2019-01-18 15:38:02
氮作為植物必需的大量營養(yǎng)元素，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要向作物提供足量的此類營養(yǎng)。然而我國農(nóng)業(yè)長期過度使用化肥，氮肥利用率低（僅為25%-40%）。生產(chǎn)氮肥使用的化學(xué)方法需要高溫、高壓等非?？量痰臈l件，因此浪費了大量原料和能源。未被吸收的化肥造成土壤鹽化、酸化，破壞土壤有益微生物菌群，土壤活性下降。而生物肥料在為作物提供營養(yǎng)的同時，還可增加土壤有機質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，改善根際有益菌。生物肥料替代化肥是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
就全球范圍來看，生物肥料市場份額的75%被固氮菌肥料占有，溶磷菌肥占15%，其余為溶鉀/鋅菌肥等。固氮菌肥（或稱“固氮菌劑”）占有的生物肥料市場份額最大，而這其中最常用的是根瘤菌，此類固氮菌也是生物肥料中使用最早，在全球應(yīng)用最為廣泛，應(yīng)用效果最穩(wěn)定的菌種。2017年，全球根瘤菌類生物肥料市場價值為2.337億美元，預(yù)計2018-2023年期間的年復(fù)合增長率將達到8%。
根瘤菌劑在我國的研究應(yīng)用
我國根瘤菌劑的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已有80多年的歷史。最初的研究應(yīng)用是針對大豆和花生的根瘤菌劑。50-60年代期間，根瘤菌劑成為了應(yīng)用最為廣泛的微生物肥料，其中大豆、花生、紫云英及豆科牧草的接種面積較大，增產(chǎn)效果明顯。根瘤菌與豆科植物的共生固氮量居各類生物固氮體系之首。作物的種子用根瘤菌拌種，使其表面附著大量根瘤菌，種子在播種后，生根時根系分泌物能刺激根瘤菌大量繁殖，通過根毛進入根內(nèi)，經(jīng)過一系列生理變化形成根瘤，菌體在根瘤內(nèi)借助固氮酶固氮。豆科根瘤菌固定的氮素大部分可為植物吸收利用，豆科作物借此獲得的氮素約占其所需氮素的 30%-80%。大豆接種根瘤菌每公頃可增產(chǎn)大豆 225-300kg。根瘤菌在其他作物上也有增產(chǎn)效果，例如花生根瘤菌可使花生增產(chǎn)10%-50%，紫云英根瘤菌在未種植過紫云英的地區(qū)應(yīng)用可使產(chǎn)草量成倍增長。在保證作物產(chǎn)量穩(wěn)步增長的同時，產(chǎn)品品質(zhì)也有所提高。目前，根瘤菌肥在我國應(yīng)用的經(jīng)濟效益非常好，投入與產(chǎn)出之比在1：10-20以上。
阻礙根瘤菌劑推廣因素和突破方向
我國豆科作物根瘤菌接種面積僅占播種面積的1-3%。目前從研發(fā)到市場，一些問題正制約著行業(yè)的發(fā)展。
1.產(chǎn)業(yè)鏈上游研發(fā)端：施加氮肥后，根瘤菌在富含氮元素的土壤中會停止固氮；土著根瘤菌會與接種根瘤菌競爭結(jié)瘤；根瘤菌若要充分發(fā)揮功效，菌種還需要與土壤條件、豆科植物品種相匹配；此外，菌劑保質(zhì)時間短，純度不夠，活菌數(shù)不足也是影響產(chǎn)品推廣的重要因素。因此，研究如何提高根瘤菌劑抗氮肥阻礙的能力，增強與其他根瘤菌的競爭力，選育出對環(huán)境適應(yīng)力強，宿主作物種類多樣的根瘤菌種，并提高產(chǎn)品純度和活菌數(shù)，即為新菌劑的大范圍推廣創(chuàng)造先決條件。
2.產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用端：大多數(shù)的農(nóng)戶只對化肥熟悉，認(rèn)準(zhǔn)化肥，而對土壤結(jié)構(gòu)和菌劑知之甚少；由于菌劑的宣傳不接地氣，農(nóng)民不理解菌劑相關(guān)的各種概念；對不熟悉的產(chǎn)品，農(nóng)民往往缺乏信任。因此需要為農(nóng)民開展技術(shù)培訓(xùn)，普及知識；生產(chǎn)商和銷售商可充分利用互聯(lián)網(wǎng)和媒體職能，擴大對產(chǎn)品技術(shù)的宣傳；此外，向農(nóng)民展示菌劑實實在在的應(yīng)用效果，獲取農(nóng)民對產(chǎn)品的信任也非常關(guān)鍵；為農(nóng)民開展服務(wù)指導(dǎo)工作，幫助其正確使用產(chǎn)品，使產(chǎn)品發(fā)揮出應(yīng)有的功效，才能增加農(nóng)民對產(chǎn)品的信心。
新興固氮醋桿菌（Gd）技術(shù)亮點
相比較根瘤菌，固氮醋桿菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中有明顯的優(yōu)勢。Gd是生物肥料產(chǎn)品中新興而獨特的一類固氮菌。此類細菌不含硝酸還原酶蛋白，固氮酶的活性不受高硝酸鹽含量的影響，也不會完全受到銨的抑制，因此這些細菌的固氮能力不會被銨鹽氮肥削弱。Gd還可進入植物的多個部位，包括莖干和葉片，而根瘤菌必須進入根瘤才能發(fā)揮固氮功效。此類細菌能在多種環(huán)境條件下生長，包括低pH、高糖、高鹽環(huán)境等。研究發(fā)現(xiàn)，Gd可與多種作物存在共生關(guān)系，包括甘蔗、玉米、小麥、咖啡、菠蘿、芒果、香蕉、水稻、紅薯、茶、蘿卜、甜菜根、棉花、三葉草等，宿主作物種類多樣。此類產(chǎn)品也易于應(yīng)用，Gd能通過種子包衣，莖干施用，以及根部滴灌的方式寄生于作物中。
近些年的研究發(fā)現(xiàn)，Gd對植物的貢獻除了來自固氮作用，它們還能產(chǎn)生植物激素，對抗作物病害，促進礦質(zhì)元素的溶解。幾乎所有Gd菌株都可產(chǎn)生吲哚乙酸，該物質(zhì)能夠促進根部的生長發(fā)育；Gd還能產(chǎn)生鐵運載體，以此加速植物的生長。在病害防治方面，Gd還能對抗甘蔗赤腐病和白條病，Gd分泌的特定蛋白質(zhì)（細菌素）可阻礙白紋黃單胞菌的生長；也有研究證明，Gd對某些鐮孢菌同樣具有抑制效果，其產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸對根結(jié)線蟲也具備防效。在溶解礦質(zhì)元素方面，研究發(fā)現(xiàn)在甘蔗等含有糖源的作物中，多種Gd菌種具備促進礦質(zhì)元素溶解的能力，包括磷酸、鋅、鐵、錳、硅等。
未來趨勢
購買化肥對農(nóng)民而言是筆非常大的開銷。大豆所需的氮肥用量遠低于玉米、小麥等作物，這得益于固氮菌的應(yīng)用。此外，近年來氮肥價格呈上漲趨勢，迫使越來越多的農(nóng)民選擇氮肥的替代產(chǎn)品，以降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。
在我國，人們選購產(chǎn)品的觀念正在發(fā)生轉(zhuǎn)變。消費者越來越重視農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和安全，未來市場中將有越來越多的人支持生態(tài)農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)。土地流轉(zhuǎn)使得國內(nèi)的種植大戶日益增多，種植戶選擇產(chǎn)品逐漸從價格主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)樾б嬷鲗?dǎo)。由于消費者對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)日趨重視，與產(chǎn)量相比，農(nóng)民的收益受作物品質(zhì)的影響會越來越大。而生物肥料具備的土壤修復(fù)功效，與化肥相比能使作物獲得更佳的品質(zhì)。隨著種植者對菌劑的正確認(rèn)識和認(rèn)可度不斷加深，固氮菌肥逐步取代合成氮肥是大勢所趨。
我國固氮菌劑行業(yè)尚有極大的發(fā)展空間。目前我國的菌劑市場還沒有出現(xiàn)領(lǐng)軍企業(yè)或標(biāo)桿性產(chǎn)品。根瘤菌接種率在我國還非常低，而美國和巴西等主要大豆種植國家的接種率已達到95% 以上，相比而言我國大范圍市場空白有待填補。針對谷類等非豆科作物，固氮作用則更多依賴于像Gd這類新興的固氮技術(shù)。隨著我國對固氮菌的研究不斷深入，亦或引進海外先進技術(shù)，更多優(yōu)質(zhì)固氮菌產(chǎn)品將服務(wù)于我國市場，填補大面積的菌劑應(yīng)用空白。“減肥“時代，生物肥料行業(yè)將出現(xiàn)固氮菌劑新競技場！
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