生物肥料與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

生物肥料與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展李?。ㄑ芯繂T博士）劉勇杰（教授）

農(nóng)業(yè)部微生物肥料測試中心石河子大學(xué)棉花研究所中國農(nóng)科院土壤肥料研究所新疆石大科技

提綱生物肥料是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展必然選擇生物肥料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀生物肥料應(yīng)用效果生物肥料發(fā)展趨勢一、生物肥料是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展必然選擇

中國肥料行業(yè)現(xiàn)狀我國化學(xué)肥料應(yīng)用方面存在的問題生物肥料是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇國內(nèi)肥料行業(yè)現(xiàn)狀：生產(chǎn)和使用居世界第一

1、產(chǎn)能過剩：目前國內(nèi)產(chǎn)能6000萬噸，氮肥、磷肥產(chǎn)品自給有余。氮肥產(chǎn)能過剩40％、磷肥產(chǎn)能過剩60％、鉀肥自給率顯著提高。復(fù)混肥產(chǎn)能已經(jīng)過剩。2、肥料品種結(jié)構(gòu)有一定的改善：配方肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥的比例逐年提高，以微生物肥料等新型肥料品種不斷得到發(fā)展壯大。3、主要技術(shù)裝備實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。4、面臨的主要問題有：天然氣資源緊張，高品位磷礦短缺，鉀資源壟斷；優(yōu)惠政策可能逐步收緊，出口政策存在不確定性；環(huán)境保護(hù)政策日益嚴(yán)格等?；视昧浚褐袊鴙s美國

1、肥料結(jié)構(gòu)不合理：重化肥，輕有機(jī)肥和微生物肥料；重氮肥輕磷鉀肥、重大量元素輕中微量元素。2、肥料使用量大。是發(fā)達(dá)國家的50％以上；施用技術(shù)粗放。3、肥料利用率低。僅10-30%。4、對環(huán)境造成污染。我國化肥應(yīng)用存在的問題：使用結(jié)構(gòu)不合理、過量施用和利用率低氮肥利用率僅10～30%！磷肥當(dāng)季的利用率不到10％

我國用肥最高的200個(gè)縣年施氮522kg/ha?！?張維理,2004)菜地單季施化肥高達(dá)569-2000kg/ha！肥料利用率低，施用量大

50年來我國化肥養(yǎng)分和有機(jī)肥養(yǎng)分投入情況VariationoftheratioofnutrientsfromorganicandinorganicfertilizersinChinaFromorganicfertilizers(%)Fromchemicalfertilizers(%)years2020?Or2100?Expectedsituation1975年25kg谷粒/kg化肥15kg油料/kg化肥10kg棉花/kg化肥

2005年10kg谷粒/kg化肥7kg油料/kg化肥5kg棉花/kg化肥我國化肥報(bào)酬急劇遞減30年遞減50％～60％廢水排放藍(lán)藻爆發(fā)

赤潮水華（微）生物肥料是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇

中國農(nóng)業(yè)面臨的主要問題：1、人口增長的壓力，糧食保障安全。2、資源緊缺，持續(xù)供給能力。耕地、能源、動植物、微生物資源減少、水資源短缺嚴(yán)重3、土壤環(huán)境污染，可持續(xù)發(fā)展能力。土壤生產(chǎn)力下降，環(huán)境的惡化4、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全憂患。人類健康、社會穩(wěn)定和諧問題：品質(zhì)下降、農(nóng)殘、除草劑、重金屬、抗生素污染、毒害。供給不足，總量保障危機(jī)，價(jià)格上漲。石油污染土壤甲拌磷污染的土壤除草劑的藥害驚人的數(shù)字：面臨的現(xiàn)狀①水土流失面積：自1950年以來，耕地水土流失累計(jì)6億畝以上，每年流失10億噸土壤，草原退化1/3。②1995年對京、冀地區(qū)地下水硝酸鹽含量69個(gè)點(diǎn)的測定，50％超標(biāo)。③農(nóng)業(yè)生物災(zāi)害（病蟲害）每年損失數(shù)百億元。④水體富營養(yǎng)化。60～70％歸結(jié)于以農(nóng)田為主體的面源污染。⑤種子包衣使用農(nóng)藥，其中70％留給土壤，30％進(jìn)入植物。⑥農(nóng)產(chǎn)品(包括畜牧、水產(chǎn))品質(zhì)下降，殘留突出(農(nóng)藥、化肥、激素及其他添加劑)，出口受阻，中毒事件時(shí)有發(fā)生、、、、、我國農(nóng)業(yè)必須走可持續(xù)發(fā)展的道路1、保持穩(wěn)定、持續(xù)增長的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率。2、保持穩(wěn)定、持續(xù)的

土壤肥力。3、保持健康、協(xié)調(diào)的

生態(tài)環(huán)境。4、保持資源與環(huán)境的

持續(xù)利用

平衡協(xié)調(diào)：植物、土壤、微生物三者的關(guān)系微生物肥料:

含有功能微生物的產(chǎn)品已成為解決中國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村問題的不可或缺的產(chǎn)品更是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)不可或缺才產(chǎn)品1Bacilluslicheniformis;2、3、7Pseudoxanthomonastaiwanensis;4Virgibacilluspantothenticus;5Brevibacillusagri;6Bordetellapetri12345671234576微生物多樣性功能農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物數(shù)量龐大生物多樣性豐富生態(tài)功能活躍土壤生態(tài)穩(wěn)定器調(diào)節(jié)器植物養(yǎng)分凈化器轉(zhuǎn)換器環(huán)境污染物質(zhì)循環(huán)土壤微生物多樣性是指土壤微生物群落的種類和種間差異，包括物種多樣性、生態(tài)功能多樣性及遺傳多樣性等。國家對生物肥料產(chǎn)業(yè)日益重視，推進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展國家全方位支持微生物肥料行業(yè)發(fā)展：

---生物產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)國務(wù)院《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》（國發(fā)[2010]32號）國務(wù)院《促進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策》（國辦發(fā)〔2009〕45號）發(fā)改委等五部委聯(lián)合發(fā)布《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南》：總10大產(chǎn)業(yè)，137項(xiàng)，微生物肥料列現(xiàn)代農(nóng)業(yè)18項(xiàng)之一（2011年10月）實(shí)施《綠色農(nóng)用生物產(chǎn)品高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)》（發(fā)改辦高技[2009]536號；國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目（發(fā)改委）；國家土壤有機(jī)質(zhì)提升試點(diǎn)補(bǔ)貼項(xiàng)目（農(nóng)業(yè)部）：秸稈還田中，政府采購腐熟菌劑，提供農(nóng)民使用；中小企業(yè)創(chuàng)新基金：

2011年10月發(fā)改委等五部委聯(lián)合發(fā)布《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南》：

提出的新型高效生物肥料14項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)

區(qū)域型工農(nóng)業(yè)廢棄物、城市生活垃圾治理及生產(chǎn)高效多功能生物肥料技術(shù)；快速腐熟秸稈生物技術(shù)；高效溶磷生物肥料技術(shù)；高效載體滅菌技術(shù)與裝備；耐銨固氮生物肥料技術(shù)；生物肥料?；畈牧霞夹g(shù)；高效解鉀生物肥料技術(shù)；草炭載體的替代技術(shù)；長殘留除草劑降解生物肥料技術(shù)；肥料緩釋技術(shù)；土壤保水抗旱生物肥料技術(shù)；火山灰改良土壤技術(shù)；連作障礙防治生物肥料技術(shù)；果園專用肥料及其使用技術(shù)新聞媒體報(bào)道：（一）名稱與定義（二）微生物肥料行業(yè)現(xiàn)狀二、微生物肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀（一）微生物肥料的名稱與定義

微生物肥料(microbialfertilizer)又稱為菌肥、生物肥料(biofertilizer)

，國外將其稱為接種劑、拌種劑、菌劑。用于包衣稱為菌劑。將微生物制劑和有機(jī)物(畜禽糞便等)或有機(jī)、無機(jī)(氮、磷、鉀）按一定工藝混合制造，稱為生物肥料，或簡稱菌肥。存在名稱上的不同，但在微生物肥料的內(nèi)含上都含有一定量的特定功能的微生物，是這類制品的共同特點(diǎn)。

二、微生物肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

微生物肥料定義中國科學(xué)院院士，我國土壤微生物學(xué)的奠基人、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)陳華癸教授1994年就微生物肥料的含義問題指出，所謂微生物肥料，“是指一類含有活微生物的特定制品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠獲得特定的肥料效應(yīng)，在這種效應(yīng)的產(chǎn)生中，制品中活微生物起關(guān)鍵作用，符合上述定義的制品均應(yīng)歸入微生物肥料”。目前“國家標(biāo)準(zhǔn)（GB20287-2006）”的定義：微生物肥料(microbialfertilizer/biofertilizer)---含有特定微生物活體的制品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通過其中所含微生物的生命活動，增加植物養(yǎng)分的供應(yīng)量或促進(jìn)植物生長，提高產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，保障土壤的持續(xù)生產(chǎn)力，科學(xué)界對于土壤肥力僅由物理肥力和化學(xué)肥力構(gòu)成，提出了質(zhì)疑？一、土壤投入養(yǎng)分量增加，但化肥報(bào)酬急劇遞減。二、土壤物理結(jié)構(gòu)的惡化。酸化與板結(jié)。2001年澳大利亞學(xué)者（LynetteK.AbbottandDanielV.Murphy）提出了生物肥力(soilbiologicalfertility)的概念。三、土壤有益微生物減少，有害菌滋生，病害、蟲害越來越重。生物肥力提出的背景土壤生物肥力概念與微生物肥料理論基礎(chǔ)土壤肥力包括：生物肥力、化學(xué)肥力和物理肥力三個(gè)組成部分。土壤微生物（組成、數(shù)量和功能）是土壤生物肥力的核心。土壤生物肥力概念：是指生活在土壤中的微生物、動物、植物根系等有機(jī)體為植物生長發(fā)育所需營養(yǎng)的貢獻(xiàn)。同時(shí)，生物過程對土壤的物理、化學(xué)特性起到良好的促進(jìn)和維持作用。關(guān)于微生物肥料的理論基礎(chǔ)的問題，一直在研究和探索之中。這主要是因?yàn)橥寥拉h(huán)境中各種養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與物質(zhì)循環(huán)均在微生物主導(dǎo)作用下的復(fù)雜過程的結(jié)果。近幾年中國農(nóng)大的學(xué)者提出“養(yǎng)分生物有效性”和“根際（層）養(yǎng)分調(diào)控技術(shù)”也肯定了微生物在其中的不可或缺的作用。2003年澳大利亞學(xué)者L.K.Abbott等提出“土壤生物肥力（soilbiologicalfertility）”概念和相關(guān)的評價(jià)體系，豐富了微生物肥料的理論內(nèi)涵。

土壤肥力與3個(gè)組分的概念與微生物肥料理論基礎(chǔ)

（二）微生物肥料行業(yè)現(xiàn)狀企業(yè)總數(shù)：800個(gè)以上?？傻卿浵嚓P(guān)網(wǎng)站查詢：一是中國農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)（）；二是登錄“農(nóng)業(yè)部微生物肥料質(zhì)檢中心網(wǎng)”（）年產(chǎn)量：850萬噸農(nóng)業(yè)部登記證產(chǎn)品：1480個(gè)（截止2011年10月）累積應(yīng)用面積：1億畝（包括糧食、蔬菜、果樹、中草藥、煙草）出口產(chǎn)品種類和數(shù)量顯著增加：30個(gè)產(chǎn)品、20萬噸/年已成為生物產(chǎn)業(yè)和生物經(jīng)濟(jì)的重要組成部分我國微生物肥料標(biāo)準(zhǔn)體系基本建成核心企業(yè)群已經(jīng)形成微生物肥料的種類產(chǎn)品分為三類:1.微生物菌劑(簡稱菌劑類產(chǎn)品)：9個(gè)品種---根瘤菌菌劑、固氮菌菌劑、溶磷菌劑、硅酸鹽菌劑、光合細(xì)菌菌劑、有機(jī)物料腐熟劑（秸稈、糞便）、促生菌劑、復(fù)合菌劑、菌根菌劑和生物修復(fù)菌劑（農(nóng)藥殘留降解、克服作物重茬）

2.生物有機(jī)肥：菌+有機(jī)質(zhì)/肥

3.復(fù)合微生物肥料：菌+無機(jī)養(yǎng)分(6%--25%)三、微生物肥料應(yīng)用效果NY/T1847-2010《微生物肥料生產(chǎn)菌株質(zhì)量評價(jià)通用技術(shù)要求》

總結(jié)有6個(gè)方面效果提供或活化養(yǎng)分功能；產(chǎn)生促進(jìn)作物生長活性物質(zhì)能力；促進(jìn)有機(jī)物料腐熟功能；改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)功能；增強(qiáng)作物抗逆性功能；改良和修復(fù)土壤功能。

1、提供或活化養(yǎng)分功能：生物固氮

根瘤菌及其制劑產(chǎn)品：如花生根瘤菌[Bradyrhizobium

sp.(Arachis

hypogae)];大豆根瘤菌(B.japonicum或B.elkanii或Sinorhizobium

fredii);紫云英根瘤菌自生固氮菌/聯(lián)合固氮菌及其制劑：圓褐固氮菌(Azotobacter

chroococcum)、拜氏固氮菌(Azotobacter

beijerimckii);

雀稗固氮菌（A.paspali）等；巴西固氮螺菌(Azospirillium

brasilense)、糞產(chǎn)堿菌(Alcalige

faecalis)巴西、阿根廷、美國等大豆主要生產(chǎn)國，在大豆種植中均不施化學(xué)氮肥，使用根瘤菌菌劑即可滿足大豆對氮肥的需要。圖A大豆根瘤圖B

大豆根瘤菌1、提供或活化養(yǎng)分功能：溶磷我國磷礦資源缺乏，尤其是高品位的磷礦；土壤中積累了大量的難溶性磷，研究開發(fā)溶磷菌劑十分必要。微生物解磷或溶磷機(jī)理是：通過產(chǎn)有機(jī)酸（如乳酸、檸檬酸）和一些酶類（如植酸酶），使土壤中的難溶性磷素如磷酸鐵、磷酸鋁以及有機(jī)磷酸鹽礦化形成作物能夠吸收利用的可溶性磷。將分解利用不同磷素來源如分解卵磷脂類的細(xì)菌稱為有機(jī)磷細(xì)菌，分解磷酸三鈣的細(xì)菌稱為無機(jī)磷細(xì)菌。目前主要研究和應(yīng)用的菌種有以下一些種：細(xì)菌：巨大芽胞桿菌(Bacillusmegatherium)；氧化硫硫桿菌(Thiobacillus

thiooxidans)；假單胞菌屬的一些種(Pseudomonasspp.)；芽胞桿菌屬或類芽胞桿菌屬的一些種(Bacillusspp.或Paenibacillusspp.)；許多真菌：(例如青霉菌、黑曲霉，菌根等)具有非常強(qiáng)的溶磷能力。青霉菌溶磷實(shí)驗(yàn)高效溶磷的真菌菌株1、提供或活化養(yǎng)分功能：解鉀解鉀菌種主要有：膠質(zhì)芽胞桿菌(Paenibacillus

mucilaginosus)、環(huán)狀芽胞桿菌(B.circulans)

。前者的全基因組系列即將完成。施用硅酸鹽菌劑常規(guī)施肥示范試驗(yàn)地點(diǎn)：山西省平遙增產(chǎn)～60％，增收1600元

1、提供或活化養(yǎng)分功能：溶解中量元素能力難溶性鈣、鎂或硫元素的活化，提供給作物利用微生物種類：產(chǎn)生鐵載體：Thiobacillus

thiooxidans

（氧化硫硫桿菌）

Rhizopus

arrhizus

(根霉)

微生物肥料提高化肥利用率，減少化肥的使用量實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和綠色經(jīng)濟(jì)目標(biāo)微生物肥料與化肥配合使用，可提高化肥的利用率，減少化肥的流失，從而降低化肥的施用量（10%--30%），每年可節(jié)省500億~1500億投入；減少煤與石油的消耗，減少廢棄物和環(huán)境有害物排放。實(shí)踐證明，巴西、阿根廷種植大豆不施化學(xué)氮肥，美國僅施5Kg/公頃氮肥。我國則施用150Kg/公頃

氮肥，產(chǎn)量比國外低30％以上。長遠(yuǎn)的效益：實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，節(jié)能減排，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和綠色經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。2、產(chǎn)生促進(jìn)作物生長活性物質(zhì)能力種類多：菌種主要有醋桿菌(Acetobacter

diazotrophicus)、氣單胞菌(Aeromonas

caviae)、檸檬節(jié)桿菌(Arthrobacter

citreus)、巴西固氮螺菌(Azospirllum

brasilense)、自生固氮菌(Azotobacterspp.)、巨大芽胞桿菌(Bacillusmegaterium)、多粘類芽胞桿菌(Paenibacillus

polymyxa)、枯草芽胞桿菌(B.subtilis)、陰溝腸桿菌(Enterobacter

cloaced)、熒光假單胞菌(P.fluorescens)，等。多粘類芽胞桿菌(Paenibacillus

polymyxa)的全基因組序列不久前完成。應(yīng)用范圍廣：在農(nóng)業(yè)上有良好的應(yīng)用前景，尤其是這類微生物可以單獨(dú)使用，更可以與其它微生物種類復(fù)合使用，使促生作用、肥效作用更好地結(jié)合起來，以提高和加強(qiáng)應(yīng)用效果。這種復(fù)合劑型的研制是一個(gè)發(fā)展方向。篩選的有效菌株(1.108)對小麥苗期促生作用3、促進(jìn)有機(jī)物料腐熟功能

腐熟菌劑產(chǎn)品使用的菌種：60個(gè)種

細(xì)菌（18）：枯草芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、黃褐假單胞菌、嗜熱脂肪地芽孢桿菌、多食鞘氨醇桿菌、戊糖片球菌、解淀粉芽孢桿菌、德氏乳桿菌、植物乳桿菌、乳酸乳桿菌、施氏假單胞菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、阿氏團(tuán)隊(duì)節(jié)桿菌、黃褐假單胞菌、施氏假單胞菌、產(chǎn)黃纖維單胞菌

；

放線菌（17）：白色鏈霉菌、天青鏈霉菌、白淺灰鏈霉菌、熱紫鏈霉菌、唐德鏈霉菌、細(xì)黃鏈霉菌、嗜熱灰色鏈霉菌、灰肉紅鏈霉菌、除蟲鏈霉菌、涇陽鏈霉菌、微白黃鏈霉菌、灰螺鏈霉菌、弗氏鏈霉菌、婁徹氏鏈霉菌，白色擬諾卡氏菌、黃孢原毛平革菌、纖維素鏈霉菌，等;

霉菌（15）：里氏木霉、綠色木霉、黑曲霉、米曲霉、溫特曲霉、帚狀曲霉、雜色曲霉、嗜熱性側(cè)孢霉、米根霉、卷枝毛霉、擬康氏木霉、球毛殼菌、哈茨木霉、康寧木霉、白地霉;酵母菌（9）：賽道威畢赤酵母、粉狀畢赤酵母、釀酒酵母、熱帶假絲酵母、扣囊擬內(nèi)孢霉、乳酸可魯維酵母、產(chǎn)朊假絲酵母、巴斯德畢赤酵母、近平滑假絲酵母。

促進(jìn)有機(jī)物料發(fā)酵腐熟

(除臭、縮短發(fā)酵時(shí)間、定向腐熟)秸稈還田:國家需求

機(jī)割秸稈還田人工秸稈還田農(nóng)時(shí)茬口緊、秸稈焚燒屢禁不止秸稈自然條件下腐解速度緩慢，大量還田影響秧苗（下一茬）生長通過腐熟菌劑使用，促進(jìn)秸稈還田的9種還田模式水稻秸稈高留樁還田

水稻秸稈覆蓋小麥還田

水稻秸稈覆蓋油菜還田

水淹條件小麥旋耕滅茬還田

小麥秸覆蓋水稻還田玉米秸稈覆蓋還田玉米秸稈旋耕還田油菜秸稈還田秸稈溝埋還田試點(diǎn)及瓜類品種測定批次中心含糖邊緣含糖菌劑CK菌劑CK金山“93－1”西瓜510.19.67.56.5浦東“特小鳳”西瓜311.911.1

金山“古拉巴”甜瓜215.014.2

4、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)功能

菌劑試驗(yàn)瓜平均含糖量增加（％）

降低蔬菜中硝酸鹽的含量

5、增強(qiáng)作物抗逆性功能減輕作物病蟲害發(fā)生（病情指數(shù)）提高作物抗倒伏、抗旱、抗寒克服作物連作障礙等方面的能力

對照加功能微生物和有機(jī)載體僅加功能微生物施用微生物有機(jī)肥后土壤微生物區(qū)系得到改善施用微生物有機(jī)肥后土壤細(xì)菌顯著增加，尖孢鐮刀菌數(shù)量顯著減少施用微生物有機(jī)肥后土壤DGGE圖譜a2C2C2A2A3C3C3A3A

提高植物耐干旱等抗性能力+菌根-菌根菌根菌侵染—抗性基因表達(dá)---植物激素平衡6、改良和修復(fù)土壤功能農(nóng)藥等污染物的生物修復(fù)作用：新的熱點(diǎn)

微生物由于數(shù)量大、種類多，變異快，降解有機(jī)物的潛力相當(dāng)大，而且干凈徹底、無二次污染，幾乎所有能造成環(huán)境污染的有機(jī)物都