溶磷微生物肥料之特性及效益及效益         

 

土壤磷素與植物的關係土壤磷素与植物的关系植物在土壤中吸收量最多的三大養分元素即為

植物在土壤中吸收量最多的三大养分元素即为氮、磷、鉀，稱為肥料三要素，磷素在植物營養中 氮、磷、钾，称为肥料三要素，磷素在植物营养中扮演相當重要的角色，它與植物能量生化反應有 扮演相当重要的角色，它与植物能量生化反应有關，許多的酵素代謝中需依賴磷酸化作用，加上磷关，许多的酵素代谢中需依赖磷酸化作用，加上磷素是生物遺傳物質核酸之組成成份，與細胞分裂及素是生物遗传物质核酸之组成成份，与细胞分裂及分生組織之發育有非常重要的關係，是植物生長及 分生组织之发育有非常重要的关系，是植物生长及生殖不可缺少的大量元素之一。 生殖不可缺少的大量元素之一。

 

土壤的主要營養元素中，磷素與氮素的行為差土壤的主要营养元素中，磷素与氮素的行为差異甚大，氮素在土壤之移動或流失容易發生，而磷异甚大，氮素在土壤之移动或流失容易发生，而磷素在土壤中最不易移動，因此其移動或流失則較不素在土壤中最不易移动，因此其移动或流失则较不容易發生。容易发生。了解磷素在土壤中的形態及行為，有助於正確的的形态及行为，有助于正确的施用磷肥及溶磷菌，使磷肥發施用磷肥及溶磷菌，使磷肥发揮最高的效果。挥最高的效果。一般土壤不施磷肥，作物 一般土壤不施磷肥，作物會缺乏磷素，尤其是需肥量高 会缺乏磷素，尤其是需肥量高 的作物，更易顯現缺乏症狀。 的作物，更易显现缺乏症状。缺乏磷素的症狀依作物而有缺乏磷素的症状依作物而有不同，有的作物容易從產生莖不同，有的作物容易从产生茎

或葉上的紫紅色來辨斷，但有或叶上的紫红色来辨断，但有的從外表不容易診斷，需要利 的从外表不容易诊断，需要利用植體分析診斷及土壤分析診 用植体分析诊断及土壤分析诊斷。 断。作物缺乏磷素之征状为植株根及叶短小，禾本科作物之葉基或乾枯的葉會有紅色素出現。之叶基或干枯的叶会有红色素出现如果發現一年 如果发现一年生短期作物有缺磷現象時，再去矯正已稍嫌遲了。生短期作物有缺磷现象时，再去矫正已稍嫌迟了。果樹缺乏磷素將嚴重影響開花著果及果實的發育與果树缺乏磷素将严重影响开花着果及果实的发育与甜度之品質，磷素對馬鈴薯的塊莖或其他作物的塊 甜度之品质，磷素对马铃薯的块茎或其他作物的块根生產量也扮演甚為重要的角色。 根生产量也扮演甚为重要的角色。

土壤中磷肥的狀態及利用土壤中磷肥的状态及利用磷素是植物營養的大量需求元素之一，土壤中磷素是植物营养的大量需求元素之一，土壤中磷素存在的形態，包括無機態及有機態( 圖一)，無磷素存在形态，包括无机态及有机态，无機態的磷常與土壤中的鈣、鐵、鋁結合沈積，呈不机态的磷常与土壤中的钙、铁、铝结合沉积，呈不易溶解型，如磷酸鈣、磷酸鐵、磷酸鋁等，不易被易溶解型,如磷酸钙、磷酸铁、磷酸铝等，不易被圖一土壤中的磷素動態系統及磷的存在形態生植物吸收利用，需經微生物或有機酸的作用，才能植物吸收利用，需经微生物或有机酸的作用，才能溶解釋放出來供給植物利用；有機態磷則存在於含溶解释放出来供给植物利用；有机态磷则存在于含有許多磷酸鍵的有機化合物上，如磷酯、植酸鈣鎂有许多磷酸键的有机化合物上，如磷酯、植酸钙镁(phytins) 及核酸等等，都來自生物體。 (phytins)及核酸等等，都来自生物体.因此，土壤因此土壤若含高量有機質，就有豐富的有機態磷，在正常土若含高量有机质，就有丰富的有机态磷，在正常土壤中的有機態磷，需經酵素分解才可供應植物吸收壤中的有机态磷，需经酵素分解才可供应植物吸收利用磷肥。利用磷肥。

土壤中的無機態磷以結合型式存在愈多，植物 土壤中的无机态磷以结合型式存在愈多，植物可利用的有效性磷就愈少，因此磷肥在每期作物生可利用的有效性磷就愈少，因此磷肥在每期作物生產中常需要施用，否則產量或品質就受到影響。 产中常需要施用，否则产量或品质就受到影响。 磷磷肥被植物利用率甚低，100 元之磷肥被作物吸收最肥被植物利用率甚低，100元之磷肥被作物吸收最多常見不超過20 元，其餘的80 元磷肥幾乎都被土多常见不超过20元，其余的80元磷肥几乎都被土壤所固定結合而累積，又因磷素在土壤中的移動較壤所固定结合而累积，又因磷素在土壤中的移动较差，不易被水流失。差，不易被水流失。 由於上期作所施用且未被吸收由于上期作所施用且未被吸收之磷肥均被固定或結合，植物無法再大量吸收這些 之磷肥均被固定或结合，植物无法再大量吸收这些被固定的磷，所以每一期作得再施用磷肥。被固定的磷，所以每一期作得再施用磷肥。磷素肥料的「有效性磷」含量，是決定磷肥好 磷素肥料的「有效性磷」含量，是决定磷肥好壞的因素之一。坏的因素之一。

全球的磷礦石資源有限，磷肥大多全球的磷矿石资源有限，磷肥大多來自磷礦石的處理產品，磷礦石的種類及成分品質来自磷矿石的处理产品，磷矿石的种类及成分品质依不同生產地區而有很大差異。依不同生产地区而有很大差异。只有酸性土壤可以只有酸性土壤可以直接施用磷礦石粉，磷礦石粉的應用效果受到「有直接施用磷矿石粉，磷矿石粉的应用效果受到「有效性磷」含量之限制影響，有時磷礦石粉需配合或效性磷」含量之限制影响，有时磷矿石粉需配合或混合溶磷菌使用以提高磷的有效性，這即是應用微混合溶磷菌使用以提高磷的有效性，这即是应用微生物的例子。生物的例子。

 

溶磷微生物之種類及特性 溶磷微生物之种类及特性

土壤微生物中，具有溶磷能力的微生物總稱為 土壤微生物中，具有溶磷能力的微生物总称为「溶磷微生物」或「溶磷菌」( 圖二)，可將土壤中的 「溶磷微生物」或「溶磷菌」，可将土壤中的無效性磷轉變為有效性磷，是研究植物生長促无效性磷转变为有效性磷，是研究植物生长促进根圈微生物(Plant growth promoting rhizobacteria,根圈微生物(Plant growth promoting rhizobacteria,PGPR) 中很重要的主題之一。 PGPR)中很重要的主题之一。目前已知可溶解难溶性磷之微生物包括細菌、放線菌及真菌類等，常溶性磷之微生物包括细菌、放线菌及真菌类等，常見如細菌類Bacillus、Burkholderia、Enterobacter、见如细菌类Bacillus、Burkholderia、Enterobacter、Pantoea、Pseudomonas、Rahnella、Thiobacillus 等 Pantoea、Pseudomonas、Rahnella、Thiobacillus等 菌屬，真菌類Aspergillus、Penicillium 與酵母菌 菌属，真菌类Aspergillus、Penicillium与酵母菌Yarowia 等菌屬。 Yarowia等菌属。

一種溶磷菌可能溶解不同磷形態( 鈣、鐵、鋁    一种溶磷菌可能溶解不同磷形态(钙、铁、铝的無機結合磷及有機磷化合物) 的能力不盡相同， 的无机结合磷及有机磷化合物)的能力不尽相同，有的菌種只能溶磷酸鈣，不一定能溶磷酸鐵或磷酸 有的菌种只能溶磷酸钙，不一定能溶磷酸铁或磷酸鋁，且有些菌種可溶解多種結合的磷，將可供農業铝，且有些菌种可溶解多种结合的磷，将可供农业生產之應用。生产之应用。溶磷機制之研究亦主要在了解磷酸鈣之溶解，

溶磷机制之研究亦主要在了解磷酸钙之溶解，溶鐵磷之機制中，一般溶磷作用產生的原因為微生溶铁磷之机制中，一般溶磷作用产生的原因为微生物或植物產生有機酸，或間接生成無機酸，造成難物或植物产生有机酸，或间接生成无机酸，造成难溶性磷酸鹽中磷酸根的釋出，或分泌酵素加速有機溶性磷酸盐中磷酸根的释出，或分泌酵素加速有机磷的礦質化而釋出磷酸根，此外亦有其他溶磷機制磷的矿质化而释出磷酸根，此外亦有其他溶磷机制之探討。 之探讨。

一般溶磷微生物可利用分泌特殊物質達到磷 一般溶磷微生物可利用分泌特殊物质达到磷酸鈣的溶解，如有機酸類的甲酸、醋酸、丙酸、丁酸钙的溶解，如有机酸类的甲酸、醋酸、丙酸、丁酸、乳酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸、葡萄糖酸、 酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸、葡萄糖酸、草酸、縮蘋果酸及其他五碳或六碳之酸，這些酸降 草酸、缩苹果酸及其他五碳或六碳之酸，这些酸降低了酸鹼度，亦導致不易溶解的磷改變其溶解度，低了酸碱度，亦导致不易溶解的磷改变其溶解度，而有一些分泌物，則在鉗合鈣及鐵，促使有效溶解 而有一些分泌物，则在钳合钙及铁，促使有效溶解並提高磷素的利用。 并提高磷素的利用。 除了「非共生性」的溶磷菌能 除了「非共生性」的溶磷菌能溶解不易溶解型的磷素外，「共生性」的菌根真菌溶解不易溶解型的磷素外，「共生性」的菌根真菌(mycorrhiza) 亦可協助作物吸收土壤中不易溶解的 (mycorrhiza)亦可协助作物吸收土壤中不易溶解的鈣結合磷、鐵結合磷及鋁結合磷，這種溶解的特性钙结合磷、铁结合磷及铝结合磷，这种溶解的特性可能與根分泌物或菌分泌物有關。可能与根分泌物或菌分泌物有关。 內生菌根菌能夠内生菌根菌能够幫助植物吸收磷肥，除了增加植物根系與土壤接觸 帮助植物吸收磷肥，除了增加植物根系与土壤接触面積外，而且菌根化的根細胞粒腺體增加，細胞核面积外，而且菌根化的根细胞粒腺体增加，细胞核 變大，壽命較長，磷酸酵素、ATPase 的活性都增变大，寿命较长，磷酸酵素、ATPase的活性都增圖二溶磷的微生物 (不溶性之結合磷顆粒經微生物溶解後，即呈現透明溶磷圈)生加，因此對磷肥的吸收、分解或轉移能力增加。加，因此对磷肥的吸收、分解或转移能力增加。 一一般在低磷肥狀況下，較有利於菌根菌之感染。 般在低磷肥状况下，较有利于菌根菌之感染。溶磷菌的接種效果好壞，是依賴菌種的選拔， 溶磷菌的接种效果好坏，是依赖菌种的选拔，要有優良的菌種，才可達到促進作物增產之功效，要有优良的菌种，才可达到促进作物增产之功效，因土壤中的菌種良莠不齊，雖然同樣具有溶磷能因土壤中的菌种良莠不齐，虽然同样具有溶磷能力，但效果相互差異甚大。 力，但效果相互差异甚大。 此外，溶磷細菌配合此外，溶磷细菌配合菌根真菌的應用，亦被證明可達到「累加效應」。根真菌的应用，亦被证明可达到「累加效应」。 溶溶磷菌也常見配合磷礦石粉的施用，而達到增加磷肥磷菌也常见配合磷矿石粉的施用，而达到增加磷肥吸收及增產的效果。吸收及增产的效果。 在有限的磷礦資源下，新興在有限的磷矿资源下，新兴科技的發展使溶磷菌在未來的農業中，必定有其需要技的发展使溶磷菌在未来的农业中，必定有其需要性，提高磷肥的效應是主要的目標，尤其是在固定 性，提高磷肥的效应是主要的目标，尤其是在固定磷素甚高的土壤更為重要，對多年生及根系小的磷素甚高的土壤更为重要，对多年生及根系小的作物而言更有其必要性物而言更有其必要性。溶磷菌的應用使土壤磷肥溶磷菌的应用使土壤磷肥有充分的供應達到作物的需求。充分的供应达到作物的需求。

 

溶磷菌對作物生長之效益              溶磷菌对作物生长之效益

 

溶磷菌可做為廣義肥料之應用，即為「微生物    溶磷菌可做为广义肥料之应用，即为「微生物肥料」之一種品目，是利用活體生物提高土壤中磷肥料」之一种品目，是利用活体生物提高土壤中磷的有效性，以增進土壤營養狀況者。 的有效性，以增进土壤营养状况者。因此溶磷菌因此溶磷菌的接種可減少化學肥料的施用，以達到相同產量或有接种可减少化学肥料的施用，以达到相同产量或有促進產量與品質之效果。 促进产量与品质之效果。 由於溶磷微生物肥料的生由于溶磷微生物肥料的生产成本较工业生产肥料为低，除减少大量施用化学肥料，以減少土壤劣化之可能性外，更可降低生產肥料，以减少土壤劣化之可能性外，更可降低生产成本。成本。 此外，溶磷微生物肥料的間接應用目的是此外，溶磷微生物肥料的间接应用目的是利用溶磷菌于肥料功能外的其他能力，例如根圈保护的功能、促進植物根系生長及吸收水分與養分的能的功能、促进植物根系生长及吸收水分与养分的能力、延長根系壽命、中和或分解毒害物質、增加植力、延长根系寿命、中和或分解毒害物质、增加植物抗病及抗旱的能力、提高作物抗逆境移植存活率物抗病及抗旱的能力、提高作物抗逆境移植存活率及提早開花等多功能之特性。 及提早开花等多功能之特性。

 

全球農田由於施用多年的磷肥，普遍已累積相 全球农田由于施用多年的磷肥，普遍已累积相當大量的磷素，其中不易溶解的無機結合磷是土壤当大量的磷素，其中不易溶解的无机结合磷是土壤的主要累积磷素，但这种结合型磷的有效性低，不能有效充分供應作物利用。能有效充分供应作物利用。本研究室多年来研究及開發溶磷菌之生物肥料接種劑，期能提高土壤中磷开发溶磷菌之生物肥料接种剂，期能提高土壤中磷素的多元化應用，並達到減少化學磷肥之施用，以 素的多元化应用，并达到减少化学磷肥之施用，以降低土壤劣化及環境污染，並達到提高農產品品質降低土壤劣化及环境污染，并达到提高农产品品质及農民所得之目的。及农民所得之目的。在农委会之科技发展计画中已證明溶磷菌之接種可節省1/3 至1/2 之磷肥，在台 证明溶磷菌之接种可节省1/3至1/2之磷肥，在台灣每年施用之磷肥135 千公噸，約3.7 億元，因此 湾每年施用之磷肥135千公吨，约3.7亿元，因此以保護土壤之觀點下，溶磷菌的接種可少用約70 千以保护土壤之观点下，溶磷菌的接种可少用约70千

公噸磷肥及1.8 億元，可見開發溶磷菌有其實質效 公吨磷肥及1.8亿元，可见开发溶磷菌有其实质效益且也有環保之價值。 益且也有环保之价值。

土壤微生物中的溶磷菌，可 土壤微生物中的溶磷菌，可以增進磷礦石粉、磷酸鈣、磷酸鐵及鋁磷化合物的以增进磷矿石粉、磷酸钙、磷酸铁及铝磷化合物的

溶解。 溶解。 在溶磷菌的研究中主要是在磷酸鈣溶解菌， 在溶磷菌的研究中主要是在磷酸钙溶解菌，溶鐵磷細菌之研究則甚少，有待未來繼續研究及應溶铁磷细菌之研究则甚少，有待未来继续研究及应用。用。

結語 结语

微生物肥料的發展是永續農業的基礎，其應用 微生物肥料的发展是永续农业的基础，其应用是永續性農業成功的要件。是永续性农业成功的要件。施用高量化学肥料及化學農藥的農業生產，近年來已顯著影響土壤及生態学农药的农业生产，近年来已显著影响土壤及生态環境的劣化，值得警惕及檢討，因此永續性農業的环境的劣，得警惕及检讨，因此永续性农业的開發研究及應用需要大力推動。开发研究及应用需要大力推动。在台湾溶磷微生物肥料的開發及利用，已證明具有穩定產量可提高農 肥料的开发及利用，已证明具有稳定产量可提高农民收益，又可減少因過量化學肥料使用對環境生態 民收益，又可减少因过量化学肥料使用对环境生态的傷害。的伤害。未来有待微生物肥料管理法规通过后，使微生物肥料依法成為新商業產品，而微生物肥料及微生物肥料依法成为新商业产品，而微生物肥料及有機質肥料相互為用，可達到維持農民生產收益及有机质肥料相互为用，可达到维持农民生产收益及土壤地力，將使農業邁向永續經營之方向，達成優土壤地力，将使农业迈向永续经营之方向，达成优質、生態、安全及健康的農業目標。质、生态、安全及健康的农业目标。

 

楊秋忠國立中興大學土壤環境科學系國家講座教授 杨秋忠国立中兴大学土壤环境科学系国家讲座教授

沈佛亭國立中興大學土壤環境科學系博士後研究 沉佛亭国立中兴大学土壤环境科学系博士后研究