科学通报 | 中国科学院成都生物研究所闫志英研究员团队综述生物肥料在农业节肥增效中的研究进展

近日，中国科学院成都生物研究所闫志英研究员、姬高升副研究员团队在《科学通报》亚热带农业高质量发展专辑发表了题为“生物肥料在农业节肥增效中的研究进展”的综述文章，系统总结了生物肥料通过土壤养分活化、作物吸收增效及土传病害防控等多层次机制促进农业节肥增效的最新研究进展，深入剖析了我国生物肥料产业从实验室走向田间面临的核心瓶颈，并提出生物肥料可从多组学整合、靶向递送和合成生物学改造等方面进行突破，为生物肥料从经验型农艺措施向精准设计的农业生物技术转型提供理论参考。

中国是全球最大的化肥消费国，2023年化肥施用量（折纯养分）达5020万吨，占全球化肥消费总量的30%以上，而耕地面积仅占世界7%。高强度化肥投入导致全国约40%的耕地出现严重退化，化肥利用率长期徘徊在40%左右，氮素流失率高达55%~65%。这一问题在我国亚热带农业区域尤为突出，该区域化肥消耗量占全国近40%，且土壤以酸性红壤为主，pH普遍低于5.5，磷固定率超过90%，化肥养分利用率显著低于全国平均水平。在此背景下，生物肥料（biofertilizers）作为含有特定微生物活体制品、通过其生命活动促进植物养分吸收、改善土壤微生态环境的一类功能性肥料制品，因其在减少化肥投入的同时提升养分利用效率的独特优势，已成为农业绿色低碳发展的核心需求。截至2026年1月，我国已登记生物肥料产品12400个，年产值超55亿美元。

文章指出，生物肥料的作用效果并非单一机制独立作用，而是通过土壤、微生物与植物互作网络实现的系统性调控，可归纳为三个层次。

在土壤层面，功能微生物如同地下“矿工”，通过生物固氮、解磷解钾、铁载体螯合及有机物料腐解等过程，将大气和土壤中植物难以利用的养分转化为有效形态。例如，根瘤菌与豆科植物建立的共生固氮体系是陆地生态系统最主要的天然氮素输入途径；解磷菌分泌的有机酸可活化酸性红壤中固定态磷；产铁载体微生物则能有效改善植物铁营养状况。

在植物层面，生物肥料通过构建菌根共生体系、上调养分转运蛋白表达、激活硝酸还原酶等关键酶活性，强化作物对养分的主动获取能力。同时，γ-聚谷氨酸、鼠李糖脂、γ-氨基丁酸及藻类多糖等生物刺激素可调控作物生理代谢，增强抗旱、耐盐、抗高低温等非生物胁迫能力，实现减肥不减产、增效又提质。

在环境层面，含有拮抗微生物的生物肥料可通过竞争生态位、分泌抗菌物质、诱导作物系统抗性等方式，有效防控土传病害，减少化学农药依赖。研究显示，合理设计的合成菌群（SynCom）甚至能通过微生物间的互利联盟，实现对病原菌的协同抑制。

图1 生物肥料施加于土壤中的作用机制示意图.

然而，生物肥料仍面临严峻挑战。文章指出当前生物肥料产业的三大痛点：一是菌株资源单一化，芽孢杆菌属在生物肥料的登记菌种中占比超80%，菌种功能同质化严重；二是生产工艺落后，生物肥料的菌种发酵依赖豆粕、玉米粉等粮食原料（占比超85%），存在与人争粮的结构性矛盾，且高能耗与碳中和目标相悖；三是田间应用效果不稳定，受土著微生物竞争、土壤异质性及环境波动影响，生物肥料作为外源菌株施加时，存在根际定殖率低、持效期短等问题，目前仍无法完全替代化学肥料。

针对上述瓶颈，研究团队提出了三个研究方向：第一，构建微生物组、宿主与土壤多组学整合分析平台，识别驱动养分活化的关键功能类群；第二，发展基于生物炭、纳米材料等新型载体的微生物靶向递送技术，提升田间定殖效率；第三，借助合成生物学手段对底盘菌株进行模块化设计与环境响应型基因线路改造，突破天然菌株的铵抑制、氧敏感性等生理极限，实现根际智能化养分管理。目前生物肥料产业正处于由量变到质变的关键转型期，文章指出，唯有将微生物组学、合成生物学与智能农业装备深度融合，才能推动生物肥料从辅助肥料向主力肥料的跃升，为我国农业绿色低碳转型与粮食安全提供坚实的科技支撑。

本文共同通讯作者为闫志英研究员和姬高升研究员，第一作者为黄倩和许亚明，均来自中国科学院成都生物研究所功能菌种创制与生物质高效利用创新团队、农用微生物制剂四川省重点实验室。本研究得到国家重点研发计划项目（2022YFD1601100）、四川省科技计划“揭榜挂帅”项目（2024YFCY0014）及中国科学院成都生物研究所自主部署项目（QYJC2024-3）资助。研究团队长期致力于农业微生物资源挖掘与生物肥料创制，在功能菌株筛选、发酵工艺优化及田间应用评价方面积累了丰富经验，相关成果为我国生物肥料产业高质量发展提供了重要科技支撑。

文章信息

黄倩, 许亚明, 高兴龙等. 生物肥料在农业节肥增效中的研究进展. 科学通报. DOI: 10.1360/CSB-2026-0431.