根系为作物支撑固定、摄取营养的唯一器官。在复杂的根圈环境中，微生物、无机盐、气体、土壤动物、水分等等的物质，随时和根圈互动，更直接主导了作物根系吸收肥料养份的效率。从微观的角度分析，根毛上细胞壁上的蛋白质解离后，根毛表面形成负电荷，吸引带正电荷之离子移动至根毛表面，再经由主动运输(须消耗植物本身能量的生理反应)将养份转运至细胞内，到达维管束时，再经由维管束形成的蒸腾拉力，由水将无机盐往上输送至叶片等器官生长发育。

 

微生物决定了根圈的土壤环境复杂的生化、生理、物理现象协同作用。而在根圈环境的角色，更是重中之重。首先在常态性耕作的土壤微生物，在代谢过程中释放出有一、二级代谢物，包括有机酸、蛋白质、糖类、脂质、维生素、酚类、几丁质酶、葡聚糖酶、抗生素等物质，有的可供根毛直接利用，有者则影响了土壤环境中的微生物生态。其次，除活菌贡献代谢物外，死菌在分解过程中也贡献了蛋白质、胺基酸等并影响根圈的动态平衡。因此，微生物的动态活动可说对作物的生长和发育起了决定性的作用。

 

应用菌肥的诸多效果，包括对果实发育中的可溶性固形物(即糖份)、风味、产量等都有明显的增加，对于粮食作物而言，抗病性、增产等等。这些直观的效益，导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产物的累积。除了生理生化的层面，土壤微生物也奉行丛林法则，即菌海战术也常在数量上「占领」布满细胞壁表层，使病原菌无从接触植物根系。我们可常从发黑、发臭、软腐、不正常肿胀的根系或植物维管素中判断植物被病原菌入侵，直接阻碍了植物吸收水分和养份而死亡。

 

土壤同时存在有益菌和病原菌，有益菌(常指酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌、放线菌等)和其也随时处于竞争拉锯的状态，常年使用化肥又缺乏有机质的补充，将导致微生物多样性下降，益菌没法发挥上述生理和物理的功能时，病原菌往往也有机可乘，引发病害。根据中国国家标准界定，微生物肥料是指含有特定微生物活体的制品，应用于农业生产，通过其中所含微生物的生命活动，增加植物养分的供应量或促进植物生长，提高产量，改善农产品品质及农业生态环境。

 

目前常见的微生物肥料主要包括3 类，分别为微生物接种剂(microbial inoculant)、复合微生物肥料(compound microbial fertilizer) 和生物有机肥(microbial organic fertilizer)。但三者因生产制造、销售价格、应用目的和方式等因素的差异而所有不同。

 

第1类微生物接种剂，多为同类的高纯度单一微生物，以粉体或液体的形式存在，施用时需额外配合提供其营养源(如有机质、糖类)，以利快速持续在土壤中增殖。该类产品中最常见的为植物根际促生菌(plant growth promoting rhizobacteria，PGPR), 于土壤或附生于植物根面，可促进植物生长，提高植物对营养元素的吸收和利用。甘肃农业大学草业学院2015年即利用复合微生物接种剂替代部分化肥20%,并在玉米表现出增产的效果。中国虽出台了微生物肥料的相关管理办法，但目前微生物接种剂类产品依然面临着一些挑战，这包括: 1. 法规上对微生物制品仍有许多的限制，尤其是肥料在作为跨国贸易商品时较为敏感，往往是无法明确的宣称的; 2. 土壤性质、作物类别、天候外在影响层面广大，农民使用有感与否，主观性很大; 3. 微生物接剂或是复合肥的生产工艺有一定的门坎，非仅作掺混; 4. 反应在高技术加工的售价上，农民的使用意愿不大。

 

第2类复合微生物肥料，主要的型态有固态和液态。通常为两种或两种以上的有益菌或功能性菌种，如根瘤菌、固氮菌、解磷菌和解钾菌，并选择性加入大量元素、微量元素、植物生长素、腐植酸、海藻萃取物等物质复合而成。在生产工艺上需同时考虑各菌种之间、菌种和元素之间的交互作用，在实际应用时需要兼顾使用目的和使用时机的特殊性，如催芽、催花、催果、催甜等，使用的技术含量高。销售成本也因产品的技术含量提升而相应增加。

 

第3类是最常见的生物有机肥，也就是广义的农家肥。以粉状或粒状或圆柱状为主，生产工艺包括介质配方混合、发酵翻堆、熟成降温、挤压造粒(或不造粒)，产品原料多源自农产副资材或就地取材，无特别外加菌种，而靠农副资材上原有的微生物，价格相对的便宜。但该类产品可贡献的N、P、K大量元素总量一般在5%以下。该类产品施到土壤后，可为土壤微生物提供「粮食」，以确保微生物持续繁衍。相对未腐熟的有生物有机肥用到土壤中后，需靠微生物来分解，不但消耗微生物族群，分解过程中产生的高温或中间代谢物，对根系有直接的伤害。未经高温程序发酵完成的资材，往往带有许多病原菌和草籽等，会对土壤造成直接威胁。

 

目前，市场上常见的微生物肥料产品均归属于上述三个产品类别，而兼具养分缓、控释功能的特殊微生物肥料却十分罕见。因为一般在加工裹覆性肥料时，微生物常因包覆过程中的高温而被直接杀灭。应用其他基理生产的微生物缓释肥，如沸石缓释肥，由于沸石多孔性的特性(已另文介绍)，不同的研究表明，使用沸石可成功的吸附微生物和铵离子，作为生物反应器。韩国西江大学在2015年的研究当中，更利用复合了硫化菌(sulfate reducing bacteria)的沸石，来去除海水中的重金属铜、镍和6价铬。以上研究表明沸石和微生物具有一定的吸附性。新疆石河子市发表的研究表明，可使用膨润土(bentonite)和海藻酸钠(alginate)来包覆N、P、K和PGPR，达到缓释的效果，但仍处研发阶段。马来西亚的绿丰农业在2000年量产沸石复合缓释化肥，近1年来也将触角延伸至含微生物复合缓释肥，因沸石孔隙可提供微生物休眠状态下物理空间上的「庇护所」，真正实现「施肥即补菌」的省工目标，二者一旦施用到土壤后，便会各司其职，相辅相成。2015年绿丰农业在「修复性肥料」技术研发上取得了众多突破，实验室已优化了产品组分的混配比例，并稳定了各项沸石参数指标。从而为量产囊括沸石、微生物、胺基酸、腐植酸、磷肥等有效成分的综合性产品打下坚实基础。此外，绿丰农业还针对受淹水、冻害、旱害等极端天候影响的作物，进行「救根、养土、补元气」，通过配合腐熟性的有机肥料开沟埋入「含微生物复合缓释肥」的方式，同时满足作物养分需求、恢复土壤微生物多样性、省工、省时、省成本等需求。