微生物肥料在江蘇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用

微生物肥料在江蘇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用

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。長期以來,人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動以利用動植物資源為主,而對有益微生物資源的利用遠落后于動植物資源。其原因主要是有益微生物的種類多,個體小,不像動植物那樣易被人們所認識和發(fā)現(xiàn)。在生物技術快速發(fā)展的21世紀,對動植物資源和微生物資源多學科綜合開發(fā)利用的“多元農(nóng)業(yè)”發(fā)展趨勢越來越明顯,一些未知的生物資源逐漸被人們所認識和利用。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微生物肥料的分類及應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、肥料效應特定的生物制品。微生物不是嚴格意義上的肥料,而是各種有益生物的總稱,是菌類制劑。在農(nóng)業(yè)上應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,并且對植物有促生、抗逆效果,故稱微生物肥料。按照制品中特定的微生物種類,可分為細菌類肥料(根瘤菌肥、固氮菌肥)、放線菌類肥料(抗生菌肥料)、真菌類肥料(菌根真菌)三大類。目前,我國生產(chǎn)應用的微生物菌肥可分為固氮菌類、解磷菌類、解鉀菌類、光合細菌類、菌根菌類、抗生菌類、復合菌類。應用的劑型有液體菌劑、固體菌劑、粉劑、丸劑、片劑或顆粒劑。植物根際促生細菌(Plantgrowthpromotingrhizobacteria,PGPR)是近年新研制的一類作物秸稈分解制劑,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首次將根瘤菌應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),開創(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微生物肥料研究應用的開始。近十多年來又推廣應用由固氮菌、磷細菌、鉀細菌和有機肥復合制成的生物肥料做基肥施用。目前,生物肥料的應用已成為農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的研究熱點。2.1國外的研究2.1.1根瘤及螺菌種的使用在20世紀20年代,美國、澳大利亞等就開始了根瘤菌接種劑(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,在作物上應用范圍廣泛、效果穩(wěn)定。一些國家使用固氮螺菌后可使作物的產(chǎn)量提高5%~20%。美國、法國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國外菌根菌種的使用進展真菌類生物肥料又被稱為植物共生菌肥、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)過一系列研究后制成的菌劑。近二十多年來,美國、英國、加拿大、俄羅斯(含前蘇聯(lián))、法國、澳大利亞、新西蘭、奧地利、贊比亞、菲律賓和中國等都加強了菌根真菌的研究,美國還專門成立菌根真菌研究所,對一些優(yōu)良菌株進行系統(tǒng)研究和開發(fā)利用。有些先進國家已將菌根的研究成果應用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)及園藝的生產(chǎn)上,并且取得一定的經(jīng)濟效益。目前,許多國家和地區(qū)都已有菌根菌制劑生產(chǎn)公司,并且在一定范圍內(nèi)推廣應用,如美國、歐洲各國、日本、中國臺灣,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、花卉、綠化樹種等。美國、英國等國家重點開發(fā)多種微生物的復合菌根制劑。有些制劑中可含有5~12種菌根菌,如美國生產(chǎn)的BioOrganicsTM和PlantSuccessTMTabs復合菌根菌劑中就分別含有8、12種菌根菌。這些復合菌根制劑能大大提高植物的抗病性和抗逆性。近年來,美國加大了對菌根菌的研究力度,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,開創(chuàng)了菌根生產(chǎn)技術商業(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型植物,用于觀賞樹木、灌木、小樹栽培和大樹移植,大大提高成活率。在馬來西亞和泰國,已生產(chǎn)出許多菌根制劑產(chǎn)品,主要用于植物(棕櫚、果樹、林木)育苗、橡膠、草坪、高爾夫球場、樹木移栽、土壤修復等。作為一種新型的生物肥料,菌根真菌對增加農(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)展以及保護生物多樣性具有不可替代的作用。2.2“生物有機肥微生物肥料我國政府歷來注重微生物肥料的研究和開發(fā)。1999年,在國家發(fā)展計劃委員會、科學技術部共同編寫的《當前優(yōu)先發(fā)展的高新技術產(chǎn)業(yè)化重點領域指南》一書中,第一次明確將“高效有機肥(微生物肥料)商品化生產(chǎn)工藝與成套設備”列為優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。2000年,國家科技部、財政部和國家稅務總局發(fā)布《中國高新技術產(chǎn)品目錄2000》,在新型肥料中明確提出生物有機肥的概念。這些政策的發(fā)布都極大地促進了我國微生物肥料的研發(fā)和利用進程。經(jīng)過五十多年的研究,我國微生物肥料已從過去單純的根瘤菌制劑發(fā)展到細菌肥料、真菌肥料、微生物肥料,直到現(xiàn)在把微生物與有機、無機復混肥結(jié)合的復混生物肥料,并且已具備產(chǎn)業(yè)化、商品化的條件。目前,國內(nèi)已有400多家微生物肥料的生產(chǎn)工廠,年產(chǎn)微生物肥料超過300萬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t。2.2.1制作ndf菌肥、nfd菌樹我國的多項研究表明,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20多個省(市、區(qū))的30多種作物上,禾谷類作物應用的微生物肥料最多,其次是油料和纖維類,應用較少的是煙草、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、固氮菌和復合菌肥,增產(chǎn)率在10%以上,施用硅酸鹽細菌菌劑一般可增產(chǎn)5%~10%。中國林科院研制開發(fā)的Pt菌根菌劑可增加松苗高生長18.1%~131.0%,地徑增加24.1%~91.8%,造林成活增長達16.9%,從而可以解決松樹因缺少外生菌根成活率低、生長差、造林不見林的難題。在遼寧西部干旱沙地利用血紅鉚釘菇(Comphidiusrutulus)對油松種子進行包衣直播,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,微生物資源種類非常豐富,主要包括真菌、細菌、放線菌和病毒,而真菌類群又分為共生菌類(菌根菌類)、生防菌類、能源菌類、產(chǎn)酶菌類、色素菌類以及提高土壤利用率的其他微生物類群。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、保護農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)豐收做出貢獻。在《省政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)省農(nóng)委關于加快發(fā)展生物農(nóng)業(yè)實施意見的通知》中提出的生物農(nóng)業(yè)發(fā)展方向和研究重點中,幾乎所有的領域都涉及微生物資源的利用問題,特別是一些有益的真菌和細菌。在生物農(nóng)業(yè)中,優(yōu)良的微生物資源是該領域科技創(chuàng)新的基礎,也是生產(chǎn)有機食品的安全基礎。一種好的微生物資源可以帶動一個生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。微生物是可再生資源,可不斷地加以利用,但要制定科學的微生物資源收集和開發(fā)計劃,加強對它們的管理和保護。筆者認為,生物農(nóng)業(yè)中的一項重點研究內(nèi)容應放在尋找潛在、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)生及對真菌生長的影響微生物制劑的共性在于不同的菌類侵入植物后,把植物和外界基質(zhì)連接起來,形成一個共生系統(tǒng),使生物演化的成功。菌根真菌的菌絲為植物的發(fā)育提供營養(yǎng)物質(zhì)。這種共生系統(tǒng)已達到高度和諧與平衡。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細胞分裂分化和幼苗生長,縮短營養(yǎng)生長周期,促進生理代謝和礦質(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)生植物激素和生長調(diào)節(jié)物質(zhì),通過合成植物激素調(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植株的生長,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確定生物肥料開發(fā)和使用過程中存在的問題針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量使用化肥導致的土壤理化性質(zhì)改變以及生物肥料開發(fā)和使用過程中存在的其他問題,需要建立由不同學科組成的、高水平的研究開發(fā)和推廣應用人才隊伍,以加快微生物肥料的研發(fā)進度。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)秀的專業(yè)技術人才是科學研究創(chuàng)新的基礎。生物肥料所涉及的主要微生物是真菌和細菌,但是目前江蘇省從事微生物采集、分離培養(yǎng)和菌物分類鑒定的人才遠不能滿足科技發(fā)展的需要,因此要制定科技人才培養(yǎng)計劃,加快優(yōu)秀人才的培養(yǎng)。4.2研究工作的基礎微生物資源的調(diào)查和采集是一項長期、艱苦的工作,也是微生物資源發(fā)掘和研究的基礎工作。發(fā)展生物肥料最需要解決的問題是優(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群有計劃地進行收集,從而加強微生物肥料應用基礎研究,并且不斷研發(fā)微生物肥料的新劑型。4.3分子構建、基因重組菌株現(xiàn)代科學研究應充分發(fā)揮科技的優(yōu)勢。當前,分子生物學技術的滲透使得分子構建、基因重組新菌株成為可能。在微生物資源篩選和利用過程中,通過DNA重組技術,可以加強有益微生物的基因工程菌研究,進而選擇高效菌種。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,可以大力開展單一微生物菌肥制劑和多種微生物組成的復合制劑研究,同時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發(fā)的最終目的是促進植物生長,提高產(chǎn)品質(zhì)量,產(chǎn)生效益。因此,在課題立項時,需加強從微生物資源收集—開發(fā)—推廣應用各環(huán)節(jié)有機銜接,以加快開發(fā)進度。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。4.7加強微生物肥料產(chǎn)品檢測技術和標準的研究為了更合理地利用微生物資源,應根據(jù)不同生物肥料的使用對象,加強江蘇省微生物肥料產(chǎn)品質(zhì)量檢測和產(chǎn)品質(zhì)量標準的相關研究。4.8特定功能菌株微生物菌肥種質(zhì)資源庫的建立,可以有效保護現(xiàn)有的有益微生物資源,為今后開展微生物相關研究提供物質(zhì)基礎。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、解鉀和促進植物生長等,都可作為一種特定的菌種資源進行保存和保護。政府應建立專門機構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,并且通過規(guī)范試驗,確定某種生物肥的標準菌種,為將來菌種的開發(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,若我國微生物肥料的產(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,我國現(xiàn)有微生物肥料的年產(chǎn)量僅300萬t,只占化肥產(chǎn)量的0.5%。可見,微生物肥料的發(fā)展具有很大空間。隨著人們環(huán)保意識的增強,有機食品生產(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)的實現(xiàn)離不開多功能、復合型微生物肥料的使用。這為開發(fā)生產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)的微生物肥料提供一個良好的發(fā)展機遇。微生物肥料的生產(chǎn)受到越來越多的關注,在資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會建設中將發(fā)揮重要作用,市場潛力巨大。我國微生物肥料研發(fā)與應用時間相對較短,一些產(chǎn)品的開發(fā)還是處于實驗室研究階段,部分制劑的應用效果、穩(wěn)定性還難以達到大面積推廣應用的要求,仍需進一步完善。今后,要重點加強微生物菌種的篩選與選育、微生物復合制劑的應用以及微生物菌種與化肥和有機肥的復配技術等研究,使得微生物肥料在我國的