当前，受地缘冲突、疫情冲击、极端天气等因素的影响，全球粮食安全问题持续加剧，世界粮食计划署发布的《2021年全球粮食危机报告》显示，2020年至少有1.55亿人面临重度粮食安全问题。以促进社会、环境和经济三者协调且可持续发展为目标，运用新技术、新产品、新业态，对全球农业粮食系统实施根本性变革迫在眉睫。
今天，我们共同关注微生物肥料。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。
肥料作为不可或缺的农业生产资料，对于实现作物增长、农业持续稳定发展具有十分重要的意义。然而，由于早期的化肥过量施用，生态环境遭受严重污染与破坏，农业可持续发展形势严峻。
我国作为化肥生产及使用大国，化肥总产量和消费量占世界三分之一以上，对肥料行业实施技术革新、产品革新，推动肥料绿色化、化肥减量增效，成为当前时期农业高质量发展、保护土壤碳库的必由之路。因此，当前微生物肥料成为农业的发展重点之一。
根据NY/T 1113-2006《微生物肥料术语》，微生物肥料是指含有特定微生物活体的制品，应用于农业生产，通过其中所含微生物的生命活动，增加植物养分的供应量或促进植物生长，提高产量，改善农产品品质及农业生态环境。
一般而言，微生物肥料具有4方面特征：（1）无法用肉眼观察微生物肥料中的微生物群落；（2）为作物生长提供有益微生物，形成具有生物活性的微生物群落，并对作物生长环境产生正面影响；（3）应用后不会对自然环境造成污染；（4）其肥效易受外界环境的影响。
目前，微生物肥料主要包括微生物接种剂（此处主要指农用微生物菌剂）、复合微生物肥料和生物有机肥三类（表1）。随着技术的不断发展，微生物肥料使用菌种种类也在不断扩大，除根瘤菌外，还有各种自生、联合固氮微生物、纤维素分解菌、乳酸菌、光合细菌、植物根际促生菌（plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）等，据统计，我国目前使用菌种已达到170多种。
纵观微生物肥料的发展历史，国外对微生物肥料的研发与应用起步较早，德国学者Noble于1895年就已研发出世界上最早的微生物肥料根瘤菌菌剂Nitragin，并成功申请了专利，此后根瘤菌菌剂在美国、英国、澳大利亚等国家得到了大范围推广。
自20世纪以来，具有固氮、溶磷和解钾能力的细菌也被相继从土壤中分离出来，并进一步被应用到农业生产当中，如圆褐固氮菌、贝氏固氮菌等自身固氮菌、解磷芽孢杆菌以及具有较强的无机磷溶解能力的青霉菌、解钾的胶质芽孢杆菌等。
目前，美国、巴西、阿根廷、澳大利亚、新西兰、日本、意大利、奥地利、加拿大和法国等已成为生产应用微生物肥料规模较大的国家。
我国微生物肥料行业发展相对较晚，自20世纪中叶才进入细菌肥料时期。追溯我国微生物肥料行业的发展历程，大致可分为四个阶段：
1. 引进与自主研发并进阶段（1940-1980年代）：我国于20世纪40年代开启了对微生物肥料的研发之路。1950年以后从国外引进固氮、溶磷及解钾肥料。1958年我国农业发展纲要将微生物肥料列为一项重要的农业技术措施，极大地促进了微生物肥料的研究与应用。60年代后期至70年代，开始推广并大规模使用固氮蓝绿藻肥、“5406”抗生菌肥、VA菌根肥、生物钾肥等微生物肥料。
2. 初步研发阶段（1980年代-1990年代初期）：该时期国内尚未形成相关行业标准。该阶段的研究重心主要放在了如何利用微生物的特性来提高土壤中主要营养元素（尤其是氮素）的含量。至80年代后期，为了适应农业发展需求，微生物肥料的研究从单一的固氮菌剂逐步向复合多功能菌剂、菌肥发展，并衍生出生物有机肥、复合微生物肥料等类型。
3. 有序研发阶段（1990年代后期-2006年）：原农业部于1996年将微生物肥料纳入生产资料登记管理，并于2000年颁布《肥料登记管理办法》，进一步规范了肥料登记管理，自此微生物肥料开始进入规范化管理阶段。该阶段的行业研究重心主要是如何利用微生物的生命活动来为农作物提供多种养分，如分解土壤中难溶的磷或钾，以及固定空气中的氮等。
4. 创新发展阶段（2006年-至今）：2006年，国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》，农业的重点领域提及了环保型肥料、农药创制和生态农业，生物技术被列为前沿技术。该阶段微生物肥料行业的研究重心主要是，顺应从“解决温饱”转向“营养多元”的新趋势，通过克服化学农业对农业环境及农产品质量的胁迫作用，开发出具有“营养、调理、植保”三效合一的“肥药兼效型”复合微生物肥料，行业得到长足发展。
微生物是土壤微生态环境的重要组成部分，直接关系到土壤的肥力和健康。根据Web of Science（WOS）核心数据库的数据，自2010年起，微生物肥料相关研究开始快速增长，并在近年来达到顶峰（图1）。2022年，微生物肥料相关研究共发表1258篇，略高于2021年。从国家/地区来看，2022年，中国以418篇文章位居第一，印度（179篇）、美国（113篇）位居第二、第三。
根据WOS数据库的字段分析，2022年发表的文章主要聚焦于植物病理学、土壤科学、作物科学等，具体围绕PGPR、微生物生物量、一氧化二氮、丛枝菌根真菌、草皮质量等方向。利用文献计量在线分析平台（bibliometric.com），发现2022年的热点关键词还包括微生物组、土壤肥力、可持续农业、产量等，表明当前：（1）微生物组科学已充分引起农业界的关注，越来越多的学者开始关注如何通过改变微生物组来提升产量；（2）可持续发展成为农业领域的关键问题。
从作用机制来看，微生物肥料的作用机制主要可分为4方面：
1. 促进植物对氮、磷、钾等营养元素的吸收与利用，改善植物营养条件，从而提高作物产量，如溶磷微生物肥料、解钾微生物肥料等；
2. 通过微生物代谢活动产生的各类植物生长调节剂来调控植物生长，如微生物代谢产物吲哚乙酸可促进植物生长、赤霉素可促进植物发芽和茎叶生长等；
3. 可增强植株抗逆性，通过显著提高作物对极端温度、干旱、土壤酸碱度、湿度和重金属毒害等的耐受力，有效提高作物在各种逆境胁迫条件下的生长发育能力及生存能力，如施用含假单胞菌的微生物肥料可改善芦笋的抗涝能力；
4. 可增强植株抗病性，微生物菌肥中的有益菌可以产生20多种抗生素，并对土壤中病原菌的生长与繁殖过程产生抑制作用，从而提高植物的抗病能力，如芽孢杆菌和假单胞菌自身代谢活动中产生的嗜铁素可有效抑制玉米生长发育过程中遇到的病原真菌。
从应用方向来看，微生物肥料的应用方向主要有营养、生长调节病害防治和生态服务等（表2）。
微生物肥料作为高效能、低成本、生态环保的新型肥料，对于绿色农业、生态农业和可持续农业的发展具有重要作用。近十年，中国微生物肥料产业整体上得到了快速、稳定发展，促进了产业规模的形成。随着科学技术的不断发展，未来我们有望从庞大的微生物库中挖掘出更多有助于土壤生态环境、植物生长的菌种，以进一步丰富微生物肥料选择。相信在微生物肥料技术不断创新的背景下，产业也将随之迎来新发展高潮。
