微生物肥料完全替代化肥的创新实践与体会

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【摘 要】本文主要介绍了作者带领的创新团队在微生物肥料创新与应用方面的成果。通过从土壤中发现天然固氮细菌、解磷菌、解钾菌和拮抗菌，经过诱变改良和细胞融合过程，创造了同属解淀粉芽孢杆菌的超高效固氮菌、解磷菌、解钾菌和拮抗菌菌群，开发生产了在大棚蔬菜上可完全替代化肥的“丰田宝”微生物肥料；并结合自己的在此领域的创新实践，对我国微生物肥料的发展方向和存在的问题等提出了建议。

【关键词】微生物 肥料 创新 实践

1 引言

尽管化肥工业从萌芽期到鼎盛期再到目前的质疑期已有140多年历史了，但化肥在主要农产品生产中仍是主导农业投入品。回顾第二次世界大战结束后，为了适应世界人口的迅速增长，增施化肥成为农业增产的有力措施；我国从20世纪50年代以来化肥工业迅猛发展，农业生产也随着化肥使用量的增加而不断发展，尤其改革开放以来国家加大科技投入和推行系列惠农政策，农业生产获得快速发展，农产品的供应量也由极度缺乏变为自给有余。但是，因长期大量使用化肥，其不良后果也陆续表现出来：

（1）农产品的产量不是随化肥施用量的增加而提高；（2）农产品的品质下降；（3）土壤结构恶化；（4）地表水水体富营养化和地下水含氨量增加；（5）地下水污染形势严峻，其中农业投入品过量使用所带来的“三氨”、硫酸盐、氟化物和氯化物等指标超标并成为主要污染源之一。

S着人们环保意识的不断增强，绿色食品、饮用水安全和生态农业的不断发展，为克服大量施用化肥带来的不良后果，土地资源丰富的发达国家多采用休耕和种植绿肥的种植模式，来减少化肥的用量；近几年来，我国在农业上推行了减少化肥用量，增加有机肥料和生物肥料用量的多种措施；目前又提出到2020年化肥和农药使用量零增长的目标。可见，发展微生物肥料和多种环境友好肥料、减少化肥施用量、改善农田生态环境和提高农产品质量，是推动现代可持续农业发展和保障安全农产品生产的必然趋势[1]。

2 微生物肥料的创新实践

2.1 超级固氮菌的发现

化肥减量施用的核心问题是减少氮素的用量，目前国内外产业化的生物肥料中的尚缺乏高效的固氮菌。“丰田宝”微生物肥料中的固氮菌是我们参加国家“十一五”和“十二五”科技支撑计划，在克服蔬菜连作障碍的土壤中发现的一株具有较强固氮功能的芽孢杆菌，又经过多年的菌种创新改良，获得了超高效固氮菌菌群（专利申请号：20140798221.8），这为创造完全替代化肥微生物肥料掌握了核心技术。

2.2 功能微生物菌群的创造

为满足作物生长营养的需求和简化发酵工艺，以稳定性强且对病原菌有拮抗作用的芽孢杆菌为基础，利用现代生物技术进行功能改造，构建了解磷和解钾菌，形成了同类菌种发酵条件一致的，具有固氮、解磷、解钾和对病原菌有拮抗功能的4大类21种微生物菌群。

2.3 该复合微生物菌群功能

实践证明该菌群可根据各种农作物对氮、磷、钾等养分需求，通过超高效固氮菌从大气中获得氮素；从添加的矿质磷和钾，以及土壤中富含的矿物质中解离出速效的磷和钾化合物；以腐殖酸为载体，既可为微生物菌群提供能源，还可为农作物提供大量微量元素。开发生产的“丰田宝”微生物肥料不仅满足农作物全生长季节的全营养供应，同时该菌群还具有提高作物抗病性、增产、改善产品品质和改良土壤生态环境的功效。目前，农民更喜欢将该肥料称之为“生物智能肥”[2]。

2.4 “丰田宝”微生物肥料的特点

（1）提高农作物产品的产量和质量；（2）改良土壤，促进根系生长；（3）施肥简便，在种植或移栽时，将根系或种子直接植入该肥料中即可；（4）肥效持久，一次施肥，满足全生长期肥力；（5）成本低，生长期不再补充施肥；（6）增强作物抗逆能力，减轻病害发生程度；（7）改善土壤生态系统，环境友好。

2.5 “丰田宝”微生物肥料的适用范围

“丰田宝”微生物肥料最适于大棚和拱棚种植的各种蔬菜、草莓、马铃薯和水果等，广泛适用于水浇条件较好的姜、蔬菜、瓜果、果树、中草药及多种农作物，也适合藕和水稻等水田，还适合以化肥减量、改良土壤和提高品质为目标的各种农作物。2011～2016年在山东省寿光市、泰安市岱岳区、淄博市临淄区、沂南县、莘县等主要大棚蔬菜生产基地示范推广，在番茄、黄瓜、西葫芦、辣椒、茄子和芸豆移栽或种植时一次性施入“丰田宝”微生物肥料，整个生长期不再追施其他肥料，其产量较常规使用化肥+有机肥+冲施肥+叶面肥的地块增产10～30%，连作种植的根病发生率降低57.9%～82.6%，产品质量和外观均有显著提高，经济、社会和生态效益大。同时，在大姜、葱、沾化冬枣、大樱桃、中草药玛卡、山药和优质水稻等作物推广均获得成功。目前，江苏、浙江、海南、四川、辽宁、河北、山西、云南和贵州等省的生态农业示范区又相继开展试验示范。

2.6 “丰田宝”微生物肥料的施用方法

在作物种植或移栽时穴施，对发芽和生根无任何不利影响，靠近根部越近越有利于养分供应。一次性施肥可满足生长期的氮磷钾需求，不必再冲施或喷施其他肥料。“丰田宝”在各种蔬菜、果树和多种经济作物的用量，按照预期收获产品产量（鲜重）的10%计算，即每亩预期收获番茄10000公斤，需使用“丰田宝”微生物肥料1000公斤；每亩预期收获辣椒4000公斤，需使用“丰田宝”微生物肥料400公斤；每亩预期收获苹果3000公斤，需使用“丰田宝”微生物肥料300公斤。

2.7 “丰田宝”微生物肥料施用注意事项

在使用中还应注意如下：

（1）“丰田宝”微生物肥料的推荐施用量是按照常规栽培下预期收获产品产量10%计算用量，增加丰田宝的用量可大幅度提高产量。（2）施用“丰田宝”微生物肥料的地块，应经常浇水保持土壤湿润，以有利于发挥微生物肥料的肥效。（3）特殊作物需要控制其生长时，可适当控水；起高垄种植的作物，应在垄间筑小坝挡水，不易浇滑水[3]。

3 我国微生物肥料发展中存在的主要问题

3.1 菌种的作用功能不明确

我国现已生产的微生物肥料的种类较多，按其产品中微生物种类可分为细菌类如根瘤菌、固氮菌属、氮单孢菌属、芽孢菌属等；放线菌类如抗生菌属；真菌类如菌根真菌和毛壳菌属。其定义功能主要为固氮、解磷、解钾和活土等，其菌肥内可含一种或多种微生物种类。但是，内外已知能够替代化肥的微生物肥料极少，多数菌的功能是分解载体或土壤中的大分子物质，起到减少部分化肥用量的作用。

3.2 发酵工艺粗放

因多数生产微生物肥料的企业规模较小，专业人才缺乏，大多采用简易发酵装置进行菌液生产，不像医用抗生素生产企业那样有先进的生产装置和严格的质量控制规程。因发酵液中微生物的种类复杂，各自所需要的发酵条件不同，不同类型的菌种间易相互干扰或相互抑制，使原菌的活退化较快。

3.3 菌肥配方较混乱

微生物肥料中的载体，其功能应有明确的目标性，如为微生物提供能源、补充特定元素、增加有机质、或在造粒中起粘结作用的粘结剂等。但不少微生物肥料的产品加工配方成分的添加随意性较强，为提高效果掺入少量化肥的较多，以产品销售价格决定配方中的成分；更有甚者个别产品中还混入工业固体废弃物或垃圾。因此，此类配方混乱的肥料在使用中出现烧根和烧苗等肥害的不良事件时有发生。

3.4 施用方法不当

在理论上因微生物肥料和载体都是天然成分，无论采用任何使用方法对作物都是安全的，并以直接接触根系的肥效更易发挥。但是，目前生产生大多数生物肥或生物有机肥推广撒施混土或做底肥的产品较多，推广集中施在播种穴或播种沟的极少见，其实这种根区集中施用法才是检验微生物肥料配方质量和使用科学性的试金石。

4 本人对我国微生物肥料健康发展的意见

4.1 应大力保护功能微生物资源

能否推动微生物肥料健康和持续发展的核心问题是功能菌种资源的开发、定性、保护与创新，目前国内外已发现的可作为微生物肥料开发且价值较大的功能菌种较少，未来国内外和企业间在此领域的竞争主要是高效或超高效功能菌专利技术的竞争，国家和有关部门应及早开展的功能菌种的发掘、资源保护、开发和专利保护，扶持企业和科研单位对现有高效功能菌种加以科学保护和有效利用。

4.2 加强研发力量和提高创新能力

目前我国微生物肥料的生产企业较多，建设的生产规模很大，产品琳琅满目一片繁荣景象，实际上其潜的风险很大。因缺乏优良的菌种资源、专业技术人才和创新能力，产品信誉不高，投资难以回收。因此，企业应重视本领域专业人才队伍的建设，不断提高研发和创新能力，优选功能菌种和提高产品质量，降低投资和生态环境风险。

4.3 扶持建设大型微生物发酵基地

我国微生物肥料的发展应借鉴抗生素和其他生物产品发展的经验，国家和各级政府应大力扶持在本领域有知识产权和创新能力强的企业建设发酵基地，确保菌种纯度和不断复壮，提高菌液的发酵效率，降低发酵中杂菌的污染和菌种退化。以发酵企业为联盟的核心，为其他联盟的肥料加工企业提供菌液，确保肥料产品中菌种的纯度和功能不退化，实现资源和利益共享。

4.4 重视商品肥料配方和施用技术研究

微生物商品肥料的配方应体现三大功能：

（1）为微生物提供碳源和微量元素，而且要维持其生命周期内能源供应不断；（2）为优化或改善土壤和作物需要提供目标物质，如有机质、特定营养元素等；（3）天然塑化剂，如造粒用的黏土等。在使用方法上要通过各种条件试验，明确其适合的作物、用量、施用方法、土壤湿度、灌溉要求和栽培方式等配套措施。

4.5 示范区建设与推广模式

各种类型的微生物肥料应有自身独特的功能特点，不应笼统的把微生物肥料的功能概念性的定位为活土和改良土壤。其应用效果要有科学的试验数据支撑，并通过示范样板田供展示和观摩。其推广模式以示范带动、经验交流、专家指导和技术服务相结合更为有效。靠广告和概念诱导的营销模式不能支撑企业可持续发展。

4.6 商品肥料肥效科学评价体系建设与监管

微生物肥料的质量指标应包括功能微生物的种类、含量、贮藏稳定性、载体的成分和含量，产品的物理性能等，对以垃圾堆肥和工业固体废弃物作载体生产的微生物肥料，应严格限制用在大田作物上；禁止用在蔬菜和瓜果上，更不准用在采集饮用地下水的农田，以防不明污染物间接污染新鲜农产品和饮用水。

5 结语

我国实现化肥减量施用的最有效措施是发展微生物肥料；减量的目标是减少氮肥的用量，提高磷肥和钾肥的利用率；其核心技术是创造超高效固氮菌、高效解磷和解钾菌。完全替代化肥的微生物肥料优先推广的区域是大棚蔬菜、水果、水源地周边的农田和有机农业；占全国化肥用量约80%的7.9亿亩水田和水浇地，可推广微生物肥料部分替代化肥的施肥技术。

参考文献：

[1]李俊，姜昕，李力，沈德龙.微生物肥料的发展与土壤生物肥力的维持[J].中国土壤与肥料，2006（4）：1-5.

[2]姜莉莉，武玉国，王开元，王开运.超高效微生物固氮肥料“丰田宝"的使用技术[J].农业科技通讯，2015（11）：144-145.

[3]姜莉莉，武玉国，王开运.丰田宝微生物肥料在温室番茄上的应用效果[J].农业科技通讯，2015（12）：171-172.