微生物资源在农业可持续发展中的应用

微生物资源 在农业可持续发展中的应用梅丽娟

20世纪以来 ,随着科学技术和生产力的不断发展 ,人类社会也面临着诸如人口剧增、环境污染、生态破坏等一系列问题 ,人类社会的发展应注重人口、经济、社会、环境和资源相互协调 ,走既能满足当代人的需求、又对后代人的发展不构成威胁的可持续发展的道路。中国是一个发展中国家 ,正面临着发展经济和保护环境的双重任务 ,走可持续发展道路是中国的必然选择。而农业是中国国民经济的基础 ,农业作为解决人类贫困与温饱的基础性产业 ,其以直接利用自然资源进行生产 ,与自然环境密切相关 ,它既受环境的影响 ,又会对环境本身带来影响 ,是可持续发展的核心。

农业的可持续发展就是要管理、保护、合理利用土地、水、植物和动物等资源 ,并不断地调整技术和机构体制 (包括生产关系、经营方式与耕作制度等 ),以确保满足当代人及后代人的永续利用 ,应是技术上适当、经济上可行、社会能够接受的一种发展形式。农村是中国社会发展的主体 ,农业的可持续发展又是中国经济和社会可持续发展的根本保证。

我国走农业可持续发展道路的必要性 微生物资源在农业中的利用发掘微生物资源，发展可持续农业的途径

中国农业可持续发展面临的主要矛盾：发展与环境的中国农业可持续发展面临的主要矛盾：发展与环境的矛盾 • 我国传统的经济的发展模式是属于“高消耗、高投入、 • 高污染” 自然资源的过渡消耗和生态平衡的破坏

传统的农业生产方式的弊端：对自然资源的掠夺开发 ,使农业生产所依赖的生态环境日趋恶化 ,从根本上约了农业生产的持续和稳定发展 ;污染了环境又威胁着人类的健康和安全 ,环境形势十分严峻。因此 ,我国农业发展必须选择资源永续利用的途径和方式 ,既要充分有效地利用资源 ,又要节约、保护和合理利用资源 ,只有大力发展中国式的可持续的生态农业 ,才能有效地解决这一矛盾。

微生物资源是指可培养的、有一定科学意义或实用价值的细菌、真菌、病毒、细胞株及其相关的信息资料。为了解决人口与食物,能源和资源,环境与健康等重大问题,许多发达国家都把微生物资源的收集、保存和利用作为产业竞争的一个重要因素。我国地域辽阔,自然生态复杂,有着多种多样微生物赖以生存的条件,是世界上微生物资源最丰富的国家之一。我国农业实现战略调整之一必须将由植物、动物资源组成的“二维结构”传统农业调整为植物、动物、微生物资源组成的“三维结构”新型农业。微生物资源是指可培养的、有一定科学意义或实用价值的细菌、真菌、病毒、细胞株及其相关的信息资料。为了解决人口与食物,能源和资源,环境与健康等重大问题,许多发达国家都把微生物资源的收集、保存和利用作为产业竞争的一个重要因素。我国地域辽阔,自然生态复杂,有着多种多样微生物赖以生存的条件,是世界上微生物资源最丰富的国家之一。我国农业实现战略调整之一必须将由植物、动物资源组成的“二维结构”传统农业调整为植物、动物、微生物资源组成的“三维结构”新型农业。

而微生物农业是微生物资源产业化的工业型农业，是具有高科技生物工程内涵的“发酵工程”和“酶工程”，有人将其形象称为“白色农业”。而微生物农业是微生物资源产业化的工业型农业，是具有高科技生物工程内涵的“发酵工程”和“酶工程”，有人将其形象称为“白色农业”。

2.1微生物在农作物种植业中的应用 食用菌微生物菌剂微生物肥料微生物农药

食用菌与单细胞蛋白 食用菌营养丰富，味道鲜美，蛋白质含量高，脂肪低，含人体必须的氨基酸约17~18种，并含有人体必须的维生素和微量元素及多种抗生素、核苷酸、多糖等物质，被人们誉为“健康食品”，是人类的“第三食品”。据统计，全世界可供食用或兼并药用的菌类有600多种，能进行人工栽培的仅占1/10，而能用于实际规模生产的仅15~16种，生产总量已超过200万吨/年，且每年以10%的速度增长，我国食用

食用菌与单细胞蛋白 菌年生产量达25万吨，是世界上食用菌生产大国，但年人均消费食用菌仅为0.15kg，仅占香港地区人均消费量的1/10，占发达国家人均消费量1/5左右，食用菌的研究和生产潜力非常大。细胞蛋白是由天然的或在某些培养基上培养细菌、酵母菌和藻类等微生物而获得可作为人类及动物食物的微生物细胞物质。它生长繁殖迅速，某些微生物生长时间只需20min至2h，具有相当高的蛋白质含量（含粗蛋白40%~80%），氨基酸配比优良，

食用菌与单细胞蛋白 并含较多的维生素等营养成分。可进行工厂化生产，不受气候季节的影响。据报道，利用单细胞工程菌，每100kg蔗糖可产蛋白质13kg，相当于170kg大米的蛋白质，利用微生物发酵生产单细胞蛋白饲料已成为国际新兴产业。1座年产10万吨单细胞的工厂能生产相当于12万hm2 耕地生产的大豆蛋白。

微生物菌剂及微生物肥料 豆科根瘤菌剂微生物菌剂固氮菌剂磷细菌菌剂硅酸盐细菌菌剂其它芽孢杆菌菌剂

微生物菌剂及微生物肥料 复合微生物肥料指的是含有一定比例微生物菌剂的有机肥与无机肥复合的肥料。微生物菌剂及复合微生物肥料的推广应用 ,可以减少化学肥料的使用量 ,使长期大量使用化肥造成的污染有可能得到缓解。同时还有利于绿色食品、无公害食品的生产。

微生物菌剂及复合微生物肥料 生物有机肥料 (又称 :发酵有机肥料 )指的是畜禽粪便和秸秆等有机固体废物经有益微生物发酵、腐熟和除臭后生产而成的一种有机肥料。这种肥料含有丰富的有机质和一定量的 N. P. K营养元素。其 N. P. K元素的含量因原料及比例不同而有差异。例如 70 %的鲜鸡粪与 2 5%秸秆混合发酵生产的生物有机肥 ,其 N. P. K总量为 3 % -4%。这种有机肥料还可以做为无土栽培基质使用。

生物农药　生物农药指的是用微生物生产的用于植物病虫草害防治的活菌制剂或微生物代谢产物制剂。例如 :Bt菌剂、白僵菌菌剂 ,绿僵菌菌剂是常见的活菌制剂 ;井岗霉素和阿维菌素是农用抗菌素。生物农药的应用可减少化学农药的使用 ,减少化学农药对农产品及环境的污染 ,有利于绿色食品、安全食品的生产。

2.2微生物在畜禽及水产养殖业中的应用 微生物制品饲用微生物添加剂动物微生态制剂饲料酶养殖水质净化剂生物兽药

2.3微生物在生态环境保护中的应用 有机固体废物处理退耕还林还草生态工程中的生物固氮

生态环境保护是当今世界各国都要面对的问题。为了更加有效地处理有机固体废物和处理污水 ,大家都在探索和采用新技术 ,新方法。处理有机固体废物常用的方法有填埋、焚烧和堆肥等。从环保角度看 ,这些处理方法都有不足之处。例如 :采用填埋方法处理固体有机废物不仅占地 ,而且往往会造成地下水的污染 ,地下水体一旦被污染则是无法挽救的 ;堆肥化处理有机固体废物则由于除臭不彻底 ,难于实现有机肥料的商品化生产 ;有机固体废物的焚烧会造成严重的空气污染 ,所以许多地方的秸秆焚烧已被禁止。

近年来 ,我国已有一些企业用微生物发酵剂处理鸡粪获得成功。鸡粪与农作物秸秆混合后加入微生物发酵剂 ,经 7-1 0天发酵后成为基本腐熟和无恶臭的有机肥料。这是一项没有二次污染的有机固体废物处理技术。已有许多实验证实 ,由多种微生物组成的发酵剂 ,可以用于畜禽粪便、有机垃圾、农作物秸秆、甘蔗渣、污水厂污泥、糖厂滤泥、淀粉厂污水的处理。

我国西部退耕还林还草是一项长期的生态建设工程 ,在还林还草过程中将大面积播种豆科牧草和豆科灌木。众所周知 ,“氮”缺乏常常是大面积豆科牧草草场及豆科灌木林面临的大问题。豆科牧草和豆科灌木播种时接种根瘤菌 ,可以使植株从共生固氮中获得生长所需的氮素 ,可以提高成苗率和植被的盖度。其中苜蓿、三叶草、沙打旺、锦鸡儿、胡枝子、岩黄芪、红豆草、小冠花、柱花草、银合欢等菌种已在国内大面积应用 ,累计面积超过 1 3 3 . 3万公顷。生产实践证明 ,我国的根瘤菌资源在退化草地改良和水土流失治理中有良好的经济效益和生态效益。

3.1遵循营养结构原理 ,实现资源永续利用 农业的本质是开发利用生物资源。在农业生态系统中 ,植物是生产者 ,可以利用环境中的无机物合成有机物 ,把太阳能第一次以生物能方式固定到生态系统中 ,为人类提供植物性食品 ;动物是消费者 ,以生产者的产品为最初食物来源 ,通过自身的转化 ,可以生产营养丰富、经济价值高的产品—奶、肉、蛋、皮毛等 ;微生物是分解者 ,利用动植物残体及其他有机物为食 ,使构成有机成分的元素和贮备的能量通过分解作用又释放到周围环境中去 ;同时能将人类不能直接利用的物质转变为可利用的产品 ,能够富集分散

的营养物质 ,并进行转化和浓缩。该三大功能类群以食物营养关系所组成的食物链、食物网是生态系统的营养结构 ,如：蛋白饲料粪菌糠草

它是农业生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的主要路径 ,是微生物农业的基础 ,发展微生物农业就是将微生物在农业生态系统中的被动、隐性作用主动化、显性化 ,从而形成地球生物圈的良性循环 ,生生不息 ,有利于资源的永续利用。

3.2遵循食物链加环原理 ,实现资源的高效利用 根据能量流动的原则 ,系统的食物链越简单 ,它的净生产量就越高 ;但是 ,在高度受人控制和影响的农业生态系统中 ,由于人们对生物和环境的调控及产品的期望不同 ,往往在向系统外输出净生产量的过程中增加一些食物链环节 ,反而能提高产品和系统的综合效益。在农业生态系统中约占80 %的不能供人类直接利用的初级产品 ,大部分是第二、第三级生产者的资源 ,在加入环节后能转化成人类直接需要的产品。这种加环主要是引入侧链 ,充分利用“废弃物”—秸秆、糠麸、饼粕、粪便等 ,即“十分之一”以外的部分 ,通

过相应的有较好转化功能的生物类群 ,予以转化 ,其结果能量的有效转化不是按十分之一递减 ,而是在“十分之一”的基础上增加 ,据测算 ,其中 3 0 %经新环节转化 ,可以生产出等于系统净生产量 3 %左右的产品 ,使整个系统产出的人类直接需要的产品提高到2 3 %以上。

3.3遵循熵增原理 ,实现农业可持续发展 熵是一个热力学函数 ,是对系统无序程度的一种度量。热力学第二定律可表述为熵定律 :“一切自发过程总是沿着熵增加的方向进行”。根据这一定律 ,在孤立系统中 ,系统的熵值总是由小变大 ,系统的状态永远是自发地由有序趋向无序 ,直到系统熵值最大或无序程度最大的热力学平衡状态为止 ,即熵增原理。农业生态系统是一个人工调控的开放系统 ,虽然农业资源一经使用 ,熵就必定“增大”,变成熵大的废物和废热 ,这些废弃物将占据大量的堆放空间 ,有时还会导致环境污染。但农业生态系统第一、第二级生产

者通过一定的技术、工艺又使产生的废物、废热在很大程度上变成微生物利用的重要物质、能量来源 ,实现了熵的排放和物质循环。因此 ,微生物农业将最大限度地从外界引入负熵 ,加强物质的循环利用 ,确保农业生态系统在实现物质和能量的最大耗散时 ,又不断向外界输出熵流 ,以减少总熵的增加 ,保持系统的有序结构 ,以利农业的可持续发展。

综上所述 ,微生物农业是遵循生态学原理 ,利用微生物—分解者的作用 ,开发农业生物的潜在生态位 ,通过对农业系统不断增加生产环、减耗环、增益环等 ,实现种群互利共生 ,可充分地利用农业生物量资源 ,尤其是残渣废料的利用 ,有利于能量的转化和物质的循环利用。同时 ,发展微生物农业有利于实现农产品工厂化生产 ,有利于改善农业生态环境 ,可将微生物在农业生态系统中的被动、隐性作用主动化、显性化 ,从而形成地球生物圈的良性循环 ,有利于资源的永续利用 ,实现农业的可持续发展。

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