微生物肥料完全替代化肥的創(chuàng)新實(shí)踐與體會(huì)

【摘 要】本文主要介紹了作者帶領(lǐng)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在微生物肥料創(chuàng)新與應(yīng)用方面的成果。通過從土壤中發(fā)現(xiàn)天然固氮細(xì)菌、解磷菌、解鉀菌和拮抗菌，經(jīng)過誘變改良和細(xì)胞融合過程，創(chuàng)造了同屬解淀粉芽孢桿菌的超高效固氮菌、解磷菌、解鉀菌和拮抗菌菌群，開發(fā)生產(chǎn)了在大棚蔬菜上可完全替代化肥的“豐田寶”微生物肥料；并結(jié)合自己的在此領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)踐，對(duì)我國(guó)微生物肥料的發(fā)展方向和存在的問題等提出了建議。

【關(guān)鍵詞】微生物 肥料 創(chuàng)新 實(shí)踐

1 引言

盡管化肥工業(yè)從萌芽期到鼎盛期再到目前的質(zhì)疑期已有140多年歷史了，但化肥在主要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中仍是主導(dǎo)農(nóng)業(yè)投入品?；仡櫟诙问澜绱髴?zhàn)結(jié)束后，為了適應(yīng)世界人口的迅速增長(zhǎng)，增施化肥成為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的有力措施；我國(guó)從20世紀(jì)50年代以來化肥工業(yè)迅猛發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也隨著化肥使用量的增加而不斷發(fā)展，尤其改革開放以來國(guó)家加大科技投入和推行系列惠農(nóng)政策，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)獲得快速發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)量也由極度缺乏變?yōu)樽越o有余。但是，因長(zhǎng)期大量使用化肥，其不良后果也陸續(xù)表現(xiàn)出來：

（1）農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量不是隨化肥施用量的增加而提高；（2）農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)下降；（3）土壤結(jié)構(gòu)惡化；（4）地表水水體富營(yíng)養(yǎng)化和地下水含氨量增加；（5）地下水污染形勢(shì)嚴(yán)峻，其中農(nóng)業(yè)投入品過量使用所帶來的“三氨”、硫酸鹽、氟化物和氯化物等指標(biāo)超標(biāo)并成為主要污染源之一。

隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，綠色食品、飲用水安全和生態(tài)農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，為克服大量施用化肥帶來的不良后果，土地資源豐富的發(fā)達(dá)國(guó)家多采用休耕和種植綠肥的種植模式，來減少化肥的用量；近幾年來，我國(guó)在農(nóng)業(yè)上推行了減少化肥用量，增加有機(jī)肥料和生物肥料用量的多種措施；目前又提出到2020年化肥和農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)的目標(biāo)?？梢?，發(fā)展微生物肥料和多種環(huán)境友好肥料、減少化肥施用量、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，是推動(dòng)現(xiàn)代可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展和保障安全農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的必然趨勢(shì)[1]。

2 微生物肥料的創(chuàng)新實(shí)踐

2.1 超級(jí)固氮菌的發(fā)現(xiàn)

化肥減量施用的核心問題是減少氮素的用量，目前國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)化的生物肥料中的尚缺乏高效的固氮菌?！柏S田寶”微生物肥料中的固氮菌是我們參加國(guó)家“十一五”和“十二五”科技支撐計(jì)劃，在克服蔬菜連作障礙的土壤中發(fā)現(xiàn)的一株具有較強(qiáng)固氮功能的芽孢桿菌，又經(jīng)過多年的菌種創(chuàng)新改良，獲得了超高效固氮菌菌群（專利申請(qǐng)?zhí)枺?0140798221.8），這為創(chuàng)造完全替代化肥微生物肥料掌握了核心技術(shù)。

2.2 功能微生物菌群的創(chuàng)造

為滿足作物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)的需求和簡(jiǎn)化發(fā)酵工藝，以穩(wěn)定性強(qiáng)且對(duì)病原菌有拮抗作用的芽孢桿菌為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)行功能改造，構(gòu)建了解磷和解鉀菌，形成了同類菌種發(fā)酵條件一致的，具有固氮、解磷、解鉀和對(duì)病原菌有拮抗功能的4大類21種微生物菌群。

2.3 該復(fù)合微生物菌群功能

實(shí)踐證明該菌群可根據(jù)各種農(nóng)作物對(duì)氮、磷、鉀等養(yǎng)分需求，通過超高效固氮菌從大氣中獲得氮素；從添加的礦質(zhì)磷和鉀，以及土壤中富含的礦物質(zhì)中解離出速效的磷和鉀化合物；以腐殖酸為載體，既可為微生物菌群提供能源，還可為農(nóng)作物提供大量微量元素。開發(fā)生產(chǎn)的“豐田寶”微生物肥料不僅滿足農(nóng)作物全生長(zhǎng)季節(jié)的全營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，同時(shí)該菌群還具有提高作物抗病性、增產(chǎn)、改善產(chǎn)品品質(zhì)和改良土壤生態(tài)環(huán)境的功效。目前，農(nóng)民更喜歡將該肥料稱之為“生物智能肥”[2]。

2.4 “豐田寶”微生物肥料的特點(diǎn)

（1）提高農(nóng)作物產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量；（2）改良土壤，促進(jìn)根系生長(zhǎng)；（3）施肥簡(jiǎn)便，在種植或移栽時(shí)，將根系或種子直接植入該肥料中即可；（4）肥效持久，一次施肥，滿足全生長(zhǎng)期肥力；（5）成本低，生長(zhǎng)期不再補(bǔ)充施肥；（6）增強(qiáng)作物抗逆能力，減輕病害發(fā)生程度；（7）改善土壤生態(tài)系統(tǒng)，環(huán)境友好。

2.5 “豐田寶”微生物肥料的適用范圍

“豐田寶”微生物肥料最適于大棚和拱棚種植的各種蔬菜、草莓、馬鈴薯和水果等，廣泛適用于水澆條件較好的姜、蔬菜、瓜果、果樹、中草藥及多種農(nóng)作物，也適合藕和水稻等水田，還適合以化肥減量、改良土壤和提高品質(zhì)為目標(biāo)的各種農(nóng)作物。2011～2016年在山東省壽光市、泰安市岱岳區(qū)、淄博市臨淄區(qū)、沂南縣、莘縣等主要大棚蔬菜生產(chǎn)基地示范推廣，在番茄、黃瓜、西葫蘆、辣椒、茄子和蕓豆移栽或種植時(shí)一次性施入“豐田寶”微生物肥料，整個(gè)生長(zhǎng)期不再追施其他肥料，其產(chǎn)量較常規(guī)使用化肥+有機(jī)肥+沖施肥+葉面肥的地塊增產(chǎn)10～30%，連作種植的根病發(fā)生率降低57.9%～82.6%，產(chǎn)品質(zhì)量和外觀均有顯著提高，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益大。同時(shí)，在大姜、蔥、沾化冬棗、大櫻桃、中草藥瑪卡、山藥和優(yōu)質(zhì)水稻等作物推廣均獲得成功。目前，江蘇、浙江、海南、四川、遼寧、河北、山西、云南和貴州等省的生態(tài)農(nóng)業(yè)示范區(qū)又相繼開展試驗(yàn)示范。

2.6 “豐田寶”微生物肥料的施用方法

在作物種植或移栽時(shí)穴施，對(duì)發(fā)芽和生根無任何不利影響，靠近根部越近越有利于養(yǎng)分供應(yīng)。一次性施肥可滿足生長(zhǎng)期的氮磷鉀需求，不必再?zèng)_施或噴施其他肥料。“豐田寶”在各種蔬菜、果樹和多種經(jīng)濟(jì)作物的用量，按照預(yù)期收獲產(chǎn)品產(chǎn)量（鮮重）的10%計(jì)算，即每畝預(yù)期收獲番茄10000公斤，需使用“豐田寶”微生物肥料1000公斤；每畝預(yù)期收獲辣椒4000公斤，需使用“豐田寶”微生物肥料400公斤；每畝預(yù)期收獲蘋果3000公斤，需使用“豐田寶”微生物肥料300公斤。

2.7 “豐田寶”微生物肥料施用注意事項(xiàng)

在使用中還應(yīng)注意如下：

（1）“豐田寶”微生物肥料的推薦施用量是按照常規(guī)栽培下預(yù)期收獲產(chǎn)品產(chǎn)量10%計(jì)算用量，增加豐田寶的用量可大幅度提高產(chǎn)量。（2）施用“豐田寶”微生物肥料的地塊，應(yīng)經(jīng)常澆水保持土壤濕潤(rùn)，以有利于發(fā)揮微生物肥料的肥效。（3）特殊作物需要控制其生長(zhǎng)時(shí)，可適當(dāng)控水；起高壟種植的作物，應(yīng)在壟間筑小壩擋水，不易澆滑水[3]。

3 我國(guó)微生物肥料發(fā)展中存在的主要問題

3.1 菌種的作用功能不明確

我國(guó)現(xiàn)已生產(chǎn)的微生物肥料的種類較多，按其產(chǎn)品中微生物種類可分為細(xì)菌類如根瘤菌、固氮菌屬、氮單孢菌屬、芽孢菌屬等；放線菌類如抗生菌屬；真菌類如菌根真菌和毛殼菌屬。其定義功能主要為固氮、解磷、解鉀和活土等，其菌肥內(nèi)可含一種或多種微生物種類。但是，國(guó)內(nèi)外已知能夠替代化肥的微生物肥料極少，多數(shù)菌的功能是分解載體或土壤中的大分子物質(zhì)，起到減少部分化肥用量的作用。

3.2 發(fā)酵工藝粗放

因多數(shù)生產(chǎn)微生物肥料的企業(yè)規(guī)模較小，專業(yè)人才缺乏，大多采用簡(jiǎn)易發(fā)酵裝置進(jìn)行菌液生產(chǎn)，不像醫(yī)用抗生素生產(chǎn)企業(yè)那樣有先進(jìn)的生產(chǎn)裝置和嚴(yán)格的質(zhì)量控制規(guī)程。因發(fā)酵液中微生物的種類復(fù)雜，各自所需要的發(fā)酵條件不同，不同類型的菌種間易相互干擾或相互抑制，使原菌的活性功能退化較快。

3.3 菌肥配方較混亂

微生物肥料中的載體，其功能應(yīng)有明確的目標(biāo)性，如為微生物提供能源、補(bǔ)充特定元素、增加有機(jī)質(zhì)、或在造粒中起粘結(jié)作用的粘結(jié)劑等。但不少微生物肥料的產(chǎn)品加工配方成分的添加隨意性較強(qiáng)，為提高效果摻入少量化肥的較多，以產(chǎn)品銷售價(jià)格決定配方中的成分；更有甚者個(gè)別產(chǎn)品中還混入工業(yè)固體廢棄物或垃圾。因此，此類配方混亂的肥料在使用中出現(xiàn)燒根和燒苗等肥害的不良事件時(shí)有發(fā)生。

3.4 施用方法不當(dāng)

在理論上因微生物肥料和載體都是天然成分，無論采用任何使用方法對(duì)作物都是安全的，并以直接接觸根系的肥效更易發(fā)揮。但是，目前生產(chǎn)生大多數(shù)生物肥或生物有機(jī)肥推廣撒施混土或做底肥的產(chǎn)品較多，推廣集中施在播種穴或播種溝的極少見，其實(shí)這種根區(qū)集中施用法才是檢驗(yàn)微生物肥料配方質(zhì)量和使用科學(xué)性的試金石。

4 本人對(duì)我國(guó)微生物肥料健康發(fā)展的意見

4.1 應(yīng)大力保護(hù)功能微生物資源

能否推動(dòng)微生物肥料健康和持續(xù)發(fā)展的核心問題是功能菌種資源的開發(fā)、定性、保護(hù)與創(chuàng)新，目前國(guó)內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)的可作為微生物肥料開發(fā)且價(jià)值較大的功能菌種較少，未來國(guó)內(nèi)外和企業(yè)間在此領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)主要是高效或超高效功能菌專利技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)家和有關(guān)部門應(yīng)及早開展的功能菌種的發(fā)掘、資源保護(hù)、開發(fā)和專利保護(hù)，扶持企業(yè)和科研單位對(duì)現(xiàn)有高效功能菌種加以科學(xué)保護(hù)和有效利用。

4.2 加強(qiáng)研發(fā)力量和提高創(chuàng)新能力

目前我國(guó)微生物肥料的生產(chǎn)企業(yè)較多，建設(shè)的生產(chǎn)規(guī)模很大，產(chǎn)品琳瑯滿目一片繁榮景象，實(shí)際上其潛的風(fēng)險(xiǎn)很大。因缺乏優(yōu)良的菌種資源、專業(yè)技術(shù)人才和創(chuàng)新能力，產(chǎn)品信譽(yù)不高，投資難以回收。因此，企業(yè)應(yīng)重視本領(lǐng)域?qū)I(yè)人才隊(duì)伍的建設(shè)，不斷提高研發(fā)和創(chuàng)新能力，優(yōu)選功能菌種和提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低投資和生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 扶持建設(shè)大型微生物發(fā)酵基地

我國(guó)微生物肥料的發(fā)展應(yīng)借鑒抗生素和其他生物產(chǎn)品發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)家和各級(jí)政府應(yīng)大力扶持在本領(lǐng)域有知識(shí)產(chǎn)權(quán)和創(chuàng)新能力強(qiáng)的企業(yè)建設(shè)發(fā)酵基地，確保菌種純度和不斷復(fù)壯，提高菌液的發(fā)酵效率，降低發(fā)酵中雜菌的污染和菌種退化。以發(fā)酵企業(yè)為聯(lián)盟的核心，為其他聯(lián)盟的肥料加工企業(yè)提供菌液，確保肥料產(chǎn)品中菌種的純度和功能不退化，實(shí)現(xiàn)資源和利益共享。

4.4 重視商品肥料配方和施用技術(shù)研究

微生物商品肥料的配方應(yīng)體現(xiàn)三大功能：

（1）為微生物提供碳源和微量元素，而且要維持其生命周期內(nèi)能源供應(yīng)不斷；（2）為優(yōu)化或改善土壤和作物需要提供目標(biāo)物質(zhì)，如有機(jī)質(zhì)、特定營(yíng)養(yǎng)元素等；（3）天然塑化劑，如造粒用的黏土等。在使用方法上要通過各種條件試驗(yàn)，明確其適合的作物、用量、施用方法、土壤濕度、灌溉要求和栽培方式等配套措施。

4.5 示范區(qū)建設(shè)與推廣模式

各種類型的微生物肥料應(yīng)有自身獨(dú)特的功能特點(diǎn)，不應(yīng)籠統(tǒng)的把微生物肥料的功能概念性的定位為活土和改良土壤。其應(yīng)用效果要有科學(xué)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，并通過示范樣板田供展示和觀摩。其推廣模式以示范帶動(dòng)、經(jīng)驗(yàn)交流、專家指導(dǎo)和技術(shù)服務(wù)相結(jié)合更為有效。靠廣告和概念誘導(dǎo)的營(yíng)銷模式不能支撐企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4.6 商品肥料肥效科學(xué)評(píng)價(jià)體系建設(shè)與監(jiān)管

微生物肥料的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)包括功能微生物的種類、含量、貯藏穩(wěn)定性、載體的成分和含量，產(chǎn)品的物理性能等，對(duì)以垃圾堆肥和工業(yè)固體廢棄物作載體生產(chǎn)的微生物肥料，應(yīng)嚴(yán)格限制用在大田作物上；禁止用在蔬菜和瓜果上，更不準(zhǔn)用在采集飲用地下水的農(nóng)田，以防不明污染物間接污染新鮮農(nóng)產(chǎn)品和飲用水。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)實(shí)現(xiàn)化肥減量施用的最有效措施是發(fā)展微生物肥料；減量的目標(biāo)是減少氮肥的用量，提高磷肥和鉀肥的利用率；其核心技術(shù)是創(chuàng)造超高效固氮菌、高效解磷和解鉀菌。完全替代化肥的微生物肥料優(yōu)先推廣的區(qū)域是大棚蔬菜、水果、水源地周邊的農(nóng)田和有機(jī)農(nóng)業(yè)；占全國(guó)化肥用量約80%的7.9億畝水田和水澆地，可推廣微生物肥料部分替代化肥的施肥技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李俊，姜昕，李力，沈德龍.微生物肥料的發(fā)展與土壤生物肥力的維持[J].中國(guó)土壤與肥料，2006（4）：1-5.

[2]姜莉莉，武玉國(guó)，王開元，王開運(yùn).超高效微生物固氮肥料“豐田寶"的使用技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2015（11）：144-145.

[3]姜莉莉，武玉國(guó)，王開運(yùn).豐田寶微生物肥料在溫室番茄上的應(yīng)用效果[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2015（12）：171-172.