推广使用微生物肥料推动农业可持续发展

赵炳华 林伟鹏

(云南省昌宁县农业科学技术推广所,云南 昌宁 678100)

1 认识微生物肥料的概念及类型

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体微生物制品;其通过微生物种群的生命活动促使作物得到特定的肥料效应,是农业生产中使用肥料的一种,在现代农业的可持续发展中占有越来越重要的作用与地位。

微生物肥料自身并不是供作物吸收利用的直接性肥料。从微生物肥料的种类及功能来看,与传统肥料——化肥和有机肥有着本质的区别。一方面：纯微生物肥料和传统肥料不同,其本身并不富含可供作物直接吸收利用氮、磷、钾、钙、镁、硫和微量元素等营养物质。微生物肥料是通过微生物种群的生命活动,直接或间接的分解、合成能促进作物生长、增强抗逆性、抗病虫性,改善作物品质和提高作物产量的营养物质,从而发挥作用的。并且,施入微生物肥料以后,根际土壤中的特定微生物种群的生命活动是否旺盛是其有效性的绝对依据。另一方面,从当前的研究试验和使用结果来看,微生物肥料不能完全取代传统肥料 (特别是有机肥料),在同样的生产目标下,微生物肥料的使用,可以不同程度的减少传统肥料 (主要指化学肥料)的使用量,而不能完全取而代之。

在农业土壤中,客观存在着许多的土著微生物,但由于其种群数量稀疏,种类单一,菌株良莠不齐,有益微生物活动微弱,故而所实现的肥料(促生)效应微弱。并且,有许多的土壤中,本身就缺乏农业生产目标所需的某种特定微生物种群。所以,有目的的施入微生物肥料,是发挥微生物集群肥料 (促生)效应的必要手段。

1.2 微生物肥料的类型

微生物肥料根据其微生物种群生命活动的特征特性而分为很多种,不同类型的微生物肥料其功效各不相同,每一种肥料都有相对适应的土壤环境、作物及用途。

1.2.1 按照微生物肥料中特定的微生物种类和作用机理的不同可分为。细菌肥料,包括固氮菌肥(自生固氮菌肥、共生固氮菌肥如根瘤菌肥、联合固氮菌肥)、解磷菌肥、解钾菌肥 (硅酸盐类和非硅酸盐类)、芽孢杆菌制剂、光合细菌肥料、纤维素分解菌 (乳酸菌制剂等);真菌肥料,包括菌根真菌肥料、霉菌肥料、酵母肥料及放线菌肥 (抗生肥料)、促生菌剂 (PGPR制剂)、有机物料腐熟剂、复合菌剂等。

1.2.2 按照微生物肥料的功能不同可分为两大类。一是微生物接种剂,是有效微生物活体种群加菌剂载体的剂型。二是复合微生物肥料,是除了含有一定量的有效活体微生物种群外,还添加有一些营养物质,主要又分为微生物和有机物复合、微生物和有机物质及无机元素复合等。

1.2.3 当前在农业部登记的产品种类。微生物产品种类繁多,现已经在农业部登记的产品主要有如下几大类：固氮菌剂、硅酸盐菌剂、溶磷菌剂、光合细菌剂、有机物料腐熟剂、复合菌剂 (E M菌剂)、微生物产气剂、复合生物肥和生物有机肥料产品。

2 我国当前农业生产实际中的肥料使用状况

目前,我国是世界上肥料消费量最大的国家,在农业生产中,肥料的使用存在着较多的不合理现状和问题。

第一、浪费现象严重,平均利用率不到 30%,远低于发达国家 55%的水平。我国耕地面积约占全世界的 9%,年平均肥料使用量约为 5 000万 t(折合纯肥量),约占全世界肥料消耗量的 35%。第二、施肥比例不合理,总施肥量中,氮、磷肥料占 90%,钾肥施用严重不足,施肥不平衡,忽视钾肥和中、微量元素肥的使用。这是造成肥料综合利用率低的一个主要原因。第三、肥料质量总体不高,养分平均含量为 27%,肥料种类中以单元素和低浓度肥料为主,复、混肥配方不够合理,特别还有一些劣质肥料中含有过高的重金属有害物质。第四、资源配置和区域分布不平衡。经济发达,交通便利的地区用肥数量与质量高,偏远、落后地区用肥成本高,用肥量超低。第五、肥料在不同作物中分布不均,保护地及较多的高效作物、经济作物施肥量超重,严重影响农产品品质,农产品中硝酸盐积累严重的现状极为普遍。第六、有机肥、微生物肥开发利用不足,投入量波动性下降,大量畜禽粪便、秸秆等有机肥源没有得到合理利用,并造成严重的面源污染。耕地用、养失调,土壤质地变坏,肥力下降,水土流失严重,这是肥料利用率极低的又一大主要原因。

3 推广使用微生物肥料,推动农业可持续发展

3.1 使用微生物肥料的优越性

3.1.1 使用微生物肥料能改善作物根际小生态环境。通过微生物生命活动中的合成或分解作用,能改善由于长期施用化学肥料带来的土壤板结、理化性差的状况,使作物根际土壤保墒、保肥,通透性良好,作物根系发达,耐旱能力增强。并且,由许多有益微生物种群形成的作物根际有益菌优势群体,能拮抗相对弱势的致病菌种群,消灭或削弱病原菌,从而减轻或避免作物发病,同时,由于有益微生物分解养分、分泌活性物质,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质上更有优势。许多研究试验结果证明,微生物肥料具有平衡营养供给关系的作用,对于提高农产品品质的效果明显。合理、正确地施用微生物肥料,可以改善农产品的外观品质,提高耐贮运性能,优化风味口感,增加干物质积累。

3.1.3 制造和协助作物吸收营养,增进土壤肥力,提高化肥利用率,减少化肥使用量。通过微生物肥料中特定微生物种群的固氮、解磷、解钾等功能,和微生物对作物根系的促生作用,可以一方面增进吸收,另一方面微生物种群的生命活动,可以形成大量的腐殖质,改善土壤理化性,避免化肥在土壤中的大量固定和流失,从而提高肥效。同时,由于微生物的分解、合成 (如固氮等)作用,可以提高原生土壤对根际的供肥量,减少化肥用量,从而增效节能。

微生物肥料与化学肥料相比,生产时所耗能源少,生产成本低。并且由于微生物肥料的使用,能提高化肥的利用率至少达 50%以上,就目前农业生产中化肥的使用状况来看,无论是微观农业生产中生产成本的节省,还是宏观的国家能源节约方面,这都是一笔惊人的经济账。

3.1.4 使用微生物肥料,能促进农业废弃物 (作物秸秆、畜禽粪便、畜产品下脚料等)和城市垃圾的腐熟和开发利用;可制成微生物有机复、混合肥,实现废物利用,供给农业低成本的优质肥料。

3.1.5 微生物肥料用量少,省工节时,本身无毒无害,没有环境污染问题;并能因其促生作用而减少农药用量,简化农事操作工序。而化学肥料的使用则造成严重的环境污染问题。

通过微生物肥料的分解、合成作用,可以净化水质,净化空气,净化土壤;减少空气中硫化氢、二氧化氮气体等有毒物质含量,能实现养殖场的除臭效应,能降解或转化水域和土壤中重金属粒子及硝酸盐等其它有害物质,改变其存在形态;是绿色农业 (生态、有机农业)首选的主要肥源。据报道,使用微生物肥料的蔬菜内硝酸盐含量比施用尿素的平均下降约 70%,重金属类汞下降 30%,镉下降 80%,铅下降 10%等,达到了提高品质和食品安全水准,控制污染的目的。

3.2 微生物肥料特定效应的作用机理

3.2.1 固氮机理：微生物的固氮体系主要有三种形态和方式。第一、自生固氮,是由一些特殊的自生固氮菌独自生活在土壤环境中,依靠自身的生命活动,固定空气中的氮素。第二,共生固氮,是由固氮微生物与其它生物共同生活,并形成共生组织(如大豆的根瘤等)而进行固氮。第三、联合固氮,是固氮微生物与其他生物共栖,不形成特殊的组织而进行固氮。在生产过程中,应用最广的是共生根瘤菌固氮,能使豆科作物增产 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,一类为分解矿质土粒中的无效磷化物,形成可以被作物根系直接吸收利用的有效磷;另一类为能分解土壤中核酸、卵磷脂等有机磷物质,供作物直接吸收利用。磷细菌肥料用于油菜等经济作物,可增产 15%左右,用于小麦、水稻、玉米可增产 10%左右。

3.2.3 解钾微生物：分为硅酸盐类和非硅酸盐类。土壤中的硅酸盐细菌能分解硅酸盐类原生态矿物,是主要的解钾微生物,它主要是硅酸盐细菌产生有机酸、氨基酸的溶解作用和由有机酸、氨基酸、荚膜多糖的络合作用,破坏钾长石晶格结构,释放其中的钾。另外,还有一些非硅酸盐类的细菌同样具有解钾功能。它们都能使土壤中难溶于水的钾盐(无机与有机)转化为植物能吸收利用的有效钾;同时还能分解土壤和原生态矿物中难以被植物吸收的无效磷为有效磷。据报道,一些钾细菌还具有微弱的固氮能力,且在代谢过程中还产生一定量的赤霉素、细胞分裂素、吲哚乙酸等生理活性物质。钾细菌肥料用于稻麦及豆类可增产 10%以上,用于多数喜钾作物可增产 30%以上。

3.2.4 放线菌：放线菌是介于细菌和真菌之间的一类微生物,以 5406放线菌为例,其能分泌 2种以上的抗生素和 4种以上的植物生长素,具有抗病(抑制或杀灭原菌)和促进作物生长的机能。放线菌大都好氧,属化能异养;是抗生素的主要生产菌,现已经发现和分离出的由放线菌产生的抗生素达 4 000多种,其中已经广泛得到应用的如：链霉素、红霉素、氯霉素、井岗霉素、庆大霉素、庆丰霉素等 50多种。多数放线菌还能产生维生素和多种酶,并能进行甾体转化、烃类发酵和污水处理。当然,并不是所有的放线菌都能产生正效应,其中还有不少放线菌是致病的和对农产品有毒害作用的。

3.2.5 复聚合 (EM)菌剂：E M菌剂是应用有益微生物间交替联合作用,将不同种的近百种微生物聚合为一体,从而加以开发利用。其具有微生物肥料大部分的综合性功能,适应性、适用性广泛。

3.2.6 其它微生物菌剂的作用机理。促生菌剂(P G P R菌剂)：包括生存在植物根圈范围中,对植物生长有促进或对病原菌有拮抗作用的有益细菌、放线菌和真菌。其能分泌植物促生物质如植物激素、维生素、氨基酸、其它活性有机小分子及衍生物等。能改善植物根际的营养环境,能对植物病害的生物有控制作用,能对环境污染物有降解作用,能对豆科等植物根瘤有促生作用等。

菌根真菌：分为内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,其可以有效地促进植物对土壤中移动性元素如磷、锌、铜等的吸收,并以改善植物的磷营养作用最突出。

有机物料腐熟剂：包括芽孢杆菌、高低温放线菌、植物促生菌等。其菌剂配比针对性极强,腐熟时间短,能有效杀灭病源、虫卵、杂草种子和脱水除臭;在腐熟过程中释放部分速效养分,产生大量氨基酸、有机酸、维生素、多糖、酶类、植物激素等多种促进植物生长的物质。

光合细菌菌剂：是以光和热为能源,利用小分子有机物中的碳源,同化形成其它营养物质的一类具有不放氧光合作用功能的细菌。其在生长繁殖过程中能快速分解有机物和吸收水体中的氨态氮、硫化氢、亚硝酸盐等有害物质。光合细菌营养丰富、酶系发达,能降解大量有毒害作用的有机物质,具有广泛的用途。

3.3 微生物肥料使用的技术要点

3.3.1 在有效期内选用质量有保证的微生物肥料产品。根据土壤条件和作物营养元素的要求,合理选用微生物肥料产品。并且认清肥料的生产标准、审批登记证号、生产日期、保质期等是否符合质量保证要求。

3.3.2 妥善贮存、正确使用。要保证微生物种群在适宜的环境范围内生长繁殖,避免阳光直晒,防止紫外线杀死肥料中的微生物。贮存和使用适宜温度范围多为 15～28℃。

3.3.3 巧妙搭配有机肥料等肥料共同施用,禁止与土壤杀菌剂混用。微生物肥料与有机肥混合沤制(控温),配合使用,更能起相辅相承的增效作用。在施用中,要限制单一配合施用氮肥等肥料,要配合施用复合肥、微量元素肥、叶面肥,这样,可以更有效的发挥综合效应,并有效减少硝酸盐、亚硝酸盐等有毒害物质含量。

3.3.4 合理利用农业技术措施,改善土壤环境条件。土壤中有丰富的矿质元素和有机物质,土质疏、松湿润是发挥微生物效应的首选环境。

3.3.5 严格操作规程,因地制宜,采取恰当的施肥方法。各种微生物肥料在使用中,无论采用拌种,还是作基肥、追肥施用,都应严格参照使用说明书的要求操作。

3.3.6 根据作物的营养要求正确施用。微生物肥料是一种辅助为主的肥料,不可完全替代化肥和有机肥,应配合使用,并在生产目标范围内尽量减少化肥施用,尽量增加有机肥用量。

3.3.7 正确认识微生物肥料的功效,避免因使用不当而造成微生物肥料效果差的错误结论;同时也杜绝将微生物肥料功效无限夸大的错误认识。微生物肥料的功效,取绝于所用的土壤环境、作物种类、特定微生物种群的活力及其作用机理。

4 未来微生物肥料技术的发展趋势

在微生物肥料开发利用的领域中,先进技术的使用,正在加速推进微生物肥料的研制和开发,具体可表现为：采用现代生物技术对一些菌种如硅酸盐细菌进行诱变和遗传改造,提高菌种的生产性能和抗逆性能。筛选高固氮、高抗逆、高竞争力的根瘤优良菌株。发展应用快速检测技术和分子生态学技术,使微生物产品的检测向快速、准确方向发展,并采用这一系列技术进行原位追踪微生物在土壤中存活、生殖动态,探明影响微生物效应发挥的生态因素等。在产品的剂型上,液体中微生物存活和匀质性的技术有了突破性进展,优质液体剂型产品逐渐推出 (如美国亚联微生物肥料等)。在菌株的筛选和组合上,采用越来越高、精的技术手段和方法,将若干种不同功效的菌株有效组合,以达到复合或联合菌群互惠、协同、共生作用的目的。并且,光合菌剂、纤维素分解剂 (乳酸菌剂)、E M菌剂、作物秸秆腐熟剂等微生物菌剂正在大量的应用于畜牧养殖业、水产养殖业等大农业领域,微生物菌剂的开发利用将越来越走向尖端和宽广的领域。

目前,国家有关微生物肥料的农业行业标准已经制定出台了 5个,上报待批准颁布的行业标准 2个。这些行业标准的颁布实施对规范市场,为企业生产和质量监督提供了依据。国家对微生物肥料实行产品登记证和市场准入制度,以及质量安全的跟踪监督,促进了产品质量安全的提高。并且,国家的在技术交流和学术探讨方面大力支持,各学科、部门和国内、国际间的交流增强,正在推动着微生物肥料这一产业的健康有序发展。相信不久的将来,微生物肥料将推动农业资源的永续利用,实现农业的可持续发展,实现绿色农业的空前盛况,保护着农业的安全和人类的健康。