植物营养与肥料学报   2017, Vol. 23  Issue (6): 1602-1613 
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我国生物肥料研究与应用进展
范丙全    
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081
摘要: 我国生物肥料研究始于20世纪50年代,最初只有提供有效氮、磷、钾元素的细菌肥料。经过60年的发展,逐步成为拥有11类产品,年产1000万吨生物肥料的庞大产业体系。本文从四方面对近10年我国生物肥料研究、应用以及产业发展取得的成就进行了简要总结,以期为其今后研究和创新发展提供借鉴。1) 介绍了根瘤菌、联合固氮菌、溶磷菌、解钾菌和促生菌高效菌种资源筛选、应用效果、关键技术问题与重点突破方向;2) 总结了不同类型生物肥料包括微生物菌剂、生物有机肥料、有机无机生物复合肥的应用效果;3) 分析了生物肥料发展中存在的问题以及市场规模;4) 对我国生物肥料发展趋势进行了展望。
关键词: 生物肥料     研究进展     发展趋势    
Advances in biofertilizer research and development in China
FAN Bing-quan    
Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
Abstract: The study and application of biofertilizers started in 1950s in China. The very early biofertilizer researches were mainly focused on N-fixation bacteria, P-solubilizing bacteria and K-decomposing bacteria, with the purpose of providing more nitrogen, phosphorous, potassium. After 60 years’ development, biofertilizer has grown to a enormous industry in China, possessing more than 1000 manufacturing enterprises and containing 11 kinds of products, of which multi-functional strains account for a large proportion. In this paper, the scientific research, agricultural application and industrial development of biofertilizer in the recent 10 years of China were reviewed from the following four aspects, that will be useful for reference of biofertilizer research and development in near future. 1) Briefly introducing the isolation, inoculum effects and main problems existed in rhizobium, associative N-fixation, P-solubilizing, K-decomposing, and plant growth promoting microbes; 2) Reviewing the application efficacy of inoculant, bioorganic fertilizer and compound biofertilizer; 3) Analyzing the development obstacles and market scale of biofertilizer industry; 4) Outlooking some development trends of biofertilizers.
Key words: biofertilizer     research progress     development tendency    
1 我国生物肥料研究现状

生物肥料就其肥效功能而言,在我国农业生产中使用最为普遍的主要有5类:1) 根瘤菌生物肥料;2) 联合固氮菌生物肥料;3) 溶磷菌生物肥料;4) 解钾菌生物肥料;5) 促生菌生物肥料。

1.1 根瘤菌生物肥料 1.1.1 根瘤菌资源筛选

中国农业科学院建院50周年之际,笔者对我国根瘤菌资源筛选工作取得的成绩进行了介绍[1]。近些年来,我国十分重视根瘤菌高效菌株筛选,期望获得固氮能力强的菌种资源。

大豆根瘤菌一直是我国筛选的主要菌种资源,研究人员获得的主要菌株有辽宁慢生根瘤菌 (Bradyrhizobium liaoningense) 4345和费氏中华根瘤菌 (Sinorhizobium fredii) 4338[2],豆科根瘤菌 (Rhizobium leguminosarum) YR3和中华根瘤菌 (Sinorhizobium sp.) YR6[3],耐旱大豆根瘤菌株Bradyrhizobium japonicum 4788和B. japonicum 4792[4]以及2株优良大豆根瘤菌AMH2B和AB192[5]

豆科牧草根瘤菌资源一直受到研究人员的重视,已经筛选了6株与拄花草最佳匹配的根瘤菌[67], 包括白三叶草根瘤菌YA1121和CD1105[8]、田菁根瘤菌YIC5077[9]、苜蓿根瘤菌菌株SWF67523[10]、苜蓿根瘤菌菌株HBU75002和HBU03701[11]

根瘤菌具有耐受不良环境的能力,如筛选到的苜蓿根瘤菌菌株S0713对Al3+ 耐受性好,在pH 4条件下可生长正常[12];中华根瘤菌 (Sinorhizobium Meliloti) 菌株TC-Y耐盐能力达5% NaCl[13];抗铜的苜蓿中华根瘤菌CCNWSX0020可耐受Cu2+ 1.4~3.5 mmol/L[1415];根瘤菌菌株W20耐铝[16];大豆根瘤菌AWC13-4耐酸、耐盐和耐抗生素[17];6株紫花苜蓿根瘤耐酸性土壤[18]

1.1.2 根瘤菌应用效果

中国农业科学院土壤肥料研究所于20世纪50年代开展了豆科根瘤菌菌剂研究[19],20世纪60~70年代,应用面积不断扩大,接种根瘤菌的豆科作物增产10%以上[1]

2007年至今的10年间,根瘤菌微生物的应用推广从未间断。进入21世纪以来,尽管豆科作物种植面积有所减少,根瘤菌的使用面积相应下降,根瘤菌的研究与应用工作仍然继续,并取得了较好的试验效果。减少氮肥施用量条件下,商品化根瘤菌菌剂可提高大豆、花生产量13%~15%[2021]。大豆栽培生产中采用常规施肥接种根瘤菌肥增产15.0%[22]。大豆接种耐铝根瘤菌W20菌株地上和地下部分生物量分别比对照增加了60.9%和14.8%[16]。大豆接种根瘤菌B. diazoeffciens SCAUs8可增产21.4%~29.7%[23]。接种菌株ACCC16101后,豌豆的产量比对照增加了48.76%[24]。苜1号紫花苜蓿接种根瘤菌ACCC17544后,干草重、粗蛋白质含量分别比对照增加3.8%~26.12%和2.39%~8.5%[25]。紫花苜蓿接种苜蓿中华根瘤菌菌株TC-Y可显著增加生物量[13]。15个品种的紫花苜蓿接种根瘤菌后,鲜草和干草产量分别增加21%和32%[26]。南苜蓿接种根瘤菌菌株SWF67523,根系浸染根瘤的数量相比于土著根瘤浸染数量 (占瘤率) 增加了93.33%,干重增幅100%[10]。紫花苜蓿接种ACCC17558和ACCC17617后,地上部分干重分别比对照提高91.4%和8.6%[27]。紫花苜蓿接种根瘤菌菌株HBU75002增产36.8%[11]

1.1.3 根瘤菌技术突破方向

1) 氮肥阻遏和竞争结瘤能力差是限制根瘤菌效果的重要因素,研究如何提高根瘤菌接种剂与土著根瘤菌的竞争结瘤、增强根瘤菌剂抗氮肥阻遏的能力是提高其高效固氮能力需要突破的关键技术;

2) 根瘤菌与土壤、豆科植物品种的有效匹配,有助于增强根瘤菌对土壤环境的适应性和固氮能力;

3) 加强高效根瘤菌生物肥料保活材料研究,提高根瘤菌的货架期和土壤中的存活能力。

1.2 联合固氮菌生物肥料 1.2.1 联合固氮菌资源筛选

近10年来,我国联合固氮微生物的筛选工作持续开展,取得了较大进展,为我国生物肥料产品和产业发展提供了充足的菌种资源。已经分离筛选的联合固氮菌X4菌株,固氮酶活性高达180.20 nmol/(mL·h)[28],还有固氮的佛莱辛草螺菌、中型假食酸菌、恶臭假单胞菌、荧光假单胞菌、越南伯克氏菌、阴沟肠杆菌、路德维希肠杆菌[29]、弯曲假单胞菌NFR19、产酸克雷伯氏菌NFL28与NFSt18、节杆菌NFR7、纤维化纤维菌NFR10等。首次分离并证实具有固氮活性的纤维化纤维菌[30]。短小芽孢杆菌B402的固氮活性为C2H4 156.32 nmol/(mL·h)[31],芽孢杆菌N4、假单胞菌N6的固氮酶活性 > 300 C 2H4 nmol/(mL·h)[32],以及假单胞菌属hnN2和固氮菌属hnN6均具有较高的固氮酶活性[> 200 C2H4 nmol/(mL·h)][33]

最令人兴奋的一项研究获得了6株联合固氮菌,其固氮酶活性都超过1000 nmol/(mL·h)。其中,菌株克雷伯氏菌属ASN004的固氮酶活性最高,达到了1765.66 nmol/(mL·h),其他5株固氮酶活性为1055.35~1598.69 nmol/(mL·h)[34]。农业生产迫切需要泌铵量比较高的固氮微生物的筛选也有报道,李琼杰等[35]获得一株泌铵固氮菌Kosakonia radicincitans GXGL-4A,固氮酶活性为232.94 nmol/(mL·h),发酵液中铵态氮含量达到了2.5 mg/L。

1.2.2 联合固氮菌应用效果

近10年间,联合固氮菌的应用研究较以往明显减缓[1],但仍有一些报道,如抑制桉树青枯病菌的一株联合固氮菌,桉树接种后苗木死亡率降至38.24%,桉树苗地上部干重增加123.23%[36]15N标记尿素研究显示,联合固氮菌肥与氮肥配合施用可节省近一半的氮肥用量[37]。小白菜接种固氮鞘氨醇单孢菌GD542,植株干重增加206%,含氮量增加230%[38]。青海2014年试验示范推广联合固氮菌菌剂7080 km2,川水地区小麦增产8.45%~16.8%,脑山地区增产4.77%~22.9%,沙地、薄地小麦拌种固氮菌增产33%,青稞上应用联合固氮菌 (拌种) 增产13.0%~18.4% [39]

1.2.3 联合固氮菌突破重点

固氮效率不高是困扰我国联合固氮菌生物肥料施用推广的技术瓶颈。需要从以下三方面进行技术突破:

1) 选育耐受氮素阻遏的高效联合固氮菌,力争固氮能满足作物生长所需氮素的30%以上;

2) 加强高效泌铵菌突变株的筛选和选育研究,尤其培育抵御氮素阻遏的泌铵菌,增强泌铵菌对作物根际的趋化性;

3) 加强高效联合固氮菌与不同地域土壤、不同寄主作物的最佳适配技术研究,这也是提高其固氮效应的重要因素。

1.3 溶磷生物肥料 1.3.1 溶磷菌资源筛选

我国溶磷微生物研究始于20世纪50年代,无论是细菌,还是真菌研究取得多项成果[1]。目前,溶磷微生物筛选更加重视溶解多种难溶磷、提高作物产量以及与土壤作物适配性强的菌株。近些年报道的溶磷细菌有草生欧文氏菌菠萝变种P21[40]、伯克霍尔德菌属 (Burkholderia sp.) T4[41]、德氏嗜酸菌D86[42]、荧光假单胞菌K4和胶质芽孢杆菌K7[43]、嗜气芽孢杆菌B3-5-6、虫内生沙雷氏菌M-3-01和艾博丽肠杆菌T1-4-01[44]、洋葱伯克霍尔德氏菌P0417[44]、脂环酸芽孢杆菌A1[46]、枯草芽孢杆菌PSM[47]、弯曲芽孢杆菌YC4[48]、阴沟肠杆菌RW8菌株[49];溶磷真菌包括棘孢青霉菌菌株Z32[50]、黑曲霉PSFM菌株[51]、黑曲霉菌11107[52]、曲霉属真菌ZG-15和ZG-34[53]、斜卧青霉菌P83[54]、产黄青霉PSM-1[55]、草酸青霉菌P4和黑曲霉菌P85[56]

1.3.2 溶磷菌应用效果

溶磷微生物肥料或制剂在室内模拟试验以及在粮食和蔬菜等经济作物上的田间试验取得了可喜的进展。含有草生欧文氏菌菠萝变种P21菌株的生物菌剂培养试验,磷酸三钙和羟基磷灰石的溶磷量 (P2O5) 分别高达 1206.20 mg/L和529.67 mg/L[40]。土壤接种构巢曲霉Zh菌株,其有效磷含量比不接种对照提高了37.04%,玉米产量提高 13.22%[50]。接种卧斜青霉菌P83,土壤的有效磷含量增加40.5 mg/kg,玉米增产35.3%[54]。黄瓜接种溶磷菌qzr14,地上部干重可提高98.46%、鲜重57.01%[57]。洋葱伯克霍尔德氏菌P0417液体培养溶解的有效磷达 791.84 μg/mL[45];脂环酸芽孢杆菌A1对中低品位磷矿石的浸磷率高达77.22%[46];菌株P4和P85接种液体培养基Ca3(PO4)2释放的有效磷分别为1862.9和1413.7 μg/mL,玉米接种菌株P4、P85菌剂增产15.3%和12.6%[56]

化肥尤其是磷肥的大量使用,影响了接种溶磷微生物提高土壤难溶磷有效性。国家应重视高效溶磷微生物菌种的筛选与产品开发,提高土壤中磷素资源的有效利用。

1.3.3 溶磷菌生物肥料技术突破方向

1) 筛选和培育适应我国典型农业土壤、主要作物的高效溶解土壤多种难溶磷的菌种资源;

2) 不断增强溶磷生物肥料活化土壤难溶磷的能力、减少土壤对磷肥固定、提高磷肥利用率;

3) 研制适合大量化肥投入的农田环境下,与土壤和作物适配的溶磷生物肥料,实现养分资源的高效循环利用。

1.4 解钾生物肥料 1.4.1 解钾菌资源筛选

我国研究解钾微生物最早开始于20世纪50年代,范云六从施用混合肥料后的土壤中分离到硅酸盐细菌[58]。随后,硅酸盐细菌的筛选工作进展很快,分离出的分解钾矿物的菌株有环状芽孢杆菌、硅酸盐细菌、胶质芽孢杆菌、邻单胞菌属、多粘芽孢杆菌、土壤芽孢杆菌、阪崎氏肠杆菌[1]

最近10年,解钾微生物筛选取得了较大进展,获得了一批高效菌株,分别是硅酸盐细菌菌株2#[59]、硅酸盐细菌菌株F1[60]、硅酸盐细菌菌株K56[61]、芽孢杆菌属C1和Y3[62]、芽孢杆菌QL21[63]、链霉菌M3-4[64]、嗜线虫赛雷氏菌MY-1[65]、弯曲芽孢杆菌YC4[66]、恶臭假单胞菌JT-K21[67]、巨大芽孢杆菌b6和胶质芽孢杆菌b7[68]、泡盛曲霉MQ013、黑曲霉MQ039[69]

1.4.2 解钾菌株应用效果

解钾能力是衡量解钾菌株效能的重要指标。一些解钾菌株具有较好的活化难溶钾的作用,如硅酸盐细菌菌株F1接种土壤60 d,土壤有效钾净增20%[60];芽孢杆菌属C1和Y3接种到土壤中,解钾量比对照提高了44.8%和26.2%[62];芽孢杆菌QL21解钾率为25.1%[63];链霉菌M3-4解钾率为20%[64];弯曲芽孢杆菌YC4对无机磷、难溶性钾的溶解量分别达到286.33、17.90 mg/L[48];恶臭假单胞菌JT-K21液体培养基中可溶性钾高达132.68 mg/L[67]

硅酸盐菌株还显示了良好的增产和抑病作用。接种硅酸盐细菌C1和Y3,盆栽玉米植株地上部干重分别提高了31.9%和26.7%[62];接种硅酸盐细菌菌株K56,对镰刀菌抑制效果达到85.9%[61];接种泡盛曲霉MQ013和黑曲霉MQ039,能有效提高玉米植株的磷、钾含量和生物量[68];弯曲芽孢杆菌YC4接种的烟草鲜重提高2倍[66];巨大芽孢杆菌b6、胶质芽孢杆菌b7对山毛豆促生效果显著[68]

1.4.3 解钾菌肥料技术突破方向

解钾菌株虽然有一定的解钾作用,但总的来讲,解钾能力,特别是活化土壤难溶钾的效果尚不如人意,因此,解钾细菌肥料的研究和制备需在以下几方面加强工作:

1) 继续筛选高效解钾菌,培育解钾效率高、定殖生存效果好、不易退化的解钾菌菌种资源;

2) 研发高效活化土壤难溶钾、增强生物有效性、提高钾肥和土壤钾利用效率的生物肥料,尤其研究开发适应南方酸性土壤、北方石灰性土壤的解钾生物肥料;

3) 建立解钾生物肥料在不同地域的高效使用和调控技术,确保解钾生物肥料发挥解钾、增产、促进钾素吸收的作用。

1.5 促生菌生物肥料 1.5.1 促生菌资源筛选

为适应农产品商品化生产带来的土壤环境问题,我国农业微生物研究人员筛选了一些产生植物促生物质的菌株,主要是一些可以分泌IAA的菌株,并检测了他们合成IAA的效率。如剑菌属JSc B菌株IAA产量可达73.28 mg/L[70],短小芽孢杆菌YM4为37.18 mg/L[66],巨大芽孢杆菌JX1菌株为22.55 mg/L[71],短小芽孢杆菌SGM7为23.59 mg/L[72],巨大芽孢杆菌ZH5菌株为43.18 mg/L[73],菌株P17为30.48 mg/L [74],菌株NXP17的分泌量为31.33 mg/L[75],同温层芽孢杆菌SC-12菌株,IAA产量为73.97 mg/L[76]。已经报道的2株高产IAA细菌菌株,一株为氯酚节杆菌L4,IAA产生量达135.67 mg/L[77],一株阴沟肠杆菌菌株JP6,IAA产量为128.9 mg/L[78]

1.5.2 促生菌应用效果

有促生作用的微生物种类非常广泛,以芽孢杆菌类最为普遍,包括巨大芽孢杆菌、短小芽胞杆菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、荧光假单孢菌[79]。通过对这些菌株的优化组合,研制出了一些抗病促生的功能性生物肥料。如枯草芽孢杆菌BCL-8与克雷伯氏菌Rs-5联合使用对棉花立枯病的防治效果为55.37%,棉花产量提高10.51%[80];短芽孢杆菌菌株接种小麦,地上部鲜重比对照增加10.64%[81];接种巨大芽孢杆菌JX15菌液,花生植株鲜重显著增加[71];苜蓿接种粘质沙雷氏菌LJL-11菌肥,干草产量提高15.69%~40.38%,苜蓿粗蛋白质含量增加7.67%~16.11%[82];花生接种巨大芽孢杆菌ZH5菌株,鲜重增加49.8%,植株全磷增加21.84%[73];促生菌菌株003PWXZ6和NXP17接种披碱草,披碱草生理指标和养分含量显著增加[74]

1.5.3 促生菌技术突破方向

1) 筛选高效分泌植物激素的微生物菌种资源,优选高效促生增产菌种,在促生菌耐养分胁迫、高效增产的关键技术方面获得突破;

2) 研究各种促生菌与不同作物品种、不同土壤类型最佳匹配的高效稳定组合,研制与我国典型土壤、主要作物最佳适配高效促生增产生物肥料产品。

2 我国生物肥料应用现状 2.1 生物菌剂应用效果

生物菌肥作为生物肥料的初始名称一直沿用至今。试验证明,微生物菌剂 (或者说生物肥料) 对粮食、棉花、油料作物增产效果非常明显。玉米施用生物菌肥不仅能够减少化肥用量,提高氮磷肥料的利用率,还可提高玉米产量[8384];有机水稻上使用微生物菌肥增产14.7%~24.9%[85];百农矮抗58小麦品种使用光合菌肥增产24.19%[86];施用复合微生物肥料M-14,小麦增产14.3%,胞囊线虫侵染率减少43.4%~70.8%[87];花生使用微生物菌肥比对照增产9.93%~11.56%[88];根瘤菌菌肥接种花生产量增加7.9%~15.2%[89];生物肥料‘宁盾’对大豆疫霉病防效为36.54%,产量增加89.32%[90],田间试验防治效果高达81.55%,增产率高达57.61%[91];大豆施用根瘤菌肥增产15.0%[22];菜豌豆施生物菌肥产量提高15.02%[92]

施用枯草芽孢杆菌Tu-100生物肥料,油菜产量增加7.90%[93]。接种枯草芽孢杆菌肥、哈茨木霉菌剂,棉花黄萎病降低了47.45%~57.31%[94],接种复合微生物菌肥棉花黄萎病防治效果达82%,籽棉产量提高22.8%[95]。马铃薯接种微生物菌肥,产量增加40.6%~43.7%[96]。番茄接种固氮菌肥产量提高18.81%~30.2%[9798]。大棚施用5406抗生菌肥,辣椒产量提高44.63%[99]。生防菌剂接种黄瓜增产60.4%~68.1%[100]。球毛壳菌ND35菌肥接种黄瓜,产量提高21.85%[101]。抗病促生菌剂提高魔芋产量27.15%[102];枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的复合微生物菌肥,使甘蔗干物质积累量增加59.4%[103]

2.2 生物有机肥应用效果

进入21世纪,在有机肥堆制或生产过程中,将功能性微生物菌剂接种其中,生产出了既有微生物的抗逆促生效果,也有有机肥维持化肥养分持续稳定释放等功能的生物有机肥。近十年来,生物有机肥迅速发展,许多有机肥生产企业转向生物有机肥的生产,生物有机肥的应用效果也受到肯定。如玉米施用生物有机肥增产7.7%[104];生物有机肥配施氮素化肥比常规施肥增产,早稻增产12.1%~20.5%,晚稻增产7.5%~17.9%[105];化肥和生物有机肥配合施用比只施用化肥水稻产量增加47.3%[106];常规施肥条件下,施用生物有机肥比对照增产11.7%~12.7%[107];田间马铃薯施用生物有机肥比不施生物有机肥增产15.54%~24.58%[108];生物有机肥配合化肥的马铃薯产量比常规施肥提高16.09%[109];莴苣施用生物有机肥比对照增产30.5%[110];温室大棚黄瓜生物有机肥作基肥增产17.47%~27.71%[111112];以3种生防细菌制备的生物有机肥,香蕉枯萎病防治效果达53.8%~61.5%[113];西瓜接种生物有机肥料,比普通有机肥处理和当地习惯施肥处理产量分别提高了14.5% 和17.9%[114];生物有机肥在番茄上的应用效果表明,与常规施肥相比增产9.2%[115];生物有机肥与混施处理中的果实可溶性糖分别增加了15.58%和17.75%,果实中VC含量分别增加15.18%和13.84%[116];常规施肥配合基施生物有机肥料烟叶产量最高,增产率12.2%[117]

2.3 有机无机生物肥料应用效果

有机无机生物肥料是指含有化肥、有机肥、微生物的复合肥料,要求氮磷钾、有机质和微生物数量必须符合国家 (部颁) 标准的最低值。此类肥料最早报道出现在2001年,2004~2010年有机无机生物肥料的报道陆续见诸于期刊[118120]。使用有机无机生物肥料,能显著增加土壤中微生物数量、土壤有效磷和有机质含量,产量较无机复合肥的处理增加了5.8%[121];施用有机无机生物肥,苹果产量增加13.71%,梨产量增加30.37%,温室桃子产量增加28.77%[122]。尽管与其他肥料相比研究报道很少,许多生物肥料企业已经或者正在准备生产有机无机生物肥料。

3 我国生物肥料存在问题与发展趋势 3.1 生物肥料发展中存在的问题

1) 微生物活性保护剂亟待加强研究 迄今,我国生物肥料活性保护技术研究较少,国外在生物肥料保活材料方面报道较少,即便开展了研究其结果也是秘而不宣。由于菌体活性保持时间和货架期短,导致了生物肥料的高成本和质量不稳,严重影响我国生物肥料的产业发展。

2) 载体灭菌技术与装备亟待加强研究 载体灭菌是否彻底关系到生物肥料货架期、土壤存活能力以及应用效果。目前,利用钴源γ-射线辐照技术进行载体灭菌是当前各国认同的最佳技术,微波技术以其价格低廉有望成为21世纪最佳辅助技术。研究和开发移动型、小型化的核辐照 (60Co) 载体灭菌装备,以满足我国生物肥料企业的迫切需要。

3) 高效菌种资源挖掘亟待解决 经过60年的不断发展,生物肥料产业依然缺乏抗氮素阻遏、与土著根瘤菌竞争力强的根瘤菌;缺乏高效溶解土壤各种难溶磷、耐受磷肥胁迫、提高磷肥利用率的特性溶磷菌菌种;缺乏耐氮素阻遏、高效固氮的联合固氮菌菌种;缺乏高效活化土壤难溶钾、提高钾肥利用效率的解钾菌菌种;缺乏高效产生生长素、赤霉素、细胞分裂素的高效促生菌菌种。

4) 生物肥料企业亟待更新高效菌种 我国生物肥料产品与农业生产需求相差甚远,主要问题有2个方面:一是,大多数企业依然使用传统的甚至退化严重的固氮、溶 (解) 磷、解钾、促 (抗) 生菌,有些企业以芽孢杆菌为生产菌种,有些则以其他菌作为生产菌种;二是,各家企业使用的菌种相同或者相近,产品缺乏针对性,农业生产需要的生物肥料产品严重缺乏。

3.2 生物肥料市场潜在规模

20世纪90年代初期,成立了农业部生物肥料质量监督检验测试中心,负责全国生物肥料产业的登记、质检和监督工作。目前,全国生物肥料企业增加到1000家、产品11类、生物肥料产量1200万t[1]

生物肥料产业在粮食安全、节约肥料资源方面具有其他资源不可替代的地位。随着化肥减肥增效行动的开展和不断推进,农田土壤质量修复和地力不断提升,农田土壤污染的治理和不断改善,必然加速我国生物肥料应用市场的扩展。全国现有16亿亩耕地,按照全部使用生物肥料、每亩使用50 kg计算,每年需要生物肥料至少8000万t,这是一个巨大的生物肥料市场。

3.3 生物肥料发展趋势

1) 生物肥料向着节约化肥资源方向发展 使用耐受氮肥的根瘤菌、耐氮联合固氮菌、耐磷肥胁迫的溶磷菌、耐受化肥胁迫的硅酸盐细菌以及促生菌等生产的多种功能生物肥料,改善土壤生态功能,提高化肥利用效率,减少化肥使用量。

2) 生物肥料向着绿色和有机农业需要发展 为了保障农产品质量,我国加快了有机农业发展,生物肥料以其特有的功能促进了我国有机农业的蓬勃兴起。截至2017年底,全国获得有机产品认证的企业1009家,有机农业示范基地面积已超2000万亩。预计未来10年,我国有机农业面积将不断增加。

3) 生物肥料向着修复土壤环境的需要发展 我国农田土壤受到重金属、多环芳烃、石油、抗生素、农药、塑料污染的面积达10亿亩, 严重威胁农产品安全和人民健康。每年因污染导致粮食减产2000万吨,直接损失200~250亿元[79]。从根本上治理土壤污染已经刻不容缓,利用专用型生物肥料,降解土壤中的有机有毒物质,钝化重金属,确保农田生态和农产品安全。

4) 生物肥料向着荒漠化治理需要发展 利用微生物肥料产品,加速荒漠化土壤表层的治理恢复,加速风化成土过程,提高土壤颗粒粘结力,快速形成土壤结构和抗风蚀能力,恢复荒漠化土壤生产力,为我国粮食安全提供支撑。

5) 生物肥料向着连作障碍防治需要发展 随着我国社会经济飞速发展,耕地面积已经减少至16亿亩。为了满足国家发展对粮食增长的需求,连作在我国农业生产中已不可避免。作物连作导致土传病害加重、产量和品质下降,给我国粮食安全造成巨大隐患。研究、开发和生产防治主要作物连作障碍的生物肥料,对于我国粮食增产、保障农产品安全作用巨大。

6) 生物肥料向着提高土壤保水抗旱能力发展 近些年来,我国旱灾形势严峻,引起大面积减产,每年旱灾造成250亿kg粮食损失。研究开发具有保水功能的微生物肥料,增强土壤蓄水能力,提高土壤保水抗旱能力,是目前我国迫切需要发展的生物肥料产品。

4 结束语

近十年来,我国微生物肥料和开发获得了长足的发展,不仅筛选出一些功能性高效菌株,还在微生物菌株的联合协同施用开发中积累了宝贵的经验,为我国生物肥料的升级和快速发展奠定了一定基础。目前多株联合固氮微生物的固氮酶活性超过1000 nmol/(mL·h),最高达1765.66 nmol/(mL·h)。根瘤菌的耐氮肥能力有所增强,可以与氮肥一起使用,且增产明显。溶磷微生物的溶磷量达到1000 μg/mL以上,最高达1862.9 μg/mL。获得了高产促生物质的菌株IAA产生量高达135.67 μg/mL,作物增产高达30%。但是,短板也是显而易见的,如所获得的解钾菌株的解钾能力不高,有待进一步分离筛选高效菌株。高效菌株还没有真正进入产业化。生物肥料企业需要加快高效菌种的更新换代,充分发挥生物肥料产品应有的功效。生物肥料的研究范围还需要进一步拓展,尤其是针对荒漠化土壤修复、保水抗旱、盐碱土壤改良等功能性生物肥料的研究与开发。用于土传病害防治、土壤污染修复的生物肥料研究与创新亟待加强。

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