說到肥料，人們很自然會(huì)想起工廠里生產(chǎn)的各種化學(xué)肥料，以及人畜糞尿等一些有機(jī)肥料。
其實(shí)，遼闊廣袤的地球表面三四十厘米厚的土壤就是一個(gè)天然的肥料廠，這里生活著無數(shù)個(gè)微生物，它們在生活的同時(shí)產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物，供給植物生長所需要的養(yǎng)料。
有經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)民都知道，在貧瘠的土地上種植一般的莊稼是長不好的，但是種豆科作物卻往往生長旺盛，這是為什么呢？
拔起一棵大豆，洗掉根上的泥土就會(huì)看到，大豆根部除了長有像胡子一樣的根毛外還長有許許多多的小圓疙瘩，形狀像“腫瘤”，所以叫根瘤。把它擠破，除了一些帶有腥臭味的“紅水”外，似乎看不到它們有什么特別之處。但是，當(dāng)我們把這種汁液放到顯微鏡下去觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，原來這些“紅水”里，竟有那么多球狀、桿狀的微小生命在活動(dòng)呢！這些小生命就是大名鼎鼎的根瘤菌。
根瘤菌和豆科植物，可謂一對(duì)親密無間的好朋友。根瘤菌在侵入植物根部后會(huì)分泌一些物質(zhì)能刺激根毛的薄壁細(xì)胞很快增殖形成“腫瘤”。在瘤中，瘤菌是依賴于植物提供營養(yǎng)來生長、繁殖，同時(shí)，它們也有一種特殊的本領(lǐng)，它們隨身帶有一種奇妙的物質(zhì)——固氮酶，可以把空氣中游離的氮固定下來，供給植物利用，這叫固氮作用。一個(gè)小小的根瘤就像一個(gè)微型化肥廠一樣源源不斷地把氮變成氨送給植物吸收。
1886年俄國的學(xué)者奧拉尼首先從豆科植物（羽扁豆）的根瘤中發(fā)現(xiàn)根瘤菌。1888年荷蘭學(xué)者貝耶林克又分離到純的根瘤菌種。十年后俄國學(xué)者著手研究制做根瘤菌肥。1935年前蘇聯(lián)建立了世界上第一座根瘤菌肥工廠。我國正式生產(chǎn)應(yīng)用根瘤肥是在1950年，到50年代末期，全國各地已普遍生產(chǎn)和使用。
有固氮作用的微生物很多。目前，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的固氮微生物肥料主要有共生根瘤菌肥、自生固氮菌肥和固氮藍(lán)藻肥三類。
共生根瘤與植物之間有著共生的關(guān)系。一畝土地中所含的根瘤菌在一年的時(shí)間內(nèi)可以固定10～15千克的氮，這相當(dāng)于向土壤中施加 50～75千克的硫酸銨。自生固氮菌能獨(dú)立生活并進(jìn)行固氮作用，其種類較多，有的是好氧菌，有的則是厭氧菌。在一畝土地中的自生固氮菌一年內(nèi)固定的氮?dú)饧s有2.5千克，相當(dāng)于12.5千克硫酸銨。
自生固氮菌肥料的研制開始于1911年，直到1937年才在前蘇聯(lián)大量地生產(chǎn)和施用。我國正式生產(chǎn)施用自生固氮菌肥料是在1955年以后。我國的微生物工作者在東北地區(qū)找到一種自生固氮菌，制成菌肥以后用在谷子、高粱和玉米等一些農(nóng)作物上，都取得了明顯的增產(chǎn)效果。
固氮藍(lán)藻有在水中固氮的本領(lǐng)，是提高水田肥效很有前途的一類微生物。每年若向每畝水田中施放2.5千克藍(lán)藻，它們的固氮效果就相當(dāng)于施加45千克的硫酸銨。
固氮藍(lán)藻制劑在水稻上應(yīng)用，我國是從1956年開始進(jìn)行這方面研究的。我國雖然起步較晚，但是對(duì)基礎(chǔ)理論的研究比較深入，應(yīng)用效果比較明顯，已達(dá)到了世界先進(jìn)水平。
我國人民很早就知道利用微生物的固氮作用來提高土壤肥效。遠(yuǎn)在幾千年前，就已經(jīng)把瓜類和豆類輪作種植以提高產(chǎn)量，而在西方采取輪作種植技術(shù)是在18世紀(jì)30年代以后的事。
把固氮的微生物進(jìn)行人工培養(yǎng)獲得大量的活菌體，然后用它們拌種或施播，這就是最近迅速發(fā)展的細(xì)菌肥料。細(xì)菌肥料不僅能提高農(nóng)作物產(chǎn)量，而且因?yàn)榛畹木w能在土壤中繼續(xù)生長繁殖，有一年施加多年有效的好處。
1953年，我國的農(nóng)業(yè)科技工作者，研制成功了一種新型微生物肥料——5406抗生菌肥。這種菌肥是黃放線菌的制劑，菌種經(jīng)人工培養(yǎng)接種在豆餅和肥沃土壤的混合物中，堆積發(fā)酵5～7天而成。5406抗生菌，具有成本低、肥效高、抗病害、促生長、水田和旱田都能使用的優(yōu)點(diǎn)，50千克可相當(dāng)于8.5千克硫酸銨的肥效，對(duì)糧棉油麻等作物均有良好的增產(chǎn)效果。
能夠制成菌肥的還有磷細(xì)菌和鉀細(xì)菌等微生物，以及氮、磷、鉀三種細(xì)菌的混合肥料。這種混合肥料既有固氮作用，又能分解土壤和肥料中難溶于水的含磷和鉀的物質(zhì)供農(nóng)作物吸收利用。同時(shí)，在這些細(xì)菌的新陳代謝過程中還能分泌一些對(duì)農(nóng)作物生長有利的刺激素。據(jù)試驗(yàn)，在晚稻中使用混合菌肥可使產(chǎn)量提高10％，在地瓜種植時(shí)使用可增產(chǎn)20％以上。
動(dòng)植物的殘?bào)w經(jīng)微生物作用以后可以生成一種黑色或棕色的復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物叫做腐殖酸。腐殖酸不溶解于水。與堿類作用后可生成溶解于水的腐殖酸鹽，如腐殖酸鉀、腐殖酸鈉、腐殖酸銨、腐殖酸鈣，這些化合物既有農(nóng)家肥料的多種功能，又含有速效養(yǎng)分，與化肥相似，所以把它們叫做有機(jī)化肥或腐肥。腐肥本身是一種好肥料，而且它還能活化土壤中的微量元素供給植物利用，特別是磷的活化，可以使土壤中的有效磷提高20％左右。土壤施加腐肥后能增加土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、改善土壤的酸堿性，有利于植物生長，同時(shí)促進(jìn)了土壤中有益微生物的活動(dòng)。分解纖維素的微生物約增加一倍，氨化細(xì)菌增加一倍多，自生固氮菌能增加兩倍以上。此外腐肥能刺激植物的多種酶的活性加強(qiáng)，這樣就使植物的“胃口改善、食欲加強(qiáng)”長得快、果實(shí)大，使用后產(chǎn)量一般可提高10％～30％。
