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DATE
2018.04.28

微生物世界極其紛繁,你究竟能不能搞清楚生物有機肥?

眾所周知,中國占世界耕地的7%,人口占世界人口的22%,7%應對22%,付出的代價則是土壤的過度耗竭。我們更需要健康、肥沃的土壤用于可持續的植物生產,更需要解決畜禽廢棄物的資源化利用來保駕動物的可持續生產。

面對環境?;?、可持續動植物生產加之國家政策的引導,大家的目光更多地匯聚在了商品有機(類)肥料產業,并且堅信它正在成為我們國家的一個新興肥料產業。

中國每年會有6000萬噸養分的農業有機廢棄物產生,如果全部還田,至少能節省大約50%的化肥,減少化肥使用,增加有機肥料,也源于為降低土壤所承受的壓力。

我們國家的耕地質量形勢不容樂觀,土壤養分轉化慢、污染物積累、作物土傳病害頻發成為了影響耕地質量的三大障礙,其中最核心的問題是土壤生物功能在下降。

研究發現,調控(根際)土壤微生物區系對作物高產和安全生產能夠起到“四兩撥千斤”的作用。就是說微生物對培肥土壤、對作物高產的作用不可估量。問題是如何來調控土壤微生物區系,幫助我們同時實現當季作物高產優質、又能持續保育土壤的雙重目標?!蚱淙?/p>

沈其榮:南京農業大學學術委員會主任,國家973計劃首席科學家,國家863計劃現代農業領域主題專家,中國有機(類)肥料產業技術創新聯盟理事長、中國土壤學會副理事長、中國植物營養學會生物與有機肥專業委員會主任。

▼問:植物根系與微生物之間的互作關系關乎作物生長的好與壞,這其中是怎樣的科學原理?或者說要進行怎樣的科學把控才能達到我們想要的目的呢?

沈其榮:研究其中的作用機理是一方面,但是最終我們是要調控它,運用到生產實際中去。更確切的表達是前者為認識世界,后者為改造世界,而認識世界是為了改造世界,不是為了發幾篇SCI論文。怎么調控(根際)土壤微生物區系就涉及到用什么樣的肥料問題了。這種肥料一方面是把土壤中現有的好的微生物讓它長得更快,另外一方面把土壤中缺的這些好的微生物,想辦法引進去,給它們“啟動費”、給它們“住房”、還給它們解決“老婆工作孩子上學”問題(相伴微生物),這就需要通過大量篩選、獲得更好的外源微生物資源(圖2),進而研究這些外源微生物的生理(營養特征)生態(土壤環境)條件,使它們進入一個陌生環境而不孤單,讓它們進入土壤后能夠如魚得水,全身心投入工作,這就是我們調控土壤微生物區系的工作思路。

這里面所謂的好的微生物,就是指那些能夠活化根際土壤養分和產生根系促生物質、降解有機污染物和轉化無機污染物形態以及抵抗土壤中病原微生物入侵根系等有益微生物。

但是問題來了,外源的這些經過研究篩選出來的好的微生物加進土壤后能不能存活?存活之后能不能繁殖?這里有很多科學技術問題。

我們發現僅將微生物加進去是不行的,這些好的外源微生物直接加到土壤中去往往都會死掉,因為微生物也跟我們人一樣,需要吃東西才能生存。它們要吃的就是有機質,而我們的大多地塊土壤中的有機質含量只有1.5%左右,這個含量和質量遠不能滿足土壤中的土著微生物,這些土著微生物都在整天“嗷嗷待哺”,怎么也輪不到外源微生物了。也就是說通過研究篩選出好的外源微生物之后,我們還需要想辦法幫助它們能夠定殖于土壤中,并且讓它們繁殖。

這就需要我們去研究這些好的外源微生物的食物結構、生理特性,研究它喜歡生長在什么樣的環境下等等。想辦法把它們喜歡吃的、喜歡的環境帶給它,從而讓它們定居下來,讓它們繁殖,這就衍生出生物有機肥的概念,我們把功能微生物接種(芽孢桿菌)、或直接拌入(真菌孢子)到已經腐熟的氨基酸有機肥中,就可分別生產出芽孢桿菌類或木霉真菌類生物有機肥,然后施入土壤。只有這樣,才能發揮出這些好的外源微生物的作用,達到我們想要的促進作物生長、分解和轉化污染物、拮抗土傳病害的目的。

把土體土壤微生物區系調控好了,一旦作物根系長出來后,根系就會分泌大量的有機物質,土體中的有益微生物就會趨化到根表和根際,如果它們是細菌,就會在根表形成細胞膜,發揮它們所具有的特定功能和作用,如果它們是真菌,就會在根表和根際形成大量菌絲體而發揮作用,這就是我們提出的(根際)土壤·微生物區系調控的全部。

▼問:怎么區分好的微生物和壞的微生物?這應該也是我們研發中比較重要的一步?對于微生物的研究篩選,我們會帶著比較明晰的目標去進行?

沈其榮:是的。對微生物的研究篩選是我們研發工作中比較重要的環節。而篩選的時候其實都是有目標的。我們現在有三種目標,第一種目標是拮抗土傳病害的功能微生物,用特定的病原微生物來篩選,篩選出對病原菌拮抗能力最強的微生物種類。第二種目標是篩選對根系有促生作用的,能夠刺激根系生長或活化土壤養分的功能微生物。第三種目標是篩選降解有機污染物、或轉化無機污染物形態使之喪失毒性的功能微生物。

然后我們再去研究篩選獲得的功能微生物的營養特征和生長習性,把它們制成各種生物有機肥產品,用于不同土壤和作物。

▼問:微生物的世界是紛繁的,并不好控制,比如這些好的外源微生物如何去戰勝壞的微生物,又如何規避土著微生物的干擾等等?我們如何讓這些好的外源微生物能夠長期、穩定地發揮出它的作用呢?

沈其榮:這個問到焦點了。落實到應用中,首先這些被篩選出的好的外源微生物一定是功能明確、生命力很強的微生物種類。其次,就是對它們的生理和生態習性一定要了解的很透切,然后做成有機物料與特定功能微生物非常匹配的生物有機肥。再者,就是怎么用好這些肥料,你施下去的生物有機肥100公斤也好,200公斤也好總會用完的,你問我,這個好的外源微生物2個月、3個月甚至有些是10天、20天就沒有了怎么辦?我們要讓外源的有益微生物在土壤中首先是存活,這時它靠的是100公斤、200公斤的有機載體(帶著“饅頭”下地),但是生活一陣以后它就彈盡糧絕了,又面臨死亡怎么辦?我們知道在施下去有機肥之后,總是要種莊稼的,總是要種植物的,經過10天-20天當根系生長出來之后,這些外源有益微生物已經在土壤中利用有機物料存活下來,它們就可以利用已經長出的根系產生的分泌物繼續存活下來。因為植物一生中有40%左右的光合產物要分泌到土壤中的,供土壤中的微生物使用,如果沒有好的外源微生物的話,這些根系分泌物就會被壞的微生物利用。

所以,我們一般調控土壤中的微生物區系,在播種前,就把生物有機肥料施下去,那么好的外源微生物就靠有機肥料在土壤中生長,當長到10天、20天,根系長出來之后,這些外源微生物就在根表了,用植物根系分泌物來維持它們的生命,從而發揮這些功能微生物的特定作用。在這個過程中,如果我們還能不斷地添加生物有機肥或相應的菌液,就能讓這些好的外源微生物比較長期地定居在土壤中,成為一時一地的優勢微生物群落。

▼問:那么生物有機肥與有機肥究竟有何不同呢?

沈其榮:其實有機肥與生物有機肥的界限是十分明確的,就是因為市場上很多銷售商都把普通有機肥說成是生物有機肥,所以讓廣大老百姓弄糊涂了。

經過好氧或厭氧發酵腐熟出來的堆肥或漚肥就是有機肥,而生物有機肥是在腐熟的有機肥中再接種(芽孢桿菌)、或直接拌入(真菌孢子),就可分別生產出芽孢桿菌類或木霉真菌類生物有機肥,同時要選擇適合于不同功能微生物的腐熟有機肥種類,然后檢測生物有機肥產品中所加入的功能微生物含量是否達到行業標準(2ⅹ107個/克肥料)。有機肥肥料登記證是由各?。ㄊ校┡┮擋棵歐⒌?,而生物有機肥肥料登記證是由農業部統一發的。

生物有機肥料是指含有明確功能微生物菌種的一種特殊肥料,產品中不僅含有腐熟有機肥,還含有規定數量的功能菌,是微生物肥料和有機肥的有機統一體,屬于微生物肥料范疇,在農業部登記。生物有機肥主要以抗土傳病害功能、促進根系生長功能、提高肥料利用率三大功能而備受到種植戶的青睞。

需要明確的是,菌種(菌劑、生物肥料、生物菌劑)、堆肥、有機肥(精致有機肥、商品有機肥)都不是生物有機肥。生物有機肥的功效應該比高效菌種(菌劑)與有機營養載體的聯合施用時更大。

為避免被市場上投機取巧的假貨擾亂視聽,我們必須搞懂生物有機肥的登記標準。

沈其榮:從上述三類產品的分類標準中可看出,微生物菌劑產品中缺乏養分和有機質含量,生物有機肥產品中沒有養分含量。因此,要推廣有機(類)肥料產品,首先必須讓農民看到肥料產品施用后的當季作物增產效果,這就需要一定的養分含量.

第二,要發揮特定功能微生物的作用,必須要有特定的微生物和較高含量的有機質。鑒于上述作物生產和廣大農民的需求,我們提出了一個“全元生物有機肥”的概念,其大概念是指能夠改善土壤條件和促進植物生長的有機、無機、生物三大主成分,小概念是指能夠提供植物生長所必需的各種營養元素和部分氨基酸。這種產品的標準擬設計為:功能菌2×107/g、有機質40%、無機養分10-15%、氨基酸2%。這種產品同時具備當季作物增產、有效培肥土壤、消納農業廢棄物等作用,必將成為今后肥料行業中的主打產品。

▼問:目前我們國家生物有機肥的實際使用情況如何呢?您認為當前最核心的問題在哪里?

沈其榮:目前生物有機肥料的核心問題在菌種選用上,作物及地域針對性不強、廣適性差,導致田間效果還不穩定。同時產品應用配套技術體系還不完善。比如,土壤中的磷由無效態變成有效態,那么南方和北方土壤中的磷形態是不一樣的。南方主要是磷酸鐵、磷酸鋁里面的磷釋放出來,而北方主要是磷酸鈣里面的磷要釋放出來,活化這兩類土壤中的磷途徑是不一樣的,所以這兩個不同區域所用到的功能微生物也是不一樣的。這就要有針對性的去篩選菌種,然后讓這些好的微生物又回到需要它的土壤里面去,比盲目去使用生物有機肥效果會更好。

我認為生物有機肥在科技上的核心是菌種與有機物種類的選用,而在推廣應用上的核心問題是混亂,普通有機肥與生物有機肥的混淆。

▼問:您說研發出的成果要能應用并且得到推廣,才是真正的成功?您認為,要如何推廣運行才能讓當前的有機(類)肥料產業健康發展呢?

沈其榮:應該說應用是我更關心的事情,因為就農業科研而言,最終目標應該在田里見分曉。

那么如何推廣呢?

第一,做這個產業的同志們對這個事情要有雄心壯志,要做生物有機肥的旗艦企業;

第二,要有較大的資金投入,盡管我們的產品研發已領先于國際,但產業發展還遠滯后于科研,最主要的原因是資金注入不夠和市場比較混亂;

第三,產品生產者到產品使用者之間信息不對稱,例如每噸全元生物有機肥產品出廠價1300元,到農民手上則成了每噸2500元-3000元,造成了企業不賺錢、農民用不起的僵局;

第四,政府的具體推動力度還需進一步加大,盡管政府部門在有機替代無機方面出臺了很多文件,但還需出臺一些切實可行的政策措施以便進行實質性的推動。

▼問:您提到我們現在正在進行的生物有機肥的研發工作與當代生命科學研究先進技術是需要相結合的,但目前這種結合相對比較欠缺?

沈其榮:是的。因為生物科學與技術發展很快。我們做生物有機肥研發工作應該同步借用國際上、國內飛速發展的生物技術與科學來應用到我們生物有機肥的研究中去。

比如過去我們一直說土壤中的微生物種類很多,但是我們所能培養出來的只占現實土壤中微生物總量的1%,99%我們是培養不出來的,所以就沒法知道這99%是怎么回事。但是現在將高通量微生物測序與高通量微生物培養相結合起來研究,我們能從土壤中培養出來的微生物就遠不止1%,它們究竟是什么微生物,具有什么特定功能,我們拭目以待的日子相信不遠了。

●最后,需要強調的是:

微生物肥料是活體肥料,它的作用主要靠它含有的大量有益微生物的生命活動代謝來完成。只有當這些有益微生物處于旺盛的繁殖和新陳代謝的情況下,物質轉化和有益代謝產物才能不斷形成。因此,微生物肥料中有益微生物的種類、生命活動是否旺盛是其有效性的基礎,而不像其它肥料是以氮、磷、鉀等主要元素的形式和多少為基礎。正因為微生物肥料是活制劑,所以其肥效與活菌數量、強度及周圍環境條件密切相關,包括溫度、水分、酸堿度、營養條件及原生活在土壤中土著微生物排斥作用都有一定影響,因此在應用時要加以注意。

問:為什么要研究和發展“生物有機肥”?

真正的生物有機肥的功效:

1.調理土壤、激活土壤中微生物活躍率、克服土壤板結、增加土壤空氣通透性。

2.減少水分流失與蒸發、減輕干旱的壓力、保肥、減少化肥、減輕鹽堿損害,在減少化肥用量或逐步替代化肥的情況下,提高土壤肥力,使糧食作物、經濟作物、蔬菜類、瓜果類大幅度增產。

3.提高農產品品質、果品色澤鮮艷、個頭整齊、成熟集中,瓜類農產品含糖量、維生素含量都有提高,口感好,有利于擴大出口,提高售價。改善作物農藝性狀、使作物莖桿粗壯,葉色濃綠,開花提前,做果率高,果實商品性好,提早上市時間。

4.增強作物抗病性和抗逆性、減輕作物因連作造成的病害和土傳性病害,降低發病率;對花葉病、黑脛病、炭疽病等的防治都有較好的效果,同時增強作物對不良環境的綜合防御能力。

5.化肥施入量的減少,相應地減少了農產品中硝酸鹽的含量。試驗證明,生態有機肥可使蔬菜硝酸鹽含量平均降低48.3--87.7%,氮、磷、鉀含量提高5--20%,維生素C增加,總酸含量降低,還原糖增加,糖酸比提高,特別是對西紅柿、生菜、黃瓜等能明顯改善生食部分的品味。所以說,用了生物有機肥,農產品葉色鮮嫩,滋味甘美,更好吃了。


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