微生物肥料在江蘇農業生產中的應用

微生物肥料是環境友好的新鮮肥，與農業的可持續發展密切相關。長期以來,人類的農業生產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現。在生物技術快速發展的21世紀,對動植物資源和微生物資源多學科綜合開發利用的“多元農業”發展趨勢越來越明顯,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、微生物農藥、微生物食品為核心的“綠色農業”將成為未來農業可持續發展的重要方向。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。在農業上應用的微生物菌劑都是按照微生物和基質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年研究者發現豆科植物的根瘤具有固氮功能,并且成功培養根瘤菌。1905年,Noble和Hilter首次將根瘤菌應用于農業生產,開創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林業生產中的研究熱點。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、效果穩定。一些國家使用固氮螺菌后可使作物的產量提高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)、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,對一些優良菌株進行系統研究和開發利用。有些先進國家已將菌根的研究成果應用于農業、林業及園藝的生產上,并且取得一定的經濟效益。目前,許多國家和地區都已有菌根菌制劑生產公司,并且在一定范圍內推廣應用,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,開創了菌根生產技術商業化的例子。把MycoApply牌菌根接種劑用于小麥和亞麻植物上,產量分別增加43%和27%。MycorrhizalLandscapeTM生物菌肥可用于內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,已生產出許多菌根制劑產品,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,菌根真菌對增加農林牧業產量、保持生態平衡、維持農林牧業可持續發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。1999年,在國家發展計劃委員會、科學技術部共同編寫的《當前優先發展的高新技術產業化重點領域指南》一書中,第一次明確將“高效有機肥(微生物肥料)商品化生產工藝與成套設備”列為優先發展的產業。2000年,國家科技部、財政部和國家稅務總局發布《中國高新技術產品目錄2000》,在新型肥料中明確提出生物有機肥的概念。這些政策的發布都極大地促進了我國微生物肥料的研發和利用進程。經過五十多年的研究,我國微生物肥料已從過去單純的根瘤菌制劑發展到細菌肥料、真菌肥料、微生物肥料,直到現在把微生物與有機、無機復混肥結合的復混生物肥料,并且已具備產業化、商品化的條件。目前,國內已有400多家微生物肥料的生產工廠,年產微生物肥料超過300萬t。僅河南省就有微生物肥料生產企業近35家,年產微生物肥料15萬t。2.2.1制作ndf菌肥、nfd菌樹我國的多項研究表明,微生物肥料增產效果一般在5%~20%,不同的作物增產效果差異很大。在我國20多個省(市、區)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,增產率在10%以上,施用硅酸鹽細菌菌劑一般可增產5%~10%。中國林科院研制開發的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業的重要內容江蘇省地處N31°~35°地理區域,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、林業生產發揮各自的作用,為維持生態平衡、保護農業豐產豐收做出貢獻。在《省政府辦公廳轉發省農委關于加快發展生物農業實施意見的通知》中提出的生物農業發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。在生物農業中,優良的微生物資源是該領域科技創新的基礎,也是生產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業的發展。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計劃,加強對它們的管理和保護。筆者認為,生物農業中的一項重點研究內容應放在尋找潛在、有益微生物資源上。只有找到可利用的微生物資源,才能真正實現生物農業的快速發展和作物產量的穩定提高。3玉米激素的產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,把植物和外界基質連接起來,形成一個共生系統,使生物演化的成功。菌根真菌的菌絲為植物的發育提供營養物質。這種共生系統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,縮短營養生長周期,促進生理代謝和礦質元素吸收及維生素和植物激素的產生。另外,許多外生菌根能產生植物激素和生長調節物質,通過合成植物激素調節宿主———真菌雙方如牛肝菌(Boletussp.)和乳牛肝(Suillusgrevillei),能產生玉米素和乙烯,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,減少化肥和農藥使用,大大保證了產品質量。4確定生物肥料開發和使用過程中存在的問題針對農業生產中過量使用化肥導致的土壤理化性質改變以及生物肥料開發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、高水平的研究開發和推廣應用人才隊伍,以加快微生物肥料的研發進度。4.1加大人才培養力度,解決微生物物種和微生物菌物的出現,為現代科技發展提供科技支撐優秀的專業技術人才是科學研究創新的基礎。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、分離培養和菌物分類鑒定的人才遠不能滿足科技發展的需要,因此要制定科技人才培養計劃,加快優秀人才的培養。4.2研究工作的基礎微生物資源的調查和采集是一項長期、艱苦的工作,也是微生物資源發掘和研究的基礎工作。發展生物肥料最需要解決的問題是優質微生物資源的篩選,可按照農林作物、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,并且不斷研發微生物肥料的新劑型。4.3分子構建、基因重組菌株現代科學研究應充分發揮科技的優勢。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工藝的優化,從而研制和生產高效的微生物肥料。4.5提高產品質量,產生效益微生物資源開發的最終目的是促進植物生長,提高產品質量,產生效益。因此,在課題立項時,需加強從微生物資源收集—開發—推廣應用各環節有機銜接,以加快開發進度。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基質可充分利用食用菌栽培廢料、農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利用,既可以節約成本,又可以提高現有資源的利用率,為農業的可持續發展做出貢獻。4.7加強微生物肥料產品檢測技術和標準的研究為了更合理地利用微生物資源,應根據不同生物肥料的使用對象,加強江蘇省微生物肥料產品質量檢測和產品質量標準的相關研究。4.8特定功能菌株微生物菌肥種質資源庫的建立,可以有效保護現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,并且通過規范試驗,確定某種生物肥的標準菌種,為將來菌種的開發利用提供依據。5資源節約、環境穩定,使用高效環保的微生物肥料微生物肥料在作物增產和品質改善方面起重要的作用。據估計,若我國微生物肥料的產量占化肥產量的3%,則糧食產量可增加50億~100億kg。據2009年資料,我國現有微生物肥料的年產量僅300萬t,只占化肥產量的0.5%。可見,微生物肥料的發展具有很大空間。隨著人們環保意識的增強,有機食品生產、資源再生利用與微生物肥料生產相結合已成為現代農業的發展方向。“綠色”農業生產的實現離不開多功能、復合型微生物肥料的使用。這為開發生產高效優質的微生物肥料提供一個良好的發展機遇。微生物肥料的生產受到越來越多的關注,在資源節約和環境友好型社會建設中將發揮重要作用,市場潛力巨大。我國微生物肥料研發與應用時間相對較短,一些產品的開發還是處于實驗室研究階段,部分制劑的應用效果、穩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