微生物農業在現代農業中的應用

現代農業是指以現代工業力量為裝備、以現代科學技術為骨干的農業。這是比傳統農業更先進的農業發展形式。目前,我國正處于從傳統農業向現代農業加速轉變的時期,各種先進的裝備、技術、管理理念和經營方式逐漸應用到農業生產當中,使我國農業呈現出持續穩定發展的好勢頭。在當前農業生產中,機械、化肥、農藥及除草劑等的大量使用,雖然極大地提高了土地生產率和勞動生產率,但同時也帶來如環境污染、耕地退化、土壤板結、作物病蟲害加重、生態條件惡化及產品質量下降等一系列不良的后果,致使農業和社會的持續發展陷入困境。針對這一弊端,一直存在于環境中,個體微小卻在物質循環、營養轉化及能量流動中起到重要作用的微生物,隨著“白色農業”概念的提出,在現代科技的推動下,在農業生態系統中從被動和隱性變為主動和顯性,以新的形式開始逐步進入現代農業的生產中。目前,微生物進入農業的領域主要是農業生產、農產品加工、農業廢棄物處理、農業環境保護及農業生物技術,以微生物肥料、微生物農藥、微生物飼料、微生物食品和微生物能源等為代表的新型農業生產技術的研究和開發利用取得了長足發展。1復合類菌肥的作用微生物肥料是指由有效菌類與吸附材料混合在一起經過人工培制而成的,施用后利用微生物的生命活動使作物得到特定肥效的生物制劑,也稱為菌肥。按照微生物種類可分為細菌肥和真菌肥;按照劑型可分為液體和固體;按照內含物可分為單菌株制劑、多菌株制劑和微生物加增效物。比較常見的是固氮類菌肥、磷解類菌肥、鉀解類菌肥、復合類菌肥和微生物生長調節劑等。微生物肥料主要作用機理:一是提高土壤肥力。固氮類菌肥通過生物固氮作用,在固氮酶的催化作用下,將空氣中游離的分子態氮轉化固定成為植物可利用的化合態氮素,增加土壤中的氮素來源。磷解類和鉀解類等菌肥可分泌多種有機酸,通過螯合作用促使難溶性磷及封閉態鉀等的釋放,轉化成易溶性的礦質化合物,使環境中的營養充足,幫助植物對這些礦質元素吸收。復合類菌肥中含有兩種或兩種以上的微生物,并可添加有機肥、無機肥和微量元素等其它物質,按照作物需求科學配比,達到供肥均衡和肥效持久的目的。二是調節植物生長。微生物生長調節劑主要是一些微生物產生如生長素、吲哚乙酸和赤霉素等激素類物質以及多種維生素和氨基酸等,這類微生物肥料在施用后,能夠刺激和調節作物生長,起到單施化肥所達不到的促進植物生長代謝的作用。三是增強植物抗性。微生物菌肥中含有多種非病原微生物菌群,在微生物的生長繁殖過程中,能分泌多種抗生素、殺蟲物質及植物生長激素,并可誘導植物產生過氧化物酶、多酚氧化酶及苯甲氨酸解氨酶等參與植物防御反應,抑制植物病原微生物的活動,提高作物的抗逆性,減少病蟲害發生。微生物肥料不僅使作物產量增加,更能達到農產品品質的改善、提高化肥利用率、改良或修復土壤、降低病蟲害的發生及保護農田生態環境等多方面功效。在當前倡導生態農業、綠色農業和有機農業的時代,微生物肥料的開發、生產及應用力度在逐步加大,也將進一步在農業生產中發揮其應有的經濟價值和生態價值。2微生物制劑微生物農藥是利用微生物或其代謝物來防治農業有害物質的生物制劑。按作用物分為真菌農藥、細菌農藥、病毒農藥和抗菌素農藥等,按用途分為殺蟲劑、殺菌劑和除草劑等。微生物殺蟲劑是目前應用最多的生物農藥,占整個生物防治劑的90%以上,包括細菌殺蟲劑、真菌殺蟲劑和病毒殺蟲劑等。細菌殺蟲劑中Bt(蘇云金芽孢桿菌)殺蟲劑是研究最深入和應用最廣泛的,它能防除糧、棉、茶及果等150多種鱗翅目害蟲,藥效比化學農藥提高55%。作用機理是胃毒作用,昆蟲攝入病原細菌制劑后全身中毒死亡。真菌殺蟲劑利用白僵菌和黃僵菌等真菌,通過接觸蟲體后侵入并寄生繁殖達到殺蟲作用。病毒殺蟲劑主要利用昆蟲桿狀病毒感染蟲體,并通過傳播使群體持續感病死亡。微生物殺菌劑包括農用抗生素、細菌殺菌劑和真菌殺菌劑等。農用抗生素由多種微生物特別是放線菌所產生,可抑制有害微生物生長,如防治水稻紋枯病的井崗霉素等,有些抗生素除了防治病害外,還有促進植物生長作用。細菌和真菌利用對不同植物病原菌的特異性選擇,通過抑制病原菌能量產生、干擾生物合成和破壞細胞結構,達到殺菌的目的。微生物除草劑是用雜草菌素和細交鏈孢霉素等雜草病原微生物制成的制劑,通過大面積噴灑,抑制雜草的正常生理代謝實現殺滅目的。相比較化學農藥,微生物農藥具有選擇性強,對人、畜、農作物和自然環境安全,不傷害天敵,不易產生抗性,維護生態平衡等特點,將為農產品優質安全生產和降低有毒物質殘留量提供技術和物質保障。隨著人們對環境保護越來越高的要求,微生物農藥是今后農藥的發展方向之一。3微生物菌的種類微生物飼料是指含微生物菌體或代謝產物的飼料和飼料添加劑。利用微生物在飼料原料中的生長繁殖和新陳代謝,積累有用的菌體、酶制劑、維生素、抗菌素和中間代謝產物,將飼料原料轉化為微生物菌體蛋白、生物活性小肽類氨基酸、微生物活性益生菌及復合酶制劑為一體的生物發酵飼料。微生物飼料不但可以彌補常規飼料中容易缺乏的氨基酸,而且能使其它粗飼料原料營養成份迅速轉化,達到增強消化吸收利用效果。能夠用于微生物飼料的生產及調制的微生物,主要有細菌、酵母菌、擔子菌及部分單細胞藻類微生物等。主要產品為單細胞蛋白(SCP)、發酵飼料、微生物添加劑及酶制劑等。主要由微型藻類及一些富含蛋白質的微生物產生的菌體單細胞蛋白(SCP),如飼料酵母、菌體蛋白及食用菌菌絲等,不但蛋白質含量豐富,而且還含有脂肪、糖、核酸、維生素和無機元素,營養價值很高。生產發酵飼料的菌種有纖維素分解菌、霉菌及酵母菌等,利用微生物的發酵作用來改變秸稈及餅粕等飼料原料的理化性能,將一些不易消化吸收的成分轉化為蛋白質、氨基酸、維生素及有機酸等可給態,提高營養價值和適口性,提高消化吸收率,延長貯存期限,常見的有青貯飼料、發酵粗飼料、畜禽糞便與動物下腳料發酵飼料及脫毒餅粕類飼料等。微生物飼料添加劑主要由芽孢桿菌屬、乳酸菌屬、酵母、雙歧桿菌屬及部分霉菌等菌種產生,其在動物體內的作用主要抑制和阻止腸內有害菌的繁殖,激發動物自身有益菌種繁殖增長,實現微生態平衡,提高飼料轉化率,免疫刺激等。用細菌和霉菌發酵生產的淀粉酶、纖維素酶和蛋白酶等酶制劑,參與生物體內各種反應,提高酶促反應的速度,增強動物對飼料的消化和利用,并改善動物體內的代謝效能。利用微生物加工和調制飼料具有物理和化學方法所不可替代的優勢,其原料來源廣泛,投資少效能高,代謝旺盛,產出率高,不受生產產地和氣候條件所限制,可以保護環境。在當前常規飼料生產成本居高不下的環境下,發展微生物飼料的潛力十分巨大,對促進畜牧產業的良性發展起到了非常關鍵的作用。4食用菌資源豐富微生物食品比較常見的有食用菌、微生態食品和微型藻食品等。其中,食用菌屬于真菌,素有“植物肉之稱”,是21世紀八大營養保健食品之一,目前我國已知的食用菌有350多種,多數如香菇、草菇及木耳等屬擔子菌亞門,少數如羊肚菌等屬于子囊菌亞門,分別生長在不同的地區和不同的生態環境中。食用菌含有豐富的蛋白質和多糖,具有較高的營養和食療價值。隨著現代生物技術的發展和應用,人工培養栽培種的菌絲通過全天候的集約化經營和工廠化的生產,加快了食用菌的繁殖速度,提高了產量,滿足了人們的需求。酸奶及紅茶菌等微生態食品含有豐富的乳酸菌及酵母菌等活菌,這些活菌產生對人體有益菌生長的代謝產物和能促進有益生長的促進因子,成為人們喜歡的食品。螺旋藻是典型的微型藻食品,屬于藍藻門,別名藍細菌,含有豐富的蛋白質、維生素和礦物質等多種營養成分,以光合作用獲取高蛋白質產物這一代謝途徑將顯示出它獨特的功能和巨大的生命力,目前人們對螺旋藻正在進行全方位的開發研究。微生物食品不僅能提供蛋白質、脂肪、碳水化合物和維生素等生理活性物質,而且具備生理保健功能,參與機體調節,改善體內微環境。由于現代微生物技術使人們可以不受土地、季節和氣候限制,短期內在工廠里生產出天然、營養和保健的微生物食品,在單純動植物源食品不能滿足人們營養需求的情況下,發展微生物食品擁有巨大潛力。5發酵的三階段和方法目前,微生物在農業能源領域上應用主要以沼氣為主。沼氣可以利用農用廢棄物或家畜糞便在一定溫度、濕度、酸度及厭氧條件下,經過多種沼氣微生物發酵作用產生的可燃性混合氣體,其主要成分是甲烷。沼氣可用于照明、炊事及生產供能等。沼氣微生物主要包括發酵性細菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷菌等幾大類群,發酵主要經過三個階段:第一階段是液化階段,發酵性細菌群先把碳水化合物、蛋白質和脂肪等復雜的有機物水解成簡單的物質,然后把水解產物進一步發酵,生成結構簡單的有機酸、醇、二氧化碳及氨等。第二階段是產酸階段,產氫產乙酸細菌將第一階段所產生的除甲酸、乙酸和甲醇外的有機酸和醇類,進一步分解成乙酸、氫及二氧化碳等。第三階段是產甲烷階段,產甲烷菌將前兩個階段發酵產生的乙酸、二氧化碳、一碳化合物和甲酸、甲醇等為底物,代謝生成甲烷和二氧化碳,完成沼氣發酵。沼氣是可再生的清潔能源,既可替代秸稈、薪柴等傳統生物質能源,也可替代煤炭等商品能源,而且能源效率明顯要更高。發展沼氣在我國農村不僅是一項能源建設,而且是一項有效的環保和生態建設,優化廣大農村地區能源消費結構,是中國能源戰略的重要組成部分。6農業廢棄物低能耗、低能耗、新能源生產和生態環境保護方面,實現有機廢棄物的回收利用,提高有機廢棄物的利用率,加速農業產業化轉型升級,實