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來(lái)源：中國土壤肥料與肥料2019（02）
作者：李俊，姜昕，馬鳴超，關(guān)大偉，曹鳳明，李力
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摘要
在國家綠色農業(yè)發(fā)展和鄉村振興計劃等戰略中，微生物肥料均被列為綠色新型投入品和優(yōu)先支持發(fā)展的生物制品，必將在新時(shí)代迎來(lái)更好的發(fā)展機遇。本文在分析我國微生物肥料行業(yè)現狀與標準體系特點(diǎn)基礎上，闡述了微生物肥料具備的多功能、主動(dòng)響應、信號調控、綠色環(huán)保等方面特征，提出了下一步發(fā)展的技術(shù)創(chuàng )新與新產(chǎn)品名錄。
技術(shù)創(chuàng )新我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)近 20 年的穩定快速發(fā)展，已跨入到創(chuàng )新最為渴望、極為迫切的時(shí)期。在國家綠色農業(yè)發(fā)展和鄉村振興計劃等戰略中，對微生物肥料產(chǎn)業(yè)提出了新的要求，研發(fā)新產(chǎn)品、新菌種、新工藝、新功效等已成為新時(shí)期產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標。本文在重點(diǎn)對近幾年我國微生物肥料行業(yè)現狀分析的基礎上，提出下一步發(fā)展的新產(chǎn)品與技術(shù)方向等產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，尤其是圍繞實(shí)現產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標，需要重視和加速推進(jìn)創(chuàng )新力度，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強大的原動(dòng)力，進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)業(yè)健康穩定和可持續發(fā)展。
1 微生物肥料產(chǎn)業(yè)需求
1.1 微生物肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體情況
農業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)肥料的過(guò)度施用和利用率的降低，導致生態(tài)安全、食品安全、能源耗竭、資源緊缺、環(huán)境污染等矛盾日益凸顯。微生物肥料因其培肥地力、節本增效、綠色環(huán)保等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，已成為綠色生態(tài)農業(yè)發(fā)展的不可替代的制勝法寶之一。近年來(lái)，國家通過(guò)各種措施推動(dòng)了微生物肥料的應用與發(fā)展，在頒布實(shí)施的《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃》中，將微生物肥料納入到“農用生物制品發(fā)展行動(dòng)計劃”；2015 年原農業(yè)部制定了《到2020 年化肥使用量零增長(cháng)行動(dòng)方案》，確“有機肥替代化肥”的技術(shù)路徑；近年又提出“一控兩減三基本”的目標，力爭實(shí)現農藥化肥的零增長(cháng)。微生物肥料的作用將越來(lái)越凸顯，對實(shí)現“藏糧于地、藏糧于技”戰略指導思想，保障國家糧食安全、農產(chǎn)品質(zhì)量安全和農業(yè)生態(tài)安全具有十分重要的意義。
在此背景下，我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了迅猛發(fā)展的黃金時(shí)期，尤其是 2016 ～ 2018 年，更是產(chǎn)業(yè)培育壯大和產(chǎn)業(yè)影響力形成的關(guān)鍵時(shí)期。截止目前（2018 年 12 月）我國已有微生物肥料企業(yè) 2050家（含境外 28 家），產(chǎn)能達 3000 萬(wàn) t，登記產(chǎn)品6528 個(gè)，產(chǎn)值 400 億元，標志我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)的形成；這些數據較 4 年前（2014 年）增加了一倍左右。我國的微生物肥料具有產(chǎn)品種類(lèi)多、應用范圍廣的特點(diǎn)，目前在農業(yè)農村部登記的產(chǎn)品種類(lèi)有農用微生物菌劑、生物有機肥和復合微生物肥料3 大類(lèi) 11 個(gè)品種。在登記產(chǎn)品中，各種功能菌劑產(chǎn)品約占登記總數的 40%，復合微生物肥料和生物有機肥類(lèi)產(chǎn)品各占大約 30%；使用的菌種超過(guò) 170 個(gè)，涵蓋了細菌、放線(xiàn)菌和真菌各大類(lèi)別。其快速發(fā)展的主要原因是國家綠色農業(yè)發(fā)展的需求，以及微生物肥料在可持續農業(yè)中表現出其獨特和不可替代的作用。
1.2 微生物肥料標準體系助力產(chǎn)業(yè)健康持續發(fā)展
截止目前已頒布實(shí)施且現行有效的微生物肥料標準共計 21 項，其中國家標準 3 項農業(yè)行業(yè)標準 18 項，涵蓋了通用標準 、菌種 / 安全標準、產(chǎn)品標準、方法標準和技術(shù)規程，初步構建了具有我國特色的微生物肥料標準體系，也是國際上首創(chuàng )的微生物肥料標準體系，實(shí)現了我國微生物肥料標準研究制訂的跨越式發(fā)展，達到了從單一產(chǎn)品標準發(fā)展到多層面綜合標準、從農業(yè)行業(yè)標準上升至國家標準、標準內涵從數量評價(jià)為主到質(zhì)量數量兼顧的3 個(gè)轉變的目標。上述標準體系涉及了產(chǎn)品質(zhì)量要求、檢測方法、安全評估、生產(chǎn)規程、應用效果評價(jià)等各個(gè)方面，在產(chǎn)品生產(chǎn)、登記、銷(xiāo)售、流通等各個(gè)環(huán)節被政府部門(mén)采用，為行業(yè)健康持續發(fā)展提供了技術(shù)支撐及法規依據，實(shí)現了政府監管有法可依，企業(yè)生產(chǎn)有章可循，行業(yè)發(fā)展有規可矩。除了上述已經(jīng)頒布實(shí)施的標準以外，后續將重點(diǎn)以當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場(chǎng)需求為切入點(diǎn)，大力開(kāi)展復合型微生物肥料菌株的相互作用、復合發(fā)酵工藝優(yōu)化、貨架期延長(cháng)技術(shù)、微生物包衣技術(shù)，以及土壤生物修復等關(guān)鍵技術(shù)研究，制定“復合型微生物肥料生產(chǎn)質(zhì)量控制技術(shù)規程”、“土壤修復菌劑”、“微生物包衣技術(shù)規程”等相關(guān)標準，并針對微生物肥料產(chǎn)品中廣泛使用的芽孢桿菌等，研制含量和功能定量的微生物制劑標準樣品，以進(jìn)一步豐富和完善微生物肥料標準體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的健康、快速發(fā)展。
1.3 微生物肥料多功能效果是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原生動(dòng)力
微生物肥料已成為肥料中的重要品種，也是新型肥料的主力品種。它在提高養分轉化利用率、維護土壤和植物健康、增產(chǎn)增效、減肥增效、提質(zhì)增效，保證農業(yè)可持續生產(chǎn)能力和綠色發(fā)展等方面具有不可替代的作用。微生物肥料獨特功能的體現，正是由于其產(chǎn)品的特點(diǎn)與多功能效果所決定的。
（1）微生物肥料特點(diǎn)適應我國農業(yè)綠色發(fā)展的需求，即其具備國家戰略需求的特征。微生物肥料作為“十二五”以來(lái)生物農業(yè)中的戰略性新興產(chǎn)業(yè)和近年來(lái)農業(yè)綠色優(yōu)選投入品，是由我國特定的國情所決定的。一是人多地少的可耕地資源短缺，導致耕地的復種指數高，土壤得不到應有的休養和自我修復，耕地長(cháng)期只用不養已威脅到其持續的生產(chǎn)能力；二是近幾十年的農業(yè)生產(chǎn)中，化肥、農藥、除草劑等農業(yè)投入品的不合理使用等問(wèn)題，已造成了各種有毒有害物質(zhì)積累，破壞了土壤的物理結構，土壤酸化日益嚴重和有機質(zhì)的下降，引起了土壤功能微生物的失衡與土壤肥力的下降，肥料利用率不高，作物病害頻發(fā)，農業(yè)效益下降；三是土壤健康問(wèn)題日漸嚴重，農產(chǎn)品質(zhì)量安全問(wèn)題日益突出。要解決這些我國農業(yè)生產(chǎn)的障礙，實(shí)現農業(yè)可持續發(fā)展，正好與微生物肥料的功能相吻合，也正
是微生物肥料的特點(diǎn)和專(zhuān)長(cháng)。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，微生物肥料是實(shí)現我國農業(yè)綠色不可或缺的產(chǎn)品，可以說(shuō)，我國比世界上任何國家都更需要發(fā)展微生物肥料?？梢?jiàn)，與傳統肥料相比，微生物肥料在保護生態(tài)、農業(yè)廢棄物資源利用、維護土壤健康、提高肥料利用率和作物產(chǎn)量與質(zhì)量等方面具有明顯優(yōu)勢。也有人將微生物肥料稱(chēng)之為新一代的“環(huán)境友好型肥料”，最近有專(zhuān)家又將其稱(chēng)為“智能型肥料”。
（2）微生物肥料的多功能效果，具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和生態(tài)效益。在總結近幾年研究成果的基礎上，將微生物肥料作用機理歸納為提供或活化養分功能，產(chǎn)生促進(jìn)作物生長(cháng)活性物質(zhì)能力，促進(jìn)有機物料腐熟功能，改善農產(chǎn)品品質(zhì)功能，增強作物抗逆性功能，改良和修復土壤功能6 個(gè)方面，并以標準 NY/T1847-2010《微生物肥料生產(chǎn)菌株質(zhì)量評價(jià)通用技術(shù)要求》正式頒布實(shí)施。該標準是對微生物肥料產(chǎn)品包裝標識、技術(shù)培訓和廣告宣傳的依據。2013 年，美國出版了《微生物養活世界》一書(shū)，強調通過(guò)調控土壤微生物區系能夠增產(chǎn) 20%，減少 20% 化肥與農藥用量，是未來(lái)環(huán)境友好、經(jīng)濟高效的農業(yè)新出路。目前微生物肥料已成為蔬菜、果樹(shù)、茶葉、中草藥等作物上的主打肥料，每年在全國累計的應用面積超過(guò)了2.7×10 7 hm 2 ，取得了巨大的經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和生態(tài)效益。
1.4 微生物產(chǎn)業(yè)的跨越發(fā)展急需技術(shù)產(chǎn)品的創(chuàng )新
盡管我國微生物肥料的研發(fā)應用歷經(jīng)數 10 年，并在近 10 年來(lái)取得了快速發(fā)展，但是仍存在整體水平參差不齊、功能機理不明、菌株與產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重、生產(chǎn)工藝欠合理、技術(shù)創(chuàng )新不足、效果穩定性差、菌種產(chǎn)品產(chǎn)權保護不力等制約我國微生物肥料行業(yè)發(fā)展的問(wèn)題。這些與研究基礎薄弱、研發(fā)投入少、行業(yè)起步晚等密切相關(guān)。在我國微生物肥料迎來(lái)快速發(fā)展新時(shí)代的今天，行業(yè)技術(shù)產(chǎn)品創(chuàng )新不足成為主要的制約因素。
與其他國家相比，我國的微生物肥料具有以下３方面特點(diǎn)：一是產(chǎn)品種類(lèi)多，使用菌種達 170 多種，登記產(chǎn)品超過(guò) 6000 個(gè)。研發(fā)應用的菌劑產(chǎn)品種類(lèi)多，尤其是在研制開(kāi)發(fā)微生物與有機營(yíng)養物質(zhì)、微生物與無(wú)機營(yíng)養物質(zhì)的復合而成的新產(chǎn)品方面，處于領(lǐng)先的地位。其次是我國微生物肥料應用面積廣，每年應用面積累計 2.7×10 7 hm 2 以上，幾乎在所有作物上都有應用，在提高化肥利用率、降低化肥使用量和減少化肥過(guò)量使用導致環(huán)境污染，凈化和維護土壤健康，提升作物品質(zhì)等方面已取得了較好的效果。三是我國微生物肥料行業(yè)生產(chǎn)規模大，產(chǎn)能 3000 萬(wàn) t 以上，但需通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新，突破新的功能菌種選育、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、貨架期延長(cháng)等關(guān)鍵技術(shù)難題，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，穩定應用效果，為我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)下一個(gè)黃金發(fā)展時(shí)期提供堅實(shí)的技術(shù)基礎。
基于綠色農業(yè)的“安全、優(yōu)質(zhì)、可持續”的特征和微生物肥料的功能特點(diǎn)，并結合上面的分析可得出，微生物肥料是我國綠色農業(yè)的首選投入品，發(fā)展綠色農業(yè)離不開(kāi)微生物肥料。國家對微生物肥料產(chǎn)業(yè)的總需求可概括以下 5 個(gè)方面：
（1）微生物在維持和提高土壤肥力，消除土壤中存在的問(wèn)題，恢復土壤生產(chǎn)力，保持土壤質(zhì)量健康的作用；
（2）微生物在秸稈等有機物料中快速腐熟功效，促進(jìn)有機物料的資源化有效利用；
（3）微生物在固氮和活化土壤養分，提供養分供給和提高肥料利用率，實(shí)現減量施肥、高效施肥和經(jīng)濟施肥的功效；
（4）微生物在克服作物連作障礙和提高作物品質(zhì)等方面的獨特作用；
（5）微生物在提高作物抗旱、抗澇、抗寒、抗病等新功能應用。要實(shí)現我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)需求目標，技術(shù)創(chuàng )新是關(guān)鍵，尤其是新功能菌株選育、評價(jià)和知識產(chǎn)權保護等核心工作。
2 微生物肥料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新
就微生物肥料行業(yè)的科技創(chuàng )新而言，以下 4 個(gè)方面必須得到重視才能推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展：首先是挖掘、篩選、拓展新的功能菌種，選育具有作物親和性、地域適應性、優(yōu)良生產(chǎn)性能的功能菌株；二是優(yōu)化微生物肥料產(chǎn)品的組合和活性保持技術(shù)，使不同功能菌株互補、菌株與載體功能疊加的組合產(chǎn)品，實(shí)現效果穩定；三是建立微生物肥料的產(chǎn)品效果評價(jià)體系、生態(tài)效應評價(jià)、質(zhì)量安全監督檢測體系和市場(chǎng)推廣體系；四是創(chuàng )新意識與文化的形成。
2.1 選育新功能菌種是研發(fā)新一代微生物肥料的核心
“智能化”是新一代肥料的發(fā)展方向。微生物肥料具有多功能、主動(dòng)響應、信號調控、綠色環(huán)保的特點(diǎn)，滿(mǎn)足“智能型肥料”多功能性、主動(dòng)互作性、系統性、安全性的所有要素要求。因此，新一代的微生物肥料研發(fā)目標，就是突破新功能菌株的選育、不同功能菌株的組合、菌株在產(chǎn)品中的活性保持及其在應用環(huán)境中的定殖與互作等關(guān)鍵技術(shù)，突出微生物的“合作關(guān)系”，從而達到“智能化”的微生物肥料功效。目前的微生物肥料距離“智能化”產(chǎn)品目標尚有差距，其主要原因是功能菌株及其組合達不到要求，僅能滿(mǎn)足“智能化”的部分要求，尤其是主動(dòng)響應的互作性和系統調控的穩定性方面存在不足。
菌種創(chuàng )新是微生物肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心內容，包括新功能菌種的篩選技術(shù)和評價(jià)技術(shù)。針對優(yōu)良菌種“六性”要求，即功能性、生產(chǎn)性、互作性、協(xié)同性、生態(tài)適應性、安全性，急需建立對應的技術(shù)方法，實(shí)現優(yōu)良菌株的科學(xué)評價(jià)，并且加強與土壤環(huán)境的耦合評價(jià)技術(shù)，明確功能菌種應用后對土壤理化性質(zhì)和生物肥力的影響。同時(shí)，應重視菌種活性保持技術(shù)，采用回歸應用環(huán)境、添加植物或土壤浸提物等措施進(jìn)行復壯，防止菌種退化。此外，也急需肥料管理部門(mén)在下一步的肥料管理法規中，確立新研發(fā)功能菌株的知識產(chǎn)權保護政策，采用現代技術(shù)建立菌株編碼的唯一性系統，維護新菌株選育者的權益，達到產(chǎn)權保護和菌種溯源的目標。
2.2 我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)未來(lái) 5 ～ 10 年的新技術(shù)產(chǎn)品清單
依據國務(wù)院印發(fā)的《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃》、農業(yè)農村部印發(fā)的《農業(yè)綠色發(fā)展技術(shù)導則（2018—2030 年）》［等一系列文件對微生物肥料產(chǎn)業(yè)提出的要求，結合微生物肥料多功能、高效、綠色、經(jīng)濟等特點(diǎn)和新一代微生物肥料所具備的主動(dòng)響應、系統調控、功能多樣、環(huán)境友好等智能型肥料特征，充分發(fā)揮微生物肥料在土壤修復改良、作物提質(zhì)增效、減肥增效等不可替代作用，以滿(mǎn)足國家農業(yè)綠色發(fā)展的需要。
未來(lái) 5 ～ 10 年的我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)優(yōu)先研發(fā)的 7 項新技術(shù)分別是：微生物肥料優(yōu)良生產(chǎn)菌株篩選及發(fā)酵工藝技術(shù)、微生物農田土壤凈化修復技術(shù)、共生固氮微生物應用新技術(shù)、微生物種子包衣技術(shù)、有機資源綜合利用微生物轉化新技術(shù)、作物秸稈快速腐解還田微生物及其配套技術(shù)、新型復合配套技術(shù)。其對應的重點(diǎn)研發(fā)應用產(chǎn)品分別為：根瘤菌劑、有機物料腐熟菌劑、土壤修復菌劑、溶磷菌劑、生物有機肥、復合微生物肥料等。這些新產(chǎn)品應具備的特征如下：
（1）土壤修復菌劑：對蔬菜、果樹(shù)、草藥、煙草等重茬土壤、酸性土壤、鹽堿土壤和次生鹽漬化土壤的有效修復，以及對土壤中的農藥殘留、土壤中的除草劑殘留等高效降解。該產(chǎn)品對修復土壤和維護土壤健康，及在保證農產(chǎn)品安全中不可缺少。
（2）固氮及根瘤菌劑：應具備與作物親和性強、固氮高效、環(huán)境適應廣、競爭性或定殖能力強的特征。主要的根瘤菌菌劑包括大豆根瘤菌劑、花生根瘤菌劑、紫云英根瘤菌劑、苜蓿根瘤菌劑。該產(chǎn)品對化學(xué)氮肥減施，實(shí)現豆科與禾本科糧食作物輪作效應，以及農業(yè)種植結構調整，均有非凡意義。
（3）高效溶磷菌劑：對土壤中的難溶性磷具有持續、高效的活化作用。優(yōu)先研發(fā)真菌溶磷制劑，對活化土壤磷素養分，提高磷肥利用效率，改善土壤養分均衡供應等效果彰顯，經(jīng)濟生態(tài)效益巨大。
（4）微生物種子包衣制劑：將功能微生物包裹在作物種子表面，發(fā)揮促生作用，構建優(yōu)良根系微生物的獨特功效；將擴大微生物肥料產(chǎn)品的使用范圍；當前主要是研發(fā)應用新一代的根瘤菌大豆種衣制劑。該產(chǎn)品潛在市場(chǎng)大，對減肥減藥效果不可估量。
（5）特色有機物料腐熟菌劑（也稱(chēng)發(fā)酵菌劑）：研發(fā)適用于不同作物秸稈、不同氣候條件、不同栽培耕作模式的專(zhuān)用型快速腐熟菌劑。該產(chǎn)品為秸稈、畜禽糞便等有機資源利用所急需。
（6）新型的復合微生物肥料：應具備對養分高效持續活化，或有效拮抗病原微生物，或提升農產(chǎn)品品質(zhì)的復合微生物肥料；優(yōu)先研發(fā)微生物與腐植酸等復合微生物肥料，拓展在減肥增效、水肥一體化及設施農業(yè)中的應用。
（7）新型生物有機肥及其他新功能產(chǎn)品：突出生物有機肥的基礎性功能，擴大在國家生態(tài)示范區、綠色和有機農產(chǎn)品基地等應用。研發(fā)生物硅肥，以及在西北等干旱區域前景廣闊的抗旱菌劑等新功能產(chǎn)品。以上提出的新技術(shù)和新產(chǎn)品，近期將由國家相關(guān)部門(mén)納入到戰略性新型產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導目錄之中。實(shí)現新一代的微生物肥料研發(fā)與應用目標，必須突破新功能菌株的選育、不同功能菌株的組合、菌株在產(chǎn)品中的活性保持及其在應用環(huán)境中的定殖與互作等關(guān)鍵技術(shù)，方能達到“智能化”的微生物肥料功效。需要全行業(yè)樹(shù)立“創(chuàng )新發(fā)展是未來(lái)立足之本”的理念，加大技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng )新力度，實(shí)現我國微生物肥料的產(chǎn)業(yè)升級，發(fā)揮其在國家綠色農業(yè)發(fā)展和鄉村振興計劃等戰略中的獨特地位與作用。
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