微生物肥料的研究與應(yīng)用

微生物肥料的研究與應(yīng)用

微生物肥料是一種以微生物生命活動(dòng)及其代謝產(chǎn)物為基礎(chǔ)的微生物溶液產(chǎn)品。它對(duì)提高肥料的利用率、農(nóng)業(yè)質(zhì)量、植物品種的適應(yīng)性和抗旱性以及昆蟲和人類的抗旱性有其不可替代的作用。它可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)、工業(yè)和食品的腐敗和城市垃圾的存活。長(zhǎng)期以來,我國(guó)的果樹生產(chǎn)中因長(zhǎng)期過量施用化肥,導(dǎo)致土壤酸化、板結(jié),土壤結(jié)構(gòu)被破壞,肥力下降,進(jìn)而引發(fā)樹勢(shì)衰弱、減產(chǎn)和品質(zhì)下降等一系列嚴(yán)重問題,特別是近幾年越來越嚴(yán)重的果實(shí)著色不佳、果皮粗糙、生理病害嚴(yán)重等現(xiàn)象都與此有關(guān)。以氮肥為例,我國(guó)的平均施用量是美國(guó)的近3倍、澳大利亞的8倍多。形成了果品生產(chǎn)高投入、高污染、高危害的“石化農(nóng)業(yè)怪圈”。要從根本上解決這些問題,不能靠簡(jiǎn)單地向土壤中施入一些堿性土壤調(diào)理劑等措施,而應(yīng)通過推廣有機(jī)生物菌肥等,既可增加土壤有機(jī)質(zhì),改良土壤結(jié)構(gòu),又改善果樹根際有益菌群等措施加以解決。所以,大力發(fā)展和推廣微生物有機(jī)菌肥是治本之策。從戰(zhàn)略高度來說,發(fā)展我國(guó)的微生物肥料產(chǎn)業(yè)是發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)的要求,也是我國(guó)目前解決農(nóng)產(chǎn)品食用安全、達(dá)到綠色食品生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需要,更是減少化肥和農(nóng)藥用量、降低環(huán)境污染的必然選擇。1植物的抗菌素和總氮素我國(guó)微生物肥料的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已有70多年的歷史?？勺匪莸缴鲜兰o(jì)40年代,最早開始研究應(yīng)用的是大豆根瘤菌劑和花生根瘤菌劑。在上世紀(jì)50~60年代,根瘤菌劑成為應(yīng)用最為廣泛的微生物肥料產(chǎn)品,其中大豆、花生、紫云英及豆科牧草接種面積較大,增產(chǎn)效果明顯。紫云英根瘤菌在未種植過紫云英的地區(qū)應(yīng)用,紫云英產(chǎn)草量可成倍增長(zhǎng)。大豆接種根瘤菌可增產(chǎn)225~300kg/hm2,花生根瘤菌可使花生增產(chǎn)10%~50%。豆科作物從根瘤菌中獲得的氮素約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為植物吸收利用。在保證作物產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)的同時(shí),品質(zhì)亦相應(yīng)提高,環(huán)境效益更是不可估量。在上世紀(jì)60年代又推廣使用制成的“5406”放線菌抗生菌肥料和固氮藍(lán)綠藻肥;70~80年代中期,又開始研究VA菌根。VA菌根是內(nèi)生菌根的主要類型,它得名于其菌絲在根細(xì)胞內(nèi)的特殊變態(tài)結(jié)構(gòu)泡囊和叢枝,因此又稱為泡囊—叢枝狀菌根。菌根是土壤中的一類真菌與植物根系所建立的互惠共生體,根據(jù)菌根的形態(tài)結(jié)構(gòu),主要分為三類:內(nèi)生菌根、外生菌根和內(nèi)外生菌根。多年的研究成果證實(shí),VA菌根由于能增加植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)特別是P的吸收,提高光合速率,對(duì)養(yǎng)分平衡和水分利用起重要作用,進(jìn)而可增強(qiáng)植物抗旱、耐鹽堿、抗低溫、抗病蟲等外部不良環(huán)境的能力,促進(jìn)植物生長(zhǎng),并改善其品質(zhì)。在改善植物磷素營(yíng)養(yǎng)條件和提高水分利用率方面,效果顯著。80年代中期至90年代,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中又相繼研發(fā)應(yīng)用聯(lián)合固氮菌和復(fù)合菌劑作為拌種劑;近幾年來,又推廣應(yīng)用由不同的菌劑與有機(jī)、無機(jī)復(fù)合的生物有機(jī)肥、復(fù)合微生物肥等技術(shù)含量高、效果更顯著、一肥多用新肥種。2我國(guó)微生物肥料的使用概況近年來,我國(guó)微生物肥料行業(yè)發(fā)展迅猛,無論微生物肥料產(chǎn)品的種類和總產(chǎn)量,還是其應(yīng)用面積都有了快速的增加,已逐漸成為肥料家族中的重要成員。我國(guó)微生物肥料產(chǎn)業(yè)基本形成,主要表現(xiàn)在:(1)截止到2012年底,我國(guó)微生物肥料企業(yè)總數(shù)已達(dá)850個(gè)以上,肥料年產(chǎn)量達(dá)到900萬t,總產(chǎn)值達(dá)150億元,全國(guó)從事微生物肥料生產(chǎn)的人員5萬多人,累積應(yīng)用面積超過0.1億hm2,主要使用在蔬菜、糧食、甘蔗、果樹、中草藥、茶葉、棉花等作物上。我國(guó)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,微生物肥料已成為生物產(chǎn)業(yè)和生物經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。(2)產(chǎn)品種類眾多。在農(nóng)業(yè)部登記的產(chǎn)品種類有11個(gè),包括固氮菌劑、根瘤菌菌劑、硅酸鹽菌劑、溶磷菌劑、光合細(xì)菌菌劑、有機(jī)物料腐熟劑、復(fù)合菌劑、內(nèi)生菌根菌劑、生物修復(fù)菌劑及復(fù)合微生物肥料和生物有機(jī)肥類產(chǎn)品。從1996年國(guó)家將微生物肥料產(chǎn)品納入登記管理范疇,至今已有1790個(gè)產(chǎn)品取得農(nóng)業(yè)部的登記證,其中有800多個(gè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)為正式登記。(3)生物肥料使用菌種類不斷擴(kuò)大。所使用的菌種早已不限于根瘤菌,即使是根瘤菌種類也達(dá)十幾種,其他還有諸如各種自生、聯(lián)合固氮微生物、纖維素分解菌、乳酸菌,各種抗病類桿菌等菌群。3我國(guó)微生物肥料的發(fā)展縱觀我國(guó)微生物肥料幾十年來的興衰過程,究其原因,其中缺少國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是主要因素之一。雖然1959年由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所提出過“商品菌肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求”,但限于當(dāng)時(shí)條件,這個(gè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不高也不夠全面,再者是學(xué)術(shù)單位提出的規(guī)定,沒有上升到標(biāo)準(zhǔn)層面,缺乏法律性,對(duì)微生物肥料生產(chǎn)很難起到監(jiān)督和制約作用,致使一些質(zhì)量低劣菌肥流入市場(chǎng),盲目應(yīng)用,不僅影響微生物肥料的使用,浪費(fèi)人力、物力,甚至還有可能將某些病原菌作為菌肥生產(chǎn)使用,危害人民健康,污染環(huán)境,造成嚴(yán)重后果。為了使我國(guó)微生物肥料生產(chǎn)走上健康發(fā)展之路,杜絕偽劣產(chǎn)品進(jìn)入農(nóng)田,農(nóng)業(yè)部于1992年開始將微生物肥料標(biāo)準(zhǔn)的制定納入議事日程,1994年5月31日農(nóng)業(yè)部頒布了我國(guó)第一個(gè)微生物肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY227-1994微生物肥料),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,其頒布實(shí)施對(duì)整頓我國(guó)微生物肥料市場(chǎng)、打擊假劣產(chǎn)品,保障微生物肥料健康發(fā)展起到了重要作用。隨著微生物肥料行業(yè)的不斷發(fā)展,并且根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際檢測(cè)結(jié)果,在NY227標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,對(duì)其中的根瘤菌肥料、固氮菌肥料、磷細(xì)菌肥料和硅酸鹽細(xì)菌肥料四部分進(jìn)行了重新修訂,于2000年頒布了4種相應(yīng)的菌劑產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),即《根瘤菌肥料》(NY410-2000)《固氮菌肥料》(NY411-2000)《磷細(xì)菌肥料》(NY412-2000)和《硅酸鹽細(xì)菌肥料》(NY413-2000)。這次修訂的4個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中,主要是根據(jù)廣泛征求意見后得到的反饋,并結(jié)合產(chǎn)品的實(shí)際情況,重點(diǎn)是將產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)———有效活菌含量進(jìn)行了針對(duì)性的調(diào)整,其它的理化指標(biāo)也做了適當(dāng)?shù)男拚?。十一五期間,在農(nóng)業(yè)部和科技部等有關(guān)項(xiàng)目的支持下,經(jīng)過幾年的努力,初步構(gòu)建了具有我國(guó)特色的微生物肥料標(biāo)準(zhǔn)體系。這一標(biāo)準(zhǔn)體系框架由通用標(biāo)準(zhǔn)、使用菌種安全標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程等5個(gè)方面構(gòu)成,現(xiàn)已有19個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施或起草中。在十一五期間,除了繼續(xù)加強(qiáng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定工作外,同時(shí)要做好有關(guān)檢測(cè)新技術(shù)、新方法及使用菌種安全鑒定等方面的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。4我國(guó)生物肥料生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀微生物肥料的功效已得到人們的認(rèn)可,但其效果的穩(wěn)定性和科學(xué)的評(píng)價(jià)問題未根本解決,制約了我國(guó)微生物肥料的進(jìn)一步推廣和普及。造成這種情況的原因是由于微生物肥料的作用受許多條件的制約,對(duì)一些制約因素不清楚或根本不了解,因而無法發(fā)揮其穩(wěn)定的功效。同時(shí),我國(guó)生物肥料的研究開發(fā)模式仍較為傳統(tǒng),以大學(xué)、科研單位作為創(chuàng)新主體完成的技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)無法快速、有效地轉(zhuǎn)化為企業(yè)的產(chǎn)品;我國(guó)現(xiàn)有的生物肥料生產(chǎn)企業(yè)多數(shù)規(guī)模較小,設(shè)備工藝不足,還沒有成為生物肥料的創(chuàng)新主體。國(guó)家雖然在生物肥料方面實(shí)行登記管理制度,但管理力度和有關(guān)政策有待完善;生物肥料的宣傳、生產(chǎn)和銷售還沒有很好地結(jié)合在一起,農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)者對(duì)生物肥料的認(rèn)識(shí)還不夠,其銷售比例在全國(guó)肥料中比重偏低。因此,需要國(guó)家的立項(xiàng)支持,開展微生物和作物及品種之間的關(guān)系、菌在載體上的存活,微生物進(jìn)入土壤后的存活、在根際的定殖,微生物之間的競(jìng)爭(zhēng),以及其應(yīng)用方法等研究,為微生物肥料的研究和應(yīng)用提供技術(shù)支撐,從而推進(jìn)我國(guó)微生物肥料的健康發(fā)展和廣泛應(yīng)用。5以生產(chǎn)發(fā)展生物產(chǎn)業(yè)為抓手,努力提高微生物肥料的使用效益目前,我國(guó)微生物肥料產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模。據(jù)專家測(cè)算,我國(guó)微生物肥料的市場(chǎng)前景極為廣闊。我國(guó)微生物肥年產(chǎn)量只有化肥的0.5%,如果這一比例達(dá)到3%,就能達(dá)到減少50萬t化肥用量、增產(chǎn)糧食100億kg的直觀效果。同時(shí)還能取得減少農(nóng)民投入、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、減少環(huán)境污染等巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。近年來,國(guó)家全方位支持微生物肥料行業(yè)發(fā)展,出臺(tái)了有關(guān)生物產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的相關(guān)政策,2009年國(guó)務(wù)院發(fā)布《促進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策》;2010年國(guó)務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》;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》,指南涉及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)優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)之一。未來的研發(fā)應(yīng)側(cè)重以下幾個(gè)方面。5.1合理利用多種菌種在深入了解有關(guān)微生物特性的基礎(chǔ)上,采用新的技術(shù)手段,根據(jù)用途把幾種所用菌種進(jìn)行恰當(dāng)、巧妙組合,使其某種或幾種性能再提高一步,使復(fù)合或聯(lián)合菌群發(fā)揮互惠、協(xié)同、共生等作用,排除相互拮抗的發(fā)生。5.2通過改善生產(chǎn)條件和提高生產(chǎn)工藝發(fā)酵條件、工藝流程、合適的載體、劑型、粘著劑的發(fā)展,尤其是在產(chǎn)品保質(zhì)期方面需要開展深入的研究。5.3產(chǎn)品穩(wěn)定性低主要有有機(jī)物料腐熟劑(或稱發(fā)酵劑)、根瘤菌劑、生物修復(fù)劑(微生物區(qū)系、解毒、重茬等)、促生菌劑、生物有機(jī)肥等。有機(jī)物料腐熟劑作為接種菌劑可以使堆肥物料快速達(dá)到高溫,控制堆肥過程中臭氣的產(chǎn)生,縮短堆肥腐熟進(jìn)程;可以有效殺滅病原體和降解有機(jī)污染物,提高堆肥質(zhì)量。有機(jī)物料腐熟劑雖然在促進(jìn)農(nóng)作物秸稈和殘茬的物質(zhì)轉(zhuǎn)化腐熟方面以及畜禽糞便除臭腐熟發(fā)揮了非常好的作用,但產(chǎn)品效果的穩(wěn)定性以及菌種組成的合理性方面還需要開展深入的研究工作,需要開發(fā)出效果更穩(wěn)定、針對(duì)性更強(qiáng)的產(chǎn)品應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。根瘤菌劑