微生物肥料的研究与应用

微生物肥料的研究与应用

微生物肥料是一种以微生物生命活动及其代谢产物为基础的微生物溶液产品。它对提高肥料的利用率、农业质量、植物品种的适应性和抗旱性以及昆虫和人类的抗旱性有其不可替代的作用。它可以促进农业、工业和食品的腐败和城市垃圾的存活。长期以来,我国的果树生产中因长期过量施用化肥,导致土壤酸化、板结,土壤结构被破坏,肥力下降,进而引发树势衰弱、减产和品质下降等一系列严重问题,特别是近几年越来越严重的果实着色不佳、果皮粗糙、生理病害严重等现象都与此有关。以氮肥为例,我国的平均施用量是美国的近3倍、澳大利亚的8倍多。形成了果品生产高投入、高污染、高危害的“石化农业怪圈”。要从根本上解决这些问题,不能靠简单地向土壤中施入一些碱性土壤调理剂等措施,而应通过推广有机生物菌肥等,既可增加土壤有机质,改良土壤结构,又改善果树根际有益菌群等措施加以解决。所以,大力发展和推广微生物有机菌肥是治本之策。从战略高度来说,发展我国的微生物肥料产业是发展可持续农业、生态农业的要求,也是我国目前解决农产品食用安全、达到绿色食品生产的现实需要,更是减少化肥和农药用量、降低环境污染的必然选择。1植物的抗菌素和总氮素我国微生物肥料的研究、生产和应用已有70多年的历史。可追溯到上世纪40年代,最早开始研究应用的是大豆根瘤菌剂和花生根瘤菌剂。在上世纪50~60年代,根瘤菌剂成为应用最为广泛的微生物肥料产品,其中大豆、花生、紫云英及豆科牧草接种面积较大,增产效果明显。紫云英根瘤菌在未种植过紫云英的地区应用,紫云英产草量可成倍增长。大豆接种根瘤菌可增产225~300kg/hm2,花生根瘤菌可使花生增产10%~50%。豆科作物从根瘤菌中获得的氮素约占其一生所需氮素的30%~80%,而且豆科根瘤固定的氮素大部分可为植物吸收利用。在保证作物产量稳步增长的同时,品质亦相应提高,环境效益更是不可估量。在上世纪60年代又推广使用制成的“5406”放线菌抗生菌肥料和固氮蓝绿藻肥;70~80年代中期,又开始研究VA菌根。VA菌根是内生菌根的主要类型,它得名于其菌丝在根细胞内的特殊变态结构泡囊和丛枝,因此又称为泡囊—丛枝状菌根。菌根是土壤中的一类真菌与植物根系所建立的互惠共生体,根据菌根的形态结构,主要分为三类:内生菌根、外生菌根和内外生菌根。多年的研究成果证实,VA菌根由于能增加植物对矿质营养特别是P的吸收,提高光合速率,对养分平衡和水分利用起重要作用,进而可增强植物抗旱、耐盐碱、抗低温、抗病虫等外部不良环境的能力,促进植物生长,并改善其品质。在改善植物磷素营养条件和提高水分利用率方面,效果显著。80年代中期至90年代,农业生产中又相继研发应用联合固氮菌和复合菌剂作为拌种剂;近几年来,又推广应用由不同的菌剂与有机、无机复合的生物有机肥、复合微生物肥等技术含量高、效果更显著、一肥多用新肥种。2我国微生物肥料的使用概况近年来,我国微生物肥料行业发展迅猛,无论微生物肥料产品的种类和总产量,还是其应用面积都有了快速的增加,已逐渐成为肥料家族中的重要成员。我国微生物肥料产业基本形成,主要表现在:(1)截止到2012年底,我国微生物肥料企业总数已达850个以上,肥料年产量达到900万t,总产值达150亿元,全国从事微生物肥料生产的人员5万多人,累积应用面积超过0.1亿hm2,主要使用在蔬菜、粮食、甘蔗、果树、中草药、茶叶、棉花等作物上。我国微生物肥料标准体系基本建成,核心企业群已经形成,微生物肥料已成为生物产业和生物经济的重要组成部分。(2)产品种类众多。在农业部登记的产品种类有11个,包括固氮菌剂、根瘤菌菌剂、硅酸盐菌剂、溶磷菌剂、光合细菌菌剂、有机物料腐熟剂、复合菌剂、内生菌根菌剂、生物修复菌剂及复合微生物肥料和生物有机肥类产品。从1996年国家将微生物肥料产品纳入登记管理范畴,至今已有1790个产品取得农业部的登记证,其中有800多个产品转为正式登记。(3)生物肥料使用菌种类不断扩大。所使用的菌种早已不限于根瘤菌,即使是根瘤菌种类也达十几种,其他还有诸如各种自生、联合固氮微生物、纤维素分解菌、乳酸菌,各种抗病类杆菌等菌群。3我国微生物肥料的发展纵观我国微生物肥料几十年来的兴衰过程,究其原因,其中缺少国家或行业标准和质量监督检验机构是主要因素之一。虽然1959年由中国农业科学院土壤肥料研究所提出过“商品菌肥质量标准要求”,但限于当时条件,这个质量标准不高也不够全面,再者是学术单位提出的规定,没有上升到标准层面,缺乏法律性,对微生物肥料生产很难起到监督和制约作用,致使一些质量低劣菌肥流入市场,盲目应用,不仅影响微生物肥料的使用,浪费人力、物力,甚至还有可能将某些病原菌作为菌肥生产使用,危害人民健康,污染环境,造成严重后果。为了使我国微生物肥料生产走上健康发展之路,杜绝伪劣产品进入农田,农业部于1992年开始将微生物肥料标准的制定纳入议事日程,1994年5月31日农业部颁布了我国第一个微生物肥料标准(NY227-1994微生物肥料),填补了国内空白,其颁布实施对整顿我国微生物肥料市场、打击假劣产品,保障微生物肥料健康发展起到了重要作用。随着微生物肥料行业的不断发展,并且根据产品的实际检测结果,在NY227标准的基础上,对其中的根瘤菌肥料、固氮菌肥料、磷细菌肥料和硅酸盐细菌肥料四部分进行了重新修订,于2000年颁布了4种相应的菌剂产品标准,即《根瘤菌肥料》(NY410-2000)《固氮菌肥料》(NY411-2000)《磷细菌肥料》(NY412-2000)和《硅酸盐细菌肥料》(NY413-2000)。这次修订的4个产品标准中,主要是根据广泛征求意见后得到的反馈,并结合产品的实际情况,重点是将产品的主要技术指标———有效活菌含量进行了针对性的调整,其它的理化指标也做了适当的修正。十一五期间,在农业部和科技部等有关项目的支持下,经过几年的努力,初步构建了具有我国特色的微生物肥料标准体系。这一标准体系框架由通用标准、使用菌种安全标准、产品标准、方法标准和技术规程等5个方面构成,现已有19个行业标准颁布实施或起草中。在十一五期间,除了继续加强产品标准的制定工作外,同时要做好有关检测新技术、新方法及使用菌种安全鉴定等方面的标准制定工作。4我国生物肥料生产企业的发展现状微生物肥料的功效已得到人们的认可,但其效果的稳定性和科学的评价问题未根本解决,制约了我国微生物肥料的进一步推广和普及。造成这种情况的原因是由于微生物肥料的作用受许多条件的制约,对一些制约因素不清楚或根本不了解,因而无法发挥其稳定的功效。同时,我国生物肥料的研究开发模式仍较为传统,以大学、科研单位作为创新主体完成的技术与产品研发无法快速、有效地转化为企业的产品;我国现有的生物肥料生产企业多数规模较小,设备工艺不足,还没有成为生物肥料的创新主体。国家虽然在生物肥料方面实行登记管理制度,但管理力度和有关政策有待完善;生物肥料的宣传、生产和销售还没有很好地结合在一起,农业经营者对生物肥料的认识还不够,其销售比例在全国肥料中比重偏低。因此,需要国家的立项支持,开展微生物和作物及品种之间的关系、菌在载体上的存活,微生物进入土壤后的存活、在根际的定殖,微生物之间的竞争,以及其应用方法等研究,为微生物肥料的研究和应用提供技术支撑,从而推进我国微生物肥料的健康发展和广泛应用。5以生产发展生物产业为抓手,努力提高微生物肥料的使用效益目前,我国微生物肥料产业已初具规模。据专家测算,我国微生物肥料的市场前景极为广阔。我国微生物肥年产量只有化肥的0.5%,如果这一比例达到3%,就能达到减少50万t化肥用量、增产粮食100亿kg的直观效果。同时还能取得减少农民投入、提高农产品品质、减少环境污染等巨大的经济、社会和生态效益。近年来,国家全方位支持微生物肥料行业发展,出台了有关生物产业和战略性新兴产业的相关政策,2009年国务院发布《促进生物产业加快发展的若干政策》;2010年国务院发布了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》;2011年10月发改委等五部委联合发布《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》,指南涉及10大产业137项,微生物肥料列现代农业18项优先发展的技术之一。未来的研发应侧重以下几个方面。5.1合理利用多种菌种在深入了解有关微生物特性的基础上,采用新的技术手段,根据用途把几种所用菌种进行恰当、巧妙组合,使其某种或几种性能再提高一步,使复合或联合菌群发挥互惠、协同、共生等作用,排除相互拮抗的发生。5.2通过改善生产条件和提高生产工艺发酵条件、工艺流程、合适的载体、剂型、粘着剂的发展,尤其是在产品保质期方面需要开展深入的研究。5.3产品稳定性低主要有有机物料腐熟剂(或称发酵剂)、根瘤菌剂、生物修复剂(微生物区系、解毒、重茬等)、促生菌剂、生物有机肥等。有机物料腐熟剂作为接种菌剂可以使堆肥物料快速达到高温,控制堆肥过程中臭气的产生,缩短堆肥腐熟进程;可以有效杀灭病原体和降解有机污染物,提高堆肥质量。有机物料腐熟剂虽然在促进农作物秸秆和残茬的物质转化腐熟方面以及畜禽粪便除臭腐熟发挥了非常好的作用,但产品效果的稳定性以及菌种组成的合理性方面还需要开展深入的研究工作,需要开发出效果更稳定、针对性更强的产品应用在实际生产中。根瘤菌剂