Malusa 等人的说法，优质载体必须对接种的微生物菌株或植物无毒，易于加工且不含结块材料，并且易于灭菌，例如通过高压灭菌或伽马射线照射。此外，它必须表现出合适的理化特性：高持水能力、良好的 pH 缓冲能力、易于调节 pH 值以及适合尽可能多的微生物菌株。有人指出，载体必须具有高有机质含量的特点，并且其结构必须允许轻松的气体交换，尤其是氧气。一个好的承运人还应该具有经济上的可持续性；这表明成本合理且数量充足。除此之外，载体应保证商业生物肥料有足够的保质期（室温下至少2-3个月）、添加养分并易于农民处理。
没有任何一家单一运营商具备所有这些功能。上述特性仅决定了高质量载体的潜力，但最终，输送材料的选择必须基于微生物的个体特性、最终产品的物理形态、种植方法和用于植物栽培的设备，并且显然是可以接受的成本。
用作载体的材料有多种来源（有机、无机或可能由特定分子合成），可分为六类：
（I）土壤——泥炭、煤、粘土、褐煤，
（II）植物废料堆肥，农家肥、豆粕、麦麸、压榨泥，
（III）惰性材料——蛭石、珍珠岩、膨润土、聚丙烯酰胺凝胶、藻酸盐珠，
（IV）普通冻干微生物培养物和油干细菌，可随后掺入固体载体或可以这样使用，
（V）含有一些改善最终产品性能的添加剂的液体接种剂和
（VI）基于胶囊的载体——胶囊中的细胞和颗粒孢子。
固体制剂包括颗粒剂、微粒剂、可湿性粉剂、可湿性/水分散性颗粒剂、粉剂和丸剂。它们具有一定的优势，例如价格便宜、易于生产且生产不需要高额财务支出。
颗粒剂是由微生物活性成分、粘合剂、载体组成的干燥颗粒，根据粒径分为粗颗粒（100-1000μmin）和微颗粒（60-100μmin）。颗粒应满足以下特性：无尘且不结块，并且应具有崩解能力，以便在土壤中梯度释放活性物质。颗粒剂易于储存、使用方便，且不可吸入，因此处理起来更安全。这种类型的生物制剂主要用于土壤处理。
可湿性粉剂被认为是最古老的生物制剂类型之一。它们包括工业粉末（50-80%）、填料（15-45%）、分散剂（1-10%）和表面活性剂（3-5%）。由于它们很容易与水混溶，因此可以在田间施用前将它们悬浮在液体载体中。
可湿性/水分散性颗粒，也被确定为干燥流动剂，是一种固体、无尘、自由流动的颗粒制剂，当添加到水中时，会迅速分散或溶解。它们已被开发为可湿性粉剂的改进、更安全和商业上更具吸引力的替代品。与可湿性粉剂类似，它们含有润湿剂和分散剂，但与可湿性粉剂相比浓度更高。
3.2 液体生物制剂
考虑到基于载体的制剂的缺点，例如保质期短、对温度变化敏感、污染风险和相对较低的细胞计数，液体制剂已被开发作为基于载体的生物肥料的替代品。这些类型的生物肥料也被确定为可流动或水悬浮液，并基于肉汤培养物、矿物油、有机油或水包油悬浮液。通常，液体配方由 10–40% 微生物、1–3% 悬浮剂成分、1–5% 分散剂、3–8% 表面活性剂 39 农业生物肥料和 35–65% 载体液体（水或油）组成。液体生物肥料比载体接种剂更具吸引力，因为它具有一些特性，包括更长的保质期（18-24个月）、无污染、易于处理和施用以及添加可改善微生物菌株生长和存活的成分。此外，较高的微生物密度允许较低剂量的接种剂获得与基于固体载体的制剂相同的效果。不幸的是，液体制剂有一些限制，限制了它们的普遍使用，即使在发达国家也是如此。它们被剥夺了固体载体的保护，并且可能在接种后不久就失去活力。长期储存需要一些特定条件（低温），据报道，液体生物肥料对环境压力表现出更高的敏感性。添加蔗糖、甘油、阿拉伯树胶、聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 等成分可能有助于提高液体制剂中微生物的生存能力，其机制包括灭活有毒物质、更好的粘附性向种子添加接种剂或提高储存期间和各种环境条件下菌株的存活率。这些添加剂还负责接种和播种后生物肥料的稳定性。根据李等人的说法，含有沼泽红假单胞菌 PS3 菌株的液体菌剂可改善土壤质量，并使大白菜产量比对照提高 40%。据报道，这种细菌可以解毒水稻根际中的硫化氢等污染物。
液体生物制剂包括以下类型：悬浮浓缩物、油混溶性流动浓缩物、超低体积悬浮液和油分散液。悬浮剂是分散在水中的固体活性成分，使用前应用水稀释。与可湿性粉剂相比，它们具有无粉尘、易于使用和高效等优点。油混溶性流动浓缩物是含有分散在流体中的活性成分的悬浮液。使用前，必须将其稀释在有机液体中。超低容量悬浮液是指可以通过超低容量设备（产生极细喷雾的空中或地面设备）使用的液体制剂。油分散体是含有悬浮在与水不混溶的溶剂或油中的活性成分的制剂。众所周知，油的蒸发量要少得多，因此可能会与目标植物保持更长时间的接触。
3.3 生物制剂的新可能性
配方改进方面取得的重大进展为微生物捕获和固定化过程领域带来了新的可能性，这些过程被认为在农业中很有前景。固定化是一种生物技术工具，指的是细胞附着或捕获到基质中的各种方式。絮凝、表面吸附、与载体共价结合、细胞交联和封装在聚合物凝胶中是广泛使用的方法，因为植物有益微生物被固定化。然而，封装被认为是生物肥料技术中构建微生物菌株载体最有吸引力的方法。在此过程中，微生物细胞被保护壳覆盖或被捕获在合适的聚合材料中以形成珠子，这些珠子可渗透营养物、气体和代谢物。
考虑到生产的聚合物珠的尺寸，封装技术分为两种类型：微封装（珠子尺寸从 1 到 1000μm，通常小于 200μm）和宏观封装（珠子尺寸从几毫米到厘米）。
一般来说，有益微生物的封装似乎比游离细胞制剂更有利。这是微生物菌株周围营养胶囊的结果，它允许细菌在土壤中逐渐释放，改善其生理活性并降低储存和运输过程中的污染风险。由于提供了针对不利环境因素的保护，封装还可以显着增加植物有益微生物的活力。因此，活力的提高与产品保质期的延长有关。
此外，胶囊化制剂甚至可以在室温或 4°C 下保存相对较长的时间。 He 等人进行的一项研究。 (2015) 表明，用膨润土钠和海藻酸盐封装的 Raoultella planticola Rs-2 在储存 6 个月后，大约有 88.9%的存活率。 封装还用于固定菌株，如产酸克雷伯氏菌、巴西固氮螺菌、枯草芽孢杆菌和中生根瘤菌属（Mesorhizobium spp）。
在封装中，最常用的材料是聚合物：天然存在的（多糖、蛋白质材料）以及合成的（聚丙烯酰胺、聚氨酯）。就化学结构而言，聚合物可以是均聚物、杂聚物或共聚物。生物封装中常用的聚合物包括琼脂、淀粉、壳聚糖、藻酸盐、结冷胶、明胶、角叉菜胶、黄原胶、乳蛋白（酪蛋白、乳清蛋白）、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇。在选择合适的材料时，应考虑其化学成分、分子量以及与其他成分相互作用的能力。海藻酸盐和聚丙烯酰胺已被广泛用作封装材料，但由于聚丙烯酰胺的毒性，海藻酸盐获得了更多的普及。可以封装各种细胞，如细菌、真菌细胞或小菌丝片段，因此该过程在生产基于单一或多菌株的接种剂方面很有前景，例如溶磷生物肥料——丛枝菌根真菌（AMF）或根瘤菌—— AMF。
最近，在开发基于植物有益微生物的接种剂方面发现了一种新的有前景的方法。其中之一假设使用微生物生物膜作为潜在载体。生物膜是一种由嵌入自产基质中的微生物细胞组成的复杂结构，对生物和非生物表面均具有粘附力，有助于微生物缓解不利的环境条件。土壤中可能存在三种主要类型的生物膜：细菌、真菌和真菌-细菌生物膜。细菌以及真菌生物膜可以在非生物表面上形成，但是在真菌-细菌生物膜的形成中，真菌表现为生物表面。与植物根部相关的微生物的大部分能够形成生物膜，并且已发现这种结构具有促进植物生长的特性并增强作物如水稻、小麦、棉花、绿豆、大豆、番茄、豆科和香料作物的养分吸收。有益细菌生物膜还可用于原生动物对细菌的放牧，刺激细菌产生次生代谢产物，从而消除植物病原微生物并减少植物病害。据报道，与单一培养物相比，基于生物膜的根瘤菌接种剂使微生物在高盐度条件（400mM NaCl）下的存活率提高了 10 5 倍。与接种传统根瘤菌生物肥料的植物相比，在接种生物膜真菌根瘤菌接种剂的大豆中，观察到固氮作用增强。使用具有生物膜形成能力的 PGPR 似乎是生产和开发新型生物接种剂的有趣策略。
另一项可以为基于载体的微生物生物配方带来新趋势的技术是生物纳米技术。该技术基于采用至少一维尺寸为100nm或更小的纳米颗粒，由无机或有机材料制成。整个微生物细胞可以集成在纳米结构内，这可以有不同的应用，而不仅仅是在农业中。由于纳米技术，可以通过纳米材料封装营养物质，或者可以以乳液的形式提供营养物质。在这种类型的肥料中，养分可以在温度、湿度和土壤酸碱度等环境因素的影响下以受控和渐进的方式（缓慢或快速）释放。有一些纳米肥料在农业生态系统中应用的例子。据报道，用 TiO2 纳米粒子处理的玉米生长速度加快；钛纳米颗粒有助于增加光吸收和光能传输。在不同情况下，SiO 2 和TiO 2 纳米粒子被发现可以增强大豆中硝酸还原酶的活性；植物吸收能力也得到加强。人们注意到非制剂可以增强生物肥料的稳定性。在含有真菌菌株 Lagenidium giganteum 的配方中添加由二氧化硅制成的疏水性纳米颗粒，可以最大程度地减少菌体的干燥。制剂的物理特性也得到改善，并且微生物细胞在室温下储存12周后仍保持活力和活性。
纳米技术在农业中的某些领域的应用仍然越来越受欢迎和重要：提高生产率和产量、纳米肥料和纳米农药的应用、纳米传感器、利用纳米技术处理农业废物以及提高资源利用效率。纳米材料在用于开发针对植物病原体的纳米制剂的植物保护方面也表现出了良好的效果。纳米施肥被认为比传统肥料更有效，因为以这种方式提供的养分可以更有效地被植物吸收。
考虑到生物肥料质量的重要因素，例如减少污染和产品的有限保质期，开发了流化床干燥 (FDB) 配方。流化床干燥机是一种干燥机，其中固体颗粒或颗粒克服重力悬浮在向上流动的暖或热气流中，从而形成流化条件。微生物剂可以在干燥前喷洒到发泡载体上，或者可以以干物质形式输送，然后在流化床中涂上保护壳。
当干燥过程完成时，生物接种剂的水分含量降低至不利于污染物生长并与目标微生物细胞竞争的水平。水分活度非常低是组成微生物无法相互作用的原因，因此几乎恒定数量的细胞可以被输送到根际。 FDB 配方的一个例子是，以蛭石和 EB™（粘土和木材颗粒）混合作为固体载体的荧光假单胞菌已被开发出来。
FDB接种剂配方具有多种优点，例如限制微生物细胞数量的下降、去除污染物、可以根据需要改变干燥温度、可以混合和干燥某些成分以及值得一提的是环境温度用于干燥过程。
4、生物肥料生产
成功的生物肥料的开发和生产是一个多步骤的过程，包括以下阶段：
（I）选择合适的培养物并分离有效微生物，
（II）在适当的培养基和适当的生长条件下确定所选微生物的特性，
（III）微生物量的放大，
（IV）载体的选择，
（V）生物接种剂的配制，
（VI）现场研究，
（VII）工业水平的大规模实验和生产，
（VIII）质量控制、储存和运输的建立系统。
为了获得高质量的生物肥料，上述每个步骤都很重要，并且必须在严格规定的条件下进行。
用作生物肥料的微生物应具有某些特性，这些特性决定了其用途和有效性。这些特性包括高根际能力、通过各种机制或通过生物活性物质的分泌促进植物生长和发育以及与栖息在土壤中的本地根际细菌的相容性。
它们还应该易于大规模繁殖，表现出广泛的作用范围，并且不应对自然环境构成威胁。选定微生物的大规模生长发生在选定的培养基上，该培养基应该便宜、容易获得，并提供获得足够数量的微生物菌株所必需的所有基本营养素。生物肥料生产的这一步骤是通过液体、半固体和固体发酵技术实现的。据记载，为了实现微生物的最大生长，使用了各种类型的化学成分确定的培养基 (CDM)，因为它们可以改变影响微生物菌株增殖的物质的比例。然后，必须根据所用微生物菌株的特性和最终产品的首选形式选择高质量载体。下一步包括用完全生长的微生物肉汤浸渍载体或固定生长的细胞以获得液体制剂。在商业化之前，生物肥料必须经过多项温室试验或田间试验，并满足一定的要求，以确认：（i）不存在生态毒理学效应；（ii）在促进植物生长和提高作物产量方面具有有益影响。 然后，必须完成生物肥料的注册和监管审批。 配制生物肥料进行包装，每个包装上应标有以下信息：产品名称、所含微生物菌株、适用植物、制造商名称和地址、生产日期、有效期、应用说明和建议。
5、生物肥料的品质
生物肥料的质量不仅影响最终用户、农民的积极或消极接受，而且影响整个生物肥料行业的进步，因此在所有生产阶段都受到监督。不幸的是，在欧盟和美国，生产标准和质量参数并未明确制定。在生物施肥变得更加流行的国家，其使用受到更好的监管。例如，在中国，质量是根据八个参数确定的：活细胞数量、碳和水含量、pH、载体尺寸（固体生物肥料）、外观、污染和有效期。尽管如此，微生物密度 45 农业生物肥料
根据中国标准，仍然是最重要的因素。该参数已为七组微生物定义：根瘤菌、快速和慢速生长、固氮细菌、解磷细菌、有机和无机磷、硅酸盐解菌细菌和多菌株菌群。使用的活细胞的量取决于细菌的种类，对于液体生物肥料，范围在>0.5x109 cfum/L或 >1.5x109cfum/L之间，在 >0.1x109 cfum/L或 > 之间 0.3x109cfug ?1 对于固体产品。
生物肥料无论其物理形态如何，有机质含量至少应占20%，且产品有效期不得短于6个月。在印度，制定了七个质量参数的标准：物理形态、最小活细胞计数、污染程度、载体材料的粒径、含水量、pH 值和效率特征。印度为四类微生物制定了标准：根瘤菌、固氮菌、固氮螺菌、解磷细菌和菌根生物肥料。在细菌生物肥料中，固体载体的最小活细胞数为5x107 cfum/L，液体载体的最小活细胞数为1x108cfum/L。 对于基于菌根真菌的生物肥料，1g 即用型产品必须含有至少100 个有活力的繁殖体。
6、生物肥料的施用
生物肥料可以施用于种子、幼苗或直接施于土壤中。考虑到接种剂的特性、作物类型、环境条件和农民技术背景的限制，每种技术都有优点和缺点。然而，在使用前应采取一些预防措施，例如直接暴露在阳光下以及将用过的溶液保留过夜是不好的。生物肥料还应储存在适当的温度下，不得低于 0°C 且高于 35°C。
由于其简单且接种所需的产品量少，种子处理仍然是施用生物肥料的最常见做法。孕育剂可以通过以下方式之一施用到种子上：撒粉、浆料和种子包衣。通过撒粉，干燥的种子直接与接种剂混合。这种方法可能会导致微生物对种子的粘附较弱，因此被认为是最不有效的。对于浆料，生物接种剂与湿种子混合或直接与水混合，然后与种子混合。或者，可以将种子留在浆液中过夜。由于每个种子必须涂有适当数量的微生物粘合剂，例如阿拉伯树胶、羧甲基纤维素、蔗糖溶液、植物油和无毒商业产品。如果生物肥料不含粘合剂，建议在悬浮液中添加25%的糖蜜溶液或1%的奶粉。在最后一种方法中，即种子包衣，将种子与由孕育剂制备的浆料混合，然后用细磨的无机惰性材料例如石灰、粘土、磷矿、木炭、白云石、碳酸钙或滑石粉包衣。这一过程的结果是，微生物受到保护，免受不利环境条件以及化肥和农药的有害影响。种子处理可用属于以下属的细菌进行：根瘤菌属、固氮杆菌属、固氮螺菌属、解磷微生物(PSM)以及微生物聚生体。在这种情况下，种子首先涂有根瘤菌属、固氮菌属。或固氮螺菌属。 然后，添加 PSM 接种剂作为外层，从而可以维持更高数量的活微生物细胞。
如果将大量微生物菌株直接引入土壤，建议进行土壤接种。在该技术中，优选颗粒形式（0.5-1.5mm）的载体材料，并且通常使用颗粒形式的泥炭、珍珠岩、滑石粉或土壤骨料。一般来说，土壤接种包括将颗粒放置在种子下方、上方以及旁边的苗床中。如果是液体形式的生物肥料，可以用接种剂喷洒犁沟中的种子；也可以使用水培系统。土壤处理可以控制接种剂的位置和施用量，保护接种剂免受农药和杀菌剂的有害影响，并避免种皮受损。使用播种机械时损失部分孕育剂的风险被最小化。与种子处理相比，土壤接种增加了种子与较高浓度生物肥料接触的机会。
另一方面，这种方法也存在一些缺点，主要是技术上的缺点，例如，专用设备、生物肥料数量较多，需要更多的储存空间和运输。这些因素同时与更高的财务支出有关。一般来说，发达国家已经实施了颗粒土壤接种，并使用先进的施肥机械和配件。
7、生物肥料的种类及其工作原理
有机农业中使用的生物肥料根据其含有的微生物群分为不同类型。这些制剂的不同类型包括：
7.1 固氮生物肥料（NFB）
氮是植物生长发育最必需的养分之一，在作物生产中发挥着至关重要的作用。它是植物细胞所有酶促反应中的关键大量营养素，也是叶绿素分子的重要组成部分。
大气由许多气体组成，但氮气仍然是其成分中最丰富的气体。尽管大气是地球上这种元素最大的储存库，但动植物却无法获得二氮气。这是氮分子中原子之间形成三键的结果，这使得氮分子的化学性质稳定且不易断裂。为了有效利用大气中的氮，必须将其还原为植物可用的形式；这个过程被称为生物固氮（BNF）。 BNF 是固氮微生物在称为固氮酶的复杂金属酶的催化下，将不活跃的大气氮转化为代谢有用形式（例如氨）的过程。具有固氮能力的微生物分为共生微生物和非共生微生物。共生生物，主要是来自根瘤菌科的细菌，与宿主豆科植物形成互利关系。另一方面，自由生活的内生微生物（例如固氮菌属、固氮螺菌属）和蓝藻菌属进行BNF 是非共生的。。Biswas 和 Gresshoff可以示意性地展示生物固氮的总体反应：
N 2 +16ATP+8e +8H + = 2NH3 +H2 +16ADP+16Pi
7.1.1共生固氮菌
最著名的固氮细菌属于根瘤菌科（α-变形菌），包括以下属：
根瘤菌、慢生根瘤菌、中华根瘤菌、固氮根瘤菌、中慢生根瘤菌和异根瘤菌，通常称为根瘤菌（Patel 和 Sinha，2011）。根瘤菌与豆科植物相互作用，形成互利共生关系，诱导其根部形成特殊结构，称为根瘤，在其中发生固氮过程。根瘤内部的细菌分化成类菌体，即能够将大气中的氮转化为铵的形式，然后被输送到植物细胞并有效代谢。施用根瘤菌生物肥料后，人们注意到，由于微生物与寄主植物之间的共生，豆类作物的产量有所增加。对于豆科植物，根瘤菌菌株能够固定 15–20kgN/ha 并将作物产量提高高达 20%。根瘤菌菌株和宿主植物物种固定大气氮的能力存在很大差异，因此，在生物肥料生产过程中，必须考虑生物体之间的相容性。据估计，由于根瘤菌的微生物活性，花生固定为 126–319kgN/ha，大豆固定为 33–643kgN/ha，木豆固定为 77–92kgN/ha，绿豆固定为 25–100kgN/ha 和 125–143kgN/ha。与根瘤菌菌株形成关系的重要农业植物包括三叶草、豌豆、菜豆、苜蓿、百脉根、大豆和 Cicer arietinum。
共生固氮细菌应用的有益效果已在文献中记载。 Wani 等人进行的一项研究表明用中生根瘤菌接种鹰嘴豆。菌株增加了植物干物质、根瘤数量、种子产量和籽粒蛋白质。根和芽中的氮含量发生了变化，与未接种对照相比，分别增加了 46% 和 40%。此外，还对大豆、豇豆、蚕豆、木豆、扁豆、菜豆和豌豆的根瘤菌菌株的植物生长促进特性进行了研究。据报道，根瘤菌属，例如根瘤菌属、中生根瘤菌属、慢生根瘤菌属能够促进豆科植物生长，并为金属污染土壤中的植物提供氮。根瘤菌科的代表也被发现产生诸如侧载体、吲哚乙酸 (IAA) 和 1-氨基环丙烷-1-羧酸酯 (ACC) 脱氨酶等化合物。根据艾哈迈德等人的说法发挥 ACC 脱氨酶活性的根瘤菌菌株有助于改善盐影响条件下绿豆的生长、生理和品质。
参与共生关系的另一种微生物是来自弗兰基亚属的N 2 -固定剂。 Frankia 包含一种自由生活的革兰氏阳性土传细菌，其参与与放线菌植物的关联。与根瘤微生物类似，Frankia 诱导固氮根瘤的形成，但豆科和放线菌根瘤在形态、解剖学、起源和功能方面表现出差异。该属的微生物菌株能够感染八个放线菌科植物（主要是木本植物）并使其结瘤，这些植物用于木材生产、土地开垦、木材和薪材生产、防风林以及沿海岸线和沙漠的防护林。其中一些植物用于恢复退化的生态系统。接种 Frankia 菌株可以增加退化土壤的肥力，并提高放线根树在干旱环境中种植期间的有益影响。
根据 Sayed的说法，木麻黄树在南非、塞内加尔、中国和印度具有重要的农业意义，接种 Frankia 后显示出生长和生物量的增加。
7.1.2自由生活的非光合固氮细菌
尽管根际是许多具有固氮能力的细菌属和种的栖息地，但主要是属于固氮杆菌属和固氮螺菌属的微生物已被研究作为谷类和豆类作物的潜在生物肥料。
固氮菌属微生物是一种自由生活的需氧细菌，主要定植于中性和碱性土壤中，平均每年能够固定 20kgN/ha。固氮菌属中的 6 个种，即 A. ameniacus、A. beijerinckii、A. chroocaccum、A. nigricans、A. paspali、A. vinelandii 在固氮方面发挥着至关重要的作用，它们作为生物肥料的应用有利于非豆科植物小麦、大麦、燕麦、水稻、向日葵、玉米、线虫、甜菜根、烟草、茶叶、咖啡和椰子等农作物。
根据 Iwuagwu 等人进行固氮菌的应用的研究。增加了玉米幼苗的株高、茎基直径、鲜物质和干物质。有文献报道，接种固氮菌。与未接种对照相比，小麦、燕麦和丁香的干物质分别增加了 10-23%、13-19% 和 14-27%。固氮菌属 作为生物肥料，不仅可以增加植物可利用的氮量，还可以合成有利于植物生长发育的物质。已知这些微生物可产生赤霉素、生长素、细胞分裂素等化合物，B 族维生素、烟酸和泛酸等物质以及促进种子发芽的物质。据记载，种子接种了固氮菌。发芽率提高 20-30%。固氮菌属 它还可以保护植物免受根部病原体的侵害，刺激本土土壤微生物的活性并提高作物产量。
7.1.3自由生活的光合固氮细菌
这种固氮微生物的代表被确定为蓝细菌或蓝绿藻（BGA）。它们是自由生活的产氧革兰氏阴性生物，通常出现在池塘、湖泊、水流和河流中，它们将 N 2 转化为氮化合物和铵化合物。大多数BGA，如发菜属、鱼腥藻属、Aulosira属、Cylindrospermum属、Caothrix属、Tolypothrix属和Stigonema属，都具有杂囊、特化的厚壁修饰细胞，已知这些细胞是固氮酶固氮的场所。 N 2 固定能力不仅在异囊 BGA 中被发现，而且在非异囊单细胞（Aphanothece、Chroococcidiopsis、Dermocapsa）和丝状（Oscillatoria、Schizothrix、Trichodesmium）属的蓝藻属中也被注意到。有趣的是，蓝藻发挥促进植物生长的能力，因为它们能够产生多种物质，例如氨基酸、多肽、维生素和抗菌/抗真菌化合物。此外，BGA 能够溶解土壤中的不溶性磷酸盐形式，如磷酸钙、磷酸铁、磷酸铝和羟基磷灰石，从而提高植物对原生磷的利用率。
科学文献中关于基于 BGA 的商业产品的报道并不多，但蓝藻物种 Anabaena variabilis、Nostoc muscorum、Aulosira fertissima、Tolypothrix tenuis 已被发现作为潜在的生物肥料。据记载，蓝藻的应用可提高稻田的氮素利用率。根据 Singh 等人的研究，添加蓝藻（体外）有助于改善植物芽、根长度和小麦作物的干重。 Ismail 和 Abo-Hamad进行的一项研究证明，鱼腥藻的处理提高了大麦和胡芦巴的发芽率、鲜重和干重、芽长度以及光合色素含量。在印度，Aulosira fertilissima 被认为是稻田固氮方面最活跃的蓝藻。在农业系统中使用蓝藻可以带来诸多好处，例如增强必需营养素的流动性、重金属和外源物质的生物修复、保护植物免受植物病原体的侵害以及改善土壤的理化性质。这些微生物能够固定 20–40kgN/ha ，因此它们似乎是化学氮肥的有前途的替代品。
7.1.4联合固氮菌
固氮螺菌属是另一种自由生活的需氧细菌，具有固氮能力，被认为是许多谷物的重要植物生长促进剂，不仅在温室中而且在田间试验中。固氮螺菌属细菌是非结瘤微生物，常见于热带、亚热带和温带生态系统的土壤中。它们在野生和农业植物的根部表面和内部定居，这种关系称为根际关联。固氮螺菌属 能够固定20-40kgN/ha，并且由于其接种，产量平均增加5-10%。含有固氮螺菌的生物肥料的施用。
建议在非豆科植物中使用菌株，如水稻、小米、油籽、甘蔗、香蕉、椰子、油棕、棉花、辣椒、酸橙、咖啡、茶、香料和草药。据报道，Azospirillum lipoferum 和 A. brasilense 对不同作物的生产力产生有益影响。 据估计，甘蔗中高达 50%的氮含量可由固氮螺菌 (Azospirillum sp.) 提供固氮剂。
根据奥马尔等人的说法，A. brasilense 有助于缓解大麦作物的盐胁迫。该属细菌还因分泌植物激素而闻名，这种激素会改变接种植物根部的形态和生理特性。
7.2 磷生物肥料
与氮类似，磷是下一个不可或缺的大量营养素，以高度可同化的形式需要，以最大限度地提高作物产量和植物生长和发育。它涉及调节植物代谢的酶途径，它参与光合作用和能量转移以及其他几个重要过程。幼苗缺磷可能导致生长迟缓。这种不发达导致叶子尺寸减小(Yehetal.,2000)。土壤中存在三种形式的磷：土壤磷酸盐溶液和分为有机化合物和无机化合物的不溶性磷酸盐，。磷可以以H2PO4-和HPO4 2-的形式被吸收？但是，大约 95-99% 的土壤磷以不溶性形式存在，无法被植物利用。应对磷缺乏的一种常见方法是施用磷酸二氢钙或磷酸二氢钾形式的磷矿物肥料。然而，化学投入的长期使用显示出严重的环境影响，并可能限制天然磷的含量。据报道，矿物肥料中的很大一部分磷无法被植物利用。这是在酸性 pH 条件下磷与铁和铝之间形成牢固键的结果；类似的情况也发生在与镁和钙形成化学键的碱性土壤中。基于具有解磷活性的微生物菌株的生物肥料是提高农业土壤中磷生物利用率的一种有前途的方法，并且对使用磷矿物肥料具有环保意义。
已发现可增加植物土壤磷酸盐利用率的细菌菌株包括假单胞菌属、农杆菌属。还有环状芽孢杆菌。其他能够溶解磷的细菌包括以下属的菌株：固氮菌属、芽孢杆菌属、伯克霍尔德氏菌属、肠杆菌属、欧文氏菌属、库什纳氏菌属、类芽孢杆菌属、罗尔斯顿氏菌属、根瘤菌属、红球菌属、沙雷氏菌属、缓生根瘤菌属、沙门氏菌属、中华单胞菌属和硫杆菌属。
据报道，不仅细菌，而且真菌也可用于溶解磷。在动员难利用的磷方面表现出重要功能的值得注意的微生物真菌包括来自以下属的菌株：无孢霉属、链格孢属、节孢霉属、曲霉属、头孢霉属、枝孢霉属、弯孢霉属、坎宁哈氏菌属、毛壳属、镰刀菌属、球囊霉属、长蠕孢属、小单孢菌属、被孢霉属、漆斑菌属、木霉属、拟青霉属、青霉属、茎点霉属、发酵毕赤酵母属、杨孢属、腐霉属、丝核菌属、根霉属、酵母属、裂殖酵母属、许旺酵母属、菌核菌属、圆酵母属、木霉属和耶氏酵母属（Alori 等人，2017 年；Pal 等人，2015 年）。
根据解磷细菌和磷动员微生物的应用，磷酸盐生物肥料分为两类：
7.2.1溶磷生物肥料（PSB）
属于该组的微生物是能够溶解不溶性磷酸盐化合物，例如磷酸三钙、磷酸二钙、羟基磷灰石和磷矿的细菌和真菌菌株。
Ibarra-Galeana 等人进行的一项研究证明苜蓿中华根瘤菌、弯曲芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌能够溶解磷酸三钙和羟基磷灰石。一些其他微生物物种，如黑曲霉、变异青霉、解脂耶氏酵母和马库拟青霉 AA1 也被发现可以溶解不溶性磷化合物。
溶磷机制包括低分子量有机酸（如苹果酸、琥珀酸、富马酸、柠檬酸、谷氨酸、2-酮谷氨酸等）的分泌、溶解矿物质的化合物的分泌、胞外酶的排出（生化磷酸盐矿化）和释放底物降解过程中的磷酸盐（生物磷酸盐矿化）。
矿物质磷的溶解可能是由于有机酸的产生，这有助于降低根际 pH 值，螯合参与磷沉淀的阳离子，与不溶性磷化合物（Ca-P、Al-P、 Fe-P）并与 P 竞争土壤上的吸附位点。这些有机酸是微生物代谢的产物，可以通过酸性阴离子与磷酸盐进行阴离子交换而直接溶解矿物磷，也可以螯合与磷相关的铁、铝和钙等阳离子。葡萄糖酸、草酸、柠檬酸、乳酸、酒石酸和天冬氨酸是溶磷微生物合成的常见有机酸。
提高土壤磷生物利用率的另一个重要过程是有机磷化合物的溶解。有机磷矿化的效率受这些化合物的物理化学和生化性质的影响。其中一些，例如核酸、磷脂和糖磷酸盐，与腐植酸、多磷酸盐和膦酸盐相比更容易矿化。土壤中存在的有机磷化合物主要与粘土颗粒相关，它们高度矿化，因为其中一部分很容易被微生物利用。
一些地下微生物，如曲霉属、青霉属、毛霉属、根霉属、芽孢杆菌属、假单胞菌属，能够合成磷酸酶，这些酶可破坏磷酸酯或磷酸酐键并使有机 P 化合物脱磷酸。据记载，与植物产生的磷酸酶相比，微生物磷酸酶在有机磷化合物矿化方面更有效。人们还发现黑曲霉可以产生植酸酶，这种酶可以利用植酸盐中的磷。因此，植物可以直接从有机磷化合物中吸收磷。另一种微生物酶是膦酸盐和 C-P 裂解酶，它们可破坏有机膦酸盐中的 C-P 键。这些酶已在嗜热脂肪芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、嗜热栖热菌和嗜热栖热菌等菌株中得到描述。易等人证明肠杆菌属的一些代表。 (EnHy-401)，节杆菌属（ArHy505）和固氮杆菌属(AzHy-510) 产生大量胞外多糖 (EPS)，能够溶解磷酸三钙。溶磷微生物对玉米、生菜、油菜、鹰嘴豆、大麦、菜豆、甘蔗、小麦、绿豆和小米等多种作物的有益影响已被证实。
7.2.2磷动员生物肥料（PMB）
被定义为磷动员剂的微生物能够通过从土壤中动员磷而不是溶解磷化合物来增加磷的吸收。菌根真菌被认为是最重要的磷动员剂。它们与维管束植物形成共生关系，其中包括一些农业上重要的物种，如玉米、小麦、水稻和马铃薯。在这种关系中，真菌定植于寄主植物的根部，并形成植物吸收养分的途径。菌根真菌可分为两类：内生菌根和外生菌根。在内生菌根中，真菌的菌丝穿透根皮层细胞并内陷细胞膜。最常见的内生菌根类型是丛枝形成菌根，其中真菌菌丝形成称为丛枝的结构。丛枝菌根真菌 (AMF) 包括以下属：无尾孢属、内孢属、大孢属、球囊菌属、硬囊菌属、盾孢菌属。 AMF 产生长的外部菌丝，与非菌根根系相比，可以增加与土壤磷酸盐的接触，因此可以增加植物对磷的吸收。值得一提的是，菌丝直径较小，可以穿透根部无法利用的土壤孔隙。最近有报道称，AMF本身几乎不利用有机磷，并且可能无法合成细胞外磷酸酶。
然而，解磷细菌可以定植真菌菌丝并从菌丝分泌物中获取能量，同时矿化土壤中存在的磷化合物。球囊霉和产生磷酸酶的真菌烟曲霉之间的这种相互作用已被记录，并且已被证实据报道，双重接种该菌株增加了小麦的芽长、根干重和根长。 AMF 接种对芸豆、辣椒、西瓜、甜瓜、洋葱、番茄、黄瓜和芦笋的生长参数产生积极影响。菌根真菌还可以增强植物对盐分和干旱的耐受性，重金属、土传病原体并改善土壤结构。
7.3 植物促生生物肥料（PGPB）
该组的微生物代表通过产生多种农业活性物质来促进植物生长和发育，例如铁载体、1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶（ACC）、植物激素，例如吲哚乙酸（IAA）、赤霉酸（GA）、挥发性有机物化合物（VOC）、抗生素、氰化物和真菌细胞壁降解酶。这些化合物被大量合成，对寄主植物的整体形态具有多种有益影响。植物生长促进根际细菌 (PGPR) 属于不同属，例如农杆菌属、无色杆菌属、产碱菌属、节杆菌属、游动放线菌属、固氮菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、根瘤菌属、缓生根瘤菌属、欧文氏菌属、肠杆菌属、无定型孢子囊属、纤维单胞菌属、黄杆菌属和黄单胞菌属。 去年，由于放线菌能够产生生物活性化合物，人们对放线菌作为潜在的植物生长促进剂的兴趣有所提高。显示出针对根部病原真菌的生物防治特征的放线菌包括小单孢菌属、链霉菌属、链孢囊菌属和热裂菌属菌株。值得一提的是，一些PGPR可以表现出双功能特性，既可以是生物肥料，也可以是生物农药。例如，已观察到洋葱伯克霍尔德菌菌株具有镰刀菌属的生物防治特性。可以产生霉菌毒素，而它们能够产生铁载体，从而促进缺铁条件下玉米的生长。
根据与植物根部的亲密程度，PGPR 可分为两类：存在于根际、根平面或根皮层细胞之间空间的细胞外 PGPR (ePGPR) 和位于特殊结构内的细胞内 PGPR (iPGPR) 根细胞，称为根瘤。
尽管各个微生物群之间表现出显着差异，但它们的工作原理是相似的。它们可以通过两种不同的方式促进植物生长：直接或间接。直接机制包括为植物提供由IAA、GA和铁载体等微生物产生的化合物，并通过固氮和微量元素和大量元素增溶使土壤养分吸收更有效。另一方面，间接方式与限制或完全消除植物病原体的有害影响有关；这是可能的，因为抗生素、裂解酶的排泄和增强诱导的全身抵抗力。
据记载，多粘类芽孢杆菌显着增加了辣椒的生物量，并引发了对细菌病原体黄单胞菌的系统抗性。据报道，类芽孢杆菌和芽孢杆菌的一些物种可以促进水稻根和芽的生长。据Rotaru报道，在施用荧光假单胞菌和色球固氮菌后，大豆根际土壤酸性磷酸酶活性增加。
根据沙哈鲁纳等人的说，假单胞菌属。有助于玉米根的伸长。假单胞菌属的一些菌株。人们注意到它可以增强大豆和小麦的脱氢酶活性和养分吸收。假单胞菌菌株还被发现产生抗菌代谢物，如吡咯尼群、幽门菌素、吩嗪和环脂肽如粘酰胺，对多种生物体产生毒性作用。据证实，荧光假单胞菌 DR54 合成的粘酰胺对甜菜中的终极腐霉具有生物防治特性。 Sachdev 等人进行的研究证实肺炎克雷伯氏菌改善了小麦根和芽的发育。
7.4 钾生物肥料
钾是植物生长和植物细胞代谢过程所必需的第三种生物大量营养素。它参与光合作用、酶激活、蛋白质合成和糖降解。这种大量营养素以以下形式存在于土壤中：矿物质钾、非交换性钾、交换性钾和溶液钾。
土壤中钾总量在0.04%～3%范围内。然而，大部分土壤钾（90-98%）是矿物质钾，因此无法直接供植物吸收。各种微生物，如细菌、真菌和放线菌，由于产生多种有机酸（柠檬酸、草酸、酒石酸、琥珀酸、香豆酸、丁香酸和苹果酸）、多糖、酸解、络合解、螯合，被发现可增加钾的利用率和交换反应。钾溶解的机制包括通过与 Si4+ 离子形成金属有机络合物将不可用的钾转化为可用的形式，将钾带入土壤溶液中，溶解钾 pH值降低引起的长石，有机酸的H+攻击释放出矿物结构阳离子，羧酸从正长石中释放K，粘液芽孢杆菌和土壤芽孢杆菌合成的荚膜多糖。还有文献记载，生物膜有助于溶解黑云母和钙长石中的钾。已报道具有钾增溶活性的微生物包括环状芽孢杆菌、土壤芽孢杆菌、伯克霍尔德杆菌、氧化亚铁硫杆菌、节杆菌、粘液类芽孢杆菌、频率杆菌、枝孢杆菌、氨基杆菌、鞘氨醇单胞菌、解葡糖类芽孢杆菌和霍马氏肠杆菌。 Bacterium Frateuria aurantia 被认为是一种有效的 K 动员剂。用于商业生物肥料有Symbion-K、Biosol-K 和 K Sol B ®。
Prajapati 等人进行的一项研究表明细菌Enterobacterhormaechei显着提高了秋葵中钾和叶绿素的含量。已知丛枝菌根真菌通过释放质子、H + 、CO 2 和有机酸（如苹果酸、柠檬酸和草酸）来增加钾的利用率。据吴等人介绍双重接种 G. intraradices 和 G. mosseae 增加了玉米对钾的吸收。据报道，解钾微生物（KSM）对棉花、油菜、胡椒、黄瓜、海拉、高粱、小麦、番茄、辣椒、苏丹草和烟草的生长产生有益影响。
含有 KSM 的生物肥料是一种很有前景的农业工具，因为它们可以增加植物对钾的吸收，提高土壤肥力和作物质量，增强本土土壤微生物的活性，并最大限度地减少矿物钾肥的使用。
7.5 溶锌生物肥料（ZSB）
锌是必需的微量元素，需要低浓度（5–100mg/kg）才能实现最佳植物生长和发育。在植物细胞中，它参与碳水化合物和生长素的代谢，充当抗氧化剂并参与能量转移反应。缺锌可能导致失绿、叶片尺寸减小、增加对热和光胁迫以及真菌植物病原体的脆弱性。农作物缺锌是该元素溶解度低的结果，而不是土壤中锌总量低的结果。施用锌矿物肥料是增加其含量的常见方法，但化学投入使土壤超载可能对自然环境构成威胁，并且与高额财务支出有关。与人工肥料相比，溶解微溶性锌化合物的微生物是潜在的替代品。各种微生物菌株表现出提高土壤中锌的生物利用度的能力。据报道，PGPR 可以改善接种植物的生长和锌含量，其中包括假单胞菌属 (Pseudomonas sp.)。和根瘤菌属、Bacillus aryabhattai、Azospirillum sp.、Bacillus sp. 和硫氧化硫杆菌。一些研究证明，细菌固氮葡糖醋杆菌、新洋葱伯克霍尔德菌、液化沙雷氏菌和粘质沙雷氏菌能够在实验室规模上溶解锌。锌的增溶作用有两种主要机制，具体取决于土壤 pH 值。首先发生在酸性土壤中并且基于阳离子交换。第二种是通过形成 ZnCaCO 3 时 Zn 在 CaCO 3 上的化学吸附而发生的。
参与锌溶解的其他机制包括铁载体的合成和有机酸，例如葡萄糖酸盐或其衍生物 2-酮葡萄糖酸盐。一些芽孢杆菌属。菌株能够在液体培养基中合成多种有机酸，例如阿魏酸、肉桂酸、咖啡酸、绿原酸和没食子酸。这些化合物有助于酸化根际附近的微环境，因此，锌等微量营养素可以被植物吸收。有趣的是，据记录，pH 值每增加一个单位，锌的利用率就会减少 100 倍。
侯赛因等人进行的研究表明菌株芽孢杆菌。与未接种溶锌细菌的培养植物相比，AZ6 对玉米的生长参数（芽长、根长、鲜芽和干芽以及根生物量）具有积极影响。据观察，接种该菌株的植物比对照疫苗长 59%。根据研究，芽孢杆菌属 sp。 AZ6对玉米的光合速率有有益的影响，与未接种的植物相比，光合速率提高了90%。另据报道，菌株 Bacillus aryabhattai 可以提高锌的吸收，从而促进玉米更好的生长。研究人员已经对接种增锌细菌后促进水稻生长和增加谷物中锌的吸收进行了表征。
7.6 硫氧化生物肥料（SOB）
硫被认为是继氮、磷和钾之后的第四大植物营养素。它是一些氨基酸（半胱氨酸、胱氨酸和蛋氨酸）和植物酶系统的重要组成部分。植物缺硫可能导致氮代谢受损、失绿、含油率低和产量低。土壤中的硫以有机和无机形式存在，但植物只能吸收无机硫化合物，特别是硫酸根离子SO4 2-; 然而，这种形式的硫含量低于土壤中总硫的 5%。
为了让植物吸收硫，它必须经历一系列化学转化，从不可移动的形式转变为易于吸收的形式。能够氧化硫的土壤微生物分为细菌属（黄杆菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属）和种属（氧化亚铁硫杆菌、反硝化硫杆菌、氧化硫硫杆菌、硫杆菌属）、真菌（镰刀菌属、曲霉属.、青霉属.）和放线菌（链霉菌属.），但最活跃的硫酸盐氧化物仍然是细菌。微生物活动与以下硫转化有关：矿化（高分子量的化合物被分解成更小的单元，然后可以转化为硫酸盐）、固定化（微生物将无机硫化合物转化为有机硫化合物）、氧化（该过程是指元素的氧化） S或硫化氢、亚硫酸盐和硫代硫酸盐等化合物转化为SO4 2-，由化能自养细菌和光合细菌进行）。一些微生物，例如脱硫弧菌 Desulfovibrio sp. 和 Desulfotomaculum sp能够减少SO4 2- 吗？但由于该过程有助于减少土壤中用于植物营养的硫酸根离子的数量，因此对于农业生产力而言并不有利。
研究人员已经注意到硫氧化微生物的一些植物生长促进作用。 2014 年Pujar 等人确定与未接种对照和仅使用硫源栽培的植物相比，应用富含 SOB（氧化硫硫杆菌）的分级硫对向日葵（Helianthus annuus L.）的某些特性产生积极影响。 研究表明，氧化硫硫杆菌增加了向日葵的株高、干物质、头径和种子重量。根据穆罕默德等人的说法。
(2014)，接种硫杆菌属的洋葱。 与未经 SOB 处理的植物相比，其株高、产量和氮吸收量均有所提高。 据记载，添加硫氧化细菌栽培的大蒜植株显着提高了生长参数，包括株高、颈部和球茎直径以及叶子和球茎的鲜干质量。一般来说，建议对油籽作物、洋葱、燕麦、花椰菜、生姜和大蒜使用含有硫氧化微生物的生物肥料。
7.7 硅酸盐增溶生物肥料（SSB）
尽管硅是地壳中第二丰富的元素，但植物可用的硅形式有限，因为它主要以难溶形式存在，不易被根部吸收。
硅不被认为是植物的必需营养素，但对植物的生长和发育具有一些有益的作用。硅可增强植物对生物（真菌、线虫、病毒）和非生物胁迫（盐度、加热、UV-B）的抵抗力，降低植物可食用部分中镉和砷的含量，并有助于增加粮食作物的生物量。它还影响植物中大量营养素的吸收和分配。硅酸盐溶解细菌被认为在将难以接近的硅酸盐形式转化为植物能够同化的化合物方面发挥着重要作用。
根据康等人的说法，菌株 Burkholderia eburnea CS4-2 与不溶性二氧化硅结合，与对照和仅栽培的植物相比，促进了粳稻的一些生长特性，包括芽长、根长、芽鲜重、根鲜重和叶绿素含量与不溶性二氧化硅源。
该研究是用芽孢杆菌进行的。表明该细菌对芥菜光合器官的结构和功能具有积极的影响。在粘土基质中施用富含SSB的生物肥料导致叶肉层厚度、叶肉细胞数量、质体物质体积和光合色素含量增加。受检植物叶子中氮、磷和钾的含量也发生了变化。与对照相比，上述生物源元素的总量分别增加了18%、20%和25%。
8. 对土壤微生物的影响
生物肥料的施用不仅影响土壤的理化性质，而且影响土壤微生物的结构和功能。在根际引入促进植物生长的微生物的效果在土著群体之间存在显着差异。某些微生物群可能会得到增强，其他微生物群可能会受到抑制，并且在某些情况下，应用 PGPR 不会显示微生物种群发生任何变化。
用于分析生物肥料影响下微生物群落变化的技术包括变性梯度凝胶电泳 (DGGE)、末端限制性片段长度多态性 (t-RFLP)、扩增核糖体 DNA 限制性分析 (ARDRA)、单链构象多态性 (SSCP) 和群落水平生理分析 (CLPP) 使用 BIOLOG ® 平板。Trabelsietal使用t-RFLP技术，已证明用根瘤菌菌株（鸡根瘤菌 8a3 和中华根瘤菌 4H41）进行田间接种显着影响α-和γ-变形菌以及厚壁菌门和放线菌门的结构和多样性。接种处理中的 TRF 数量要高得多。已经注意到，接种上述两种菌株的效果不如仅接种一种菌株的效果。
已发现接种两种固氮螺菌菌株（40 和 42M）可改变与水稻相关的微生物的 CLPP 谱。在接种豆根瘤菌 bv 的蚕豆中也发现了 CLPP 谱的变化。豌豆。 据报道，利用 SSCP 技术，接种苜蓿中华根瘤菌L33 会增加接种植物根际中α-变形菌的数量，并减少γ-变形菌的数量。根据张等人的研究，益生菌菌株嗜酸寡养单胞菌 BJ1 增加了百菌清污染的蚕豆根际的细菌数量。然而，研究人员已经描述了微生物接种对土壤微生物的影响。
9、全球生物肥料市场
生物肥料的商业化应用早在 120 多年前就开始了，当时“Nitragin”被注册用于根瘤菌植物接种。基于根瘤菌菌株的生物接种剂现已在农业市场上销售 100 多年。
根据维尔马等人的说法，约占肥料市场总量的 5% 是生物肥料，超过 150 种基于微生物菌株的产品已注册用于农业用途。表 1 列出了世界各地常用的一些生物肥料。根瘤菌生物接种剂是过去几年最受欢迎的微生物接种剂，约占全球需求的 79%。溶磷生物肥料占全球市场的15%左右，而菌根真菌等其他接种剂则占7%左右。据统计，2017年全球生物肥料市场达到12.634亿美元，预计价值23.042亿美元。到 2023 年，2018-2023 年预测期间的累计年增长率 (CAGR) 为 10.1%。世界各地对有机食品不断增长的需求支持了生物肥料市场的巨大增长。考虑到地理位置，全球生物肥料市场分为北美、欧洲、亚太地区、拉丁美洲、中东和非洲。在这些行业中，亚太地区是生物肥料增长最快的市场。这是因为印度和中国等国家人口众多、幅员辽阔、经济不断增长。
表1 世界各大洲农业使用的生物肥料种类。
生物肥料的类型
固氮的生物肥料
菌种
肥料的品种
生产商的地址
Azotobacter chroococcum
Azotovit
欧洲
Rhizobium spp.
Rizotorphin
Azospirillum brasilense
Azobacterin
Azotobacter vinelandii
Rhizosum N
Azospirillum 的固氮菌株
Rhizosum Aqua
Rhizobium leguminosarum 和Penicillium bilaii
TagTeam
Rhizobium leguminosarum
Nitragina
Rhizobium leguminosarum biovar viceae, 菌株1435
Nodulator XL
北美洲
Bradyrhizobium japonicum
BiAgro 10
南美洲
Azotobacter chrooococcum
Dimargon
Azospirillum, Rhizobium, Acetobacter, and Azotobacter
Symbion N
亚洲
Rhizobium 和Bradyrhizobium
Mamezo
两种 Azospirillum sp.
Bio N
磷生物肥料
Bacillus megaterium
Rhizosum P
欧洲
Azotobacter chroococcum 和 Bacillus megaterium
Phylazonit M
Penicillium bilaii
JumpStart
Bacillus megaterium
Bio Phos
亚洲
Bacillus mucilaginosus 和 Bacillus subtilis
CBF
Pseudomonas striata, Bacillus polymyxa 和Bacillus megaterium
P Sol B
Penicillium janthinellum
FOSFOSOL
南美洲
Azorhizobium, Azoarcus, Azospirillum
Twin N
澳大利亚
Pseudomonas fluorescens
FOSFORINA
北美洲
植物生长刺激生物肥料
Pseudomonas chlorapsis
Cedomon
欧洲
Pseudomonas chlorapsis
Cerall
Pseudomonas azotoformans
Amase
Composition of 18 species of endo- and ectomyccorhiza
RhizoBio
Streptomyces, Pseudomonas, Bacillus, Rhodococcus, Cellulomonas, Arthrobacter,Paenibacillus, Pseudonocardia
BIOGEN REWITAL PRO+
Lactic acid bacteria, photosynthetic bacteria
EmFarma Plus
Rhizophagus irregularis, Funneliformis mosseae,
Claroideoglomus etunicatum
Mykoflor
Bacillus velezensis 菌株Sp130AA, Bacillus amyloliquefaciens 菌株Sp130CC
BACTERBASE
Azospirillum brasilense,Azotobacter chroococcum,
Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Pseudomonas fluorescens
BACTIM STARTER
Pseudomonas aurantiaca strain SR1
Liquid PSA
南美洲
超过30种微生物的复合体
Inogro
北美洲
超过30种微生物的多微接种剂
SumaGrow
Azotobacter chroococcum 和 Pseudomonas fluorescens
Bio Gold
亚洲
Chaetomium cupreum
BioKuprum
Trichoderma viride
Bio Vaccine
钾生物肥料
Bacillus circulans
Kaliplant
欧洲
Frateuria aurantia
K Sol B
亚洲
溶锌生物肥料
Thiobacillus thiooxidans
Zn Sol B
亚洲
硫氧化肥料
Thiobacillus thiooxidans
S Sol B
亚洲
Delftia acidovorans and Bradyrhizobium japonicum
BioBoost
北美洲
溶硅生物肥料
Spores of Bacillus species
Si Sol B
亚洲
10. 结论
生物肥料是农业生态系统中一种很有前途的工具，作为植物营养的补充、可再生和生态友好的来源。由于它们能够将重要的营养元素从不可利用的形式转化为高度可同化的形式，而不会对自然环境产生有害影响，因此它们是综合植物养分系统（IPNS）的重要组成部分。生物肥料的应用被认为成为将土壤肥力和作物生产力保持在足够高水平的关键要素，对于实现农业的可持续性不可或缺。生物肥料还可能有助于减轻全球人口对粮食需求不断增长以及农业生态系统广泛化学化所带来的陷阱。农业实践方法的变化使生物肥料成为现代作物生产的重要组成部分，并强调了生物接种剂在未来几年的重要性。已知许多根际微生物具有多种植物生长促进活性，但很少被配制为生物肥料的形式。因此，需要能够扩展应用的新技术来实现有机农业的目标。
