推廣使用微生物肥料推動農業可持續發展

趙炳華 林偉鵬

(云南省昌寧縣農業科學技術推廣所,云南 昌寧 678100)

1 認識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促使作物得到特定的肥料效應,是農業生產中使用肥料的一種,在現代農業的可持續發展中占有越來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看,與傳統肥料——化肥和有機肥有著本質的區別。一方面：純微生物肥料和傳統肥料不同,其本身并不富含可供作物直接吸收利用氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫和微量元素等營養物質。微生物肥料是通過微生物種群的生命活動,直接或間接的分解、合成能促進作物生長、增強抗逆性、抗病蟲性,改善作物品質和提高作物產量的營養物質,從而發揮作用的。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是否旺盛是其有效性的絕對依據。另一方面,從當前的研究試驗和使用結果來看,微生物肥料不能完全取代傳統肥料 (特別是有機肥料),在同樣的生產目標下,微生物肥料的使用,可以不同程度的減少傳統肥料 (主要指化學肥料)的使用量,而不能完全取而代之。

在農業土壤中,客觀存在著許多的土著微生物,但由于其種群數量稀疏,種類單一,菌株良莠不齊,有益微生物活動微弱,故而所實現的肥料(促生)效應微弱。并且,有許多的土壤中,本身就缺乏農業生產目標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,是發揮微生物集群肥料 (促生)效應的必要手段。

1.2 微生物肥料的類型

微生物肥料根據其微生物種群生命活動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適應的土壤環境、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理的不同可分為。細菌肥料,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)、有機物料腐熟劑、復合菌劑等。

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,還添加有一些營養物質,主要又分為微生物和有機物復合、微生物和有機物質及無機元素復合等。

1.2.3 當前在農業部登記的產品種類。微生物產品種類繁多,現已經在農業部登記的產品主要有如下幾大類：固氮菌劑、硅酸鹽菌劑、溶磷菌劑、光合細菌劑、有機物料腐熟劑、復合菌劑 (E M菌劑)、微生物產氣劑、復合生物肥和生物有機肥料產品。

2 我國當前農業生產實際中的肥料使用狀況

目前,我國是世界上肥料消費量最大的國家,在農業生產中,肥料的使用存在著較多的不合理現狀和問題。

第一、浪費現象嚴重,平均利用率不到 30%,遠低于發達國家 55%的水平。我國耕地面積約占全世界的 9%,年平均肥料使用量約為 5 000萬 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主要原因。第三、肥料質量總體不高,養分平均含量為 27%,肥料種類中以單元素和低濃度肥料為主,復、混肥配方不夠合理,特別還有一些劣質肥料中含有過高的重金屬有害物質。第四、資源配置和區域分布不平衡。經濟發達,交通便利的地區用肥數量與質量高,偏遠、落后地區用肥成本高,用肥量超低。第五、肥料在不同作物中分布不均,保護地及較多的高效作物、經濟作物施肥量超重,嚴重影響農產品品質,農產品中硝酸鹽積累嚴重的現狀極為普遍。第六、有機肥、微生物肥開發利用不足,投入量波動性下降,大量畜禽糞便、秸稈等有機肥源沒有得到合理利用,并造成嚴重的面源污染。耕地用、養失調,土壤質地變壞,肥力下降,水土流失嚴重,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,推動農業可持續發展

3.1 使用微生物肥料的優越性

3.1.1 使用微生物肥料能改善作物根際小生態環境。通過微生物生命活動中的合成或分解作用,能改善由于長期施用化學肥料帶來的土壤板結、理化性差的狀況,使作物根際土壤保墑、保肥,通透性良好,作物根系發達,耐旱能力增強。并且,由許多有益微生物種群形成的作物根際有益菌優勢群體,能拮抗相對弱勢的致病菌種群,消滅或削弱病原菌,從而減輕或避免作物發病,同時,由于有益微生物分解養分、分泌活性物質,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上更有優勢。許多研究試驗結果證明,微生物肥料具有平衡營養供給關系的作用,對于提高農產品品質的效果明顯。合理、正確地施用微生物肥料,可以改善農產品的外觀品質,提高耐貯運性能,優化風味口感,增加干物質積累。

3.1.3 制造和協助作物吸收營養,增進土壤肥力,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,和微生物對作物根系的促生作用,可以一方面增進吸收,另一方面微生物種群的生命活動,可以形成大量的腐殖質,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,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根際的供肥量,減少化肥用量,從而增效節能。

微生物肥料與化學肥料相比,生產時所耗能源少,生產成本低。并且由于微生物肥料的使用,能提高化肥的利用率至少達 50%以上,就目前農業生產中化肥的使用狀況來看,無論是微觀農業生產中生產成本的節省,還是宏觀的國家能源節約方面,這都是一筆驚人的經濟賬。

3.1.4 使用微生物肥料,能促進農業廢棄物 (作物秸稈、畜禽糞便、畜產品下腳料等)和城市垃圾的腐熟和開發利用;可制成微生物有機復、混合肥,實現廢物利用,供給農業低成本的優質肥料。

3.1.5 微生物肥料用量少,省工節時,本身無毒無害,沒有環境污染問題;并能因其促生作用而減少農藥用量,簡化農事操作工序。而化學肥料的使用則造成嚴重的環境污染問題。

通過微生物肥料的分解、合成作用,可以凈化水質,凈化空氣,凈化土壤;減少空氣中硫化氫、二氧化氮氣體等有毒物質含量,能實現養殖場的除臭效應,能降解或轉化水域和土壤中重金屬粒子及硝酸鹽等其它有害物質,改變其存在形態;是綠色農業 (生態、有機農業)首選的主要肥源。據報道,使用微生物肥料的蔬菜內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,達到了提高品質和食品安全水準,控制污染的目的。

3.2 微生物肥料特定效應的作用機理

3.2.1 固氮機理：微生物的固氮體系主要有三種形態和方式。第一、自生固氮,是由一些特殊的自生固氮菌獨自生活在土壤環境中,依靠自身的生命活動,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)而進行固氮。第三、聯合固氮,是固氮微生物與其他生物共棲,不形成特殊的組織而進行固氮。在生產過程中,應用最廣的是共生根瘤菌固氮,能使豆科作物增產 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,一類為分解礦質土粒中的無效磷化物,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、卵磷脂等有機磷物質,供作物直接吸收利用。磷細菌肥料用于油菜等經濟作物,可增產 15%左右,用于小麥、水稻、玉米可增產 10%左右。

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

3.2.4 放線菌：放線菌是介于細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種以上的植物生長素,具有抗病(抑制或殺滅原菌)和促進作物生長的機能。放線菌大都好氧,屬化能異養;是抗生素的主要生產菌,現已經發現和分離出的由放線菌產生的抗生素達 4 000多種,其中已經廣泛得到應用的如：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。多數放線菌還能產生維生素和多種酶,并能進行甾體轉化、烴類發酵和污水處理。當然,并不是所有的放線菌都能產生正效應,其中還有不少放線菌是致病的和對農產品有毒害作用的。

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

3.2.6 其它微生物菌劑的作用機理。促生菌劑(P G P R菌劑)：包括生存在植物根圈范圍中,對植物生長有促進或對病原菌有拮抗作用的有益細菌、放線菌和真菌。其能分泌植物促生物質如植物激素、維生素、氨基酸、其它活性有機小分子及衍生物等。能改善植物根際的營養環境,能對植物病害的生物有控制作用,能對環境污染物有降解作用,能對豆科等植物根瘤有促生作用等。

菌根真菌：分為內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,其可以有效地促進植物對土壤中移動性元素如磷、鋅、銅等的吸收,并以改善植物的磷營養作用最突出。

有機物料腐熟劑：包括芽孢桿菌、高低溫放線菌、植物促生菌等。其菌劑配比針對性極強,腐熟時間短,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分,產生大量氨基酸、有機酸、維生素、多糖、酶類、植物激素等多種促進植物生長的物質。

光合細菌菌劑：是以光和熱為能源,利用小分子有機物中的碳源,同化形成其它營養物質的一類具有不放氧光合作用功能的細菌。其在生長繁殖過程中能快速分解有機物和吸收水體中的氨態氮、硫化氫、亞硝酸鹽等有害物質。光合細菌營養豐富、酶系發達,能降解大量有毒害作用的有機物質,具有廣泛的用途。

3.3 微生物肥料使用的技術要點

3.3.1 在有效期內選用質量有保證的微生物肥料產品。根據土壤條件和作物營養元素的要求,合理選用微生物肥料產品。并且認清肥料的生產標準、審批登記證號、生產日期、保質期等是否符合質量保證要求。

3.3.2 妥善貯存、正確使用。要保證微生物種群在適宜的環境范圍內生長繁殖,避免陽光直曬,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,要配合施用復合肥、微量元素肥、葉面肥,這樣,可以更有效的發揮綜合效應,并有效減少硝酸鹽、亞硝酸鹽等有毒害物質含量。

3.3.4 合理利用農業技術措施,改善土壤環境條件。土壤中有豐富的礦質元素和有機物質,土質疏、松濕潤是發揮微生物效應的首選環境。

3.3.5 嚴格操作規程,因地制宜,采取恰當的施肥方法。各種微生物肥料在使用中,無論采用拌種,還是作基肥、追肥施用,都應嚴格參照使用說明書的要求操作。

3.3.6 根據作物的營養要求正確施用。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肥,應配合使用,并在生產目標范圍內盡量減少化肥施用,盡量增加有機肥用量。

3.3.7 正確認識微生物肥料的功效,避免因使用不當而造成微生物肥料效果差的錯誤結論;同時也杜絕將微生物肥料功效無限夸大的錯誤認識。微生物肥料的功效,取絕于所用的土壤環境、作物種類、特定微生物種群的活力及其作用機理。

4 未來微生物肥料技術的發展趨勢

在微生物肥料開發利用的領域中,先進技術的使用,正在加速推進微生物肥料的研制和開發,具體可表現為：采用現代生物技術對一些菌種如硅酸鹽細菌進行誘變和遺傳改造,提高菌種的生產性能和抗逆性能。篩選高固氮、高抗逆、高競爭力的根瘤優良菌株。發展應用快速檢測技術和分子生態學技術,使微生物產品的檢測向快速、準確方向發展,并采用這一系列技術進行原位追蹤微生物在土壤中存活、生殖動態,探明影響微生物效應發揮的生態因素等。在產品的劑型上,液體中微生物存活和勻質性的技術有了突破性進展,優質液體劑型產品逐漸推出 (如美國亞聯微生物肥料等)。在菌株的篩選和組合上,采用越來越高、精的技術手段和方法,將若干種不同功效的菌株有效組合,以達到復合或聯合菌群互惠、協同、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用于畜牧養殖業、水產養殖業等大農業領域,微生物菌劑的開發利用將越來越走向尖端和寬廣的領域。

目前,國家有關微生物肥料的農業行業標準已經制定出臺了 5個,上報待批準頒布的行業標準 2個。這些行業標準的頒布實施對規范市場,為企業生產和質量監督提供了依據。國家對微生物肥料實行產品登記證和市場準入制度,以及質量安全的跟蹤監督,促進了產品質量安全的提高。并且,國家的在技術交流和學術探討方面大力支持,各學科、部門和國內、國際間的交流增強,正在推動著微生物肥料這一產業的健康有序發展。相信不久的將來,微生物肥料將推動農業資源的永續利用,實現農業的可持續發展,實現綠色農業的空前盛況,保護著農業的安全和人類的健康。