豆科根瘤菌及其應用(下) - 農業知識入口網

根瘤菌與豆科的共生及應用功能
根瘤菌與豆科的共生及應用功能在農業及環境保護上甚多，分別說明如下：
（一）植物營養上的功能
空氣中含有約80%的氮氣，植物本身不能直接利用它，只有靠固氮菌直接固定作用，將氮氣固定為氨，再轉化成各種胺基化合物。根瘤菌與豆科植物共生形成根瘤（圖3），進行吸收空氣中的氮氣，增加氮素營養來源，共生固氮的能力甚高，每年每公頃之固氮依豆科不同而異，大豆固氮約100公斤氮（約200多公斤尿素），有的可高達400公斤氮（約800多公斤尿素），這種固氮不只對豆科植物利用氮有利，殘質效應在對下期作物所需之氮也甚為有效，可提高土壤肥力。
（二）增加作物生長及生產
土壤中存在有或多或少的土生根瘤菌，與植物共生後的效率也有好有壞。根部著生的根瘤有多有少，因此接種選育出的優良根瘤菌，在一些土壤中有其需要性，作者等在臺灣6個農業改良場，進行大豆接種優良共生根瘤菌，平均增產17%，高者達40%，但如土壤含氮過多時，接種的效用就難發揮。
（三）可節約能源
農業上所使用的氮素化學肥料，都需要消耗大量能源來生產，對能源有限或缺乏的地區，利用固氮菌可減少氮肥的施用，達到農業節約能源的目標。
（四）可降低生產成本
化學氮素肥料的生產花費能源大，生產成本高。固氮菌的培養簡便，用量少，成本較低，與化學肥料相比，可以降低生產成本10倍以上，提高農民所得。豆科綠肥是有機農業栽培的重要輪作之植物，其主要目的是增加生物固氮的氮素來源，減少生產成本及能源消耗，達到農場氮素自給自足。然而，許多農地土壤在傳統耕作施肥方式，或未曾種過豆科時，固氮微生物可能相當缺乏或菌種良莠不齊，為確保豆科固氮作用的效率，因此共生固氮菌之配合應用顯得相當需要。利用豆科作物或覆蓋根瘤菌接種劑，達到農場中氮肥自給自足已有許多例子，接種豆科根瘤菌達到增加作物氮素來源已是眾所周知（圖4及圖5），在國外已有商業接種劑之應用，臺灣根瘤菌之應用發展已有相當基礎及成果，已進行大豆根瘤菌接種劑之示範推廣。
（五）減少環境污染
環境保護的時代潮流正在興起，施用過量化學肥料造成環境污染問題是不可忽視的，不當及過度施肥，都將污染河川、水庫及水源；水中的優氧化作用，致使水中藻類大量繁殖，影響水中生物的平衡，尤其硝態氮及磷之污染，也需加強管理。固氮菌之施用，可減少氮施用，對環境的污染可減少到最低。
（六）增加抗病能
現代農業栽培管理上，影響土壤微生物相平衡或有益微生物生長的因子不可忽視。尤其是以過度使用農用化學物（農藥及化肥），加上土壤環境的污染，對原本天生天長的土壤微生物影響甚鉅，必須加以重視及保育，才會有健康的土壤及安全的食物。固氮菌在作物根部的共生，占據了根部的許多表面及內皮層的位置，減少病菌的侵入，由於固氮菌與病菌間之抗衡，使作物根部有了保護的作用。
（七）植物與根瘤菌聯合復育
植物與根瘤菌共生系統有助植物吸引重金屬及污染物之效率，根瘤菌分泌胞外多糖（exopolysaccharide）有助重金屬之解離，而增加植物之吸收。但根瘤菌結瘤也受污染物的抑制作用，在根瘤菌對污染物的耐性有待突破。

根瘤菌接種劑的應用方法
為了使土壤有益微生物活動及族群增加，不外乎有兩種主要的方法，一是增加碳源、能源或特別條件（bio-stimulation），二是利用外在添加微生物的族群（bioaugmentation），或兩種方法同時增進，均有助於增加土壤有益微生物。微生物肥料也就是利用這些原理所做的應用，為了確保增加特定有益微生物時，是以直接添加該有益微生物為最有效的方法。
根瘤菌接種劑的使用方法上，主要是需將根瘤菌接種劑與豆科種子充分混合接觸，達到接種的目標，使用方法甚為簡便。不得以才施用根瘤菌接種劑在小苗根部或澆灌於植物根圈中。大部份的根瘤菌對宿主豆科植物有專一性或偏好性的結瘤問題，也就是說如如專一性的大豆根瘤菌只能與大豆共生結瘤，不能與落花生共生結瘤，如有偏好性的落花生根瘤菌只能與落花生有良好的共生結瘤，對其他豆科植物則結瘤較差的問題。因此，使用根瘤菌接種劑需要特別注意此專一性或偏好性的結瘤問題。依根瘤菌接種劑的型態，主要可分為液劑及粉劑兩種。

（一）種子外包覆法
1.使用對象：所有豆科種子。
2.使用方法：
（1） 液劑的使用方法：將豆科種子放入容器（種子量多時可舖在平面場地上），先撒入黏著劑粉（如CMC）混勻，再加搖勻的瓶裝根瘤菌之菌液噴入，拌種，使種子拌勻濕潤後（如水分過多，把多餘的水倒出；如水分太少，可加清潔水），最後倒入吸水粉末（如泥炭粉）混合均勻，形成豆科種子外包裹一層菌粉後，即可播種（如不小心太濕了，可用乾土拌入；絕不能將怕水的種子（如大豆或毛豆）浸泡在液體中）。
（2） 粉劑的使用方法：將豆科種子放入容器或平面場地上，先加入黏著粉劑，再加入清水（如用噴濕，可將黏著劑加入清水中），之後即可加入根瘤菌粉劑拌種，使豆科種子上外覆上一層根瘤菌粉劑，即可播種。
3. 使用量：與種子混合後即可播種，用量少，使用菌液量每公頃約為2∼4公升。
（二）土壤（或栽培基質）直接施用法
1.使用對象：豆科小種子、作物小苗或植株。
2.使用方法：
（1） 液劑使用方法：將豆科小種子播入土（或基質）前後，均可以用稀釋接種劑澆入穴中，或將液劑與土（或基質）混合或噴溼後，播入種子或栽植小苗即可。
（2） 粉劑使用方法：將豆科（或基質）挖個洞，再以粉劑加入穴中，即可播種種子或小苗於粉劑之上。
3. 使用量：液劑以沾濕種子或土壤，粉劑則以包得住種子的量為原則。每公頃使用量以各種接種劑說明書為主。用量少，一般使用菌液量每公頃約20∼40公升。
（三）作物施用頻度：
根瘤菌接種劑之稀釋倍數依各產品說明書或其菌數為依據，一般根瘤菌是菌劑的原液與豆科種子外包覆法，一次施用即可。而土壤直接施用法常見為100∼500倍後稀釋施用，用的頻度是依據作物的種類而異。

根瘤菌應用接種的注意事項
（一） 對怕浸水的種子（如大豆或毛豆）施用時，根瘤菌接種劑與種子拌種時或種子加水時，應把多餘的水倒出，絕不能浸泡種子，否則怕浸水的種子發芽率及發芽勢受影響而降低。
（二） 使用根瘤菌接種劑，不可與氮肥混合使用，但磷鉀肥仍需於整地時作基肥施用，如需施用氮肥，可當為追肥，少量施用。應用溶磷根瘤菌，不可加入多量過磷酸鈣。
（三） 避免與農藥混合使用，但播種覆土後可施農藥。
（四） 混合種子與根瘤菌接種劑後需立即播種，應以土壤溼潤下播種，土壤不可太乾或太濕。避免雨天播種或播種後立即灌水。或以田間灌水後，第二天才播種為佳。
（五） 根瘤菌接種劑需貯存於冷藏為佳或陰涼處，菌種是活的生物，有一定之保存期限，當活的菌種數降低時，效果將減少。
（六） 強酸性土可先用石灰質材中和土壤酸鹼值，再應用根瘤菌接種劑之效果將提高更多。

文圖楊/秋忠 教育部終生榮譽國家講座教授、國立中興大學土壤環境科學系教授