微生物开发现状与建议

任广旭 王东阳

[摘 要]简述微生物在改善土壤肥力，净化生态环境以及在生产、生活中的作用，同时分析我国微生物目前面临的主要问题并提出相关的建议。

[关键词]微生物；农业生产；微生物开发

[中图分类号]S144 [文献标识码]A

微生物是土壤肥力养护、生物生长发育、生态系统循环不可替代的重要物质基础，直接关系到农业农村可持续发展及生态环境维护的方方面面。充分发挥微生物的分解代谢、氧化还原及其营养支撑等多功能作用，对农业三产（一、二、三产业）融合、三生（生产、生活、生态）协调、三物（植物、动物、微生物）绿色高效利用，具有重大意义。

1 微生物的重要作用

微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型原生动物等在内的一类生物群体，它们与人类生活、农业生产息息相关，其主要作用可归结为以下方面：

1.1 改善土壤肥力

科学实验表明，有了微生物，土壤才是活的生命体。据分析，每克土壤中蕴含有100多万种、几十亿个微生物，这些微生物时刻影响着土壤肥力及其养分的分解代谢和释放。

（1）土壤微生物固氮。据研究，每年每亩耕地中所蕴含的细菌能从大气中固定20公斤的氮，折合化肥65公斤，且利用率高达100%。山东农大专家利用细胞融合技术，优化出具有固氮、解磷、解钾和抗病功能的超高效固氮菌，从2010年开始在泰安市岱岳区、聊城市莘县等地进行大田试验，施用微生物固氮菌肥种植大果型西红柿，亩产量近2万斤，果实香甜浓郁，而且化肥和农药的使用量也相应减少1/3，广受农民欢迎。

（2）废弃物的分解净化。微生物能有效分解土壤或水体中动植物尸体、粪便及其有毒有害物质，并将其转化为可利用的生物营养素。如动物尸体自然腐解一般需要6个月至1年，而利用微生物可使得腐化时间缩短至20天左右，可使土壤有机质提升30%-48%，其氮、磷、钾总量占比3%～4%，成为养分供给农作物。由我国福建省农科院生物资源所研发的“微生物异位发酵处理技术”，目前已在宁德南洋实业、宁德百惠农业、屏南县吉龙农庄、江西正邦集团等多家企业示范，能对30多万头猪的粪便进行资源化处理，通过枯草芽孢杆菌、乳酸菌等的耗氧发酵和降解，既能实现污染零排放，又同时获得生物有机肥，使农民增收，该技术应用前景广阔。

（3）形成土壤团粒结构。土壤微生物通过分解岩矿石，使其矿物化，参与形成初级土壤。土壤中的丝核菌、假单孢荧光菌、黑曲霉等微生物通过分泌多糖、有机酸结土粒，改善土壤团粒结构。经过30多年的“酵素菌造土”，曾经的不毛之地，现今黑土层厚度增至近30厘米，一些山地作物重茬25年依然優质高产。该技术的创新应用，对我国东北黑土层地力重建，具有重要借鉴作用。

1.2 净化生态环境

土壤是环境污染的最终受体，其污染治理周期长、难度大、成本高，对人类健康威胁大，但微生物可使土壤中的污染物得以降解或转化为无毒低毒物质。

（1）对重金属、化学农药的降解。土壤中的细菌和真菌，能够通过水解、脱卤、氧化、还原及去氨基等作用降解土壤中的重金属和化学农药。据统计，每年因重金属污染导致的粮食减产超过数千万吨，每年被重金属污染的粮食多达1200万吨，经济损失超过200亿元。我国科研团队，通过对湖南郴州砷污染地区大田实验，发现在砷酸还原菌存在的土壤中，砷能够被氧化还原，土壤中29%～71%的砷得以降解，这一实验发现对土壤重金属治理和地下水安全具有重要意义。目前我国每年使用化学农药量超过130万吨，亩均施用931.3克，比发达国家高一倍，且由于施药技术落后，农药利用率仅为20%～30%左右，70%～80%农药进入土壤和水体，导致农药残留污染。丹阳珥陵农民通过引进德国拜耳技术，在耕作农田里建立一块三平米、高五十公分的耕地，堆放秸秆和相关土壤微生物制剂，形成一处“农药污水微生物处理机”，对残留农药和重金属的污水体进行治理。据2013年统计，仅此一项能使每亩收入提高161元，增收12.28%，平均每亩减少施药1-2次，减少农药使用量60%。江西省南丰县盛产蜜橘，因受农药残留影响，年产2.5亿公斤的蜜橘仅有5万公斤出口进入欧盟市场。该县通过引入曾获国家科学技术进步二等奖的“农药残留微生物降解技术”，利用微生物菌剂对生产基地土壤进行治理，使喷洒农药降解率达到95%以上，产品达到了无公害和绿色食品的标准，此后南丰县每年都有50多万公斤蜜橘出口到欧盟市场。

（2）对动植物废弃物的降解。土壤微生物对土壤物质具有分解作用，黑龙江省大庆杜尔伯特蒙古族自治县克尔台乡利用开荒种植的盐碱地，进行微生物秸秆还田试验。研究人员将地衣芽孢杆菌、魏登施泰滕芽孢杆菌等微生物菌喷洒在700公斤干玉米秸秆碎块上，混匀后施于大田中进行常规耕种。插苗后25天，观察到利用微生物的实验区稻秧根系发达，分蘖数比对照区多1.5倍左右，成熟后稻穗数量比对照区多1-1.5倍。

（3）对固体废弃物的降解。研究表明，普通塑料能在土壤中延存数百年以上。通过构建高效降解菌，可将土壤中的塑料和农膜等固体废弃物几周内迅速降解。如日本科学家发现Ideonellasakaiensis的微生物，能够利用自身的酶降解对苯二甲酸乙二醇酯（PET，一次性水瓶、塑料膜主要材料），将其水解为对苯二甲酸和乙二醇两种对环境友好的物质。实验表明，利用某些特殊土壤微生物可有效降解白色污染带来的危害。

1.3 广泛应用于农业生产

微生物作为一种宝贵的生物资源，与农业产业的关系极其密切，在农业病虫害防治、土壤肥力的提升和维持、营养元素的转化、饲料发酵等方面起着极为重要的作用。

（1）微生物农药产业。目前，我国化学农药利用率仅为20%-40%。长期使用还会严重污染环境。微生物作为新型农药，具有选择性强、环境影响小、不易产生抗性等优点。武汉大学研制的一种以杆状病毒为主的“活体微生物农药”，能够直接进入害虫胃肠道与种肠细胞结合，使害虫迅速死亡。这项技术具有高效、安全、无残留、无损茶叶品质等优点，已被国家批准直接用于有机茶大面积防治茶尺蠖、茶毛虫、茶小卷叶蛾等三大害虫的微生物农药，其综合防治成本较低，每亩费用和工时仅为化学农药的十分之一。

（2）微生物菌肥产业。微生物肥料（生物菌肥）主要通过肥料中的微生物活动和其生产的代谢产物来达到特定的肥料效果，不对环境造成污染。如大豆接种根瘤菌每公顷可增产225-300公斤，花生根瘤菌可使花生增产10%-50%。2016年云南麻栗坡县利用微生物菌肥在水稻上进行大田试验，施用微生物菌肥处理的稻谷产量、实粒数等经济性状及植株的健壮度、粒籽光泽度等生物性状，都明显优于常规施肥处理。经实割实测，复合微生物菌肥处理的亩产663.6kg，常规处理的亩产629.7kg，微生物菌肥试验区比常规施肥区增产33.9kg，增产5.4%。同时，复合微生物菌肥在水稻移栽时一次性施用，节省了人工。

（3）微生物饲料添加剂产业。目前世界大多数国家均已限制和禁止抗生素作为饲料添加剂使用。微生物饲料添加剂是替代抗生素的重要开发方向。利用甲烷细菌发酵得到的干饲料含蛋白质30%-40%，维生素B12含量超过鱼粉1000倍。每吨饲料中添加0.25-0.5公斤微生物发酵饲料，可使猪体重增加30-50斤。

1.4 微生物新资源食物

据检测分析，食用菌、微型藻类等微生物食物，含有丰富的蛋白质和多糖，具有较高的营养和食疗价值。

（1）可食微生物种类繁多。我国微生物资源丰富，微生物中蕴藏着生产食物的巨大潜力。以肉質真菌为例，我国已知的46科720种，其中有80多种在实验室实现了人工驯化，其中具有经济意义的有40种，20多种已进行商业化规模化生产。

（2）可食微生物营养丰富。可食用微生物的营养价值高，如1公斤蘑菇所含蛋白质的营养价值相当于2公斤的禽肉、3公斤的鸡蛋或12公斤牛奶。微生物中蕴含多种氨基酸和维生素，如摄食100克小球藻就能满足人体每天对各种维生素的需求。

（3）可食微生物获取相对容易。以单位时间计算，播种1000公斤大豆，每天能生产37公斤蛋白质，而培养1000公斤酵母菌，每天可以合成10多万公斤蛋白质。此外，可食微生物资源消耗低，可以连续培养，不受气候环境的变化，只需占用少量的土地和水源。

2 存在的问题

当前，我国农业微生物已有不同程度的开发、利用和保护，取得的效果也较明显，但总的来说，仍面临以下四个方面的问题：

2.1 农业微生物缺乏管理

目前，我国缺乏针对农业微生物尤其是对土壤微生物的管理，其主要原因：一是对土壤微生物在农业生产、生态中的重要作用认识不够。发达国家在上世纪中叶就开始科学管理并利用土壤微生物，在轮作深耕、秸秆还田、畜禽粪便处理等方面通过强化微生物的作用取得了很好效果。二是我国土壤微生物利用缺乏突破性、创新性成果。虽然我国很早之前就开始利用土壤微生物，如微生物肥料根瘤菌的研究可追溯到20世纪40年代，但整个农业微生物产业也仅仅是在近几年才得以快速发展，农业生产及其科技创新聚焦于植物和动物，微生物的发展几近空白。

2.2 缺少统一规划和布局

一方面，我国对微生物的保管较分散，单位之间缺少资源共享和协同利用。如中国农科院和中国科学院均设有微生物保藏中心，地方一些科研机构也保有菌种，但相互间缺少共享交流，资源不能得到有效利用。另一方面，政府有关部门缺少针对微生物的统一规划和布局。由于农业微生物没有主管部门，在相关政策制定中缺少统一的研发目标和任务要求，没有针对问题及发展需求制定未来的科技创新布局。

2.3 相关标准法规滞后

目前，我国农业微生物相关行业标准滞后，单一的技术要求难以适应多样化的市场需求。如现有的GB20287-2006农用微生物菌剂标准、NY/T798—2004复合微生物肥料标准、微生物肥料标准（NY227-94），与目前开发的微生物肥料产品种类多样、技术要求高等极不适应。同时由于缺乏农业微生物资源保护制度，一些珍贵农业微生物资源处于濒危和流失状态。激励政策不衔接，如微生物饲料及农药的利用与开发政策之间缺少配套和衔接。

2.4 产业开发利用落后

一是农业微生物的基础研究落后于生产需求。我国缺乏对本土农业微生物的功能性研究与重点开发。国家层面上对相关研究支撑力度不够，如微生物肥料的基础研究和应用基础研究很少立项，造成科研队伍萎缩。二是对农业微生物资源发掘落后于发达国家。美国农业部微生物菌种中心目前保藏微生物种质资源8万株，而我国农业菌种中心库藏菌种仅为3千多株，在数量和质量上差距很大。同时，也没有建立全国性的信息共享平台。三是现有农业微生物企业普遍规模小，创新能力弱。如微生物肥料行业，已有850多家，但多为中小型企业，菌剂类企业年平均产量一般在几百吨左右，超过上千吨的厂家屈指可数，虽然产量规模较前几年有了较大提高，但仍然缺乏创新性，行业中还没有涌现出知名或旗舰型企业。

3 主要建议

我国是种养业大国。据不完全统计，每年秸秆产量有9亿吨，加工副产物有5.8亿吨，其综合利用率平均不到40%，剩下的则被随意堆放、丢弃；每年产生的约38亿吨畜禽粪污，用则利、弃则害。通过微生物利用推动秸秆与粪污的资源化利用，培肥土壤地力，其意义重大，不仅是解决环境污染的重要措施，还是催生农业微生物产业发展、涵养绿水青山的重要手段。为此建议：

3.1 设立微生物专门管理机构

我国由于缺乏对微生物开发利用和保存的全方位管理，尤其是对土壤微生物的管理缺失，致使土壤耕作、秸秆还田、畜禽粪便处理等相关重大技术及产品开发利用严重滞后，引发地力下降、环境污染等严峻问题。建议国家有关部门牵头设立专门管理机构，对农业微生物进行全程管理和重点开发，统筹推进对农业微生物和植物、动物的综合利用、绿色循环利用。

3.2 强化科技创新投入，加快微生物产业发展

目前，我国农业微生物产业处于快速发展态势，但行业创新动力不足，原创性科研立项少。建议国家增加科技创新投入，加大开展科技创新，在秸秆综合利用、动物粪便资源化利用、土壤肥力提升、环境污染治理、生物农药及饲料添加剂等方面，实现技术突破和成果大规模应用，加快培育一大批农业微生物制品（剂）的龙头企业。

3.3 深入开展微生物基础和应用研究

一是设立专项资金，开展我国微生物资源发掘与保护，建立全国微生物资源信息共享平台。二是结合我国特有微生物，开展微生物基础功能性研究，为微生物产业提供技术支持。三是加强微生物技术培训及推广应用工作。制定相关措施，鼓励科研人员将科研成果转化应用到实际生产、生活中，满足社会需求。（通讯作者：王东阳）

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