微生物及其相關技術在農業領域的應用探討

朱將偉

(上海市浦東新區農業技術推廣中心，上海 201202)

1 農用微生物技術發展概述

隨著經濟、社會的高速發展，人們的生態環保意識不斷提高，農業生產上化學農藥和肥料的大量使用所導致的環境污染等一系列生態問題得到了更廣泛的關注。在這一契機下，微生物及其相關技術更深入地滲透到了農業生產的各領域，以微生物農藥、菌肥、堆肥技術、微生物飼料等為代表的農業微生物技術的研究和應用取得充分的發展，各種相關產品層出不窮，并已基本實現了產業化[1]。

微生物種類繁多，廣泛分布于自然界的每一個角落，是生物地球化學循環的重要組成部分，環境中的各種有機污染物或固體廢棄物等都直接或間接地在微生物的作用下分解為無機物被重新利用[2]。如果在農業生產中破壞了土壤微生物生態系統，將會導致農業和環境出現一系列嚴重問題，妨礙農業的可持續發展，微生物技術及其相關產品在農業領域的應用將有利于解決這類問題。

農業微生物及其相關技術在農業領域的應用有助于減少常規化學農藥和肥料對環境及農產品的污染，并有助于維護生態系統的安全。當前，微生物在農業領域的應用研究已成為研究熱點，歐美等國在研究和推廣應用微生物肥料、生防菌及相關的農用微生物活菌制劑等方面發展迅速，并引領著這一領域新產品的研究與開發[3]。近年來，我國的農用微生物技術發展也較為迅速，在應用中也取得了良好的效果，但仍然存在諸多不足。為了推動我國農用微生物技術及相關產業的健康發展，以及促進我國的農業現代化再上新臺階，必須進一步強化在這一領域的基礎研究與應用開發。

2 微生物農藥

合理使用農藥是現代農業生產中保障農產品產量和質量的重要手段，但化學農藥在農產品及環境中的殘留會對農產品質量和生態環境造成諸多不利影響，而微生物農藥較化學農藥而言其安全性更高，并具有環境友好性的突出特點，因而也得到了越來越多的關注，其相關研究與應用也已取得了廣泛的成果。利用微生物或其代謝產物制作的可當作農藥使用的制劑被稱為微生物農藥，通常以活菌制劑為主體，一般也將微生物產生的農用抗生素納入微生物農藥的范疇。微生物農藥按照所利用的微生物資源可分為細菌類、真菌類和病毒類等，按照功能可區分為殺蟲劑、殺菌劑、除草劑及植物生長調節劑等。

用作農藥的微生物菌株通常對植物病原菌、害蟲或雜草具有抑制或殺滅作用，這類微生物也常被稱為生防菌。用作微生物農藥的細菌主要有鏈霉菌屬、芽孢桿菌屬、假單胞菌屬等，例如：枯草芽胞桿菌可以防治水稻稻曲病和紋枯病，放射農桿菌K84常用來防治植物冠癭病，某些銅綠假單胞菌產生的綠膿菌素對菜豆殼球孢等土傳病原菌有很強的抑制能力[4,5]。AgraQuest公司利用短小芽孢桿菌 QST2808開發的活菌制劑能有效的防治鏈格孢屬及葡萄孢屬等真菌引起的作物病害；Novozymes公司生產的枯草芽孢桿菌制劑Taegro可用于預防作物的根腐病和枯萎病。另外，也有大量的真菌被用于作物病害防治，其中不少性能優異的生防真菌已被開發為微生物農藥。木霉和盾殼霉是最常見的用于作物病害防治的真菌；如哈茨木霉T-22菌株能防治西紅柿枯萎病和洋繡球立枯病；綠色木霉T23則可用于防治枯萎病和褐斑病。盾殼霉可寄生于核盤菌，能高效防除由核盤菌侵染引起的作物病害，蘇聯生產的Coniothyrin制劑以及歐洲的Contans制劑都屬于盾殼霉制劑[6,7]。

對害蟲有致病作用的病原微生物可作為殺蟲劑加以利用，常用的有白僵菌、蘇云金芽孢桿菌、假單胞菌等。例如，白僵菌對許多農林害蟲有致死作用，被廣泛用于防治松毛蟲、葉蟬、玉米髓蟲等；蘇云金芽孢桿菌產品則是更廣泛使用的微生物殺蟲劑，可防治玉米螟等害蟲。微生物除草劑則多用雜草病原菌制作而成，通過使目標雜草染病死亡而實現防除雜草的目的；通常會使用植物病原真菌的孢子制作除草劑，如Devine制劑就是用疫霉菌的厚垣孢子制成，可用于防除莫倫藤等雜草[8]。

有些微生物因能產生具有植物生長調節功能的代謝物，故可作為植物生長調節劑使用；如，赤霉菌產生的赤霉素能促進種子的萌發。另有許多真菌能產生脫落酸，其能促進頂芽休眠，加快花果脫落[9,10]。

農用抗生素是指由微生物產生的、能抑制或殺滅植物病原菌的有機化合物。能產生農用抗生素的微生物種類很多，其中以放線菌產生的農用抗生素最為常見，如鏈霉素、水合霉素、井岡霉素、中生菌素、土霉素等；另外，有些農用抗生素還兼有殺蟲或植物生長調節等功能

3 微生物菌肥、堆肥技術及相關菌劑

微生物菌肥是指一類由具有固氮、解磷、解鉀等功能的微生物制備的活菌制劑，其施用后還能分泌植物調節激素、促進植物吸收營養元素，能發揮顯著的肥料效應[11]。菌肥主要是利用微生物的固定、分解和分泌作用，改善土壤營養狀態，進而在植物上表現出肥料效應。菌肥無法完全代替化學肥料，但其能有效降低化肥用量，并提高傳統肥料的利用率，并在提高土壤肥力、保障土壤健康方面具有重大意義[12]。早在100多年前，國外就開始研究根瘤菌的固氮作用，并嘗試將其作為肥料；1896年德國開發了世界上最早的微生物肥料——根瘤菌接種劑“Nitragin”。我國的菌肥研究始于20世紀50年代，最初是研制大豆和花生的根瘤菌劑，后來在固氮藍綠藻肥和放線菌肥料應用方面也取得了較好的效果；20世紀80-90年代，在復合微生物肥料方面開展了廣泛的研究，并取得了豐碩的成果。

盡管我國近年來在微生物肥料研究領域成果卓著，但其應用與推廣則與發達國家有很大差距。發達國家菌肥平均用量約占肥料總用量的五成，肥料的利用率超過50%，但當前我國菌肥使用量僅占到化肥使用量的一成左右，肥料利用率大約30%；造成這一現象可能有如下原因：①受農民對菌肥的認知所限，②菌肥的肥料效應較化肥來得慢，③菌肥的應用效果受應用環境條件的影響較大，④施用方法不當導致效果不理想；但只要處理好這些問題，微生物菌肥在我國仍有廣闊的發展空間。另外，在菌肥的使用中，還必須注意要與傳統肥料配合施用，不能完全取代傳統肥料。

堆肥是指利用天然微生物群落的生命代謝活動，將固體廢棄物中可降解的有機物轉化為腐殖質的生化過程[13]。在農業生產上，經常應用農作物秸桿、人畜糞便、餐廚垃圾、污泥等廢棄物作為原料，經堆肥化處理制作有機肥料；這類有機肥所含的營養成分豐富，且肥效持續時間長，同時有利于形成土壤團粒結構，能增加土壤保水、透氣、保肥的能力，對保持土壤健康意義重大[14]。為了保障堆肥效果及堆肥產品質量的穩定性，研究人員也選育了一些適于堆肥的微生物菌株，并將其開發為用于堆肥處理的接種劑。例如，在利用農作物秸稈為主要原料進行堆肥時，可接種一些木質素降解菌、纖維素降解菌和半纖維素降解菌等。接種經選育的外源堆肥菌劑，通常能有效的縮短堆肥時間，并提高堆肥質量，故在工廠化堆肥生產中基本上都會使用相關的堆肥菌劑[15]。

4 農用微生物技術發展中所面臨的問題及發展方向

盡管我國的農用微生物技術及其相關產品近年來發展較快，也取了不少突出的成果，但與發達國家相比仍有很大差距，還有許多問題亟待解決，如：①市場上的相關產品多，但精品少；②農用菌劑的研究及生產企業規模小，競爭力弱；③宣傳不足，農民在這一領域的認知不夠充分，推廣過程中有較大阻力；④對農用微生物技術相關原理的基礎研究還比較欠缺，理論基礎不夠扎實；另外，科學研究與應用之間也未能實現良好的銜接與整合。

針對農用微生物技術及其相關產品在研究與應用中所表現出的諸多不足，有必要重點關注以下幾個方面，并進一步推動農用微生物技術的發展：①加強理論基礎研究，充分掌握微生物的生防機理、肥效機理及相關特性等。②完善相關菌劑的制備工藝，保障制劑的高活性和高可靠性。③通過現代生物技術(如基因工程技術)改良已有的農用微生物及其產品。④探索具有不同功能的微生物的混用，發展多功能菌劑。⑤與常規肥料、農藥或其它輔劑聯合應用。