微生物在我国农业可持续发展中的应用

1、微生物在我国农业可持续发展中的应用摘要根据我国农业发展面临的主要矛盾 ,借鉴西方发达国家农业发展的经验教训 ,就实现中国农业的可持续发展战略问题进行了探讨 ,提出了发展微生物在可持续发展农业中的重要性及其在农业可持续发展中的应用前景。关键词 微生物资源 微生物农业 农业的可持续发展 20世纪以来 ,随着科学技术和生产力的不断发展 ,人类社会也面临着诸如人口剧增、环境污染、生态破坏等一系列问题 ,人类社会的发展应注重人口、经济、社会、环境和资源相互协调 ,走既能满足当代人的需求、又对后代人的发展不构成威胁的可持续发展的道路。中国是一个发展中国家 ,正面临着发展济和保护环境的双重任务 ,走可持续发

2、展道路是中国的必然选择。而农业是中国国民经济的基础 ,农业作为解决人类贫困与温饱的基础性产业 ,其以直接利用自然资源进行生产 ,与自然环境密切相关 ,它既受环境的影响 ,又会对环境本身带来影响 ,是可持续发展的核心。农业的可持续发展就是要管理、保护、合理利用土地、水、植物和动物等资源 ,并不断地调整技术和机构体制 (包括生产关系、经营方式与耕作制度等 ),以确保满足当代人及后代人的永续利用 ,应是技术上适当、经济上可行、社会能够接受的一种发展形式。农村是中国社会发展的主体 ,农业的可持续发展又是中国经济和社会可持续发展的根本保证。本文从分析我国农业发展与环境的矛盾入手 ,借鉴西方发达国家农业发

3、展的经验教训 ,就如何实现中国农业的可持续发展战略问题进行了探讨 ,提出开发利用微生物资源，发展微生物农业 ,是实现中国农业可持续发展战略的有效途径。1 我国走农业可持续发展道路的必要性中国是一个发展中的人口大国 ,面临着庞大的人口对农产品需求日益增大的压力和发展带来的严重环境问题。发展与环境的矛盾是中国农业可持续发展面临的主要矛盾。在我国传统的经济发展方式中 ,发展模式是属于“高消耗、高投入、高污染”的 ,其模式已经导致了自然资源的过渡消耗和生态平衡的破坏 ,使一部分地区发达起来的同时 ,又加剧了另一部分地区的贫穷落后。从全球范围来说 ,它最终将导致人类自身陷入生存与发展的困境。传统的农业生

4、产方式对自然资源的掠夺开发 ,使农业生产所依赖的生态环境日趋恶化 ,从根本上制约了农业生产的持续和稳定发展 ;污染了的环境又威胁着人类的健康和安全 ,环境形势十分严峻。因此 ,我国农业发展必须选择资源永续利用的途径和方式 ,既要充分有效地利用资源 ,又要节约、保护和合理利用资源 ,只有大力发展中国式的可持续的生态农业 ,才能有效地解决这一矛盾。2微生物资源在农业中的利用人类发现微生物很晚，而且最初发现的微生物还都是引起疾病的病原微生物，所以，在很长一段时期内，人们都把微生物同疾病联系在一起，认为它对人类有害无益，而对微生物有益性的认识则晚很多。近些年来，人们逐渐认识到与动物植物一样，微生物也是

5、一类重要的自然资源。微生物资源是指可培养的、有一定科学意义或实用价值的细菌、真菌、病毒、细胞株及其相关的信息资料。为了解决人口与食物,能源和资源,环境与健康等重大问题,许多发达国家都把微生物资源的收集、保存和利用作为产业竞争的一个重要因素。我国地域辽阔,自然生态复杂,有着多种多样微生物赖以生存的条件,是世界上微生物资源最丰富的国家之一。我国农业实现战略调整之一必须将由植物、动物资源组成的“二维结构”传统农业调整为植物、动物、微生物资源组成的“三维结构”新型农业。而微生物农业是微生物资源产业化的工业型农业，是具有高科技生物工程内涵的“发酵工程”和“酶工程”，有人将其形象称为“白色农业”。2.1微

6、生物在农作物种植业中的应用在农作物种植业生产中,应用较普遍的微生物及微生物产品主要有食用菌、微生物菌剂、微生物肥料和微生物农药等。2.1.1食用菌与单细胞蛋白食用菌营养丰富，味道鲜美，蛋白质含量高，脂肪低，含人体必须的氨基酸约1718种，并含有人体必须的维生素和微量元素及多种抗生素、核苷酸、多糖等物资，被人们誉为“健康食品”，是人类的“第三食品”。据统计，全世界可供食用或兼并药用的菌类有600多种，能进行人工栽培的仅占1/10，而能用于实际规模生产的仅1516种，生产总量已超过200万吨/年，且每年以10%的速度增长，我国食用菌年生产量大25万吨，是世界上食用菌生产大国，但年人均消费食用菌仅为

7、0.15kg，仅占香港地区人均消费量的1/10，占发达国家人均消费量1/5左右，食用菌的研究和生产潜力非常大。细胞蛋白是由天然的或在某些培养基上培养细菌、酵母菌和藻类等微生物而获得可作为人类及动物食物的微生物细胞物质。它生长繁殖迅速，某些微生物生长时间只需20min至2h，具有相当高的蛋白质含量（含粗蛋白40%80%），氨基酸配比优良，并含较多的维生素等营养成分。可进行工厂化生产，不受气候季节的影响。据报道，利用单细胞工程菌，每100kg蔗糖可产蛋白质13kg，相当于170kg大米的蛋白质，利用微生物发酵生产单细胞蛋白饲料已成为国际新兴产业。1座年产10万吨单细胞的工厂能生产相当于12万hm2

8、 耕地生产的大豆蛋白。2.1.2微生物菌剂及复合微生物肥料 微生物菌剂指的是用微生物菌种在无菌条件下扩大培养后用灭菌载体吸附而成的活菌产品。这类产品包括豆科根瘤菌剂、固氮菌剂、磷细菌菌剂、硅酸盐细菌菌剂及其它芽孢杆菌菌剂。复合微生物肥料指的是含有一定比例微生物菌剂的有机肥与无机肥复合的肥料。近十年来 ,微生物菌剂和复合微生物肥料产品生产在我国快速发展 ,目前内有几百家企业从事这两类产品的生产。微生物菌剂及复合微生物肥料的推广应用 ,可以减少化学肥料的使用量 ,使长期大量使用化肥造成的污染有可能得到缓解。同时还有利于绿色食品、无公害食品的生产生物有机肥料。生物有机肥料 (又称 :发酵有机肥料 )

9、指的是畜禽粪便和秸秆等有机固体废物经有益微生物发酵、腐熟和除臭后生产而成的一种有机肥料。这种肥料含有丰富的有机质和一定量的 n. p. k营养元素。其 n. p. k元素的含量因原料及比例不同而有差异。例如 70 %的鲜鸡粪与 2 5%秸秆混合发酵生产的生物有机肥 ,其 n. p. k总量为 3 % -4%。这种有机肥料还可以做为无土栽培基质使用。生物有机肥是近年来出现的市场前景十分看好的有机肥料新品种。特别是在我国加入 wto后一些农产品出口受“绿色壁垒”制约的情况下 ,生物有机肥的需求量迅速增加。生物有机肥生产的技术关键是具有腐熟和除臭作用的微生物发酵剂的生产。这类发酵剂由多种微生物组成

10、,包括细菌、放线菌、真菌和酵母菌等有益微生物。近几年我国已花费近 2亿元人民币从国外进口这类微生物发酵剂。为了打破国外产品的垄断地位 ,我国企业与科研单位合作 ,采用国内的微生物菌种生产发酵剂 ,不仅质量优于进口产品 ,而且价格只相当于进口产品的 1 / 5,有很强的市场竞争力。在这里我们又一次看到微生物资源在国家经济发展中的重要作用。2.1.3生物农药生物农药指的是用微生物生产的用于植物病虫草害防治的活菌制剂或微生物代谢产物制剂。例如 :bt菌剂、白僵菌菌剂 ,绿僵菌菌剂是常见的活菌制剂 ;井岗霉素和阿维菌素是农用抗菌素。生物农药的应用可减少化学农药的使用 ,减少化学农药对农产品及环境的污染

11、 ,有利于绿色食品、安全食品的生产。2.2微生物在畜禽及水产养殖业中的应用目前在畜禽饲养及水产养殖业中应用的微生物制品主要有饲用微生物添加剂、动物微生态制剂、饲料酶、生物兽药及养殖水质净化剂等。这些微生物制品的应用 ,一方面可以提高饲料的转化率 ,促进畜禽生长 ;另一方面可以调节动物的微生态平衡 ,提高动物的健康水平。还有一些活菌剂可以用于治疗动物疾病。例如治疗由于大肠杆菌引起的腹泻 ,可以用对大肠杆菌有抑制作用的芽孢杆菌活菌制剂进行治疗。在畜禽养殖中推广应用微生物制品 ,可以减少抗菌素的使用 ,有利于生产安全食品 ,提高产品出口的竞争力。在水产养殖中使用微生物水质净化剂 ,可以有效地控制由残

12、余饲料引起的水质污染、减少养殖病害、减少抗菌素的使用 ,有利于生产安全食品。另外还能减少换水次数 ,降低养殖成本。近年来 ,微生物制品在饲养业和养殖业的应用发展迅速 ,前景十分看好。2.3微生物在生态环境保护中的应用2.3.1有机固体废物处理生态环境保护是当今世界各国都要面对的问题。为了更加有效地处理有机固体废物和处理污水 ,大家都在探索和采用新技术 ,新方法。处理有机固体废物常用的方法有填埋、焚烧和堆肥等。从环保角度看 ,这些处理方法都有不足之处。例如 :采用填埋方法处理固体有机废物不仅占地 ,而且往往会造成地下水的污染 ,地下水体一旦被污染则是无法挽救的 ;堆肥化处理有机固体废物则由于除臭

13、不彻底 ,难于实现有机肥料的商品化生产 ;有机固体废物的焚烧会造成严重的空气污染 ,所以许多地方的秸秆焚烧已被禁止。即使是用现代的焚化炉焚烧有机垃圾 ,也会有二恶英的排放。一些发达国家已禁止建设焚化炉。据报导 ,日本已有 460 0座垃圾焚化炉停止使用。在我国 ,鸡粪用热空气干燥生产有机肥料的技术 ,在10年前曾是一项有应用价值的科技成果 ,但由于鸡粪干燥时造成严重的空气污染 ,目前已成为被淘汰的技术。近年来 ,我国已有一些企业用微生物发酵剂处理鸡粪获得成功。鸡粪与农作物秸秆混合后加入微生物发酵剂 ,经 7-1 0天发酵后成为基本腐熟和无恶臭的有机肥料。这是一项没有二次污染的有机固体废物处理技

14、术。已有许多实验证实 ,由多种微生物组成的发酵剂 ,可以用于畜禽粪便、有机垃圾、农作物秸秆、甘蔗渣、污水厂污泥、糖厂滤泥、淀粉厂污水的处理。目前一些科研单位和企业 ,正在进一步筛选用于有机固体废物和有机污水处理的微生物高效菌种及高效组合。农业微生物菌种资源将在我国有机固体废物及污水处理中发挥重要作用。2.3.2退耕还林还草生态工程中的生物固氮我国西部退耕还林还草是一项长期的生态建设工程 ,在还林还草过程中将大面积播种豆科牧草和豆科灌木。众所周知 ,“氮”缺乏常常是大面积豆科牧草草场及豆科灌木林面临的大问题。豆科牧草和豆科灌木播种时接种根瘤菌 ,可以使植株从共生固氮中获得生长所需的氮素 ,可以提

15、高成苗率和植被的盖度。其中苜蓿、三叶草、沙打旺、锦鸡儿、胡枝子、岩黄芪、红豆草、小冠花、柱花草、银合欢等菌种已在国内大面积应用 ,累计面积超过 1 3 3 . 3万公顷。生产实践证明 ,我国的根瘤菌资源在退化草地改良和水土流失治理中有良好的经济效益和生态效益。3充分发掘微生物资源，发展可持续农业的途径3.1遵循营养结构原理 ,实现资源永续利用农业的本质是开发利用生物资源。在农业生态系统中 ,植物是生产者 ,可以利用环境中的无机物合成有机物 ,把太阳能第一次以生物能方式固定到生态系统中 ,为人类提供植物性食品 ;动物是消费者 ,以生产者的产品为最初食物来源 ,通过自身的转化 ,可以生产营养丰富、

16、经济价值高的产品奶、肉、蛋、皮毛等 ;微生物 (细菌、真菌、放线菌等 )是分解者 ,利用动植物残体及其他有机物为食 ,使构成有机成分的元素和贮备的能量通过分解作用又释放到周围环境中去 ;同时能将人类不能直接利用的物质转变为可利用的产品 ,能够富集分散的营养物质 ,并进行转化和浓缩。该三大功能类群以食物营养关系所组成的食物链、食物网是生态系统的营养结构 ,如水稻 （草） 食用菌 （菌糠） 牛 （粪）（蛋白饲料） 蚯蚓 ,它是农业生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的主要路径 ,是微生物农业的基础 ,发展微生物农业就是将微生物在农业生态系统中的被动、隐性作用主动化、显性化 ,从而形成地球生物圈的

17、良性循环 ,生生不息 ,有利于资源的永续利用。3.2遵循食物链加环原理 ,实现资源的高效利用根据能量流动的原则 ,系统的食物链越简单 ,它的净生产量就越高 ;但是 ,在高度受人控制和影响的农业生态系统中 ,由于人们对生物和环境的调控及产品的期望不同 ,往往在向系统外输出净生产量的过程中增加一些食物链环节 ,反而能提高产品和系统的综合效益。在农业生态系统中约占80 %的不能供人类直接利用的初级产品 ,大部分是第二、第三级生产者的资源 ,在加入环节后能转化成人类直接需要的产品。这种加环主要是引入侧链 ,充分利用“废弃物”秸秆、糠麸、饼粕、粪便等 ,即“十分之一”以外的部分 ,通过相应的有较好转化功

18、能的生物类群 ,予以转化 ,其结果能量的有效转化不是按十分之一递减 ,而是在“十分之一”的基础上增加 ,据测算 ,其中 3 0 %经新环节转化 ,可以生产出等于系统净生产量 3 %左右的产品 ,使整个系统产出的人类直接需要的产品提高到 2 3 %以上。3. 3遵循熵增原理 ,实现农业可持续发展熵是一个热力学函数 ,是对系统无序程度的一种度量。热力学第二定律可表述为熵定律 :“一切自发过程总是沿着熵增加的方向进行”。根据这一定律 ,在孤立系统中 ,系统的熵值总是由小变大 ,系统的状态永远是自发地由有序趋向无序 ,直到系统熵值最大或无序程度最大的热力学平衡状态为止 ,即熵增原理。农业生态系统是一个人工调控的开放系统 ,虽然农业资源一经使用 ,熵就必定“增大”,变成熵大的废物和废热 ,这些废弃物将占据大量的堆放空间