有機質肥料製造菌種添加技術(下) - 農業知識入口網

(本文接續上期報導)

三、微生物種類
生物肥料的功能及特性取決於接種微生物的種類和活性，可接種的微生物有細菌、放線菌、真菌、藻類、菌根菌等。依生物肥料製作目的接種適當微生物，以供農業生產、土壤改良及環境復育所需。經常使用的微生物如固氮、溶磷、溶鉀、酯解、生產抗菌物質、有機質分解、根圈菌叢及促進植物生長等。與環境復育有關之微生物如：吸收重金屬、分解有毒物質和處理污染物微生物等。各種功能性微生物，亦可以彼此結合，一起添加製備各種多功能性生物肥料。但使用混合菌種時必須考量菌種間之競爭性或相剋作用，發揮其正面功效，降低其負面作用。

1. 纖維素分解、半纖維素分解和木質素分解微生物
廢棄物皆含有大量纖維素、半纖維素和木質素，微生物可以分泌纖維素分解等多種酵素分解植物體，將有機物分解。如於堆肥基質中添加耐高溫纖維素分解活性之微生物，可以提高其總氮含量、固定態氮含量和苜蓿種子發芽率，縮短腐熟時間和提高品質。於禽畜糞堆肥中接種具有纖維素分解活性之耐高溫微生物，亦可縮短製作時間和提升品質。當於豬糞和稻草混合物中接種具纖維素分解活性之耐高溫微生物分離株，可以降低基質C/N比、促進腐熟和提高白菜種子發芽率。Raut等於都市廢棄物中接種纖維素分解菌1.5～6.0 × 106 CFU/g Phanerochaete和Trichoderma，可以加速都市廢棄物分解和降低C/N比。於胡椒植物廢棄物、橄欖榨油廢棄物、杏仁殼、梅子廢棄物和稻草中接種木質纖維素分解菌，可降解木質素，縮短廢棄物腐熟時間。Zeng等於稻草、果菜廢棄物、米糠及土壤混合物接種木質纖維素分解菌Phanerochaete，可以加速堆肥腐熟。

2.澱粉質及多醣類分解菌
澱粉質、Inulin和幾丁質等多醣類分解菌有Bacillus、Clos tridium、Micrococcus 和Pseudomonas 等細菌；Micromonospora、Nocardia、Streptomyces 和Thermomonospora等放線菌和Aspergillus、Candida、Fusarium、Mucor、Penicillium、Polyporus、Rhizopus、Schwanniomyces和Trichoderma等真菌。

3.固氮微生物
固氮菌可區分為細菌、放線菌及藍綠藻類等微生物。而與作物間的關係則可區分為共生性、非共生性及協同性固氮菌。在生物肥料製作時添加固氮微生物，可提升土壤中氮含量、供植物吸收利用及增加作物產量。非豆科共生異營性固氮菌有：好氣菌、微好氣菌、兼性菌和厭氧菌等。非豆科共生自營性固氮菌主要有藍綠藻、紫非硫化菌、紫綠硫化菌、協生異營性根圈微生物和根圈微生物等。共生異營性菌有豆科根瘤菌、豆科根瘤菌和菌根菌VAM等。

接種固氮微生物Azotobacter於市售含磷礦石和雞糞廢棄物製作生物肥料時，可提升玉米的氮磷吸收和產量，提高耕地可溶性氮、可溶性磷及有機質含量與土壤中固氮、溶磷及溶鉀微生物族群，改善土壤品質。Tripathi等接種固氮藍綠藻Anabaena、Nostoc和Phormidium等製作生物肥料，施用後可增加水稻產量，降低化學氮肥使用量。印度目前使用之固氮微生物有非共生性固氮菌、共生性固氮菌和協同性固氮菌等。豆科植物類之綠豆和扁豆可以使用Rhizobium eguminosarum、大豆使用R. japonicum、羽扇豆使用R. lupineorinthopus、Melilotus使用R.melliloti、菜豆使用R. phaseoli、車軸草使用R. trifoli、而牛豆和落花生則使用Rhizobium sp.。而非豆科植物類之穀類則可使用Azospirllium lipoferum、A.brasilense 和A. amazonense等。接種非共生性固氮菌，除可固定大氣中之氮氣以供植物利用外，亦可產生某些抗真菌物質抑制病原菌等生長。

4.根圈微生物
根圈微生物隨微生物種類、土壤營養狀態、植物防禦系統及土壤環境選擇以共生、吸附、自然生存或寄生方式與植物根系進行交互作用。對植物生長有助益的根圈微生物，可直接或間接促進植物生長，包括補充土壤營養 （如固氮、溶磷及溶鉀）、生物防治、分泌鉗合物嵌合Fe3+促進鐵吸收、分泌植物生長物質及ACC去氨酶。可應用於永續農業、促進作物生產、土壤復育及降低化學肥料使用。代表之微生物有Azospirillum、Bacillus、Burkholderia、Enterobacter、Erwinia、Herbaspirillum、Klebsiella、Pseudomonas及Xanthomonas等。

5.菌根菌
菌根是植物和根圈微生物中之黴菌互利共生所形成，可促進不可移動養分吸收、水分保存和吸收及抵抗病原菌感染等， 而此黴菌被稱為菌根菌。菌根菌應用於農業生產、有機農業及永續經營，降低化學肥料和殺蟲劑使用。主要根圈菌叢微生物有內生、外生和內外生三大類。內生菌根，可幫助水分吸收，分泌酵素，幫助磷、氮、鉀、鐵、錳及鎂等養分吸收。外生菌根，只在植物根端外圍形成菌氈，為菌絲纏繞結構，並不侵入植物細胞內。內外生菌根，根細胞內外皆有。目前使用根圈菌叢微生物有Arbuscular mycorrhiza、Ectomycorrhiza、Ericoid mycorrhizae和Orchid mycorrhiza。

6.溶磷微生物
溶磷微生物可分泌有機酸、植酸酵素、核酸分解酵素或磷酸酵素，使磷溶解提高土壤中磷肥有效性、促進根系伸展、植物吸收和利用磷。土壤中溶磷微生物種類繁多，包括細菌、真菌及放線菌等。常見的溶磷細菌有：Azotobacter、Bacillus、Beijerinckia、Bradyrhizobium和Xanthomonas等。溶磷放線菌有Mycobacterium和Streptomyces等，溶磷真菌則有Aspergillus、Candida和Rhizoctonia等。以及菌根菌VAM 等。

Zayed和Abdel-Motaal接種溶磷黴菌Aspergillus和纖維素分解黴菌Trichoderma於農家廄肥、稻草和磷礦物混合物製作有機磷肥，可提高有機物分解速率和溶磷。所製備之有機磷肥均較含有superphosphate之化學肥料更能促進牛豆生長及磷吸收。Biswas和Narayanasamy分別接種溶磷黴菌Aspergillus於4種不同印度磷礦石和稻草混合物製備富含磷礦石堆肥，可提升堆肥總磷含量、水可溶性磷含量、檸檬酸可溶性磷含量、有機磷含量、總生質碳含量及酸性磷酸分解酵素活性。施用磷礦石堆肥可提升綠豆產量和磷吸收。Gaint等人接種溶磷黴菌Aspergillus於低純度磷礦石和小麥桿混合物以製備磷堆肥，比施用昂貴商品之磷肥或富含磷之農家廄肥，可明顯增加土壤酵素活性、微生物生質量、生質氮及可溶性磷含量。施用富含溶磷微生物之磷肥，土壤可測得較高可溶性磷含量、植物磷吸收量、尿素分解酵素活性及纖維素分解酵素活性。印度目前使用之溶磷細菌有Bacillus megaterium、B. subtilis和Pseudomonas striata。溶磷真菌有Aspergillus awamori和Penicillium sp.。

7.耐高溫溶磷微生物
耐高溫溶磷微生物為可在中溫和高溫下生長且具有溶無機或有機磷活性之微生物，增加土壤肥力和促進植物生長。Chang和Yang接種耐高溫溶磷微生物於動物、農業和禽畜糞廢棄物堆肥時可加速腐熟、增加可溶性磷含量、溶磷效率及提高產品品質。深具農業生產、資源回收、環境保護等永續經營及應用價值。

8.溶鉀微生物
Wu等接種溶鉀微生物Bacillus於市售含磷礦石和雞糞廢棄物製作生物肥料時，可提升玉米根部組織被根叢微生物感染的機率，提升土壤有機質含量、植物氮磷吸收和產量，促進土壤溶鉀菌的生長和改良土壤品質。Nishanth和Biswas在稻草堆肥中添加磷礦石、雲母及溶鉀黴菌Aspergillus，可提升生物肥料中可溶性鉀和磷含量，促進小麥生長、產量及植體鉀磷吸收。

9.耐高溫溶鉀微生物
接種耐高溫溶磷鉀細菌分離株Bacillus於禽畜糞堆肥中可加速腐熟、提升生物肥料品質和可溶性鉀含量及中溫和耐高溫溶磷和溶鉀微生物族群。因此接種多功能性耐高溫溶鉀微生物於堆肥以製作多功能性鉀生物肥料為可行方式且具有發展潛力。

10.耐高溫酯解微生物
臺灣垃圾約有1/4是廚餘，如能做好廚餘回收，製成有機肥，再讓它回到土地，可以改良土質，避免酸化，供有機栽培之用。廚餘包括剩菜、剩飯、菜葉、果皮、魚骨頭、肉骨頭、蛤蜊殼、蝦頭、蝦殼、泡過的茶葉、花生殼、瓜子殼、中藥渣、枯枝落葉、雜草及其他易為微生物分解之有機廢棄物。過去農家皆以廚餘養家畜禽，目前部分地區仍將其回收養豬。另外廚餘亦可與其他有機資材製作有機肥料，施用於土壤，可以改良土壤酸化，提高有機質含量，促進團粒，提供作物養分，加速有機農業之發展。

臺灣廚餘含碳43.12％、含氮2.45～4.32％，其粗脂肪含量約為0.40％～22.8%。每日約有6,000公噸，因廚餘中含有高量油脂，如未經前處理將影響往後之減量及再利用。由堆肥場分離得數株耐高溫酯解微生物。在廚餘生物肥料製備過程中，可在初期添加，參與發酵腐熟，促進纖維質和油脂分解。腐熟後，尚存於生物肥料中，施用後可以改善土壤物性和磷的有效性。同時耐高溫酯解菌和中溫酯解菌可以相輔相成，提高油脂降解。

11.促進植物生長根圈微生物
促進植物生長根圈微生物聚集於植物根圈部，產生植物荷爾蒙，如生長激素、乙烯、細胞分裂素、維生素及其它植物生長物質，促進植物生長與增產。以假單胞細菌群為主，尤其螢光細菌可產生大量生長促進物質，促進植物生長。枯草桿菌等，可產生生長促進物質外，尚可代謝土壤中有毒代謝物質（如氰酸），減輕其對植物根部的傷害。有些根圈微生物可分泌抗菌物質抑制病原微生物生長；有些可分泌載鐵物質，保護植物生長；有些可抑制根腐病和萎凋病。這些根圈微生物除扮演促進植物生長、養分吸收及病害抑制角色外，亦能誘導植物產生系統性抗性，降低病原感染發病率和發病程度。印度使用根圈微生物Pseudomonas可促進植物生長。

12.生物防治微生物
許多細菌、放線菌及真菌可產生抗菌物質，抑制土源病原菌滋生，減少病害，降低農藥使用量。產生抗菌物質及促進植物生長物質之細菌有Bacillus和Pseudomonas等。放線菌有Streptomyces和Thermoact inomyces 等。真菌有Aspergillus和Penicillum等。接種具生產抗菌物質微生物或根圈菌叢微生物於生物肥料可提升作物對病原抵抗力。因其毒效專一性高，對人畜及環境危害比化學農藥低。在生物肥料中接種根圈菌叢黴菌可促進玉米根圈建立根圈菌叢，增加根圈菌叢微生物感染根部組織，提升玉米生長和收成。Kupper等將牛糞廢棄物以好氧式製成含抗菌生物肥料並施用於柑桔，可抑制柑桔黑點病病原黴菌生長，可以接種生物防治微生物替代原本以copperoxychloride之化學療法，降低化學藥品對於農地的傷害。耐高溫真菌Aspergillus可以產生抗病原菌物質，抑制Micrococcus glutamicus、Staphylococcus aureus和Streptococcus sp.生長，接種至農業廢棄物可製作生物肥料。目前已知的生物防治微生物種類很多，其防治機制與作用對象也不一樣。

13.重金屬移除微生物
利用具有移除毒性物質微生物，降解毒性物質污染土壤，加速生物復育，恢復土壤肥力提升作物產量。Tripathi等將固氮藍綠藻Anabaena、Calothrix及Nostoc等製作生物肥料並施用於水稻，可增加產量且降低土壤中重金屬含量。Juwarkar和Jambhulkar製作含Rhizobium、Azotobacter及VAM黴菌孢子的生物肥料。施用於被礦場污染農地並種植12種作物，可以明顯降低重金屬含量。Yadav等接種Azotobacter於生物肥料，配合乳業廢棄物，施用於種植非食用作物Jatrophacurcas L.土壤，可降低土壤和作物中砷、鉻及鉛含量。

14.有毒物質移除微生物
Gandolfi等學者指出，利用都市廢棄物和綠色植物廢棄物製成高品質生物肥料。施用於被柴油和polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）污染的土壤，可降低這些毒性碳水化合物含量、提升土壤有機質含量和土壤微生物含量，減少土壤污染物質的殘留，增進土壤環境復育。

15.溶微量元素微生物
目前使用微生物Bacillus可以促進微量元素矽和鋅之溶解。

四、結語
為了實現農業永續發展，達到高產、優質、高效、生態和安全的目的，世界各國都在利用土壤中有益微生物來改善作物根系微生態系，將土壤中含量豐富難溶性磷、鉀及微量元素釋放出來，或將農作物難以利用的物質轉化為可被利用的有效營養物質，消除施肥對生態環境不利影響。因此，生物肥料的開發和應用，在資源利用、節本增效、保護環境等方面皆具有特別重要意義。通過篩選優良菌種、提升菌種添加技術、改進生產技術和生產設備，生產優質的生物肥料創造有利條件，應用基因工程改良菌株，生物肥料的應用將更廣泛。近年來植物生長根系促進微生物的研究和開發，更為生物肥料的應用開闢了廣闊前景。
（參考文獻請逕洽作者）

圖文/楊盛行
國立臺灣大學生化科技學系、中華科技大學食品科學系
蔡宇柔 臺灣微生物科技有限公司