微生物及其相关技术在农业领域的应用探讨

朱将伟

(上海市浦东新区农业技术推广中心，上海 201202)

1 农用微生物技术发展概述

随着经济、社会的高速发展，人们的生态环保意识不断提高，农业生产上化学农药和肥料的大量使用所导致的环境污染等一系列生态问题得到了更广泛的关注。在这一契机下，微生物及其相关技术更深入地渗透到了农业生产的各领域，以微生物农药、菌肥、堆肥技术、微生物饲料等为代表的农业微生物技术的研究和应用取得充分的发展，各种相关产品层出不穷，并已基本实现了产业化[1]。

微生物种类繁多，广泛分布于自然界的每一个角落，是生物地球化学循环的重要组成部分，环境中的各种有机污染物或固体废弃物等都直接或间接地在微生物的作用下分解为无机物被重新利用[2]。如果在农业生产中破坏了土壤微生物生态系统，将会导致农业和环境出现一系列严重问题，妨碍农业的可持续发展，微生物技术及其相关产品在农业领域的应用将有利于解决这类问题。

农业微生物及其相关技术在农业领域的应用有助于减少常规化学农药和肥料对环境及农产品的污染，并有助于维护生态系统的安全。当前，微生物在农业领域的应用研究已成为研究热点，欧美等国在研究和推广应用微生物肥料、生防菌及相关的农用微生物活菌制剂等方面发展迅速，并引领着这一领域新产品的研究与开发[3]。近年来，我国的农用微生物技术发展也较为迅速，在应用中也取得了良好的效果，但仍然存在诸多不足。为了推动我国农用微生物技术及相关产业的健康发展，以及促进我国的农业现代化再上新台阶，必须进一步强化在这一领域的基础研究与应用开发。

2 微生物农药

合理使用农药是现代农业生产中保障农产品产量和质量的重要手段，但化学农药在农产品及环境中的残留会对农产品质量和生态环境造成诸多不利影响，而微生物农药较化学农药而言其安全性更高，并具有环境友好性的突出特点，因而也得到了越来越多的关注，其相关研究与应用也已取得了广泛的成果。利用微生物或其代谢产物制作的可当作农药使用的制剂被称为微生物农药，通常以活菌制剂为主体，一般也将微生物产生的农用抗生素纳入微生物农药的范畴。微生物农药按照所利用的微生物资源可分为细菌类、真菌类和病毒类等，按照功能可区分为杀虫剂、杀菌剂、除草剂及植物生长调节剂等。

用作农药的微生物菌株通常对植物病原菌、害虫或杂草具有抑制或杀灭作用，这类微生物也常被称为生防菌。用作微生物农药的细菌主要有链霉菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属等，例如：枯草芽胞杆菌可以防治水稻稻曲病和纹枯病，放射农杆菌K84常用来防治植物冠瘿病，某些铜绿假单胞菌产生的绿脓菌素对菜豆壳球孢等土传病原菌有很强的抑制能力[4,5]。AgraQuest公司利用短小芽孢杆菌 QST2808开发的活菌制剂能有效的防治链格孢属及葡萄孢属等真菌引起的作物病害；Novozymes公司生产的枯草芽孢杆菌制剂Taegro可用于预防作物的根腐病和枯萎病。另外，也有大量的真菌被用于作物病害防治，其中不少性能优异的生防真菌已被开发为微生物农药。木霉和盾壳霉是最常见的用于作物病害防治的真菌；如哈茨木霉T-22菌株能防治西红柿枯萎病和洋绣球立枯病；绿色木霉T23则可用于防治枯萎病和褐斑病。盾壳霉可寄生于核盘菌，能高效防除由核盘菌侵染引起的作物病害，苏联生产的Coniothyrin制剂以及欧洲的Contans制剂都属于盾壳霉制剂[6,7]。

对害虫有致病作用的病原微生物可作为杀虫剂加以利用，常用的有白僵菌、苏云金芽孢杆菌、假单胞菌等。例如，白僵菌对许多农林害虫有致死作用，被广泛用于防治松毛虫、叶蝉、玉米髓虫等；苏云金芽孢杆菌产品则是更广泛使用的微生物杀虫剂，可防治玉米螟等害虫。微生物除草剂则多用杂草病原菌制作而成，通过使目标杂草染病死亡而实现防除杂草的目的；通常会使用植物病原真菌的孢子制作除草剂，如Devine制剂就是用疫霉菌的厚垣孢子制成，可用于防除莫伦藤等杂草[8]。

有些微生物因能产生具有植物生长调节功能的代谢物，故可作为植物生长调节剂使用；如，赤霉菌产生的赤霉素能促进种子的萌发。另有许多真菌能产生脱落酸，其能促进顶芽休眠，加快花果脱落[9,10]。

农用抗生素是指由微生物产生的、能抑制或杀灭植物病原菌的有机化合物。能产生农用抗生素的微生物种类很多，其中以放线菌产生的农用抗生素最为常见，如链霉素、水合霉素、井冈霉素、中生菌素、土霉素等；另外，有些农用抗生素还兼有杀虫或植物生长调节等功能

3 微生物菌肥、堆肥技术及相关菌剂

微生物菌肥是指一类由具有固氮、解磷、解钾等功能的微生物制备的活菌制剂，其施用后还能分泌植物调节激素、促进植物吸收营养元素，能发挥显著的肥料效应[11]。菌肥主要是利用微生物的固定、分解和分泌作用，改善土壤营养状态，进而在植物上表现出肥料效应。菌肥无法完全代替化学肥料，但其能有效降低化肥用量，并提高传统肥料的利用率，并在提高土壤肥力、保障土壤健康方面具有重大意义[12]。早在100多年前，国外就开始研究根瘤菌的固氮作用，并尝试将其作为肥料；1896年德国开发了世界上最早的微生物肥料——根瘤菌接种剂“Nitragin”。我国的菌肥研究始于20世纪50年代，最初是研制大豆和花生的根瘤菌剂，后来在固氮蓝绿藻肥和放线菌肥料应用方面也取得了较好的效果；20世纪80-90年代，在复合微生物肥料方面开展了广泛的研究，并取得了丰硕的成果。

尽管我国近年来在微生物肥料研究领域成果卓著，但其应用与推广则与发达国家有很大差距。发达国家菌肥平均用量约占肥料总用量的五成，肥料的利用率超过50%，但当前我国菌肥使用量仅占到化肥使用量的一成左右，肥料利用率大约30%；造成这一现象可能有如下原因：①受农民对菌肥的认知所限，②菌肥的肥料效应较化肥来得慢，③菌肥的应用效果受应用环境条件的影响较大，④施用方法不当导致效果不理想；但只要处理好这些问题，微生物菌肥在我国仍有广阔的发展空间。另外，在菌肥的使用中，还必须注意要与传统肥料配合施用，不能完全取代传统肥料。

堆肥是指利用天然微生物群落的生命代谢活动，将固体废弃物中可降解的有机物转化为腐殖质的生化过程[13]。在农业生产上，经常应用农作物秸杆、人畜粪便、餐厨垃圾、污泥等废弃物作为原料，经堆肥化处理制作有机肥料；这类有机肥所含的营养成分丰富，且肥效持续时间长，同时有利于形成土壤团粒结构，能增加土壤保水、透气、保肥的能力，对保持土壤健康意义重大[14]。为了保障堆肥效果及堆肥产品质量的稳定性，研究人员也选育了一些适于堆肥的微生物菌株，并将其开发为用于堆肥处理的接种剂。例如，在利用农作物秸秆为主要原料进行堆肥时，可接种一些木质素降解菌、纤维素降解菌和半纤维素降解菌等。接种经选育的外源堆肥菌剂，通常能有效的缩短堆肥时间，并提高堆肥质量，故在工厂化堆肥生产中基本上都会使用相关的堆肥菌剂[15]。

4 农用微生物技术发展中所面临的问题及发展方向

尽管我国的农用微生物技术及其相关产品近年来发展较快，也取了不少突出的成果，但与发达国家相比仍有很大差距，还有许多问题亟待解决，如：①市场上的相关产品多，但精品少；②农用菌剂的研究及生产企业规模小，竞争力弱；③宣传不足，农民在这一领域的认知不够充分，推广过程中有较大阻力；④对农用微生物技术相关原理的基础研究还比较欠缺，理论基础不够扎实；另外，科学研究与应用之间也未能实现良好的衔接与整合。

针对农用微生物技术及其相关产品在研究与应用中所表现出的诸多不足，有必要重点关注以下几个方面，并进一步推动农用微生物技术的发展：①加强理论基础研究，充分掌握微生物的生防机理、肥效机理及相关特性等。②完善相关菌剂的制备工艺，保障制剂的高活性和高可靠性。③通过现代生物技术(如基因工程技术)改良已有的农用微生物及其产品。④探索具有不同功能的微生物的混用，发展多功能菌剂。⑤与常规肥料、农药或其它辅剂联合应用。