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微生物有机肥料产业需求与技术创新!

发布时间:2020/11/25 有机肥料 研究中心 标签:微生物有机肥浏览次数:261

在国家绿色农业发展和乡村振兴计划等战略中,微生物肥料均被列为绿色新型投入品和优先支持发展的生物制品,必将在新时代迎来更好的发展机遇。本文在分析我国微生物肥料行业现状与标准体系特点基础上,阐述了微生物肥料具备的多功能、主动响应、信号调控、绿色环保等方面特征,提出了下一步发展的技术创新与新产品名录。

 

技术创新我国微生物肥料产业经过近 20 年的稳定快速发展,已跨入到创新最为渴望、极为迫切的时期。在国家绿色农业发展和乡村振兴计划等战略中,对微生物肥料产业提出了新的要求,研发新产品、新菌种、新工艺、新功效等已成为新时期产业发展目标。本文在重点对近几年我国微生物肥料行业现状分析的基础上,提出下一步发展的新产品与技术方向等产业发展需求,尤其是围绕实现产业发展目标,需要重视和加速推进创新力度,为产业发展提供强大的原动力,进而推动产业健康稳定和可持续发展。

 

微生物肥料产业需求

 

微生物肥料产业发展总体情况

农业生产中化学肥料的过度施用和利用率的降低,导致生态安全、食品安全、能源耗竭、资源紧缺、环境污染等矛盾日益凸显。微生物肥料因其培肥地力、节本增效、绿色环保等特点受到广泛关注,已成为绿色生态农业发展的不可替代的制胜法宝之一。近年来,国家通过各种措施推动了微生物肥料的应用与发展,在颁布实施的《生物产业发展规划》中,将微生物肥料纳入到“农用生物制品发展行动计划”;2015 年原农业部制定了《到2020 年化肥使用量零增长行动方案》,确“有机肥替代化肥”的技术路径;近年又提出“一控两减三基本”的目标,力争实现农药化肥的零增长。微生物肥料的作用将越来越凸显,对实现“藏粮于地、藏粮于技”战略指导思想,保障国家粮食安全、农产品质量安全和农业生态安全具有十分重要的意义。

在此背景下,我国微生物肥料产业迎来了迅猛发展的黄金时期,尤其是 2016 ~ 2018年,更是产业培育壮大和产业影响力形成的关键时期。截止目前(2018 年 12 月)我国已有微生物肥料企业 2050家(含境外 28 家),产能达 3000 万 t,登记产品6528 个,产值400 亿元,标志我国微生物肥料产业的形成;这些数据较 4 年前(2014 年)增加了一倍左右。我国的微生物肥料具有产品种类多、应用范围广的特点,目前在农业农村部登记的产品种类有农用微生物菌剂、生物有机肥和复合微生物肥料3 大类 11 个品种。在登记产品中,各种功能菌剂产品约占登记总数的 40%,复合微生物肥料和生物有机肥类产品各占大约 30%;使用的菌种超过 170 个,涵盖了细菌、放线菌和真菌各大类别。其快速发展的主要原因是国家绿色农业发展的需求,以及微生物肥料在可持续农业中表现出其独特和不可替代的作用。

 

微生物肥料标准体系助力产业健康持续发展

截止目前已颁布实施且现行有效的微生物肥料标准共计 21 项,其中国家标准 3 项农业行业标准 18 项,涵盖了通用标准 、菌种 / 安全标准、产品标准、方法标准和技术规程,初步构建了具有我国特色的微生物肥料标准体系,也是国际上首创的微生物肥料标准体系,实现了我国微生物肥料标准研究制订的跨越式发展,达到了从单一产品标准发展到多层面综合标准、从农业行业标准上升至国家标准、标准内涵从数量评价为主到质量数量兼顾的3个转变的目标。上述标准体系涉及了产品质量要求、检测方法、安全评估、生产规程、应用效果评价等各个方面,在产品生产、登记、销售、流通等各个环节被政府部门采用,为行业健康持续发展提供了技术支撑及法规依据,实现了政府监管有法可依,企业生产有章可循,行业发展有规可矩。除了上述已经颁布实施的标准以外,后续将重点以当前产业发展和市场需求为切入点,大力开展复合型微生物肥料菌株的相互作用、复合发酵工艺优化、货架期延长技术、微生物包衣技术,以及土壤生物修复等关键技术研究,制定“复合型微生物肥料生产质量控制技术规程”、“土壤修复菌剂”、“微生物包衣技术规程”等相关标准,并针对微生物肥料产品中广泛使用的芽孢杆菌等,研制含量和功能定量的微生物制剂标准样品,以进一步丰富和完善微生物肥料标准体系,促进产业的健康、快速发展。

 

微生物肥料多功能效果是产业发展的原生动力

微生物肥料已成为肥料中的重要品种,也是新型肥料的主力品种。它在提高养分转化利用率、维护土壤和植物健康、增产增效、减肥增效、提质增效,保证农业可持续生产能力和绿色发展等方面具有不可替代的作用。微生物肥料独特功能的体现,正是由于其产品的特点与多功能效果所决定的。

(1)微生物肥料特点适应我国农业绿色发展的需求,即其具备国家战略需求的特征。微生物肥料作为“十二五”以来生物农业中的战略性新兴产业和近年来农业绿色优选投入品,是由我国特定的国情所决定的。一是人多地少的可耕地资源短缺,导致耕地的复种指数高,土壤得不到应有的休养和自我修复,耕地长期只用不养已威胁到其持续的生产能力;二是近几十年的农业生产中,化肥、农药、除草剂等农业投入品的不合理使用等问题,已造成了各种有毒有害物质积累,破坏了土壤的物理结构,土壤酸化日益严重和有机质的下降,引起了土壤功能微生物的失衡与土壤肥力的下降,肥料利用率不高,作物病害频发,农业效益下降;三是土壤健康问题日渐严重,农产品质量安全问题日益突出。要解决这些我国农业生产的障碍,实现农业可持续发展,正好与微生物肥料的功能相吻合,也正
是微生物肥料的特点和专长。从这个角度来说,微生物肥料是实现我国农业绿色不可或缺的产品,可以说,我国比世界上任何国家都更需要发展微生物肥料。可见,与传统肥料相比,微生物肥料在保护生态、农业废弃物资源利用、维护土壤健康、提高肥料利用率和作物产量与质量等方面具有明显优势。也有人将微生物肥料称之为新一代的“环境友好型肥料”,最近有专家又将其称为“智能型肥料”。

(2)微生物肥料的多功能效果,具有显著的经济效益、社会效益和生态效益。在总结近几年研究成果的基础上,将微生物肥料作用机理归纳为提供或活化养分功能,产生促进作物生长活性物质能力,促进有机物料腐熟功能,改善农产品品质功能,增强作物抗逆性功能,改良和修复土壤功能6 个方面,并以标准 NY/T1847-2010《微生物肥料生产菌株质量评价通用技术要求》正式颁布实施。该标准是对微生物肥料产品包装标识、技术培训和广告宣传的依据。2013 年,美国出版了《微生物养活世界》一书,强调通过调控土壤微生物区系能够增产 20%,减少 20% 化肥与农药用量,是未来环境友好、经济高效的农业新出路。目前微生物肥料已成为蔬菜、果树、茶叶、中草药等作物上的主打肥料,每年在全国累计的应用面积超过了2.7×10 7 hm 2 ,取得了巨大的经济效益、社会效益和生态效益。

 

微生物产业的跨越发展急需技术产品的创新

尽管我国微生物肥料的研发应用历经数 10 年,并在近 10 年来取得了快速发展,但是仍存在整体水平参差不齐、功能机理不明、菌株与产品同质化严重、生产工艺欠合理、技术创新不足、效果稳定性差、菌种产品产权保护不力等制约我国微生物肥料行业发展的问题。这些与研究基础薄弱、研发投入少、行业起步晚等密切相关。在我国微生物肥料迎来快速发展新时代的今天,行业技术产品创新不足成为主要的制约因素。

与其他国家相比,我国的微生物肥料具有以下3方面特点:一是产品种类多,使用菌种达170 多种,登记产品超过 6000 个。研发应用的菌剂产品种类多,尤其是在研制开发微生物与有机营养物质、微生物与无机营养物质的复合而成的新产品方面,处于领先的地位。其次是我国微生物肥料应用面积广,每年应用面积累计 2.7×10 7 hm 2 以上,几乎在所有作物上都有应用,在提高化肥利用率、降低化肥使用量和减少化肥过量使用导致环境污染,净化和维护土壤健康,提升作物品质等方面已取得了较好的效果。三是我国微生物肥料行业生产规模大,产能 3000 万 t 以上,但需通过技术创新,突破新的功能菌种选育、生产工艺优化、货架期延长等关键技术难题,进一步提高产品质量,降低生产成本,稳定应用效果,为我国微生物肥料产业下一个黄金发展时期提供坚实的技术基础。

基于绿色农业的“安全、优质、可持续”的特征和微生物肥料的功能特点,并结合上面的分析可得出,微生物肥料是我国绿色农业的首选投入品,发展绿色农业离不开微生物肥料。国家对微生物肥料产业的总需求可概括以下 5 个方面:

(1)微生物在维持和提高土壤肥力,消除土壤中存在的问题,恢复土壤生产力,保持土壤质量健康的作用;

(2)微生物在秸秆等有机物料中快速腐熟功效,促进有机物料的资源化有效利用;

(3)微生物在固氮和活化土壤养分,提供养分供给和提高肥料利用率,实现减量施肥、高效施肥和经济施肥的功效;

(4)微生物在克服作物连作障碍和提高作物品质等方面的独特作用;

(5)微生物在提高作物抗旱、抗涝、抗寒、抗病等新功能应用。要实现我国微生物肥料产业需求目标,技术创新是关键,尤其是新功能菌株选育、评价和知识产权保护等核心工作。

 

微生物肥料产业技术创新

 

就微生物肥料行业的科技创新而言,以下 4 个方面必须得到重视才能推动行业的发展:

首先是挖掘、筛选、拓展新的功能菌种,选育具有作物亲和性、地域适应性、优良生产性能的功能菌株;

二是优化微生物肥料产品的组合和活性保持技术,使不同功能菌株互补、菌株与载体功能叠加的组合产品,实现效果稳定;

三是建立微生物肥料的产品效果评价体系、生态效应评价、质量安全监督检测体系和市场推广体系;

四是创新意识与文化的形成。

 

选育新功能菌种是研发新一代微生物肥料的核心

“智能化”是新一代肥料的发展方向。微生物肥料具有多功能、主动响应、信号调控、绿色环保的特点,满足“智能型肥料”多功能性、主动互作性、系统性、安全性的所有要素要求。因此,新一代的微生物肥料研发目标,就是突破新功能菌株的选育、不同功能菌株的组合、菌株在产品中的活性保持及其在应用环境中的定殖与互作等关键技术,突出微生物的“合作关系”,从而达到“智能化”的微生物肥料功效。目前的微生物肥料距离“智能化”产品目标尚有差距,其主要原因是功能菌株及其组合达不到要求,仅能满足“智能化”的部分要求,尤其是主动响应的互作性和系统调控的稳定性方面存在不足。

菌种创新是微生物肥料产业发展的核心内容,包括新功能菌种的筛选技术和评价技术。针对优良菌种“六性”要求,即功能性、生产性、互作性、协同性、生态适应性、安全性,急需建立对应的技术方法,实现优良菌株的科学评价,并且加强与土壤环境的耦合评价技术,明确功能菌种应用后对土壤理化性质和生物肥力的影响。同时,应重视菌种活性保持技术,采用回归应用环境、添加植物或土壤浸提物等措施进行复壮,防止菌种退化。此外,也急需肥料管理部门在下一步的肥料管理法规中,确立新研发功能菌株的知识产权保护政策,采用现代技术建立菌株编码的唯一性系统,维护新菌株选育者的权益,达到产权保护和菌种溯源的目标。

 

我国微生物肥料产业未来5~10年的新技术产品清单

依据国务院印发的《生物产业发展规划》、农业农村部印发的《农业绿色发展技术导则(2018—2030 年)》[等一系列文件对微生物肥料产业提出的要求,结合微生物肥料多功能、高效、绿色、经济等特点和新一代微生物肥料所具备的主动响应、系统调控、功能多样、环境友好等智能型肥料特征,充分发挥微生物肥料在土壤修复改良、作物提质增效、减肥增效等不可替代作用,以满足国家农业绿色发展的需要。

未来 5 ~ 10 年的我国微生物肥料产业优先研发的 7 项新技术分别是:微生物肥料优良生产菌株筛选及发酵工艺技术、微生物农田土壤净化修复技术、共生固氮微生物应用新技术、微生物种子包衣技术、有机资源综合利用微生物转化新技术、作物秸秆快速腐解还田微生物及其配套技术、新型复合配套技术。其对应的重点研发应用产品分别为:根瘤菌剂、有机物料腐熟菌剂、土壤修复菌剂、溶磷菌剂、生物有机肥、复合微生物肥料等。这些新产品应具备的特征如下:

(1)土壤修复菌剂:对蔬菜、果树、草药、烟草等重茬土壤、酸性土壤、盐碱土壤和次生盐渍化土壤的有效修复,以及对土壤中的农药残留、土壤中的除草剂残留等高效降解。该产品对修复土壤和维护土壤健康,及在保证农产品安全中不可缺少。

(2)固氮及根瘤菌剂:应具备与作物亲和性强、固氮高效、环境适应广、竞争性或定殖能力强的特征。主要的根瘤菌菌剂包括大豆根瘤菌剂、花生根瘤菌剂、紫云英根瘤菌剂、苜蓿根瘤菌剂。该产品对化学氮肥减施,实现豆科与禾本科粮食作物轮作效应,以及农业种植结构调整,均有非凡意义。

(3)高效溶磷菌剂:对土壤中的难溶性磷具有持续、高效的活化作用。优先研发真菌溶磷制剂,对活化土壤磷素养分,提高磷肥利用效率,改善土壤养分均衡供应等效果彰显,经济生态效益巨大。

(4)微生物种子包衣制剂:将功能微生物包裹在作物种子表面,发挥促生作用,构建优良根系微生物的独特功效;将扩大微生物肥料产品的使用范围;当前主要是研发应用新一代的根瘤菌大豆种衣制剂。该产品潜在市场大,对减肥减药效果不可估量。

(5)特色有机物料腐熟菌剂(也称发酵菌剂):研发适用于不同作物秸秆、不同气候条件、不同栽培耕作模式的专用型快速腐熟菌剂。该产品为秸秆、畜禽粪便等有机资源利用所急需。

(6)新型的复合微生物肥料:应具备对养分高效持续活化,或有效拮抗病原微生物,或提升农产品品质的复合微生物肥料;优先研发微生物与腐植酸等复合微生物肥料,拓展在减肥增效、水肥一体化及设施农业中的应用。

(7)新型生物有机肥及其他新功能产品:突出生物有机肥的基础性功能,扩大在国家生态示范区、绿色和有机农产品基地等应用。研发生物硅肥,以及在西北等干旱区域前景广阔的抗旱菌剂等新功能产品。以上提出的新技术和新产品,近期将由国家相关部门纳入到战略性新型产业重点产品和服务指导目录之中。实现新一代的微生物肥料研发与应用目标,必须突破新功能菌株的选育、不同功能菌株的组合、菌株在产品中的活性保持及其在应用环境中的定殖与互作等关键技术,方能达到“智能化”的微生物肥料功效。需要全行业树立“创新发展是未来立足之本”的理念,加大技术和产品创新力度,实现我国微生物肥料的产业升级,发挥其在国家绿色农业发展和乡村振兴计划等战略中的独特地位与作用。

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