微生物與可持續(xù)發(fā)展

微生物與可持續(xù)發(fā)展第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二

20世紀(jì)以來,隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展,人類社會也面臨著諸如人口劇增、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等一系列問題,人類社會的發(fā)展應(yīng)注重人口、經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境和資源相互協(xié)調(diào),走既能滿足當(dāng)代人的需求、又對后代人的發(fā)展不構(gòu)成威脅的可持續(xù)發(fā)展的道路。中國是一個發(fā)展中國家,正面臨著發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保護(hù)環(huán)境的雙重任務(wù),走可持續(xù)發(fā)展道路是中國的必然選擇。而農(nóng)業(yè)是中國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ),農(nóng)業(yè)作為解決人類貧困與溫飽的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè),其以直接利用自然資源進(jìn)行生產(chǎn),與自然環(huán)境密切相關(guān),它既受環(huán)境的影響,又會對環(huán)境本身帶來影響,是可持續(xù)發(fā)展的核心。第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展就是要管理、保護(hù)、合理利用土地、水、植物和動物等資源,并不斷地調(diào)整技術(shù)和機(jī)構(gòu)體制(包括生產(chǎn)關(guān)系、經(jīng)營方式與耕作制度等),以確保滿足當(dāng)代人及后代人的永續(xù)利用,應(yīng)是技術(shù)上適當(dāng)、經(jīng)濟(jì)上可行、社會能夠接受的一種發(fā)展形式。農(nóng)村是中國社會發(fā)展的主體,農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展又是中國經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的根本保證。第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二我國走農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路的必要性微生物資源在農(nóng)業(yè)中的利用發(fā)掘微生物資源，發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的途徑

第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的主要矛盾：發(fā)展與環(huán)境的矛盾

我國傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式是屬于“高消耗、高投入、高污染”自然資源的過渡消耗和生態(tài)平衡的破壞第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的弊端：對自然資源的掠奪開發(fā),使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所依賴的生態(tài)環(huán)境日趨惡化,從根本上約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)和穩(wěn)定發(fā)展;污染了環(huán)境又威脅著人類的健康和安全,環(huán)境形勢十分嚴(yán)峻。

因此,我國農(nóng)業(yè)發(fā)展必須選擇資源永續(xù)利用的途徑和方式,既要充分有效地利用資源,又要節(jié)約、保護(hù)和合理利用資源,只有大力發(fā)展中國式的可持續(xù)的生態(tài)農(nóng)業(yè),才能有效地解決這一矛盾。第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二

微生物資源是指可培養(yǎng)的、有一定科學(xué)意義或?qū)嵱脙r值的細(xì)菌、真菌、病毒、細(xì)胞株及其相關(guān)的信息資料。為了解決人口與食物,能源和資源,環(huán)境與健康等重大問題,許多發(fā)達(dá)國家都把微生物資源的收集、保存和利用作為產(chǎn)業(yè)競爭的一個重要因素。我國地域遼闊,自然生態(tài)復(fù)雜,有著多種多樣微生物賴以生存的條件,是世界上微生物資源最豐富的國家之一。我國農(nóng)業(yè)實現(xiàn)戰(zhàn)略調(diào)整之一必須將由植物、動物資源組成的“二維結(jié)構(gòu)”傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)調(diào)整為植物、動物、微生物資源組成的“三維結(jié)構(gòu)”新型農(nóng)業(yè)。第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二而微生物農(nóng)業(yè)是微生物資源產(chǎn)業(yè)化的工業(yè)型農(nóng)業(yè)，是具有高科技生物工程內(nèi)涵的“發(fā)酵工程”和“酶工程”，有人將其形象稱為“白色農(nóng)業(yè)”。

第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.1微生物在農(nóng)作物種植業(yè)中的應(yīng)用食用菌微生物菌劑微生物肥料微生物農(nóng)藥第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二食用菌與單細(xì)胞蛋白

食用菌營養(yǎng)豐富，味道鮮美，蛋白質(zhì)含量高，脂肪低，含人體必須的氨基酸約17~18種，并含有人體必須的維生素和微量元素及多種抗生素、核苷酸、多糖等物質(zhì)，被人們譽(yù)為“健康食品”，是人類的“第三食品”。據(jù)統(tǒng)計，全世界可供食用或兼并藥用的菌類有600多種，能進(jìn)行人工栽培的僅占1/10，而能用于實際規(guī)模生產(chǎn)的僅15~16種，生產(chǎn)總量已超過200萬噸/年，且每年以10%的速度增長，我國食用第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二食用菌與單細(xì)胞蛋白菌年生產(chǎn)量達(dá)25萬噸，是世界上食用菌生產(chǎn)大國，但年人均消費(fèi)食用菌僅為0.15kg，僅占香港地區(qū)人均消費(fèi)量的1/10，占發(fā)達(dá)國家人均消費(fèi)量1/5左右，食用菌的研究和生產(chǎn)潛力非常大。細(xì)胞蛋白是由天然的或在某些培養(yǎng)基上培養(yǎng)細(xì)菌、酵母菌和藻類等微生物而獲得可作為人類及動物食物的微生物細(xì)胞物質(zhì)。它生長繁殖迅速，某些微生物生長時間只需20min至2h，具有相當(dāng)高的蛋白質(zhì)含量（含粗蛋白40%~80%），氨基酸配比優(yōu)良，第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二食用菌與單細(xì)胞蛋白并含較多的維生素等營養(yǎng)成分。可進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，不受氣候季節(jié)的影響。據(jù)報道，利用單細(xì)胞工程菌，每100kg蔗糖可產(chǎn)蛋白質(zhì)13kg，相當(dāng)于170kg大米的蛋白質(zhì)，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料已成為國際新興產(chǎn)業(yè)。1座年產(chǎn)10萬噸單細(xì)胞的工廠能生產(chǎn)相當(dāng)于12萬hm2耕地生產(chǎn)的大豆蛋白。第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二微生物菌劑及微生物肥料

微生物菌劑豆科根瘤菌劑固氮菌劑磷細(xì)菌菌劑硅酸鹽細(xì)菌菌劑其它芽孢桿菌菌劑第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二微生物菌劑及微生物肥料

復(fù)合微生物肥料指的是含有一定比例微生物菌劑的有機(jī)肥與無機(jī)肥復(fù)合的肥料。微生物菌劑及復(fù)合微生物肥料的推廣應(yīng)用,可以減少化學(xué)肥料的使用量,使長期大量使用化肥造成的污染有可能得到緩解。同時還有利于綠色食品、無公害食品的生產(chǎn)。第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二生物有機(jī)肥料(又稱:發(fā)酵有機(jī)肥料)指的是畜禽糞便和秸稈等有機(jī)固體廢物經(jīng)有益微生物發(fā)酵、腐熟和除臭后生產(chǎn)而成的一種有機(jī)肥料。這種肥料含有豐富的有機(jī)質(zhì)和一定量的N.P.K營養(yǎng)元素。其N.P.K元素的含量因原料及比例不同而有差異。例如70%的鮮雞糞與25%秸稈混合發(fā)酵生產(chǎn)的生物有機(jī)肥,其N.P.K總量為3%-4%。這種有機(jī)肥料還可以做為無土栽培基質(zhì)使用。微生物菌劑及復(fù)合微生物肥料

第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二生物農(nóng)藥

生物農(nóng)藥指的是用微生物生產(chǎn)的用于植物病蟲草害防治的活菌制劑或微生物代謝產(chǎn)物制劑。例如:Bt菌劑、白僵菌菌劑,綠僵菌菌劑是常見的活菌制劑;井崗霉素和阿維菌素是農(nóng)用抗菌素。生物農(nóng)藥的應(yīng)用可減少化學(xué)農(nóng)藥的使用,減少化學(xué)農(nóng)藥對農(nóng)產(chǎn)品及環(huán)境的污染,有利于綠色食品、安全食品的生產(chǎn)。第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.2微生物在畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用微生物制品飼用微生物添加劑動物微生態(tài)制劑飼料酶養(yǎng)殖水質(zhì)凈化劑生物獸藥第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.3微生物在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用有機(jī)固體廢物處理

退耕還林還草生態(tài)工程中的生物固氮第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二生態(tài)環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今世界各國都要面對的問題。為了更加有效地處理有機(jī)固體廢物和處理污水,大家都在探索和采用新技術(shù),新方法。處理有機(jī)固體廢物常用的方法有填埋、焚燒和堆肥等。從環(huán)保角度看,這些處理方法都有不足之處。例如:采用填埋方法處理固體有機(jī)廢物不僅占地,而且往往會造成地下水的污染,地下水體一旦被污染則是無法挽救的;堆肥化處理有機(jī)固體廢物則由于除臭不徹底,難于實現(xiàn)有機(jī)肥料的商品化生產(chǎn);有機(jī)固體廢物的焚燒會造成嚴(yán)重的空氣污染,所以許多地方的秸稈焚燒已被禁止。第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二近年來,我國已有一些企業(yè)用微生物發(fā)酵劑處理雞糞獲得成功。雞糞與農(nóng)作物秸稈混合后加入微生物發(fā)酵劑,經(jīng)7-10天發(fā)酵后成為基本腐熟和無惡臭的有機(jī)肥料。這是一項沒有二次污染的有機(jī)固體廢物處理技術(shù)。已有許多實驗證實,由多種微生物組成的發(fā)酵劑,可以用于畜禽糞便、有機(jī)垃圾、農(nóng)作物秸稈、甘蔗渣、污水廠污泥、糖廠濾泥、淀粉廠污水的處理。

第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二我國西部退耕還林還草是一項長期的生態(tài)建設(shè)工程,在還林還草過程中將大面積播種豆科牧草和豆科灌木。眾所周知,“氮”缺乏常常是大面積豆科牧草草場及豆科灌木林面臨的大問題。豆科牧草和豆科灌木播種時接種根瘤菌,可以使植株從共生固氮中獲得生長所需的氮素,可以提高成苗率和植被的蓋度。其中苜蓿、三葉草、沙打旺、錦雞兒、胡枝子、巖黃芪、紅豆草、小冠花、柱花草、銀合歡等菌種已在國內(nèi)大面積應(yīng)用,累計面積超過133.3萬公頃。生產(chǎn)實踐證明,我國的根瘤菌資源在退化草地改良和水土流失治理中有良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二農(nóng)業(yè)的本質(zhì)是開發(fā)利用生物資源。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中,植物是生產(chǎn)者,可以利用環(huán)境中的無機(jī)物合成有機(jī)物,把太陽能第一次以生物能方式固定到生態(tài)系統(tǒng)中,為人類提供植物性食品;動物是消費(fèi)者,以生產(chǎn)者的產(chǎn)品為最初食物來源,通過自身的轉(zhuǎn)化,可以生產(chǎn)營養(yǎng)豐富、經(jīng)濟(jì)價值高的產(chǎn)品—奶、肉、蛋、皮毛等;微生物是分解者,利用動植物殘體及其他有機(jī)物為食,使構(gòu)成有機(jī)成分的元素和貯備的能量通過分解作用又釋放到周圍環(huán)境中去;同時能將人類不能直接利用的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫漠a(chǎn)品,能夠富集分散3.1遵循營養(yǎng)結(jié)構(gòu)原理,實現(xiàn)資源永續(xù)利用第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二的營養(yǎng)物質(zhì),并進(jìn)行轉(zhuǎn)化和濃縮。該三大功能類群以食物營養(yǎng)關(guān)系所組成的食物鏈、食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu),如：草菌糠糞蛋白飼料第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二它是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞的主要路徑,是微生物農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ),發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)就是將微生物在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的被動、隱性作用主動化、顯性化,從而形成地球生物圈的良性循環(huán),生生不息,有利于資源的永續(xù)利用。第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二根據(jù)能量流動的原則,系統(tǒng)的食物鏈越簡單,它的凈生產(chǎn)量就越高;但是,在高度受人控制和影響的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中,由于人們對生物和環(huán)境的調(diào)控及產(chǎn)品的期望不同,往往在向系統(tǒng)外輸出凈生產(chǎn)量的過程中增加一些食物鏈環(huán)節(jié),反而能提高產(chǎn)品和系統(tǒng)的綜合效益。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中約占80%的不能供人類直接利用的初級產(chǎn)品,大部分是第二、第三級生產(chǎn)者的資源,在加入環(huán)節(jié)后能轉(zhuǎn)化成人類直接需要的產(chǎn)品。這種加環(huán)主要是引入側(cè)鏈,充分利用“廢棄物”—秸稈、糠麩、餅粕、糞便等,即“十分之一”以外的部分,通3.2遵循食物鏈加環(huán)原理,實現(xiàn)資源的高效利用第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二過相應(yīng)的有較好轉(zhuǎn)化功能的生物類群,予以轉(zhuǎn)化,其結(jié)果能量的有效轉(zhuǎn)化不是按十分之一遞減,而是在“十分之一”的基礎(chǔ)上增加,據(jù)測算,其中30%經(jīng)新環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化,可以生產(chǎn)出等于系統(tǒng)凈生產(chǎn)量3%左右的產(chǎn)品,使整個系統(tǒng)產(chǎn)出的人類直接需要的產(chǎn)品提高到23%以上。第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二熵是一個熱力學(xué)函數(shù),是對系統(tǒng)無序程度的一種度量。熱力學(xué)第二定律可表述為熵定律:“一切自發(fā)過程總是沿著熵增加的方向進(jìn)行”。根據(jù)這一定律,在孤立系統(tǒng)中,系統(tǒng)的熵值總是由小變大,系統(tǒng)的狀態(tài)永遠(yuǎn)是自發(fā)地由有序趨向無序,直到系統(tǒng)熵值最大或無序程度最大的熱力學(xué)平衡狀態(tài)為止,即熵增原理。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一個人工調(diào)控的開放系統(tǒng),雖然農(nóng)業(yè)資源一經(jīng)使用,熵就必定“增大”,變成熵大的廢物和廢熱,這些廢棄物將占據(jù)大量的堆放空間,有時還會導(dǎo)致環(huán)境污染。但農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)第一、第二級生產(chǎn)

3.3遵循熵增原理,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二者通過一定的技術(shù)、工藝又使產(chǎn)生的廢物、廢熱在很大程度上變成微生物利用的重要物質(zhì)、能量來源,實現(xiàn)了熵的排放和物質(zhì)循環(huán)。因此,微生物農(nóng)業(yè)將最大限度地從外界引入負(fù)熵,加強(qiáng)物質(zhì)的循環(huán)利用,確保農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在實現(xiàn)物質(zhì)和能量的最大耗散時,又不斷向外界輸出熵流,以減少總熵的增加,保持系統(tǒng)的有序結(jié)構(gòu),以利農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二綜上所述,微生物農(nóng)業(yè)是遵循生態(tài)學(xué)原理,利用微生物—分解者的作用,