土壤是復雜的有機和無機體混合物，經由粗估，在一公頃土表15公分的耕作層內，細菌、霉菌、藻類、原蟲與病毒等微生物總重量達數百至數千噸。而每噸土壤中的霉菌菌絲如相連，其長度可來回地球和月球上百次。肉眼觀察豐富微生物含量的土壤，土質色澤深、通透性良好，聞起來芬芳(放線菌特殊氣味)。土壤微生物世界，究竟在作物栽培生長的環境中扮演了什么角色? 以下概略解析。 根系為作物支撐固定、攝取營養的唯一器官。在復雜的根圈環境中，微生物、無機鹽、氣體、土壤動物、水分等等的物質，隨時和根圈互動，更直接主導了作物根系吸收肥料養份的效率。從微觀的角度分析，根毛上細胞壁上的蛋白質解離后，根毛表面形成負電荷，吸引帶正電荷之離子移動至根毛表面，再經由主動運輸(須消耗植物本身能量的生理反應)將養份轉運至細胞內，到達維管束時，再經由維管束形成的蒸騰拉力，由水將無機鹽往上輸送至葉片等器官生長發育。
微生物決定了根圈的土壤環境復雜的生化、生理、物理現象協同作用。而在根圈環境的角色，更是重中之重。首先在常態性耕作的土壤微生物，在代謝過程中釋放出有一、二級代謝物，包括有機酸、蛋白質、糖類、脂質、維生素、酚類、幾丁質酶、葡聚糖酶、抗生素等物質，有的可供根毛直接利用，有者則影響了土壤環境中的微生物生態。其次，除活菌貢獻代謝物外，死菌在分解過程中也貢獻了蛋白質、胺基酸等并影響根圈的動態平衡。因此，微生物的動態活動可說對作物的生長和發育起了決定性的作用。
應用菌肥的諸多效果，包括對果實發育中的可溶性固形物(即糖份)、風味、產量等都有明顯的增加，對于糧食作物而言，抗病性、增產等等。這些直觀的效益，導源于微生物增加了肥料的利用率，提升了植物光合作用的效率和光合產物的累積。除了生理生化的層面，土壤微生物也奉行叢林法則，即菌海戰術也常在數量上「占領」布滿細胞壁表層，使病原菌無從接觸植物根系。我們可常從發黑、發臭、軟腐、不正常腫脹的根系或植物維管素中判斷植物被病原菌入侵，直接阻礙了植物吸收水分和養份而死亡。
土壤同時存在有益菌和病原菌，有益菌(常指酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌、放線菌等)和其也隨時處于競爭拉鋸的狀態，常年使用化肥又缺乏有機質的補充，將導致微生物多樣性下降，益菌沒法發揮上述生理和物理的功能時，病原菌往往也有機可乘，引發病害。根據中國國家標準界定，微生物肥料是指含有特定微生物活體的制品，應用于農業生產，通過其中所含微生物的生命活動，增加植物養分的供應量或促進植物生長，提高產量，改善農產品品質及農業生態環境。
目前常見的微生物肥料主要包括3 類，分別為微生物接種劑(microbial inoculant)、復合微生物肥料(compound microbial fertilizer) 和生物有機肥(microbial organic fertilizer)。但三者因生產制造、銷售價格、應用目的和方式等因素的差異而所有不同。
第1類微生物接種劑，多為同類的高純度單一微生物，以粉體或液體的形式存在，施用時需額外配合提供其營養源(如有機質、糖類)，以利快速持續在土壤中增殖。該類產品中最常見的為植物根際促生菌(plant growth promoting rhizobacteria，PGPR) 于土壤或附生于植物根面，可促進植物生長，提高植物對營養元素的吸收和利用。甘肅農業大學草業學院2015年即利用復合微生物接種劑替代部分化肥20%并在玉米表現出增產的效果。中國雖出臺了微生物肥料的相關管理辦法，但目前微生物接種劑類產品依然面臨著一些挑戰，這包括: 1. 法規上對微生物制品仍有許多的限制，尤其是肥料在作為跨國貿易商品時較為敏感，往往是無法明確的宣稱的; 2. 土壤性質、作物類別、天候外在影響層面廣大，農民使用有感與否，主觀性很大; 3. 微生物接劑或是復合肥的生產工藝有一定的門坎，非僅作摻混; 4. 反應在高技術加工的售價上，農民的使用意愿不大。
第2類復合微生物肥料，主要的型態有固態和液態。通常為兩種或兩種以上的有益菌或功能性菌種，如根瘤菌、固氮菌、解磷菌和解鉀菌，并選擇性加入大量元素、微量元素、植物生長素、腐植酸、海藻萃取物等物質復合而成。在生產工藝上需同時考慮各菌種之間、菌種和元素之間的交互作用，在實際應用時需要兼顧使用目的和使用時機的特殊性，如催芽、催花、催果、催甜等，使用的技術含量高。銷售成本也因產品的技術含量提升而相應增加。
第3類是最常見的生物有機肥，也就是廣義的農家肥。以粉狀或粒狀或圓柱狀為主，生產工藝包括介質配方混合、發酵翻堆、熟成降溫、擠壓造粒(或不造粒)，產品原料多源自農產副資材或就地取材，無特別外加菌種，而靠農副資材上原有的微生物，價格相對的便宜。但該類產品可貢獻的N、P、K大量元素總量一般在5%以下。該類產品施到土壤后，可為土壤微生物提供「糧食」，以確保微生物持續繁衍。相對未腐熟的有生物有機肥用到土壤中后，需靠微生物來分解，不但消耗微生物族群，分解過程中產生的高溫或中間代謝物，對根系有直接的傷害。未經高溫程序發酵完成的資材，往往帶有許多病原菌和草籽等，會對土壤造成直接威脅。
目前，市場上常見的微生物肥料產品均歸屬于上述三個產品類別，而兼具養分緩、控釋功能的特殊微生物肥料卻十分罕見。因為一般在加工裹覆性肥料時，微生物常因包覆過程中的高溫而被直接殺滅。應用其他基理生產的微生物緩釋肥，如沸石緩釋肥，由于沸石多孔性的特性(已另文介紹)，不同的研究表明，使用沸石可成功的吸附微生物和銨離子，作為生物反應器。韓國西江大學在2015年的研究當中，更利用復合了硫化菌(sulfate reducing bacteria)的沸石，來去除海水中的重金屬銅、鎳和6價鉻。以上研究表明沸石和微生物具有一定的吸附性。新疆石河子市發表的研究表明，可使用膨潤土(bentonite)和海藻酸鈉(alginate)來包覆N、P、K和PGPR，達到緩釋的效果，但仍處研發階段。馬來西亞的綠豐農業在2000年量產沸石復合緩釋化肥，近1年來也將觸角延伸至含微生物復合緩釋肥，因沸石孔隙可提供微生物休眠狀態下物理空間上的「庇護所」，真正實現「施肥即補菌」的省工目標，二者一旦施用到土壤后，便會各司其職，相輔相成。2015年綠豐農業在「修復性肥料」技術研發上取得了眾多突破，實驗室已優化了產品組分的混配比例，并穩定了各項沸石參數指標。從而為量產囊括沸石、微生物、胺基酸、腐植酸、磷肥等有效成分的綜合性產品打下堅實基礎。此外，綠豐農業還針對受淹水、凍害、旱害等極端天候影響的作物，進行「救根、養土、補元氣」，通過配合腐熟性的有機肥料開溝埋入「含微生物復合緩釋肥」的方式，同時滿足作物養分需求、恢復土壤微生物多樣性、省工、省時、省成本等需求。
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