微生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究進展及發(fā)展前景

摘 要：在介紹微生物農(nóng)業(yè)含義的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的新問題，對發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)的重要性及微生物資源在農(nóng)業(yè)中的開發(fā)利用進行了綜述，展望了微生物農(nóng)業(yè)的發(fā)展前景。加強微生物農(nóng)業(yè)的研究，關(guān)注其產(chǎn)業(yè)的研究進展，對微生物農(nóng)業(yè)的推廣應(yīng)用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：微生物農(nóng)業(yè)；應(yīng)用產(chǎn)業(yè)；研究進展；發(fā)展前景

微生物農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)的細分產(chǎn)業(yè)，是通過微生物的獨特生長代謝特性和強大的分解代謝能力，通過工業(yè)化手段在生產(chǎn)車間內(nèi)對動植物廢棄物進行分解，轉(zhuǎn)化成人類以及動植物日常所需的營養(yǎng)品和保健品，形成非傳統(tǒng)的且不污染環(huán)境的新型農(nóng)業(yè)及新型產(chǎn)業(yè)。“微生物學(xué)”是其基礎(chǔ)科學(xué)主體，“生物工程”是其基礎(chǔ)技術(shù)，在整個生產(chǎn)過程中，要求生產(chǎn)車間內(nèi)外環(huán)境干凈衛(wèi)生，不允許有雜菌污染，廠房中的工作人員要穿戴潔凈的白色工作服和工作帽，以保證生產(chǎn)選用的優(yōu)勢微生物能發(fā)揮其特定的作用，生產(chǎn)出安全無毒副作用的產(chǎn)品，故有“白色農(nóng)業(yè)”之稱。

白色農(nóng)業(yè)最初是由我國農(nóng)業(yè)科學(xué)院包建中研究員率先提出的，當(dāng)時包括錢學(xué)森在內(nèi)的國內(nèi)外著名專家學(xué)者們都給予了極高的評價。包建中學(xué)者指出，農(nóng)業(yè)要想實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，就應(yīng)該向大自然生物圈學(xué)習(xí)——植物生產(chǎn)、動物消費、微生物分解，如此循環(huán)，生生不息。他還指出，微生物資源作為地球三大生物資源之一，至今尚未得到充分開發(fā)和利用，應(yīng)用高科技進行開發(fā)，創(chuàng)建微生物工業(yè)的新型農(nóng)業(yè)，已成為當(dāng)今社會和科技發(fā)展的必然。2007年8月8日，溫家寶總理在農(nóng)業(yè)工作會議中也指示：“微生物技術(shù)的應(yīng)用是中國農(nóng)業(yè)未來之希望”。

一、發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的意義

（一）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的新問題

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的主要問題是農(nóng)藥、化肥濫用。20世紀70年代，隨著機械化、能源化和化學(xué)化的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)進入了空前發(fā)展時期。同時，隨著農(nóng)藥、化肥、機械和除草劑的大量使用，農(nóng)作物產(chǎn)量大幅提高，勞動生產(chǎn)率極大提高，并且在很大程度上緩解了人口急速增長需求大量糧食的矛盾。然而，近年來一系列的不良后果慢慢地顯現(xiàn)出來：農(nóng)業(yè)產(chǎn)量上去了，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境卻變差了。比如，身邊的河水越來越臭了，水里的魚、蝦、青蛙越來越少了，田地里的蚯蚓不見了，樹林的鳥兒也消失了。這是化肥農(nóng)藥的大量施用污染了環(huán)境，破壞了土壤的生態(tài)平衡。在本不缺乏營養(yǎng)元素的土壤上繼續(xù)加大施肥量，不僅作物產(chǎn)量沒有提高，而且還會加重土壤板結(jié)。農(nóng)藥殺死害蟲的同時也殺死了益鳥，鳥兒飛不回來了，但是蟲子卻又出現(xiàn)了，且抗藥性也越來越強了。

農(nóng)藥、化肥的濫用，引發(fā)了諸如土壤板結(jié)、耕地退化、農(nóng)作物病蟲害加重、生態(tài)條件惡化、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降、耕種成本增加等嚴重后果，為此，各國紛紛尋求可持續(xù)發(fā)展的道路。中國作為農(nóng)業(yè)大國，全國農(nóng)藥每年使用量高達30萬噸以上，化肥每年施用量也達5900萬噸以上，在農(nóng)藥和化肥的使用方面已遠遠高出發(fā)達國家水平。所以，我國的化肥農(nóng)藥過量施用、畜禽糞污排放、農(nóng)膜等農(nóng)用廢棄物殘留所引起的環(huán)境惡化問題更為突出，甚至直接影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全。

（二）發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)是解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)問題的必然要求

如何解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)所引起的負面影響，已成為眾人關(guān)注的焦點，黨中央及各級政府也把現(xiàn)代農(nóng)業(yè)引發(fā)的新問題作為頭等大事來抓。以“三農(nóng)”為主題的中央一號文件，從2004年起一連十四年都強調(diào)了“三農(nóng)”問題在中國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)時期“重中之重”的地位。2018年，黨的十九大報告指出，“三農(nóng)”問題是關(guān)系到國計民生的根本性問題，并首次將“鄉(xiāng)村振興”提高到戰(zhàn)略層面，此戰(zhàn)略為我國“三農(nóng)”的發(fā)展設(shè)定了一個更高的目標(biāo)，它的實施必將為我國的農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民的發(fā)展注入強有力的活力，“美麗”鄉(xiāng)村的提出更是要加強農(nóng)村生態(tài)建設(shè)。農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革的一個重要任務(wù)是推行綠色生產(chǎn)方式，增強農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。

隨著化肥農(nóng)藥等化學(xué)產(chǎn)品的使用，人類所食用的食品中也不可避免地殘留有化學(xué)農(nóng)藥、獸藥及重金屬等，引發(fā)出一系列危害人類健康的問題。而微生物強大的分解代謝能力被人們重視和應(yīng)用。實施集成化應(yīng)用的微生物技術(shù)，使農(nóng)業(yè)徹底擺脫化學(xué)藥劑所帶來的困擾，引發(fā)了一系列農(nóng)業(yè)技術(shù)改革。如，土壤還原菌、植物共生菌、生物肥料發(fā)酵菌、菌根菌等，這些微生物產(chǎn)品可有效地對已經(jīng)污染的土壤還原，良好地維護生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展，有效防治植物病蟲害等。在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，微生物也發(fā)揮著其優(yōu)勢，如，底泥分解菌、水質(zhì)凈化菌、乳酸菌、光合菌、放線菌等活菌的應(yīng)用，解決了抗生素的濫用對人體及環(huán)境的危害，對河塘進行了生態(tài)修復(fù)，保證了水產(chǎn)品的食用安全。微生物應(yīng)用領(lǐng)域還可用于有機農(nóng)業(yè)種植、提升農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)和口感、生態(tài)旅游、休閑農(nóng)業(yè)、城市綠化、古樹名木的保護和修復(fù)等。此外，微生物農(nóng)業(yè)還是一種節(jié)土、節(jié)水型農(nóng)業(yè)，能夠大大緩解傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與人“爭地、爭水”日漸尖銳的矛盾。

發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)主要優(yōu)勢有如下表現(xiàn)：一是改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。利用微生物的分解能力，可以將農(nóng)業(yè)廢料分解轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品，減少農(nóng)業(yè)肥料污染，有效提高動、植物資源利用率。另外，國際上正興起的一項新產(chǎn)業(yè)就是利用微生物農(nóng)業(yè)中的生態(tài)環(huán)境保護劑，直接清除廢氣、廢水以及土壤中的有害化學(xué)物質(zhì)，從而改善和保護生態(tài)環(huán)境。二是利用微生物技術(shù)，實現(xiàn)廢棄物的無害化和再利用。大量的農(nóng)業(yè)廢棄物，如，牲畜糞便、家禽牲畜的病殘體、未回收的農(nóng)用膜垃圾等，這些廢棄物如經(jīng)過微生物發(fā)酵處理后，可以消除其危害，甚至可以被轉(zhuǎn)化為沼氣、生物乙醇、飼料等有用的能源和物質(zhì)，實現(xiàn)再利用。三是加快農(nóng)產(chǎn)品的工廠化生產(chǎn)，緩解糧食緊缺矛盾。微生物發(fā)酵所用的原材料簡單、來源廣泛，再加上微生物強大的分解能力，可以快速地把稻草、玉米芯、稻谷殼、木屑、棉子屑、泥碳、甘蔗渣和農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為飼料，同時還可收獲大量的食用菌，實現(xiàn)產(chǎn)品和食用菌的雙生產(chǎn)，解決人畜爭糧的問題。

二、微生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)進展

人類先后經(jīng)歷了石器時代的原始農(nóng)業(yè)、鐵器時代的耕種農(nóng)業(yè)、工業(yè)時代的化學(xué)農(nóng)業(yè)，如今我國正式步入微生物農(nóng)業(yè)新時代，即微生物資源產(chǎn)業(yè)化的新型農(nóng)業(yè)時代。微生物資源在農(nóng)業(yè)中開發(fā)利用，目前成熟的產(chǎn)業(yè)已擴展有六大領(lǐng)域。

（一）微生物飼料

微生物利用超快超強的分解能力，可以把稻草、玉米芯、稻谷殼、木屑、棉子屑、泥碳、甘蔗渣和農(nóng)作物秸稈快速高效地轉(zhuǎn)化為飼料。

（二）微生物肥料

微生物肥料中含有活性菌群，農(nóng)作物施用后能增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)。微生物肥料具備一些普通肥料所沒有的特殊功效。比如，微生物肥料中的活性菌群，能夠產(chǎn)生糖類物質(zhì)，這些糖類物質(zhì)與植物粘液、有機膠體和礦物膠體等結(jié)合以后，可以改善土壤團粒結(jié)構(gòu)，參與形成腐殖質(zhì)，有利于提高土壤肥力。

（三）微生物食品

微生物食品主要分為兩類，一類是微生物本身作為食品。微生物細胞含有豐富的蛋白質(zhì)與核酸，利用微生物超快的繁殖速度，可以快速發(fā)酵生產(chǎn)出極為豐富的單細胞蛋白。比如，一頭體重500kg的牛，每天合成的蛋白質(zhì)也就0.5kg之多；而如果用同樣體重的活菌體，給予合適的溫度和營養(yǎng)進行培養(yǎng)，每天能生產(chǎn)出來的單細胞蛋白可達1 200kg之多。可見，微生物發(fā)酵效率之高。第二類是巧妙地利用有益微生物的新陳代謝特點對原材料進行轉(zhuǎn)化加工的一類食品，如，常見的酸奶、酒釀、泡菜、醬油、食醋、豆豉和葡萄酒等，均具有獨特的風(fēng)味，大大地豐富了人們的飲食生活。

（四）微生物農(nóng)藥

在除草、殺蟲、殺菌方面，微生物利用自身的生理構(gòu)造，有針對性地進行有效除草、殺蟲、殺菌，而不會對其他的生物產(chǎn)生威脅，不污染環(huán)境和損傷農(nóng)作物。

（五）微生物能源

微生物可通過厭氧發(fā)酵，把多種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能燃燒的甲烷、燃料酒精、生物柴油、生物制氫等。巴西早在上世紀70年代就利用甘蔗榨汁作為原料，通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精。科學(xué)家們還利用電池的制作原理制造出了微生物電池。

（六）微生物環(huán)境保護劑

利用微生物環(huán)境保護劑，可以直接清除廢氣、廢水以及土壤中的有害化學(xué)物質(zhì)，且不會造成二次污染，從而改善和保護生態(tài)環(huán)境。

三、微生物農(nóng)農(nóng)業(yè)發(fā)展前景

2016年5月，美國政府及美國社會基金和高校總計投入5億美元，宣布啟動“國家微生物組計劃”（NMI），其中農(nóng)業(yè)是重要部分；2017年10月12日，全球微生物模式菌株基因組和微生物組測序合作計劃在北京啟動，該計劃將建立一個覆蓋超過20個國家，具有微生物基因組、微生物組測序和功能挖掘的合作網(wǎng)絡(luò)；2017年9月2日，“國家微生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”在北京成立。該聯(lián)盟將整合產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新資源，引導(dǎo)創(chuàng)新元素向企業(yè)聚集，加快建立以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系。科技部中國技術(shù)創(chuàng)業(yè)協(xié)會副秘書長孫小林表示，“微生物農(nóng)業(yè)”產(chǎn)業(yè)是綠色產(chǎn)業(yè)、低碳產(chǎn)業(yè)、朝陽產(chǎn)業(yè)、黃金產(chǎn)業(yè)。聯(lián)盟成立后要根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢和產(chǎn)業(yè)的實際需求，創(chuàng)新發(fā)展，準確把握經(jīng)濟新常態(tài)下“微生物農(nóng)業(yè)”產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢、新動力、新機會，多措并舉，不斷促進“微生物農(nóng)業(yè)”產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

綜上所述，微生物的研究應(yīng)用已經(jīng)在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域取得了重大突破和進展，而在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域雖然應(yīng)用很廣泛，但是仍處于初始階段，這將意味著農(nóng)業(yè)大變革時代的到來，將帶來更多更大的前所未有的機遇。

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作者簡介：胡云平（1971-），男，河南西平人，高級教師，研究方向：農(nóng)業(yè)教學(xué)研究。

（責(zé)任編輯 曹雯梅）