根瘤菌在侵入植物根部後會分泌一些物質能刺激根毛的薄壁細胞很快增殖形成`腫瘤'．在瘤中,瘤菌是依賴於植物提供營養來生長、繁殖,同時,它們也有一種特殊的本領,它們隨身帶有一種奇妙的物質——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．一個小小的根瘤就像一個微型化肥廠一樣源源不斷地把氮變成氨送給植物吸收．
根瘤細菌肥料其實,遼闊廣袤的地球表面三四十厘米厚的土壤就是一個天然的肥料廠,這裡生活著無數個微生物,它們在生活的同時產生各種代謝產物,供給植物生長所需要的養料．
有經驗的農民都知道,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,這是為什麼呢?
拔起一棵大豆,洗掉根上的泥土就會看到,大豆根部除了長有像鬍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麼特別之處．但是,當我們把這種汁液放到顯微鏡下去觀察就會發現,原來這些`紅水'里,竟有那么多球狀、桿狀的微小生命在活動呢!這些小生命就是大名鼎鼎的根瘤菌．
1886年俄國的學者奧拉尼首先從豆科植物(羽扁豆)的根瘤中發現根瘤菌．1888年荷蘭學者貝耶林克又分離到純的根瘤菌種．十年後俄國學者著手研究製做根瘤菌肥．1935年前蘇聯建立了世界上第一座根瘤菌肥工廠．我國正式生產套用根瘤肥是在1950年,到50年代末期,全國各地已普遍生產和使用．
有固氮作用的微生物很多．目前,在農業生產上套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藻肥三類．
共生根瘤與植物之間有著共生的關係．一畝土地中所含的根瘤菌在一年的時間內可以固定10－15千克的氮,這相當於向土壤中施加50－75千克的硫酸銨．自生固氮菌能獨立生活並進行固氮作用,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固定的氮氣約有2.5千克,相當於12.5千克硫酸銨．
自生固氮菌肥料的研製開始於1911年,直到1937年才在前蘇聯大量地生產和施用．我國正式生產施用自生固氮菌肥料是在1955年以後．我國的微生物工作者在東北地區找到一種自生固氮菌,製成菌肥以後用在穀子、高粱和玉米等一些農作物上,都取得了明顯的增產效果．
固氮藍藻有在水中固氮的本領,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2.5千克藍藻,它們的固氮效果就相當於施加45千克的硫酸銨．
固氮藍藻製劑在水稻上套用,我國是從1956年開始進行這方面研究的．我國雖然起步較晚,但是對基礎理論的研究比較深入,套用效果比較明顯,已達到了世界先進水平．
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．遠在幾千年前,就已經把瓜類和豆類輪作種植以提高產量,而在西方採取輪作種植技術是在18世紀30年代以後的事．
把固氮的微生物進行人工培養獲得大量的活菌體,然後用它們拌種或施播,這就是最近迅速發展的細菌肥料．細菌肥料不僅能提高農作物產量,而且因為活的菌體能在土壤中繼續生長繁殖,有一年施加多年有效的好處．
1953年,我國的農業科技工作者,研製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製劑,菌種經人工培養接種在豆餅和肥沃土壤的混合物中,堆積發酵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點,50千克可相當於8.5千克硫酸銨的肥效,對糧棉油麻等作物均有良好的增產效果．
能夠製成菌肥的還有磷細菌和鉀細菌等微生物,以及氮、磷、鉀三種細菌的混合肥料．這種混合肥料既有固氮作用,又能分解土壤和肥料中難溶於水的含磷和鉀的物質供農作物吸收利用．同時,在這些細菌的新陳代謝過程中還能分泌一些對農作物生長有利的刺激素．據試驗,在晚稻中使用混合菌肥可使產量提高10%,在地瓜種植時使用可增產20%以上．
動植物的殘體經微生物作用以後可以生成一種黑色或棕色的複雜的高分子有機化合物叫做腐殖酸．腐殖酸不溶解於水．與鹼類作用後可生成溶解於水的腐殖酸鹽,如腐殖酸鉀、腐殖酸鈉、腐殖酸銨、腐殖酸鈣,這些化合物既有農家肥料的多種功能,又含有速效養分,與化肥相似,所以把它們叫做有機化肥或腐肥．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．土壤施加腐肥後能增加土壤的團粒結構、改善土壤的酸鹼性,有利於植物生長,同時促進了土壤中有益微生物的活動．分解纖維素的微生物約增加一倍,氨化細菌增加一倍多,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,這樣就使植物的`胃口改善、食慾加強'長得快、果實大,使用後產量一般可提高10%－30%．
