有机肥中有益微生物的筛选与应用技术

一、引言

二、有机肥中有益微生物的筛选流程

（一）采样来源

1. 天然富含有机质环境
   从森林土壤、草原土壤、沼泽地等天然富含有机质的环境中采集样品。这些地方的土壤微生物群落丰富多样，蕴含着大量潜在的有益微生物。例如，森林土壤中的枯枝落叶层积累了丰富的有机物质，为微生物提供了良好的生存环境，其中可能存在能够高效分解木质素和纤维素的微生物，这些微生物在有机肥发酵过程中对于处理富含纤维的有机物料具有重要意义。

2. 传统堆肥场所
   长期进行有机废弃物堆肥处理的场所也是采集有益微生物的重要来源。在堆肥过程中，经过自然筛选和驯化，会形成适应堆肥环境且具有特定功能的微生物群落。这些微生物已经适应了高温、高有机物含量等堆肥条件，并且在促进有机物料腐熟、养分转化等方面具有优势。例如，从成熟的畜禽粪便堆肥中可以分离到能够有效降解有机氮化合物的微生物，将其应用于有机肥生产中，可以提高有机肥中氮素的有效性。

3. 健康植物根系周围土壤
   植物根系与土壤微生物之间存在着密切的相互作用，健康植物根系周围的土壤中往往聚集着一些对植物有益的微生物，如根际促生菌。这些微生物能够与植物根系形成共生关系，促进植物对养分的吸收、合成植物生长调节物质以及增强植物的抗病能力。例如，从豆科植物根系周围土壤中可以分离到根瘤菌，将其添加到有机肥中施用于豆科作物种植，有助于提高豆科作物的固氮效率和生长发育。

（二）微生物分离与纯化

1. 培养基选择
   根据目标微生物的特性选择合适的培养基。对于细菌，常用的培养基有牛肉膏蛋白胨培养基、LB 培养基等；对于真菌，可采用马铃薯葡萄糖培养基（PDA）、马丁氏培养基等；对于放线菌，则可选用高氏一号培养基等。如果要筛选具有特定功能的微生物，如解磷微生物，可使用以难溶性磷酸盐为唯一磷源的培养基，只有能够分解利用这种磷酸盐的微生物才能在该培养基上生长，从而实现对解磷微生物的初步筛选。

2. 分离方法
   采用稀释涂布平板法、平板划线法等传统分离方法将采集的样品中的微生物进行分离。稀释涂布平板法是将样品进行梯度稀释后，取一定量的稀释液涂布在固体培养基表面，经过培养后，在平板上形成单个菌落，每个菌落可视为一种微生物的纯培养。平板划线法则是通过接种环在固体培养基表面进行多次划线，使微生物细胞分散，最终得到单个菌落。例如，在筛选纤维素分解菌时，可将经过预处理的样品进行稀释涂布在以纤维素为唯一碳源的培养基上，培养一段时间后，观察平板上出现的透明圈，有透明圈的菌落表明其周围的微生物能够分解纤维素，可进一步进行纯化和鉴定。

3. 纯化过程
   将初步分离得到的微生物菌落通过多次划线或稀释涂布等方法进行纯化，直至得到纯培养物。纯化后的微生物可进行保藏，以备后续鉴定和应用试验。例如，将疑似解磷细菌的菌落连续在解磷培养基上划线培养 3 - 5 次，每次挑选形态一致的单个菌落进行转接，直到获得形态、大小、颜色等特征完全一致且稳定的纯培养菌落。

（三）微生物鉴定

1. 形态学鉴定
   观察微生物的菌落形态、颜色、大小、质地等特征，以及在显微镜下观察细胞的形态、大小、结构（如细菌的鞭毛、芽孢，真菌的菌丝、孢子等）。例如，细菌菌落可能呈现圆形、边缘整齐或不规则、表面光滑或粗糙、颜色多样等特征；真菌菌落一般较大，质地疏松，有绒毛状、絮状或网状等不同形态，颜色也较为丰富。通过这些形态学特征可以对微生物进行初步分类和鉴定。

2. 生理生化鉴定
   测定微生物的生理生化特性，如对碳源、氮源的利用能力，酶活性（如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶等），发酵类型（如是否产酸、产气）等。例如，通过检测微生物能否利用葡萄糖、乳糖等不同碳源，以及能否产生吲哚、硫化氢等代谢产物，来进一步确定微生物的种类。一些解钾微生物能够在含有钾长石等难溶性钾源的培养基中生长，并通过分泌有机酸等物质将钾元素释放出来，可通过检测培养基中钾元素含量的变化以及微生物的生长情况来鉴定其解钾能力。

3. 分子生物学鉴定
   采用分子生物学技术，如 16S rRNA 基因序列分析（对于细菌）、ITS 序列分析（对于真菌）等对微生物进行精确鉴定。提取微生物的基因组 DNA，扩增特定的基因片段，然后进行测序，将测序结果与已知微生物的基因序列数据库进行比对，确定微生物的种属关系。这种方法准确性高，能够鉴定到微生物的种甚至亚种水平，为筛选出具有特定功能的有益微生物提供了可靠的依据。例如，通过对一株疑似芽孢杆菌的 16S rRNA 基因测序，并与 GenBank 数据库比对，确定其为枯草芽孢杆菌的某个特定菌株，该菌株可能具有较强的抗菌活性或促生能力，可进一步应用于有机肥生产。

三、有益微生物在有机肥中的应用技术

（一）微生物菌剂制备

1. 菌种扩繁
   将筛选得到的有益微生物纯培养物在适宜的液体培养基中进行扩大培养。根据微生物的生长特性，控制培养温度、转速、pH 值等条件。例如，一些细菌适宜在 30 - 37℃、pH 值 6.5 - 7.5 的条件下生长，在液体培养过程中，可采用摇床培养，转速控制在 150 - 200 转 / 分钟，以保证微生物有充足的氧气供应，促进其快速生长繁殖。经过一定时间的培养，使微生物数量达到足够的浓度，一般细菌浓度可达到 10^8 - 10^10 个 / 毫升，真菌浓度可达到 10^6 - 10^8 个 / 毫升。

2. 载体选择与混合
   选择合适的载体与扩繁后的微生物菌液进行混合制备菌剂。常用的载体有草炭、蛭石、珍珠岩、硅藻土等。载体应具有良好的吸附性、透气性和稳定性，能够保持微生物的活性并便于储存和运输。将菌液与经过灭菌处理的载体按照一定比例混合均匀，使微生物附着在载体上。例如，将枯草芽孢杆菌菌液与灭菌后的草炭按照 1:5（体积比）的比例混合，充分搅拌后，在阴凉通风处晾干至含水量适宜（一般为 20% - 30%），制成微生物菌剂。

3. 菌剂质量检测
   对制备好的微生物菌剂进行质量检测，包括微生物数量、活性、杂菌率等指标。采用平板计数法或荧光定量 PCR 等方法检测微生物数量是否达到规定标准；通过测定微生物在特定底物上的酶活性或呼吸强度等指标来评估其活性；采用平板培养法检测杂菌率，确保菌剂中有益微生物的纯度。例如，国家标准规定某种微生物菌剂的有效活菌数应不低于 10^7 个 / 克，杂菌率应低于 5%，只有符合质量标准的菌剂才能应用于有机肥生产。

（二）有益微生物与有机物料的协同作用机制

1. 促进有机物料腐熟
   有益微生物在有机肥发酵过程中发挥着关键作用。它们能够分泌多种酶类，如纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶等，分解有机物料中的纤维素、蛋白质、脂肪等大分子物质。例如，纤维素分解菌能够将植物秸秆中的纤维素分解为葡萄糖等小分子糖类，为其他微生物提供碳源和能源，促进整个发酵过程的进行。同时，微生物在代谢过程中产生的热量可以提高堆肥温度，进一步加速有机物料的腐熟，缩短发酵周期，提高有机肥的生产效率。

2. 养分转化与固定
   有益微生物能够参与土壤养分的转化和固定。一些微生物具有解磷、解钾、固氮等功能。解磷微生物可以将土壤中难溶性的磷化合物转化为植物可吸收利用的可溶性磷，如通过分泌有机酸降低土壤 pH 值，使磷酸钙等难溶性磷溶解。解钾微生物则能分解钾长石等含钾矿物，释放出钾离子供植物吸收。固氮微生物如根瘤菌、自生固氮菌等可以将空气中的氮气转化为氨态氮，为植物提供氮素营养。此外，微生物还能将土壤中的一些养分固定在有机体内，防止养分的流失，当微生物死亡后，其残体又可分解释放出养分，实现养分的循环利用。

3. 抑制土壤病原菌
   有机肥中的有益微生物能够通过多种方式抑制土壤病原菌的生长和繁殖。一些微生物可以分泌抗菌物质，如抗生素、抗菌肽等，直接抑制病原菌的生长。例如，芽孢杆菌能够产生多种抗菌物质，对土传病害病原菌如尖孢镰刀菌、立枯丝核菌等具有较强的抑制作用。另外，有益微生物还可以与病原菌竞争养分、空间和生态位，通过占据优势地位，减少病原菌的生存机会。同时，有益微生物还能诱导植物产生系统抗性，增强植物对病原菌的防御能力，从而减少病害的发生，保障作物的健康生长。

（三）在不同作物种植体系中的应用效果

1. 蔬菜种植
   在蔬菜种植中，施用含有有益微生物的有机肥可以显著改善土壤质量，促进蔬菜生长。例如，在番茄种植中，施用含有解磷、解钾和促生微生物的有机肥，能够提高土壤中磷、钾元素的有效性，促进番茄根系的发育，使植株生长健壮，叶片浓绿，果实产量和品质都得到明显提升。同时，有益微生物在土壤中的定殖可以抑制土壤中病原菌如疫霉菌、青枯假单胞菌等的生长，减少番茄疫病、青枯病等病害的发生，降低农药使用量，提高蔬菜的安全性。

2. 果树种植
   对于果树种植，有机肥中的有益微生物有助于改善果园土壤结构，提高土壤肥力和保水保肥能力。例如，在苹果园施用含有固氮、解磷微生物的有机肥，能够增加土壤中的氮素和磷素供应，促进苹果树枝梢生长、花芽分化和果实膨大。此外，有益微生物还能增强果树的抗逆性，在干旱、低温等逆境条件下，通过调节果树的生理代谢，提高其对逆境的适应能力。例如，一些微生物可以诱导苹果产生抗氧化物质，减轻干旱胁迫对果树的伤害，提高果实的耐贮性。

3. 粮食作物种植
   在粮食作物种植体系中，有益微生物有机肥同样发挥着重要作用。以小麦种植为例，施用含有多种有益微生物的有机肥可以促进小麦根系对养分的吸收，提高小麦的分蘖能力和有效穗数。在小麦生长后期，有益微生物能够延缓叶片衰老，提高光合作用效率，增加小麦的千粒重和产量。同时，有益微生物在土壤中的活动还可以改善土壤微生物群落结构，增加有益微生物的数量和多样性，有利于维持土壤生态平衡，为下一季作物的生长创造良好的土壤环境。

四、结论