微生物開發(fā)現(xiàn)狀與建議

任廣旭 王東陽

[摘 要]簡述微生物在改善土壤肥力，凈化生態(tài)環(huán)境以及在生產(chǎn)、生活中的作用，同時分析我國微生物目前面臨的主要問題并提出相關(guān)的建議。

[關(guān)鍵詞]微生物；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；微生物開發(fā)

[中圖分類號]S144 [文獻標(biāo)識碼]A

微生物是土壤肥力養(yǎng)護、生物生長發(fā)育、生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)不可替代的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境維護的方方面面。充分發(fā)揮微生物的分解代謝、氧化還原及其營養(yǎng)支撐等多功能作用，對農(nóng)業(yè)三產(chǎn)（一、二、三產(chǎn)業(yè)）融合、三生（生產(chǎn)、生活、生態(tài)）協(xié)調(diào)、三物（植物、動物、微生物）綠色高效利用，具有重大意義。

1 微生物的重要作用

微生物是包括細(xì)菌、病毒、真菌以及一些小型原生動物等在內(nèi)的一類生物群體，它們與人類生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)，其主要作用可歸結(jié)為以下方面：

1.1 改善土壤肥力

科學(xué)實驗表明，有了微生物，土壤才是活的生命體。據(jù)分析，每克土壤中蘊含有100多萬種、幾十億個微生物，這些微生物時刻影響著土壤肥力及其養(yǎng)分的分解代謝和釋放。

（1）土壤微生物固氮。據(jù)研究，每年每畝耕地中所蘊含的細(xì)菌能從大氣中固定20公斤的氮，折合化肥65公斤，且利用率高達100%。山東農(nóng)大專家利用細(xì)胞融合技術(shù)，優(yōu)化出具有固氮、解磷、解鉀和抗病功能的超高效固氮菌，從2010年開始在泰安市岱岳區(qū)、聊城市莘縣等地進行大田試驗，施用微生物固氮菌肥種植大果型西紅柿，畝產(chǎn)量近2萬斤，果實香甜濃郁，而且化肥和農(nóng)藥的使用量也相應(yīng)減少1/3，廣受農(nóng)民歡迎。

（2）廢棄物的分解凈化。微生物能有效分解土壤或水體中動植物尸體、糞便及其有毒有害物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化為可利用的生物營養(yǎng)素。如動物尸體自然腐解一般需要6個月至1年，而利用微生物可使得腐化時間縮短至20天左右，可使土壤有機質(zhì)提升30%-48%，其氮、磷、鉀總量占比3%～4%，成為養(yǎng)分供給農(nóng)作物。由我國福建省農(nóng)科院生物資源所研發(fā)的“微生物異位發(fā)酵處理技術(shù)”，目前已在寧德南洋實業(yè)、寧德百惠農(nóng)業(yè)、屏南縣吉龍農(nóng)莊、江西正邦集團等多家企業(yè)示范，能對30多萬頭豬的糞便進行資源化處理，通過枯草芽孢桿菌、乳酸菌等的耗氧發(fā)酵和降解，既能實現(xiàn)污染零排放，又同時獲得生物有機肥，使農(nóng)民增收，該技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。

（3）形成土壤團粒結(jié)構(gòu)。土壤微生物通過分解巖礦石，使其礦物化，參與形成初級土壤。土壤中的絲核菌、假單孢熒光菌、黑曲霉等微生物通過分泌多糖、有機酸結(jié)土粒，改善土壤團粒結(jié)構(gòu)。經(jīng)過30多年的“酵素菌造土”，曾經(jīng)的不毛之地，現(xiàn)今黑土層厚度增至近30厘米，一些山地作物重茬25年依然優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。該技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，對我國東北黑土層地力重建，具有重要借鑒作用。

1.2 凈化生態(tài)環(huán)境

土壤是環(huán)境污染的最終受體，其污染治理周期長、難度大、成本高，對人類健康威脅大，但微生物可使土壤中的污染物得以降解或轉(zhuǎn)化為無毒低毒物質(zhì)。

（1）對重金屬、化學(xué)農(nóng)藥的降解。土壤中的細(xì)菌和真菌，能夠通過水解、脫鹵、氧化、還原及去氨基等作用降解土壤中的重金屬和化學(xué)農(nóng)藥。據(jù)統(tǒng)計，每年因重金屬污染導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)超過數(shù)千萬噸，每年被重金屬污染的糧食多達1200萬噸，經(jīng)濟損失超過200億元。我國科研團隊，通過對湖南郴州砷污染地區(qū)大田實驗，發(fā)現(xiàn)在砷酸還原菌存在的土壤中，砷能夠被氧化還原，土壤中29%～71%的砷得以降解，這一實驗發(fā)現(xiàn)對土壤重金屬治理和地下水安全具有重要意義。目前我國每年使用化學(xué)農(nóng)藥量超過130萬噸，畝均施用931.3克，比發(fā)達國家高一倍，且由于施藥技術(shù)落后，農(nóng)藥利用率僅為20%～30%左右，70%～80%農(nóng)藥進入土壤和水體，導(dǎo)致農(nóng)藥殘留污染。丹陽珥陵農(nóng)民通過引進德國拜耳技術(shù)，在耕作農(nóng)田里建立一塊三平米、高五十公分的耕地，堆放秸稈和相關(guān)土壤微生物制劑，形成一處“農(nóng)藥污水微生物處理機”，對殘留農(nóng)藥和重金屬的污水體進行治理。據(jù)2013年統(tǒng)計，僅此一項能使每畝收入提高161元，增收12.28%，平均每畝減少施藥1-2次，減少農(nóng)藥使用量60%。江西省南豐縣盛產(chǎn)蜜橘，因受農(nóng)藥殘留影響，年產(chǎn)2.5億公斤的蜜橘僅有5萬公斤出口進入歐盟市場。該縣通過引入曾獲國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎的“農(nóng)藥殘留微生物降解技術(shù)”，利用微生物菌劑對生產(chǎn)基地土壤進行治理，使噴灑農(nóng)藥降解率達到95%以上，產(chǎn)品達到了無公害和綠色食品的標(biāo)準(zhǔn)，此后南豐縣每年都有50多萬公斤蜜橘出口到歐盟市場。

（2）對動植物廢棄物的降解。土壤微生物對土壤物質(zhì)具有分解作用，黑龍江省大慶杜爾伯特蒙古族自治縣克爾臺鄉(xiāng)利用開荒種植的鹽堿地，進行微生物秸稈還田試驗。研究人員將地衣芽孢桿菌、魏登施泰滕芽孢桿菌等微生物菌噴灑在700公斤干玉米秸稈碎塊上，混勻后施于大田中進行常規(guī)耕種。插苗后25天，觀察到利用微生物的實驗區(qū)稻秧根系發(fā)達，分蘗數(shù)比對照區(qū)多1.5倍左右，成熟后稻穗數(shù)量比對照區(qū)多1-1.5倍。

（3）對固體廢棄物的降解。研究表明，普通塑料能在土壤中延存數(shù)百年以上。通過構(gòu)建高效降解菌，可將土壤中的塑料和農(nóng)膜等固體廢棄物幾周內(nèi)迅速降解。如日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)Ideonellasakaiensis的微生物，能夠利用自身的酶降解對苯二甲酸乙二醇酯（PET，一次性水瓶、塑料膜主要材料），將其水解為對苯二甲酸和乙二醇兩種對環(huán)境友好的物質(zhì)。實驗表明，利用某些特殊土壤微生物可有效降解白色污染帶來的危害。

1.3 廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

微生物作為一種寶貴的生物資源，與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的關(guān)系極其密切，在農(nóng)業(yè)病蟲害防治、土壤肥力的提升和維持、營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化、飼料發(fā)酵等方面起著極為重要的作用。

（1）微生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)。目前，我國化學(xué)農(nóng)藥利用率僅為20%-40%。長期使用還會嚴(yán)重污染環(huán)境。微生物作為新型農(nóng)藥，具有選擇性強、環(huán)境影響小、不易產(chǎn)生抗性等優(yōu)點。武漢大學(xué)研制的一種以桿狀病毒為主的“活體微生物農(nóng)藥”，能夠直接進入害蟲胃腸道與種腸細(xì)胞結(jié)合，使害蟲迅速死亡。這項技術(shù)具有高效、安全、無殘留、無損茶葉品質(zhì)等優(yōu)點，已被國家批準(zhǔn)直接用于有機茶大面積防治茶尺蠖、茶毛蟲、茶小卷葉蛾等三大害蟲的微生物農(nóng)藥，其綜合防治成本較低，每畝費用和工時僅為化學(xué)農(nóng)藥的十分之一。

（2）微生物菌肥產(chǎn)業(yè)。微生物肥料（生物菌肥）主要通過肥料中的微生物活動和其生產(chǎn)的代謝產(chǎn)物來達到特定的肥料效果，不對環(huán)境造成污染。如大豆接種根瘤菌每公頃可增產(chǎn)225-300公斤，花生根瘤菌可使花生增產(chǎn)10%-50%。2016年云南麻栗坡縣利用微生物菌肥在水稻上進行大田試驗，施用微生物菌肥處理的稻谷產(chǎn)量、實粒數(shù)等經(jīng)濟性狀及植株的健壯度、粒籽光澤度等生物性狀，都明顯優(yōu)于常規(guī)施肥處理。經(jīng)實割實測，復(fù)合微生物菌肥處理的畝產(chǎn)663.6kg，常規(guī)處理的畝產(chǎn)629.7kg，微生物菌肥試驗區(qū)比常規(guī)施肥區(qū)增產(chǎn)33.9kg，增產(chǎn)5.4%。同時，復(fù)合微生物菌肥在水稻移栽時一次性施用，節(jié)省了人工。

（3）微生物飼料添加劑產(chǎn)業(yè)。目前世界大多數(shù)國家均已限制和禁止抗生素作為飼料添加劑使用。微生物飼料添加劑是替代抗生素的重要開發(fā)方向。利用甲烷細(xì)菌發(fā)酵得到的干飼料含蛋白質(zhì)30%-40%，維生素B12含量超過魚粉1000倍。每噸飼料中添加0.25-0.5公斤微生物發(fā)酵飼料，可使豬體重增加30-50斤。

1.4 微生物新資源食物

據(jù)檢測分析，食用菌、微型藻類等微生物食物，含有豐富的蛋白質(zhì)和多糖，具有較高的營養(yǎng)和食療價值。

（1）可食微生物種類繁多。我國微生物資源豐富，微生物中蘊藏著生產(chǎn)食物的巨大潛力。以肉質(zhì)真菌為例，我國已知的46科720種，其中有80多種在實驗室實現(xiàn)了人工馴化，其中具有經(jīng)濟意義的有40種，20多種已進行商業(yè)化規(guī)模化生產(chǎn)。

（2）可食微生物營養(yǎng)豐富?？墒秤梦⑸锏臓I養(yǎng)價值高，如1公斤蘑菇所含蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值相當(dāng)于2公斤的禽肉、3公斤的雞蛋或12公斤牛奶。微生物中蘊含多種氨基酸和維生素，如攝食100克小球藻就能滿足人體每天對各種維生素的需求。

（3）可食微生物獲取相對容易。以單位時間計算，播種1000公斤大豆，每天能生產(chǎn)37公斤蛋白質(zhì)，而培養(yǎng)1000公斤酵母菌，每天可以合成10多萬公斤蛋白質(zhì)。此外，可食微生物資源消耗低，可以連續(xù)培養(yǎng)，不受氣候環(huán)境的變化，只需占用少量的土地和水源。

2 存在的問題

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)微生物已有不同程度的開發(fā)、利用和保護，取得的效果也較明顯，但總的來說，仍面臨以下四個方面的問題：

2.1 農(nóng)業(yè)微生物缺乏管理

目前，我國缺乏針對農(nóng)業(yè)微生物尤其是對土壤微生物的管理，其主要原因：一是對土壤微生物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)中的重要作用認(rèn)識不夠。發(fā)達國家在上世紀(jì)中葉就開始科學(xué)管理并利用土壤微生物，在輪作深耕、秸稈還田、畜禽糞便處理等方面通過強化微生物的作用取得了很好效果。二是我國土壤微生物利用缺乏突破性、創(chuàng)新性成果。雖然我國很早之前就開始利用土壤微生物，如微生物肥料根瘤菌的研究可追溯到20世紀(jì)40年代，但整個農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)也僅僅是在近幾年才得以快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其科技創(chuàng)新聚焦于植物和動物，微生物的發(fā)展幾近空白。

2.2 缺少統(tǒng)一規(guī)劃和布局

一方面，我國對微生物的保管較分散，單位之間缺少資源共享和協(xié)同利用。如中國農(nóng)科院和中國科學(xué)院均設(shè)有微生物保藏中心，地方一些科研機構(gòu)也保有菌種，但相互間缺少共享交流，資源不能得到有效利用。另一方面，政府有關(guān)部門缺少針對微生物的統(tǒng)一規(guī)劃和布局。由于農(nóng)業(yè)微生物沒有主管部門，在相關(guān)政策制定中缺少統(tǒng)一的研發(fā)目標(biāo)和任務(wù)要求，沒有針對問題及發(fā)展需求制定未來的科技創(chuàng)新布局。

2.3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)滯后

目前，我國農(nóng)業(yè)微生物相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)滯后，單一的技術(shù)要求難以適應(yīng)多樣化的市場需求。如現(xiàn)有的GB20287-2006農(nóng)用微生物菌劑標(biāo)準(zhǔn)、NY/T798—2004復(fù)合微生物肥料標(biāo)準(zhǔn)、微生物肥料標(biāo)準(zhǔn)（NY227-94），與目前開發(fā)的微生物肥料產(chǎn)品種類多樣、技術(shù)要求高等極不適應(yīng)。同時由于缺乏農(nóng)業(yè)微生物資源保護制度，一些珍貴農(nóng)業(yè)微生物資源處于瀕危和流失狀態(tài)。激勵政策不銜接，如微生物飼料及農(nóng)藥的利用與開發(fā)政策之間缺少配套和銜接。

2.4 產(chǎn)業(yè)開發(fā)利用落后

一是農(nóng)業(yè)微生物的基礎(chǔ)研究落后于生產(chǎn)需求。我國缺乏對本土農(nóng)業(yè)微生物的功能性研究與重點開發(fā)。國家層面上對相關(guān)研究支撐力度不夠，如微生物肥料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究很少立項，造成科研隊伍萎縮。二是對農(nóng)業(yè)微生物資源發(fā)掘落后于發(fā)達國家。美國農(nóng)業(yè)部微生物菌種中心目前保藏微生物種質(zhì)資源8萬株，而我國農(nóng)業(yè)菌種中心庫藏菌種僅為3千多株，在數(shù)量和質(zhì)量上差距很大。同時，也沒有建立全國性的信息共享平臺。三是現(xiàn)有農(nóng)業(yè)微生物企業(yè)普遍規(guī)模小，創(chuàng)新能力弱。如微生物肥料行業(yè)，已有850多家，但多為中小型企業(yè)，菌劑類企業(yè)年平均產(chǎn)量一般在幾百噸左右，超過上千噸的廠家屈指可數(shù)，雖然產(chǎn)量規(guī)模較前幾年有了較大提高，但仍然缺乏創(chuàng)新性，行業(yè)中還沒有涌現(xiàn)出知名或旗艦型企業(yè)。

3 主要建議

我國是種養(yǎng)業(yè)大國。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年秸稈產(chǎn)量有9億噸，加工副產(chǎn)物有5.8億噸，其綜合利用率平均不到40%，剩下的則被隨意堆放、丟棄；每年產(chǎn)生的約38億噸畜禽糞污，用則利、棄則害。通過微生物利用推動秸稈與糞污的資源化利用，培肥土壤地力，其意義重大，不僅是解決環(huán)境污染的重要措施，還是催生農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展、涵養(yǎng)綠水青山的重要手段。為此建議：

3.1 設(shè)立微生物專門管理機構(gòu)

我國由于缺乏對微生物開發(fā)利用和保存的全方位管理，尤其是對土壤微生物的管理缺失，致使土壤耕作、秸稈還田、畜禽糞便處理等相關(guān)重大技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)利用嚴(yán)重滯后，引發(fā)地力下降、環(huán)境污染等嚴(yán)峻問題。建議國家有關(guān)部門牽頭設(shè)立專門管理機構(gòu)，對農(nóng)業(yè)微生物進行全程管理和重點開發(fā)，統(tǒng)籌推進對農(nóng)業(yè)微生物和植物、動物的綜合利用、綠色循環(huán)利用。

3.2 強化科技創(chuàng)新投入，加快微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展

目前，我國農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)處于快速發(fā)展態(tài)勢，但行業(yè)創(chuàng)新動力不足，原創(chuàng)性科研立項少。建議國家增加科技創(chuàng)新投入，加大開展科技創(chuàng)新，在秸稈綜合利用、動物糞便資源化利用、土壤肥力提升、環(huán)境污染治理、生物農(nóng)藥及飼料添加劑等方面，實現(xiàn)技術(shù)突破和成果大規(guī)模應(yīng)用，加快培育一大批農(nóng)業(yè)微生物制品（劑）的龍頭企業(yè)。

3.3 深入開展微生物基礎(chǔ)和應(yīng)用研究

一是設(shè)立專項資金，開展我國微生物資源發(fā)掘與保護，建立全國微生物資源信息共享平臺。二是結(jié)合我國特有微生物，開展微生物基礎(chǔ)功能性研究，為微生物產(chǎn)業(yè)提供技術(shù)支持。三是加強微生物技術(shù)培訓(xùn)及推廣應(yīng)用工作。制定相關(guān)措施，鼓勵科研人員將科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用到實際生產(chǎn)、生活中，滿足社會需求。（通訊作者：王東陽）

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