微生物肥料在江蘇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

微生物肥料在江蘇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

微生物肥料是環(huán)境友好的新鮮肥，與農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。長(zhǎng)期以來(lái),人類(lèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)以利用動(dòng)植物資源為主,而對(duì)有益微生物資源的利用遠(yuǎn)落后于動(dòng)植物資源。其原因主要是有益微生物的種類(lèi)多,個(gè)體小,不像動(dòng)植物那樣易被人們所認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)。在生物技術(shù)快速發(fā)展的21世紀(jì),對(duì)動(dòng)植物資源和微生物資源多學(xué)科綜合開(kāi)發(fā)利用的“多元農(nóng)業(yè)”發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越明顯,一些未知的生物資源逐漸被人們所認(rèn)識(shí)和利用。以微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物食品為核心的“綠色農(nóng)業(yè)”將成為未來(lái)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向。1微生物肥料的分類(lèi)及應(yīng)用微生物肥料是指由一種或多種微生物參與制成的、具有高活力的、肥料效應(yīng)特定的生物制品。微生物不是嚴(yán)格意義上的肥料,而是各種有益生物的總稱(chēng),是菌類(lèi)制劑。在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的微生物菌劑都是按照微生物和基質(zhì)的一定比例混合在一起,并且對(duì)植物有促生、抗逆效果,故稱(chēng)微生物肥料。按照制品中特定的微生物種類(lèi),可分為細(xì)菌類(lèi)肥料(根瘤菌肥、固氮菌肥)、放線(xiàn)菌類(lèi)肥料(抗生菌肥料)、真菌類(lèi)肥料(菌根真菌)三大類(lèi)。目前,我國(guó)生產(chǎn)應(yīng)用的微生物菌肥可分為固氮菌類(lèi)、解磷菌類(lèi)、解鉀菌類(lèi)、光合細(xì)菌類(lèi)、菌根菌類(lèi)、抗生菌類(lèi)、復(fù)合菌類(lèi)。應(yīng)用的劑型有液體菌劑、固體菌劑、粉劑、丸劑、片劑或顆粒劑。植物根際促生細(xì)菌(Plantgrowthpromotingrhizobacteria,PGPR)是近年新研制的一類(lèi)作物秸稈分解制劑,也被歸為微生物肥料。2微生物肥料的使用1887年研究者發(fā)現(xiàn)豆科植物的根瘤具有固氮功能,并且成功培養(yǎng)根瘤菌。1905年,Noble和Hilter首次將根瘤菌應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),開(kāi)創(chuàng)了微生物制劑研究與利用的先河。將根瘤菌劑接種于大豆和花生是我國(guó)微生物肥料研究應(yīng)用的開(kāi)始。近十多年來(lái)又推廣應(yīng)用由固氮菌、磷細(xì)菌、鉀細(xì)菌和有機(jī)肥復(fù)合制成的生物肥料做基肥施用。目前,生物肥料的應(yīng)用已成為農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的研究熱點(diǎn)。2.1國(guó)外的研究2.1.1根瘤及螺菌種的使用在20世紀(jì)20年代,美國(guó)、澳大利亞等就開(kāi)始了根瘤菌接種劑(根瘤菌肥料)的研究和試用。迄今為止,根瘤菌肥依然是最主要的品種之一,在作物上應(yīng)用范圍廣泛、效果穩(wěn)定。一些國(guó)家使用固氮螺菌后可使作物的產(chǎn)量提高5%~20%。美國(guó)、法國(guó)和意大利將固氮螺菌接種到禾本科作物上,能固氮39kg/gm2,減少20%~30%的氮肥用量(表1)。2.1.2國(guó)外菌根菌種的使用進(jìn)展真菌類(lèi)生物肥料又被稱(chēng)為植物共生菌肥、菌根菌肥。它是從植物根部分離到的、能與植物互利共生的真菌,經(jīng)過(guò)一系列研究后制成的菌劑。近二十多年來(lái),美國(guó)、英國(guó)、加拿大、俄羅斯(含前蘇聯(lián))、法國(guó)、澳大利亞、新西蘭、奧地利、贊比亞、菲律賓和中國(guó)等都加強(qiáng)了菌根真菌的研究,美國(guó)還專(zhuān)門(mén)成立菌根真菌研究所,對(duì)一些優(yōu)良菌株進(jìn)行系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)利用。有些先進(jìn)國(guó)家已將菌根的研究成果應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)及園藝的生產(chǎn)上,并且取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。目前,許多國(guó)家和地區(qū)都已有菌根菌制劑生產(chǎn)公司,并且在一定范圍內(nèi)推廣應(yīng)用,如美國(guó)、歐洲各國(guó)、日本、中國(guó)臺(tái)灣,主要用于作物移栽,如草莓、西瓜、甜瓜、黃瓜、苦瓜、蘆筍、青椒、番茄、果樹(shù)、花卉、綠化樹(shù)種等。美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家重點(diǎn)開(kāi)發(fā)多種微生物的復(fù)合菌根制劑。有些制劑中可含有5~12種菌根菌,如美國(guó)生產(chǎn)的BioOrganicsTM和PlantSuccessTMTabs復(fù)合菌根菌劑中就分別含有8、12種菌根菌。這些復(fù)合菌根制劑能大大提高植物的抗病性和抗逆性。近年來(lái),美國(guó)加大了對(duì)菌根菌的研究力度,在印度建立了菌根培養(yǎng)物收藏中心(MycorrhizalCultureCollectionCenter),已收藏450多種菌根真菌,并且把小麥生物肥料作為研究重點(diǎn),開(kāi)創(chuàng)了菌根生產(chǎn)技術(shù)商業(yè)化的例子。把MycoApply牌菌根接種劑用于小麥和亞麻植物上,產(chǎn)量分別增加43%和27%。MycorrhizalLandscapeTM生物菌肥可用于內(nèi)生菌根和外生菌根依賴(lài)型植物,用于觀(guān)賞樹(shù)木、灌木、小樹(shù)栽培和大樹(shù)移植,大大提高成活率。在馬來(lái)西亞和泰國(guó),已生產(chǎn)出許多菌根制劑產(chǎn)品,主要用于植物(棕櫚、果樹(shù)、林木)育苗、橡膠、草坪、高爾夫球場(chǎng)、樹(shù)木移栽、土壤修復(fù)等。作為一種新型的生物肥料,菌根真菌對(duì)增加農(nóng)林牧業(yè)產(chǎn)量、保持生態(tài)平衡、維持農(nóng)林牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及保護(hù)生物多樣性具有不可替代的作用。2.2“生物有機(jī)肥微生物肥料我國(guó)政府歷來(lái)注重微生物肥料的研究和開(kāi)發(fā)。1999年,在國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部共同編寫(xiě)的《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南》一書(shū)中,第一次明確將“高效有機(jī)肥(微生物肥料)商品化生產(chǎn)工藝與成套設(shè)備”列為優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。2000年,國(guó)家科技部、財(cái)政部和國(guó)家稅務(wù)總局發(fā)布《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品目錄2000》,在新型肥料中明確提出生物有機(jī)肥的概念。這些政策的發(fā)布都極大地促進(jìn)了我國(guó)微生物肥料的研發(fā)和利用進(jìn)程。經(jīng)過(guò)五十多年的研究,我國(guó)微生物肥料已從過(guò)去單純的根瘤菌制劑發(fā)展到細(xì)菌肥料、真菌肥料、微生物肥料,直到現(xiàn)在把微生物與有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)混肥結(jié)合的復(fù)混生物肥料,并且已具備產(chǎn)業(yè)化、商品化的條件。目前,國(guó)內(nèi)已有400多家微生物肥料的生產(chǎn)工廠(chǎng),年產(chǎn)微生物肥料超過(guò)300萬(wàn)t。僅河南省就有微生物肥料生產(chǎn)企業(yè)近35家,年產(chǎn)微生物肥料15萬(wàn)t。2.2.1制作ndf菌肥、nfd菌樹(shù)我國(guó)的多項(xiàng)研究表明,微生物肥料增產(chǎn)效果一般在5%~20%,不同的作物增產(chǎn)效果差異很大。在我國(guó)20多個(gè)省(市、區(qū))的30多種作物上,禾谷類(lèi)作物應(yīng)用的微生物肥料最多,其次是油料和纖維類(lèi),應(yīng)用較少的是煙草、糖、茶葉、中藥、牧草植物等,但以糖料作物的增產(chǎn)效果最好,其次為茶葉、蔬果(表2)。其中,河南省在大豆、花生上施用根瘤菌、固氮菌和復(fù)合菌肥,增產(chǎn)率在10%以上,施用硅酸鹽細(xì)菌菌劑一般可增產(chǎn)5%~10%。中國(guó)林科院研制開(kāi)發(fā)的Pt菌根菌劑可增加松苗高生長(zhǎng)18.1%~131.0%,地徑增加24.1%~91.8%,造林成活增長(zhǎng)達(dá)16.9%,從而可以解決松樹(shù)因缺少外生菌根成活率低、生長(zhǎng)差、造林不見(jiàn)林的難題。在遼寧西部干旱沙地利用血紅鉚釘菇(Comphidiusrutulus)對(duì)油松種子進(jìn)行包衣直播,出苗率提高26%,成苗率提高34%,油松在干旱地區(qū)的造林成活率達(dá)64.5%~89.0%。此外,一些外生菌根菌(Boletusedulis,Suillusgrevillei,S.luteus)能夠抑制立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)、尖鐮孢菌(Fusariumoxysporum)、茄鐮孢菌(F.solani)、根癌菌(Agrobacteriumtumefaciens)的生長(zhǎng)繁殖。2.2.3微生物資源是生物農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容江蘇省地處N31°~35°地理區(qū)域,微生物資源種類(lèi)非常豐富,主要包括真菌、細(xì)菌、放線(xiàn)菌和病毒,而真菌類(lèi)群又分為共生菌類(lèi)(菌根菌類(lèi))、生防菌類(lèi)、能源菌類(lèi)、產(chǎn)酶菌類(lèi)、色素菌類(lèi)以及提高土壤利用率的其他微生物類(lèi)群。它們存在于各種草本、木本植物的體內(nèi)外、枯枝落葉、作物秸稈以及土壤和水體中。眾多微生物資源正日夜不停為江蘇的農(nóng)、林業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮各自的作用,為維持生態(tài)平衡、保護(hù)農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)豐收做出貢獻(xiàn)。在《省政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)省農(nóng)委關(guān)于加快發(fā)展生物農(nóng)業(yè)實(shí)施意見(jiàn)的通知》中提出的生物農(nóng)業(yè)發(fā)展方向和研究重點(diǎn)中,幾乎所有的領(lǐng)域都涉及微生物資源的利用問(wèn)題,特別是一些有益的真菌和細(xì)菌。在生物農(nóng)業(yè)中,優(yōu)良的微生物資源是該領(lǐng)域科技創(chuàng)新的基礎(chǔ),也是生產(chǎn)有機(jī)食品的安全基礎(chǔ)。一種好的微生物資源可以帶動(dòng)一個(gè)生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。微生物是可再生資源,可不斷地加以利用,但要制定科學(xué)的微生物資源收集和開(kāi)發(fā)計(jì)劃,加強(qiáng)對(duì)它們的管理和保護(hù)。筆者認(rèn)為,生物農(nóng)業(yè)中的一項(xiàng)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容應(yīng)放在尋找潛在、有益微生物資源上。只有找到可利用的微生物資源,才能真正實(shí)現(xiàn)生物農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和作物產(chǎn)量的穩(wěn)定提高。3玉米激素的產(chǎn)生及對(duì)真菌生長(zhǎng)的影響微生物制劑的共性在于不同的菌類(lèi)侵入植物后,把植物和外界基質(zhì)連接起來(lái),形成一個(gè)共生系統(tǒng),使生物演化的成功。菌根真菌的菌絲為植物的發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。這種共生系統(tǒng)已達(dá)到高度和諧與平衡。在蘭科植物上的共生菌有小菇Mycenaosmundicola和微囊菌Microascussp.,其中石斛小菇產(chǎn)生的玉米素核苷可促進(jìn)細(xì)胞分裂分化和幼苗生長(zhǎng),縮短營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)周期,促進(jìn)生理代謝和礦質(zhì)元素吸收及維生素和植物激素的產(chǎn)生。另外,許多外生菌根能產(chǎn)生植物激素和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì),通過(guò)合成植物激素調(diào)節(jié)宿主———真菌雙方如牛肝菌(Boletussp.)和乳牛肝(Suillusgrevillei),能產(chǎn)生玉米素和乙烯,而乙烯的活動(dòng)在許多方面與吲哚乙酸相似,刺激接種苗根的分叉,使得短根數(shù)量增加。因此,把共生菌制成生物菌肥用于植物栽培不僅能促進(jìn)植株的生長(zhǎng),而且可以提高植物的抗逆性和抗病性,減少化肥和農(nóng)藥使用,大大保證了產(chǎn)品質(zhì)量。4確定生物肥料開(kāi)發(fā)和使用過(guò)程中存在的問(wèn)題針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過(guò)量使用化肥導(dǎo)致的土壤理化性質(zhì)改變以及生物肥料開(kāi)發(fā)和使用過(guò)程中存在的其他問(wèn)題,需要建立由不同學(xué)科組成的、高水平的研究開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用人才隊(duì)伍,以加快微生物肥料的研發(fā)進(jìn)度。4.1加大人才培養(yǎng)力度,解決微生物物種和微生物菌物的出現(xiàn),為現(xiàn)代科技發(fā)展提供科技支撐優(yōu)秀的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才是科學(xué)研究創(chuàng)新的基礎(chǔ)。生物肥料所涉及的主要微生物是真菌和細(xì)菌,但是目前江蘇省從事微生物采集、分離培養(yǎng)和菌物分類(lèi)鑒定的人才遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足科技發(fā)展的需要,因此要制定科技人才培養(yǎng)計(jì)劃,加快優(yōu)秀人才的培養(yǎng)。4.2研究工作的基礎(chǔ)微生物資源的調(diào)查和采集是一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱苦的工作,也是微生物資源發(fā)掘和研究的基礎(chǔ)工作。發(fā)展生物肥料最需要解決的問(wèn)題是優(yōu)質(zhì)微生物資源的篩選,可按照農(nóng)林作物、花卉、蔬菜、水果等有益微生物的不同類(lèi)群有計(jì)劃地進(jìn)行收集,從而加強(qiáng)微生物肥料應(yīng)用基礎(chǔ)研究,并且不斷研發(fā)微生物肥料的新劑型。4.3分子構(gòu)建、基因重組菌株現(xiàn)代科學(xué)研究應(yīng)充分發(fā)揮科技的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前,分子生物學(xué)技術(shù)的滲透使得分子構(gòu)建、基因重組新菌株成為可能。在微生物資源篩選和利用過(guò)程中,通過(guò)DNA重組技術(shù),可以加強(qiáng)有益微生物的基因工程菌研究,進(jìn)而選擇高效菌種。4.4微生物肥料的制備和高效利用根據(jù)微生物資源的不同用途,可以大力開(kāi)展單一微生物菌肥制劑和多種微生物組成的復(fù)合制劑研究,同時(shí)要高度重視微生物肥料配方的研究和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化,從而研制和生產(chǎn)高效的微生物肥料。4.5提高產(chǎn)品質(zhì)量,產(chǎn)生效益微生物資源開(kāi)發(fā)的最終目的是促進(jìn)植物生長(zhǎng),提高產(chǎn)品質(zhì)量,產(chǎn)生效益。因此,在課題立項(xiàng)時(shí),需加強(qiáng)從微生物資源收集—開(kāi)發(fā)—推廣應(yīng)用各環(huán)節(jié)有機(jī)銜接,以加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度。4.6充分利用栽培廢水生物肥料可分為固體和液體2種。固體生物肥料的生產(chǎn)基質(zhì)可充分利用食用菌栽培廢料、農(nóng)作物秸稈和各種樹(shù)木的枯枝落葉,使得部分廢棄資源得到循環(huán)利用,既可以節(jié)約成本,又可以提高現(xiàn)有資源的利用率,為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。4.7加強(qiáng)微生物肥料產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的研究為了更合理地利用微生物資源,應(yīng)根據(jù)不同生物肥料的使用對(duì)象,加強(qiáng)江蘇省微生物肥料產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)和產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)研究。4.8特定功能菌株微生物菌肥種質(zhì)資源庫(kù)的建立,可以有效保護(hù)現(xiàn)有的有益微生物資源,為今后開(kāi)展微生物相關(guān)研究提供物質(zhì)基礎(chǔ)。因此,目前自然界存在的具有某一特定功能菌株如固氮、解磷、解鉀和促進(jìn)植物生長(zhǎng)等,都可作為一種特定的菌種資源進(jìn)行保存和保護(hù)。政府應(yīng)建立專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)組織科技人員在各種自然環(huán)境下篩選新菌株,廣泛收集有益菌種,建立微生物肥料的菌種資源庫(kù),并且通過(guò)規(guī)范試驗(yàn),確定某種生物肥的標(biāo)準(zhǔn)菌種,為將來(lái)菌種的開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。5資源節(jié)約、環(huán)境穩(wěn)定,使用高效環(huán)保的微生物肥料微生物肥料在作物增產(chǎn)和品質(zhì)改善方面起重要的作用。據(jù)估計(jì),若我國(guó)微生物肥料的產(chǎn)量占化肥產(chǎn)量的3%,則糧食產(chǎn)量可增加50億~100億kg。據(jù)2009年資料,我國(guó)現(xiàn)有微生物肥料的年產(chǎn)量?jī)H300萬(wàn)t,只占化肥產(chǎn)量的0.5%。可見(jiàn),微生物肥料的發(fā)展具有很大空間。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),有機(jī)食品生產(chǎn)、資源再生利用與微生物肥料生產(chǎn)相結(jié)合已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向?！熬G色”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)多功能、復(fù)合型微生物肥料的使用。這為開(kāi)發(fā)生產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)的微生物肥料提供一個(gè)良好的發(fā)展機(jī)遇。微生物肥料的生產(chǎn)受到越來(lái)越多的關(guān)注,在資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)中將發(fā)揮重要作用,市場(chǎng)潛力巨大。我國(guó)微生物肥料研發(fā)與應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較短,一些產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)還是處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,部分制劑的應(yīng)用效果、穩(wěn)定性還難以達(dá)到大面積推廣應(yīng)用的要求,仍需進(jìn)一步完善。今后,要重點(diǎn)加強(qiáng)微生物菌種的篩選與選育、微生物復(fù)合制劑的應(yīng)用以及微生物菌種與化肥和有機(jī)肥的復(fù)配技術(shù)等研究,使得微生物肥料在我國(guó)的