推廣使用微生物肥料推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

趙炳華 林偉鵬

(云南省昌寧縣農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣所,云南 昌寧 678100)

1 認(rèn)識(shí)微生物肥料的概念及類型

1.1 微生物肥料的概念

微生物肥料是指含有一定量特定功能的有效活體微生物制品;其通過微生物種群的生命活動(dòng)促使作物得到特定的肥料效應(yīng),是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用肥料的一種,在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中占有越來(lái)越重要的作用與地位。

微生物肥料自身并不是供作物吸收利用的直接性肥料。從微生物肥料的種類及功能來(lái)看,與傳統(tǒng)肥料——化肥和有機(jī)肥有著本質(zhì)的區(qū)別。一方面：純微生物肥料和傳統(tǒng)肥料不同,其本身并不富含可供作物直接吸收利用氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫和微量元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微生物肥料是通過微生物種群的生命活動(dòng),直接或間接的分解、合成能促進(jìn)作物生長(zhǎng)、增強(qiáng)抗逆性、抗病蟲性,改善作物品質(zhì)和提高作物產(chǎn)量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),從而發(fā)揮作用的。并且,施入微生物肥料以后,根際土壤中的特定微生物種群的生命活動(dòng)是否旺盛是其有效性的絕對(duì)依據(jù)。另一方面,從當(dāng)前的研究試驗(yàn)和使用結(jié)果來(lái)看,微生物肥料不能完全取代傳統(tǒng)肥料 (特別是有機(jī)肥料),在同樣的生產(chǎn)目標(biāo)下,微生物肥料的使用,可以不同程度的減少傳統(tǒng)肥料 (主要指化學(xué)肥料)的使用量,而不能完全取而代之。

在農(nóng)業(yè)土壤中,客觀存在著許多的土著微生物,但由于其種群數(shù)量稀疏,種類單一,菌株良莠不齊,有益微生物活動(dòng)微弱,故而所實(shí)現(xiàn)的肥料(促生)效應(yīng)微弱。并且,有許多的土壤中,本身就缺乏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)所需的某種特定微生物種群。所以,有目的的施入微生物肥料,是發(fā)揮微生物集群肥料 (促生)效應(yīng)的必要手段。

1.2 微生物肥料的類型

微生物肥料根據(jù)其微生物種群生命活動(dòng)的特征特性而分為很多種,不同類型的微生物肥料其功效各不相同,每一種肥料都有相對(duì)適應(yīng)的土壤環(huán)境、作物及用途。

1.2.1 按照微生物肥料中特定的微生物種類和作用機(jī)理的不同可分為。細(xì)菌肥料,包括固氮菌肥(自生固氮菌肥、共生固氮菌肥如根瘤菌肥、聯(lián)合固氮菌肥)、解磷菌肥、解鉀菌肥 (硅酸鹽類和非硅酸鹽類)、芽孢桿菌制劑、光合細(xì)菌肥料、纖維素分解菌 (乳酸菌制劑等);真菌肥料,包括菌根真菌肥料、霉菌肥料、酵母肥料及放線菌肥 (抗生肥料)、促生菌劑 (PGPR制劑)、有機(jī)物料腐熟劑、復(fù)合菌劑等。

1.2.2 按照微生物肥料的功能不同可分為兩大類。一是微生物接種劑,是有效微生物活體種群加菌劑載體的劑型。二是復(fù)合微生物肥料,是除了含有一定量的有效活體微生物種群外,還添加有一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),主要又分為微生物和有機(jī)物復(fù)合、微生物和有機(jī)物質(zhì)及無(wú)機(jī)元素復(fù)合等。

1.2.3 當(dāng)前在農(nóng)業(yè)部登記的產(chǎn)品種類。微生物產(chǎn)品種類繁多,現(xiàn)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)部登記的產(chǎn)品主要有如下幾大類：固氮菌劑、硅酸鹽菌劑、溶磷菌劑、光合細(xì)菌劑、有機(jī)物料腐熟劑、復(fù)合菌劑 (E M菌劑)、微生物產(chǎn)氣劑、復(fù)合生物肥和生物有機(jī)肥料產(chǎn)品。

2 我國(guó)當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中的肥料使用狀況

目前,我國(guó)是世界上肥料消費(fèi)量最大的國(guó)家,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,肥料的使用存在著較多的不合理現(xiàn)狀和問題。

第一、浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重,平均利用率不到 30%,遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家 55%的水平。我國(guó)耕地面積約占全世界的 9%,年平均肥料使用量約為 5 000萬(wàn) t(折合純肥量),約占全世界肥料消耗量的 35%。第二、施肥比例不合理,總施肥量中,氮、磷肥料占 90%,鉀肥施用嚴(yán)重不足,施肥不平衡,忽視鉀肥和中、微量元素肥的使用。這是造成肥料綜合利用率低的一個(gè)主要原因。第三、肥料質(zhì)量總體不高,養(yǎng)分平均含量為 27%,肥料種類中以單元素和低濃度肥料為主,復(fù)、混肥配方不夠合理,特別還有一些劣質(zhì)肥料中含有過高的重金屬有害物質(zhì)。第四、資源配置和區(qū)域分布不平衡。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),交通便利的地區(qū)用肥數(shù)量與質(zhì)量高,偏遠(yuǎn)、落后地區(qū)用肥成本高,用肥量超低。第五、肥料在不同作物中分布不均,保護(hù)地及較多的高效作物、經(jīng)濟(jì)作物施肥量超重,嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì),農(nóng)產(chǎn)品中硝酸鹽積累嚴(yán)重的現(xiàn)狀極為普遍。第六、有機(jī)肥、微生物肥開發(fā)利用不足,投入量波動(dòng)性下降,大量畜禽糞便、秸稈等有機(jī)肥源沒有得到合理利用,并造成嚴(yán)重的面源污染。耕地用、養(yǎng)失調(diào),土壤質(zhì)地變壞,肥力下降,水土流失嚴(yán)重,這是肥料利用率極低的又一大主要原因。

3 推廣使用微生物肥料,推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

3.1 使用微生物肥料的優(yōu)越性

3.1.1 使用微生物肥料能改善作物根際小生態(tài)環(huán)境。通過微生物生命活動(dòng)中的合成或分解作用,能改善由于長(zhǎng)期施用化學(xué)肥料帶來(lái)的土壤板結(jié)、理化性差的狀況,使作物根際土壤保墑、保肥,通透性良好,作物根系發(fā)達(dá),耐旱能力增強(qiáng)。并且,由許多有益微生物種群形成的作物根際有益菌優(yōu)勢(shì)群體,能拮抗相對(duì)弱勢(shì)的致病菌種群,消滅或削弱病原菌,從而減輕或避免作物發(fā)病,同時(shí),由于有益微生物分解養(yǎng)分、分泌活性物質(zhì),有助于抗寒等作物抗逆性的提高。

3.1.2 微生物肥料比化肥在提高作物品質(zhì)上更有優(yōu)勢(shì)。許多研究試驗(yàn)結(jié)果證明,微生物肥料具有平衡營(yíng)養(yǎng)供給關(guān)系的作用,對(duì)于提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的效果明顯。合理、正確地施用微生物肥料,可以改善農(nóng)產(chǎn)品的外觀品質(zhì),提高耐貯運(yùn)性能,優(yōu)化風(fēng)味口感,增加干物質(zhì)積累。

3.1.3 制造和協(xié)助作物吸收營(yíng)養(yǎng),增進(jìn)土壤肥力,提高化肥利用率,減少化肥使用量。通過微生物肥料中特定微生物種群的固氮、解磷、解鉀等功能,和微生物對(duì)作物根系的促生作用,可以一方面增進(jìn)吸收,另一方面微生物種群的生命活動(dòng),可以形成大量的腐殖質(zhì),改善土壤理化性,避免化肥在土壤中的大量固定和流失,從而提高肥效。同時(shí),由于微生物的分解、合成 (如固氮等)作用,可以提高原生土壤對(duì)根際的供肥量,減少化肥用量,從而增效節(jié)能。

微生物肥料與化學(xué)肥料相比,生產(chǎn)時(shí)所耗能源少,生產(chǎn)成本低。并且由于微生物肥料的使用,能提高化肥的利用率至少達(dá) 50%以上,就目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥的使用狀況來(lái)看,無(wú)論是微觀農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中生產(chǎn)成本的節(jié)省,還是宏觀的國(guó)家能源節(jié)約方面,這都是一筆驚人的經(jīng)濟(jì)賬。

3.1.4 使用微生物肥料,能促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物 (作物秸稈、畜禽糞便、畜產(chǎn)品下腳料等)和城市垃圾的腐熟和開發(fā)利用;可制成微生物有機(jī)復(fù)、混合肥,實(shí)現(xiàn)廢物利用,供給農(nóng)業(yè)低成本的優(yōu)質(zhì)肥料。

3.1.5 微生物肥料用量少,省工節(jié)時(shí),本身無(wú)毒無(wú)害,沒有環(huán)境污染問題;并能因其促生作用而減少農(nóng)藥用量,簡(jiǎn)化農(nóng)事操作工序。而化學(xué)肥料的使用則造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

通過微生物肥料的分解、合成作用,可以凈化水質(zhì),凈化空氣,凈化土壤;減少空氣中硫化氫、二氧化氮?dú)怏w等有毒物質(zhì)含量,能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖場(chǎng)的除臭效應(yīng),能降解或轉(zhuǎn)化水域和土壤中重金屬粒子及硝酸鹽等其它有害物質(zhì),改變其存在形態(tài);是綠色農(nóng)業(yè) (生態(tài)、有機(jī)農(nóng)業(yè))首選的主要肥源。據(jù)報(bào)道,使用微生物肥料的蔬菜內(nèi)硝酸鹽含量比施用尿素的平均下降約 70%,重金屬類汞下降 30%,鎘下降 80%,鉛下降 10%等,達(dá)到了提高品質(zhì)和食品安全水準(zhǔn),控制污染的目的。

3.2 微生物肥料特定效應(yīng)的作用機(jī)理

3.2.1 固氮機(jī)理：微生物的固氮體系主要有三種形態(tài)和方式。第一、自生固氮,是由一些特殊的自生固氮菌獨(dú)自生活在土壤環(huán)境中,依靠自身的生命活動(dòng),固定空氣中的氮素。第二,共生固氮,是由固氮微生物與其它生物共同生活,并形成共生組織(如大豆的根瘤等)而進(jìn)行固氮。第三、聯(lián)合固氮,是固氮微生物與其他生物共棲,不形成特殊的組織而進(jìn)行固氮。在生產(chǎn)過程中,應(yīng)用最廣的是共生根瘤菌固氮,能使豆科作物增產(chǎn) 12%以上。

3.2.2 解磷作用：在土壤中,具有解磷作用的微生物很多,一類為分解礦質(zhì)土粒中的無(wú)效磷化物,形成可以被作物根系直接吸收利用的有效磷;另一類為能分解土壤中核酸、卵磷脂等有機(jī)磷物質(zhì),供作物直接吸收利用。磷細(xì)菌肥料用于油菜等經(jīng)濟(jì)作物,可增產(chǎn) 15%左右,用于小麥、水稻、玉米可增產(chǎn) 10%左右。

3.2.3 解鉀微生物：分為硅酸鹽類和非硅酸鹽類。土壤中的硅酸鹽細(xì)菌能分解硅酸鹽類原生態(tài)礦物,是主要的解鉀微生物,它主要是硅酸鹽細(xì)菌產(chǎn)生有機(jī)酸、氨基酸的溶解作用和由有機(jī)酸、氨基酸、莢膜多糖的絡(luò)合作用,破壞鉀長(zhǎng)石晶格結(jié)構(gòu),釋放其中的鉀。另外,還有一些非硅酸鹽類的細(xì)菌同樣具有解鉀功能。它們都能使土壤中難溶于水的鉀鹽(無(wú)機(jī)與有機(jī))轉(zhuǎn)化為植物能吸收利用的有效鉀;同時(shí)還能分解土壤和原生態(tài)礦物中難以被植物吸收的無(wú)效磷為有效磷。據(jù)報(bào)道,一些鉀細(xì)菌還具有微弱的固氮能力,且在代謝過程中還產(chǎn)生一定量的赤霉素、細(xì)胞分裂素、吲哚乙酸等生理活性物質(zhì)。鉀細(xì)菌肥料用于稻麥及豆類可增產(chǎn) 10%以上,用于多數(shù)喜鉀作物可增產(chǎn) 30%以上。

3.2.4 放線菌：放線菌是介于細(xì)菌和真菌之間的一類微生物,以 5406放線菌為例,其能分泌 2種以上的抗生素和 4種以上的植物生長(zhǎng)素,具有抗病(抑制或殺滅原菌)和促進(jìn)作物生長(zhǎng)的機(jī)能。放線菌大都好氧,屬化能異養(yǎng);是抗生素的主要生產(chǎn)菌,現(xiàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和分離出的由放線菌產(chǎn)生的抗生素達(dá) 4 000多種,其中已經(jīng)廣泛得到應(yīng)用的如：鏈霉素、紅霉素、氯霉素、井崗霉素、慶大霉素、慶豐霉素等 50多種。多數(shù)放線菌還能產(chǎn)生維生素和多種酶,并能進(jìn)行甾體轉(zhuǎn)化、烴類發(fā)酵和污水處理。當(dāng)然,并不是所有的放線菌都能產(chǎn)生正效應(yīng),其中還有不少放線菌是致病的和對(duì)農(nóng)產(chǎn)品有毒害作用的。

3.2.5 復(fù)聚合 (EM)菌劑：E M菌劑是應(yīng)用有益微生物間交替聯(lián)合作用,將不同種的近百種微生物聚合為一體,從而加以開發(fā)利用。其具有微生物肥料大部分的綜合性功能,適應(yīng)性、適用性廣泛。

3.2.6 其它微生物菌劑的作用機(jī)理。促生菌劑(P G P R菌劑)：包括生存在植物根圈范圍中,對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)或?qū)Σ≡修卓棺饔玫挠幸婕?xì)菌、放線菌和真菌。其能分泌植物促生物質(zhì)如植物激素、維生素、氨基酸、其它活性有機(jī)小分子及衍生物等。能改善植物根際的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境,能對(duì)植物病害的生物有控制作用,能對(duì)環(huán)境污染物有降解作用,能對(duì)豆科等植物根瘤有促生作用等。

菌根真菌：分為內(nèi)生菌根菌和外生菌根菌。菌根是有益真菌感染作物根部之后形成的植物根,其可以有效地促進(jìn)植物對(duì)土壤中移動(dòng)性元素如磷、鋅、銅等的吸收,并以改善植物的磷營(yíng)養(yǎng)作用最突出。

有機(jī)物料腐熟劑：包括芽孢桿菌、高低溫放線菌、植物促生菌等。其菌劑配比針對(duì)性極強(qiáng),腐熟時(shí)間短,能有效殺滅病源、蟲卵、雜草種子和脫水除臭;在腐熟過程中釋放部分速效養(yǎng)分,產(chǎn)生大量氨基酸、有機(jī)酸、維生素、多糖、酶類、植物激素等多種促進(jìn)植物生長(zhǎng)的物質(zhì)。

光合細(xì)菌菌劑：是以光和熱為能源,利用小分子有機(jī)物中的碳源,同化形成其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的一類具有不放氧光合作用功能的細(xì)菌。其在生長(zhǎng)繁殖過程中能快速分解有機(jī)物和吸收水體中的氨態(tài)氮、硫化氫、亞硝酸鹽等有害物質(zhì)。光合細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)豐富、酶系發(fā)達(dá),能降解大量有毒害作用的有機(jī)物質(zhì),具有廣泛的用途。

3.3 微生物肥料使用的技術(shù)要點(diǎn)

3.3.1 在有效期內(nèi)選用質(zhì)量有保證的微生物肥料產(chǎn)品。根據(jù)土壤條件和作物營(yíng)養(yǎng)元素的要求,合理選用微生物肥料產(chǎn)品。并且認(rèn)清肥料的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、審批登記證號(hào)、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期等是否符合質(zhì)量保證要求。

3.3.2 妥善貯存、正確使用。要保證微生物種群在適宜的環(huán)境范圍內(nèi)生長(zhǎng)繁殖,避免陽(yáng)光直曬,防止紫外線殺死肥料中的微生物。貯存和使用適宜溫度范圍多為 15～28℃。

3.3.3 巧妙搭配有機(jī)肥料等肥料共同施用,禁止與土壤殺菌劑混用。微生物肥料與有機(jī)肥混合漚制(控溫),配合使用,更能起相輔相承的增效作用。在施用中,要限制單一配合施用氮肥等肥料,要配合施用復(fù)合肥、微量元素肥、葉面肥,這樣,可以更有效的發(fā)揮綜合效應(yīng),并有效減少硝酸鹽、亞硝酸鹽等有毒害物質(zhì)含量。

3.3.4 合理利用農(nóng)業(yè)技術(shù)措施,改善土壤環(huán)境條件。土壤中有豐富的礦質(zhì)元素和有機(jī)物質(zhì),土質(zhì)疏、松濕潤(rùn)是發(fā)揮微生物效應(yīng)的首選環(huán)境。

3.3.5 嚴(yán)格操作規(guī)程,因地制宜,采取恰當(dāng)?shù)氖┓史椒ā８鞣N微生物肥料在使用中,無(wú)論采用拌種,還是作基肥、追肥施用,都應(yīng)嚴(yán)格參照使用說(shuō)明書的要求操作。

3.3.6 根據(jù)作物的營(yíng)養(yǎng)要求正確施用。微生物肥料是一種輔助為主的肥料,不可完全替代化肥和有機(jī)肥,應(yīng)配合使用,并在生產(chǎn)目標(biāo)范圍內(nèi)盡量減少化肥施用,盡量增加有機(jī)肥用量。

3.3.7 正確認(rèn)識(shí)微生物肥料的功效,避免因使用不當(dāng)而造成微生物肥料效果差的錯(cuò)誤結(jié)論;同時(shí)也杜絕將微生物肥料功效無(wú)限夸大的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。微生物肥料的功效,取絕于所用的土壤環(huán)境、作物種類、特定微生物種群的活力及其作用機(jī)理。

4 未來(lái)微生物肥料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

在微生物肥料開發(fā)利用的領(lǐng)域中,先進(jìn)技術(shù)的使用,正在加速推進(jìn)微生物肥料的研制和開發(fā),具體可表現(xiàn)為：采用現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)一些菌種如硅酸鹽細(xì)菌進(jìn)行誘變和遺傳改造,提高菌種的生產(chǎn)性能和抗逆性能。篩選高固氮、高抗逆、高競(jìng)爭(zhēng)力的根瘤優(yōu)良菌株。發(fā)展應(yīng)用快速檢測(cè)技術(shù)和分子生態(tài)學(xué)技術(shù),使微生物產(chǎn)品的檢測(cè)向快速、準(zhǔn)確方向發(fā)展,并采用這一系列技術(shù)進(jìn)行原位追蹤微生物在土壤中存活、生殖動(dòng)態(tài),探明影響微生物效應(yīng)發(fā)揮的生態(tài)因素等。在產(chǎn)品的劑型上,液體中微生物存活和勻質(zhì)性的技術(shù)有了突破性進(jìn)展,優(yōu)質(zhì)液體劑型產(chǎn)品逐漸推出 (如美國(guó)亞聯(lián)微生物肥料等)。在菌株的篩選和組合上,采用越來(lái)越高、精的技術(shù)手段和方法,將若干種不同功效的菌株有效組合,以達(dá)到復(fù)合或聯(lián)合菌群互惠、協(xié)同、共生作用的目的。并且,光合菌劑、纖維素分解劑 (乳酸菌劑)、E M菌劑、作物秸稈腐熟劑等微生物菌劑正在大量的應(yīng)用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等大農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,微生物菌劑的開發(fā)利用將越來(lái)越走向尖端和寬廣的領(lǐng)域。

目前,國(guó)家有關(guān)微生物肥料的農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定出臺(tái)了 5個(gè),上報(bào)待批準(zhǔn)頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 2個(gè)。這些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施對(duì)規(guī)范市場(chǎng),為企業(yè)生產(chǎn)和質(zhì)量監(jiān)督提供了依據(jù)。國(guó)家對(duì)微生物肥料實(shí)行產(chǎn)品登記證和市場(chǎng)準(zhǔn)入制度,以及質(zhì)量安全的跟蹤監(jiān)督,促進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量安全的提高。并且,國(guó)家的在技術(shù)交流和學(xué)術(shù)探討方面大力支持,各學(xué)科、部門和國(guó)內(nèi)、國(guó)際間的交流增強(qiáng),正在推動(dòng)著微生物肥料這一產(chǎn)業(yè)的健康有序發(fā)展。相信不久的將來(lái),微生物肥料將推動(dòng)農(nóng)業(yè)資源的永續(xù)利用,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)的空前盛況,保護(hù)著農(nóng)業(yè)的安全和人類的健康。