我國微生物肥料產業需求與技術創新

　　技術創新我國微生物肥料產業經過近 20 年的穩定快速發展，已跨入到創新最為渴望、極為迫切的時期。在國家綠色農業發展和鄉村振興計劃等戰略中，對微生物肥料產業提出了新的要求，研發新產品、新菌種、新工藝、新功效等已成為新時期產業發展目標。本文在重點對近幾年我國微生物肥料行業現狀分析的基礎上，提出下一步發展的新產品與技術方向等產業發展需求，尤其是圍繞實現產業發展目標，需要重視和加速推進創新力度，為產業發展提供強大的原動力，進而推動產業健康穩定和可持續發展。

　　1　微生物肥料產業需求

　　1.1　微生物肥料產業發展總體情況

　　農業生產中化學肥料的過度施用和利用率的降低，導致生態安全、食品安全、能源耗竭、資源緊缺、環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、綠色環保等特點受到廣泛關注，已成為綠色生態農業發展的不可替代的制勝法寶之一。近年來，國家通過各種措施推動了微生物肥料的應用與發展，在頒布實施的《生物產業發展規劃》中，將微生物肥料納入到“農用生物制品發展行動計劃”；2015 年原農業部制定了《到2020 年化肥使用量零增長行動方案》，確“有機肥替代化肥”的技術路徑；近年又提出“一控兩減三基本”的目標，力爭實現農藥化肥的零增長。微生物肥料的作用將越來越凸顯，對實現“藏糧于地、藏糧于技”戰略指導思想，保障國家糧食安全、農產品質量安全和農業生態安全具有十分重要的意義。

　　在此背景下，我國微生物肥料產業迎來了迅猛發展的黃金時期，尤其是 2016 ～ 2018 年，更是產業培育壯大和產業影響力形成的關鍵時期。截止目前（2018 年 12 月）我國已有微生物肥料企業 2050家（含境外 28 家），產能達 3000 萬 t，登記產品6528 個，產值 400 億元，標志我國微生物肥料產業的形成；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品種類多、應用范圍廣的特點，目前在農業農村部登記的產品種類有農用微生物菌劑、生物有機肥和復合微生物肥料3 大類 11 個品種。在登記產品中，各種功能菌劑產品約占登記總數的 40%，復合微生物肥料和生物有機肥類產品各占大約 30%；使用的菌種超過 170 個，涵蓋了細菌、放線菌和真菌各大類別。其快速發展的主要原因是國家綠色農業發展的需求，以及微生物肥料在可持續農業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業健康持續發展

　　截止目前已頒布實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 項農業行業標準 18 項，涵蓋了通用標準 、菌種 / 安全標準、產品標準、方法標準和技術規程，初步構建了具有我國特色的微生物肥料標準體系，也是國際上首創的微生物肥料標準體系，實現了我國微生物肥料標準研究制訂的跨越式發展，達到了從單一產品標準發展到多層面綜合標準、從農業行業標準上升至國家標準、標準內涵從數量評價為主到質量數量兼顧的3 個轉變的目標。上述標準體系涉及了產品質量要求、檢測方法、安全評估、生產規程、應用效果評價等各個方面，在產品生產、登記、銷售、流通等各個環節被政府部門采用，為行業健康持續發展提供了技術支撐及法規依據，實現了政府監管有法可依，企業生產有章可循，行業發展有規可矩。除了上述已經頒布實施的標準以外，后續將重點以當前產業發展和市場需求為切入點，大力開展復合型微生物肥料菌株的相互作用、復合發酵工藝優化、貨架期延長技術、微生物包衣技術，以及土壤生物修復等關鍵技術研究，制定“復合型微生物肥料生產質量控制技術規程”、“土壤修復菌劑”、“微生物包衣技術規程”等相關標準，并針對微生物肥料產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，以進一步豐富和完善微生物肥料標準體系，促進產業的健康、快速發展。

　　1.3　微生物肥料多功能效果是產業發展的原生動力

　　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、增產增效、減肥增效、提質增效，保證農業可持續生產能力和綠色發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，正是由于其產品的特點與多功能效果所決定的。

　�。�1）微生物肥料特點適應我國農業綠色發展的需求，即其具備國家戰略需求的特征。微生物肥料作為“十二五”以來生物農業中的戰略性新興產業和近年來農業綠色優選投入品，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，耕地長期只用不養已威脅到其持續的生產能力；二是近幾十年的農業生產中，化肥、農藥、除草劑等農業投入品的不合理使用等問題，已造成了各種有毒有害物質積累，破壞了土壤的物理結構，土壤酸化日益嚴重和有機質的下降，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，農業效益下降；三是土壤健康問題日漸嚴重，農產品質量安全問題日益突出。要解決這些我國農業生產的障礙，實現農業可持續發展，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和專長。從這個角度來說，微生物肥料是實現我國農業綠色不可或缺的產品，可以說，我國比世界上任何國家都更需要發展微生物肥料�？梢�，與傳統肥料相比，微生物肥料在保護生態、農業廢棄物資源利用、維護土壤健康、提高肥料利用率和作物產量與質量等方面具有明顯優勢。也有人將微生物肥料稱之為新一代的“環境友好型肥料”，最近有專家又將其稱為“智能型肥料”。

　�。�2）微生物肥料的多功能效果，具有顯著的經濟效益、社會效益和生態效益。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，產生促進作物生長活性物質能力，促進有機物料腐熟功能，改善農產品品質功能，增強作物抗逆性功能，改良和修復土壤功能6 個方面，并以標準 NY/T1847-2010《微生物肥料生產菌株質量評價通用技術要求》正式頒布實施。該標準是對微生物肥料產品包裝標識、技術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，強調通過調控土壤微生物區系能夠增產 20%，減少 20% 化肥與農藥用量，是未來環境友好、經濟高效的農業新出路。目前微生物肥料已成為蔬菜、果樹、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了2.7×10 7 hm 2 ，取得了巨大的經濟效益、社會效益和生態效益。

　　1.4　微生物產業的跨越發展急需技術產品的創新

　　盡管我國微生物肥料的研發應用歷經數 10 年，并在近 10 年來取得了快速發展，但是仍存在整體水平參差不齊、功能機理不明、菌株與產品同質化嚴重、生產工藝欠合理、技術創新不足、效果穩定性差、菌種產品產權保護不力等制約我國微生物肥料行業發展的問題。這些與研究基礎薄弱、研發投入少、行業起步晚等密切相關。在我國微生物肥料迎來快速發展新時代的今天，行業技術產品創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：一是產品種類多，使用菌種達 170 多種，登記產品超過 6000 個。研發應用的菌劑產品種類多，尤其是在研制開發微生物與有機營養物質、微生物與無機營養物質的復合而成的新產品方面，處于領先的地位。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量使用導致環境污染，凈化和維護土壤健康，提升作物品質等方面已取得了較好的效果。三是我國微生物肥料行業生產規模大，產能 3000 萬 t 以上，但需通過技術創新，突破新的功能菌種選育、生產工藝優化、貨架期延長等關鍵技術難題，進一步提高產品質量，降低生產成本，穩定應用效果，為我國微生物肥料產業下一個黃金發展時期提供堅實的技術基礎。

　　基于綠色農業的“安全、優質、可持續”的特征和微生物肥料的功能特點，并結合上面的分析可得出，微生物肥料是我國綠色農業的首選投入品，發展綠色農業離不開微生物肥料。國家對微生物肥料產業的總需求可概括以下 5 個方面：

　�。�1）微生物在維持和提高土壤肥力，消除土壤中存在的問題，恢復土壤生產力，保持土壤質量健康的作用；

　�。�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，實現減量施肥、高效施肥和經濟施肥的功效；

　�。�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。要實現我國微生物肥料產業需求目標，技術創新是關鍵，尤其是新功能菌株選育、評價和知識產權保護等核心工作。

　　2　微生物肥料產業技術創新

　　就微生物肥料行業的科技創新而言，以下 4 個方面必須得到重視才能推動行業的發展：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、優良生產性能的功能菌株；二是優化微生物肥料產品的組合和活性保持技術，使不同功能菌株互補、菌株與載體功能疊加的組合產品，實現效果穩定；三是建立微生物肥料的產品效果評價體系、生態效應評價、質量安全監督檢測體系和市場推廣體系；四是創新意識與文化的形成。

　　2.1　選育新功能菌種是研發新一代微生物肥料的核心

　　“智能化”是新一代肥料的發展方向。微生物肥料具有多功能、主動響應、信號調控、綠色環保的特點，滿足“智能型肥料”多功能性、主動互作性、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、菌株在產品中的活性保持及其在應用環境中的定殖與互作等關鍵技術，突出微生物的“合作關系”，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，僅能滿足“智能化”的部分要求，尤其是主動響應的互作性和系統調控的穩定性方面存在不足。

　　菌種創新是微生物肥料產業發展的核心內容，包括新功能菌種的篩選技術和評價技術。針對優良菌種“六性”要求，即功能性、生產性、互作性、協同性、生態適應性、安全性，急需建立對應的技術方法，實現優良菌株的科學評價，并且加強與土壤環境的耦合評價技術，明確功能菌種應用后對土壤理化性質和生物肥力的影響。同時，應重視菌種活性保持技術，采用回歸應用環境、添加植物或土壤浸提物等措施進行復壯，防止菌種退化。此外，也急需肥料管理部門在下一步的肥料管理法規中，確立新研發功能菌株的知識產權保護政策，采用現代技術建立菌株編碼的唯一性系統，維護新菌株選育者的權益，達到產權保護和菌種溯源的目標。

　　2.2　我國微生物肥料產業未來 5 ～ 10 年的新技術產品清單

　　依據國務院印發的《生物產業發展規劃》、農業農村部印發的《農業綠色發展技術導則（2018—2030 年）》［等一系列文件對微生物肥料產業提出的要求，結合微生物肥料多功能、高效、綠色、經濟等特點和新一代微生物肥料所具備的主動響應、系統調控、功能多樣、環境友好等智能型肥料特征，充分發揮微生物肥料在土壤修復改良、作物提質增效、減肥增效等不可替代作用，以滿足國家農業綠色發展的需要。

　　未來 5 ～ 10 年的我國微生物肥料產業優先研發的 7 項新技術分別是：微生物肥料優良生產菌株篩選及發酵工藝技術、微生物農田土壤凈化修復技術、共生固氮微生物應用新技術、微生物種子包衣技術、有機資源綜合利用微生物轉化新技術、作物秸稈快速腐解還田微生物及其配套技術、新型復合配套技術。其對應的重點研發應用產品分別為：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。這些新產品應具備的特征如下：

　�。�1）土壤修復菌劑：對蔬菜、果樹、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。該產品對修復土壤和維護土壤健康，及在保證農產品安全中不可缺少。

　�。�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。該產品對化學氮肥減施，實現豆科與禾本科糧食作物輪作效應，以及農業種植結構調整，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。優先研發真菌溶磷制劑，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，經濟生態效益巨大。

　�。�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，發揮促生作用，構建優良根系微生物的獨特功效；將擴大微生物肥料產品的使用范圍；當前主要是研發應用新一代的根瘤菌大豆種衣制劑。該產品潛在市場大，對減肥減藥效果不可估量。

　�。�5）特色有機物料腐熟菌劑（也稱發酵菌劑）：研發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用型快速腐熟菌劑。該產品為秸稈、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，或提升農產品品質的復合微生物肥料；優先研發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中的應用。

　�。�7）新型生物有機肥及其他新功能產品：突出生物有機肥的基礎性功能，擴大在國家生態示范區、綠色和有機農產品基地等應用。研發生物硅肥，以及在西北等干旱區域前景廣闊的抗旱菌劑等新功能產品。以上提出的新技術和新產品，近期將由國家相關部門納入到戰略性新型產業重點產品和服務指導目錄之中。實現新一代的微生物肥料研發與應用目標，必須突破新功能菌株的選育、不同功能菌株的組合、菌株在產品中的活性保持及其在應用環境中的定殖與互作等關鍵技術，方能達到“智能化”的微生物肥料功效。需要全行業樹立“創新發展是未來立足之本”的理念，加大技術和產品創新力度，實現我國微生物肥料的產業升級，發揮其在國家綠色農業發展和鄉村振興計劃等戰略中的獨特地位與作用。