任廣旭 王東陽

[摘 要]簡述微生物在改善土壤肥力，凈化生態(tài)環(huán)境以及在生產、生活中的作用，同時分析我國微生物目前面臨的主要問題并提出相關的建議。

[關鍵詞]微生物；農業(yè)生產；微生物開發(fā)

[中圖分類號]S144 [文獻標識碼]A

微生物是土壤肥力養(yǎng)護、生物生長發(fā)育、生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)不可替代的重要物質基礎，直接關系到農業(yè)農村可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境維護的方方面面。充分發(fā)揮微生物的分解代謝、氧化還原及其營養(yǎng)支撐等多功能作用，對農業(yè)三產（一、二、三產業(yè)）融合、三生（生產、生活、生態(tài)）協(xié)調、三物（植物、動物、微生物）綠色高效利用，具有重大意義。

1 微生物的重要作用

微生物是包括細菌、病毒、真菌以及一些小型原生動物等在內的一類生物群體，它們與人類生活、農業(yè)生產息息相關，其主要作用可歸結為以下方面：

1.1 改善土壤肥力

科學實驗表明，有了微生物，土壤才是活的生命體。據(jù)分析，每克土壤中蘊含有100多萬種、幾十億個微生物，這些微生物時刻影響著土壤肥力及其養(yǎng)分的分解代謝和釋放。

（1）土壤微生物固氮。據(jù)研究，每年每畝耕地中所蘊含的細菌能從大氣中固定20公斤的氮，折合化肥65公斤，且利用率高達100%。山東農大專家利用細胞融合技術，優(yōu)化出具有固氮、解磷、解鉀和抗病功能的超高效固氮菌，從2010年開始在泰安市岱岳區(qū)、聊城市莘縣等地進行大田試驗，施用微生物固氮菌肥種植大果型西紅柿，畝產量近2萬斤，果實香甜濃郁，而且化肥和農藥的使用量也相應減少1/3，廣受農民歡迎。

（2）廢棄物的分解凈化。微生物能有效分解土壤或水體中動植物尸體、糞便及其有毒有害物質，并將其轉化為可利用的生物營養(yǎng)素。如動物尸體自然腐解一般需要6個月至1年，而利用微生物可使得腐化時間縮短至20天左右，可使土壤有機質提升30%-48%，其氮、磷、鉀總量占比3%～4%，成為養(yǎng)分供給農作物。由我國福建省農科院生物資源所研發(fā)的“微生物異位發(fā)酵處理技術”，目前已在寧德南洋實業(yè)、寧德百惠農業(yè)、屏南縣吉龍農莊、江西正邦集團等多家企業(yè)示范，能對30多萬頭豬的糞便進行資源化處理，通過枯草芽孢桿菌、乳酸菌等的耗氧發(fā)酵和降解，既能實現(xiàn)污染零排放，又同時獲得生物有機肥，使農民增收，該技術應用前景廣闊。

（3）形成土壤團粒結構。土壤微生物通過分解巖礦石，使其礦物化，參與形成初級土壤。土壤中的絲核菌、假單孢熒光菌、黑曲霉等微生物通過分泌多糖、有機酸結土粒，改善土壤團粒結構。經過30多年的“酵素菌造土”，曾經的不毛之地，現(xiàn)今黑土層厚度增至近30厘米，一些山地作物重茬25年依然優(yōu)質高產。該技術的創(chuàng)新應用，對我國東北黑土層地力重建，具有重要借鑒作用。

1.2 凈化生態(tài)環(huán)境

土壤是環(huán)境污染的最終受體，其污染治理周期長、難度大、成本高，對人類健康威脅大，但微生物可使土壤中的污染物得以降解或轉化為無毒低毒物質。

（1）對重金屬、化學農藥的降解。土壤中的細菌和真菌，能夠通過水解、脫鹵、氧化、還原及去氨基等作用降解土壤中的重金屬和化學農藥。據(jù)統(tǒng)計，每年因重金屬污染導致的糧食減產超過數(shù)千萬噸，每年被重金屬污染的糧食多達1200萬噸，經濟損失超過200億元。我國科研團隊，通過對湖南郴州砷污染地區(qū)大田實驗，發(fā)現(xiàn)在砷酸還原菌存在的土壤中，砷能夠被氧化還原，土壤中29%～71%的砷得以降解，這一實驗發(fā)現(xiàn)對土壤重金屬治理和地下水安全具有重要意義。目前我國每年使用化學農藥量超過130萬噸，畝均施用931.3克，比發(fā)達國家高一倍，且由于施藥技術落后，農藥利用率僅為20%～30%左右，70%～80%農藥進入土壤和水體，導致農藥殘留污染。丹陽珥陵農民通過引進德國拜耳技術，在耕作農田里建立一塊三平米、高五十公分的耕地，堆放秸稈和相關土壤微生物制劑，形成一處“農藥污水微生物處理機”，對殘留農藥和重金屬的污水體進行治理。據(jù)2013年統(tǒng)計，僅此一項能使每畝收入提高161元，增收12.28%，平均每畝減少施藥1-2次，減少農藥使用量60%。江西省南豐縣盛產蜜橘，因受農藥殘留影響，年產2.5億公斤的蜜橘僅有5萬公斤出口進入歐盟市場。該縣通過引入曾獲國家科學技術進步二等獎的“農藥殘留微生物降解技術”，利用微生物菌劑對生產基地土壤進行治理，使噴灑農藥降解率達到95%以上，產品達到了無公害和綠色食品的標準，此后南豐縣每年都有50多萬公斤蜜橘出口到歐盟市場。

（2）對動植物廢棄物的降解。土壤微生物對土壤物質具有分解作用，黑龍江省大慶杜爾伯特蒙古族自治縣克爾臺鄉(xiāng)利用開荒種植的鹽堿地，進行微生物秸稈還田試驗。研究人員將地衣芽孢桿菌、魏登施泰滕芽孢桿菌等微生物菌噴灑在700公斤干玉米秸稈碎塊上，混勻后施于大田中進行常規(guī)耕種。插苗后25天，觀察到利用微生物的實驗區(qū)稻秧根系發(fā)達，分蘗數(shù)比對照區(qū)多1.5倍左右，成熟后稻穗數(shù)量比對照區(qū)多1-1.5倍。

（3）對固體廢棄物的降解。研究表明，普通塑料能在土壤中延存數(shù)百年以上。通過構建高效降解菌，可將土壤中的塑料和農膜等固體廢棄物幾周內迅速降解。如日本科學家發(fā)現(xiàn)Ideonellasakaiensis的微生物，能夠利用自身的酶降解對苯二甲酸乙二醇酯（PET，一次性水瓶、塑料膜主要材料），將其水解為對苯二甲酸和乙二醇兩種對環(huán)境友好的物質。實驗表明，利用某些特殊土壤微生物可有效降解白色污染帶來的危害。

1.3 廣泛應用于農業(yè)生產

微生物作為一種寶貴的生物資源，與農業(yè)產業(yè)的關系極其密切，在農業(yè)病蟲害防治、土壤肥力的提升和維持、營養(yǎng)元素的轉化、飼料發(fā)酵等方面起著極為重要的作用。

（1）微生物農藥產業(yè)。目前，我國化學農藥利用率僅為20%-40%。長期使用還會嚴重污染環(huán)境。微生物作為新型農藥，具有選擇性強、環(huán)境影響小、不易產生抗性等優(yōu)點。武漢大學研制的一種以桿狀病毒為主的“活體微生物農藥”，能夠直接進入害蟲胃腸道與種腸細胞結合，使害蟲迅速死亡。這項技術具有高效、安全、無殘留、無損茶葉品質等優(yōu)點，已被國家批準直接用于有機茶大面積防治茶尺蠖、茶毛蟲、茶小卷葉蛾等三大害蟲的微生物農藥，其綜合防治成本較低，每畝費用和工時僅為化學農藥的十分之一。

（2）微生物菌肥產業(yè)。微生物肥料（生物菌肥）主要通過肥料中的微生物活動和其生產的代謝產物來達到特定的肥料效果，不對環(huán)境造成污染。如大豆接種根瘤菌每公頃可增產225-300公斤，花生根瘤菌可使花生增產10%-50%。2016年云南麻栗坡縣利用微生物菌肥在水稻上進行大田試驗，施用微生物菌肥處理的稻谷產量、實粒數(shù)等經濟性狀及植株的健壯度、粒籽光澤度等生物性狀，都明顯優(yōu)于常規(guī)施肥處理。經實割實測，復合微生物菌肥處理的畝產663.6kg，常規(guī)處理的畝產629.7kg，微生物菌肥試驗區(qū)比常規(guī)施肥區(qū)增產33.9kg，增產5.4%。同時，復合微生物菌肥在水稻移栽時一次性施用，節(jié)省了人工。

（3）微生物飼料添加劑產業(yè)。目前世界大多數(shù)國家均已限制和禁止抗生素作為飼料添加劑使用。微生物飼料添加劑是替代抗生素的重要開發(fā)方向。利用甲烷細菌發(fā)酵得到的干飼料含蛋白質30%-40%，維生素B12含量超過魚粉1000倍。每噸飼料中添加0.25-0.5公斤微生物發(fā)酵飼料，可使豬體重增加30-50斤。

1.4 微生物新資源食物

據(jù)檢測分析，食用菌、微型藻類等微生物食物，含有豐富的蛋白質和多糖，具有較高的營養(yǎng)和食療價值。

（1）可食微生物種類繁多。我國微生物資源豐富，微生物中蘊藏著生產食物的巨大潛力。以肉質真菌為例，我國已知的46科720種，其中有80多種在實驗室實現(xiàn)了人工馴化，其中具有經濟意義的有40種，20多種已進行商業(yè)化規(guī)?；a。

（2）可食微生物營養(yǎng)豐富?？墒秤梦⑸锏臓I養(yǎng)價值高，如1公斤蘑菇所含蛋白質的營養(yǎng)價值相當于2公斤的禽肉、3公斤的雞蛋或12公斤牛奶。微生物中蘊含多種氨基酸和維生素，如攝食100克小球藻就能滿足人體每天對各種維生素的需求。

（3）可食微生物獲取相對容易。以單位時間計算，播種1000公斤大豆，每天能生產37公斤蛋白質，而培養(yǎng)1000公斤酵母菌，每天可以合成10多萬公斤蛋白質。此外，可食微生物資源消耗低，可以連續(xù)培養(yǎng)，不受氣候環(huán)境的變化，只需占用少量的土地和水源。

2 存在的問題

當前，我國農業(yè)微生物已有不同程度的開發(fā)、利用和保護，取得的效果也較明顯，但總的來說，仍面臨以下四個方面的問題：

2.1 農業(yè)微生物缺乏管理

目前，我國缺乏針對農業(yè)微生物尤其是對土壤微生物的管理，其主要原因：一是對土壤微生物在農業(yè)生產、生態(tài)中的重要作用認識不夠。發(fā)達國家在上世紀中葉就開始科學管理并利用土壤微生物，在輪作深耕、秸稈還田、畜禽糞便處理等方面通過強化微生物的作用取得了很好效果。二是我國土壤微生物利用缺乏突破性、創(chuàng)新性成果。雖然我國很早之前就開始利用土壤微生物，如微生物肥料根瘤菌的研究可追溯到20世紀40年代，但整個農業(yè)微生物產業(yè)也僅僅是在近幾年才得以快速發(fā)展，農業(yè)生產及其科技創(chuàng)新聚焦于植物和動物，微生物的發(fā)展幾近空白。

2.2 缺少統(tǒng)一規(guī)劃和布局

一方面，我國對微生物的保管較分散，單位之間缺少資源共享和協(xié)同利用。如中國農科院和中國科學院均設有微生物保藏中心，地方一些科研機構也保有菌種，但相互間缺少共享交流，資源不能得到有效利用。另一方面，政府有關部門缺少針對微生物的統(tǒng)一規(guī)劃和布局。由于農業(yè)微生物沒有主管部門，在相關政策制定中缺少統(tǒng)一的研發(fā)目標和任務要求，沒有針對問題及發(fā)展需求制定未來的科技創(chuàng)新布局。

2.3 相關標準法規(guī)滯后

目前，我國農業(yè)微生物相關行業(yè)標準滯后，單一的技術要求難以適應多樣化的市場需求。如現(xiàn)有的GB20287-2006農用微生物菌劑標準、NY/T798—2004復合微生物肥料標準、微生物肥料標準（NY227-94），與目前開發(fā)的微生物肥料產品種類多樣、技術要求高等極不適應。同時由于缺乏農業(yè)微生物資源保護制度，一些珍貴農業(yè)微生物資源處于瀕危和流失狀態(tài)。激勵政策不銜接，如微生物飼料及農藥的利用與開發(fā)政策之間缺少配套和銜接。

2.4 產業(yè)開發(fā)利用落后

一是農業(yè)微生物的基礎研究落后于生產需求。我國缺乏對本土農業(yè)微生物的功能性研究與重點開發(fā)。國家層面上對相關研究支撐力度不夠，如微生物肥料的基礎研究和應用基礎研究很少立項，造成科研隊伍萎縮。二是對農業(yè)微生物資源發(fā)掘落后于發(fā)達國家。美國農業(yè)部微生物菌種中心目前保藏微生物種質資源8萬株，而我國農業(yè)菌種中心庫藏菌種僅為3千多株，在數(shù)量和質量上差距很大。同時，也沒有建立全國性的信息共享平臺。三是現(xiàn)有農業(yè)微生物企業(yè)普遍規(guī)模小，創(chuàng)新能力弱。如微生物肥料行業(yè)，已有850多家，但多為中小型企業(yè)，菌劑類企業(yè)年平均產量一般在幾百噸左右，超過上千噸的廠家屈指可數(shù)，雖然產量規(guī)模較前幾年有了較大提高，但仍然缺乏創(chuàng)新性，行業(yè)中還沒有涌現(xiàn)出知名或旗艦型企業(yè)。

3 主要建議

我國是種養(yǎng)業(yè)大國。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年秸稈產量有9億噸，加工副產物有5.8億噸，其綜合利用率平均不到40%，剩下的則被隨意堆放、丟棄；每年產生的約38億噸畜禽糞污，用則利、棄則害。通過微生物利用推動秸稈與糞污的資源化利用，培肥土壤地力，其意義重大，不僅是解決環(huán)境污染的重要措施，還是催生農業(yè)微生物產業(yè)發(fā)展、涵養(yǎng)綠水青山的重要手段。為此建議：

3.1 設立微生物專門管理機構

我國由于缺乏對微生物開發(fā)利用和保存的全方位管理，尤其是對土壤微生物的管理缺失，致使土壤耕作、秸稈還田、畜禽糞便處理等相關重大技術及產品開發(fā)利用嚴重滯后，引發(fā)地力下降、環(huán)境污染等嚴峻問題。建議國家有關部門牽頭設立專門管理機構，對農業(yè)微生物進行全程管理和重點開發(fā)，統(tǒng)籌推進對農業(yè)微生物和植物、動物的綜合利用、綠色循環(huán)利用。

3.2 強化科技創(chuàng)新投入，加快微生物產業(yè)發(fā)展

目前，我國農業(yè)微生物產業(yè)處于快速發(fā)展態(tài)勢，但行業(yè)創(chuàng)新動力不足，原創(chuàng)性科研立項少。建議國家增加科技創(chuàng)新投入，加大開展科技創(chuàng)新，在秸稈綜合利用、動物糞便資源化利用、土壤肥力提升、環(huán)境污染治理、生物農藥及飼料添加劑等方面，實現(xiàn)技術突破和成果大規(guī)模應用，加快培育一大批農業(yè)微生物制品（劑）的龍頭企業(yè)。

3.3 深入開展微生物基礎和應用研究

一是設立專項資金，開展我國微生物資源發(fā)掘與保護，建立全國微生物資源信息共享平臺。二是結合我國特有微生物，開展微生物基礎功能性研究，為微生物產業(yè)提供技術支持。三是加強微生物技術培訓及推廣應用工作。制定相關措施，鼓勵科研人員將科研成果轉化應用到實際生產、生活中，滿足社會需求。（通訊作者：王東陽）

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