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巧用微生物技术促进农业绿色发展

来源:农村新报    发布时间:2019-07-01 14:21:50

湖北省生物农药工程研究中心 杨靖钟 石丽桥

长期以来,我国农业在很大程度上依赖于化肥、农药、生长调节剂等化学品,从而带来了一系列的副作用,包括环境污染、生物多样性减少或消失、土壤板结造成自然肥力退化、地下水资源污染、食品安全问题等。从某种意义上说,我国当前的农业,既是一个巨大的资源消耗源,也是一个巨大的资源浪费源,还是一个巨大的环境污染源。因此,节能减排、降低污染、保护生态环境、提高资源利用效率和经济增长的质量,实现农业的绿色发展,成为摆在我们面前一道必答的课题。本文拟从利用微生物技术的角度,就如何构建生态循环农业链,促进农业绿色发展进行粗略探讨。

生态循环农业的理论与实践探索

一、生态循环农业

学者有个共识:生态循环农业是运用可持续发展思想、循环经济理论、生态工程学方法,以节约能源资源、实现环境保护为目的,以生产全程清洁、废弃物资源利用、产品安全供给为方向,实现生态、经济、社会效益同步提高的一种现代农业发展方式。生态循环农业是一种低投入、高循环、高效率、高技术、产业化的新型农业。

发展生态循环农业必须把由植物、动物资源组成的“二维结构”的传统农业,调整为植物种植业、动物养殖业和微生物发酵转化业组成的“三维结构”的新型微生物农业(又称白色农业)。有学者断言,微生物农业将从根本上转变农业的生产方式,促进人与自然的和谐发展,提升农产品的品质和效益,使农业生产步入可持续发展的良性循环轨道。

二、微生物组技术

微生物农业的核心是微生物组技术。微生物组是指一个特定环境或者生态系统中全部微生物及其遗传信息。微生物组技术是以微生物组为对象,研究其结构与功能、内部群体间的相互关系和作用机制,研究其与环境或者宿主的相互关系,创制微生物组技术产品,并最终能够调控微生物群体生长、代谢等,达到动植物健康种养、土壤生态系统功能恢复重建、有机废弃物综合利用以及污染水体治理等目的。

三、实践层面的探索

近年来,我国对发展生态循环农业作了积极探索,在全国相继支持2个生态循环农业试点省、10个循环农业示范市、283个国家现代农业示范区和1100个美丽乡村建设,已初步构建了生态循环农业示范带动体系,围绕“一控两减三基本”的目标任务,探索形成了一些好的技术和模式。

——微生物组技术的秸秆发酵饲料:使用微生物对农作物秸秆进行转化能得到很多富含蛋白质和脂肪的菌体细胞,这些菌体细胞是制作饲料的优质原料。利用混合菌种,采用混合发酵的方式发酵农作物秸秆,可提高蛋白质含量,并且富含多种酶类、氨基酸、维生素等,明显改善了秸秆的营养价值。用多种菌株双重发酵花生壳和麦草,粗纤维降解率达 46.21%,粗蛋白提高16.93%,用其养猪可使生长速度提高16.2%。基于微生物组技术大力发展秸秆发酵饲料,可延伸农业产业链,带动农业种植、秸秆回收、饲料加工、畜禽养殖、生物有机肥的生态循环农业大发展。

——微生物组技术的粪污转化利用:随着我国规模化、集约化养殖业的迅速发展,大量的畜禽粪污严重污染生态环境。畜禽粪污经功能微生物组群发酵无害化处理后,转化成活性微生物药肥,除含有氮磷钾外,还含有钙铜锌铁等多种元素以及氨基酸、维生素、生长素、有益微生物,是一种速效兼备的有机肥料。

——微生物组技术的水土修复和土壤改良:获得第15届中国专利金奖的北京某公司,利用其原创技术“采用餐厨废弃物制备生物腐植酸的技术与工艺”,能够把餐厨废弃物、食品加工废弃物、中药材加工废渣、畜禽粪便等,通过工业化、标准化生产,在10小时内快速转化为高活性的生物腐植酸碳肥。

微生物组技术+生态循环农业的可行性分析

技术可行性

根据《中国微生物资源发展报告2016》分析结果,2001-2015年我国在微生物资源领域取得巨大发展。中国微生物领域专利数量世界第一;中国菌种保藏中心共33个,可共享的保藏菌株182235种,居世界第四。

我国的微生物研发利用已步入快车道,其中农业微生物在微生物农药、微生物肥料、微生物饲料、微生物清洁剂等方面已取得巨大进步,基于微生物技术的现代生态循环农业实践成效初步显现。在我国南方地区推广的“猪-沼-果”循环农业模式、北方地区推广的“四位一体”生态家园模式以及珠江三角洲地区发展的“立体种养”模式中,微生物可通过光合、固氮和物质转化作用改变着大气的组成,通过氧化还原作用改变着水质和土壤生产力,通过分解代谢活动维持着生物圈中物质的结构和物质循环的平衡,微生物是物质循环利用的关键环节。条件可行性:

我省从事微生物资源收集、评价与利用的单位主要集中在大学、科研院所及部份生物制剂企业。其中武汉市微生物科研实力十分雄厚,相关高校研究单位十家,规模企业数十家,是国内罕见的微生物科研密集区。坐落于武汉大学的中国典型培养物保藏中心,有来自22个国家或地区的各类培养物19000株。依托华中农业大学建设的农业微生物学国家重点实验室,是在我国土壤微生物学学科奠基人、中国科学院院士陈华癸教授创建的微生物学国家重点学科的基础上发展而成,主要研究微生物光合作用与生物固氮、作物杀虫抗病微生物、动物病原微生物和农业环境微生物。依托湖北省农业科学院建设的国家生物农药工程研究中心,拥有菌种资源16万份,以BT杀虫剂为代表的生物农药产业处于国际先进水平。依托湖北省农业科学院的农业部废弃物肥料化利用重点实验室,致力于以畜禽粪便、农作物秸秆、尾菜等农业废弃物为研究对象,开展农业废弃物肥料化新技术、新产品、新模式、新装备的研究,等等。

时机可行性

产量导向型生产方式严重制约了农业的发展,当前,转变农业生产方式,实现农业可持续发展成为全社会的共识。

微生物组技术+生态循环农业的对策建议

总体思路

如果说传统农业是一种自然生产为主、封闭式低水平资源利用的生产模式,化学农业是一种以化学品投入为标志、开放式高产出高消耗生产模式,那么,生态循环农业是一种兼顾农业自然属性与社会属性、开放式集约型可持续的生产模式,是对前两种模式的扬弃和发展。

发展生态循环农业的总体思路是:以五大发展理念和循环经济理论为指导,以各地资源禀赋和社会经济条件为依托,以龙头企业和优势项目为统领,以促进农业的高质量发展与可持续发展为目标,以微生物组技术的农业应用为手段,通过农业生态系统设计与管理,实现物质能量资源的多层次、多级化的循环利用,达到农业系统的自然资源利用效率的最大化、外部投入品使用最小化、可再生资源高效循环化、有害生物和污染物可控化、产出品高值化,实现农业的绿色发展和可持续发展。

目标路径

生态循环农业的构建,是一个涉及自然和社会两大领域的系统工程,必然需要一个长期探索的过程。首先要充分掌握各地资源禀赋特点和社会经济条件,顶层设计好适合当地实际的生态循环农业构建模式,然后融合社会资源组建运作主体,依托支柱产业和优势项目,创新推广适用技术,完善监测和保障体系。因地制宜,由点及面,逐步展开。

当前,要紧紧抓住国家乡村振兴的战略机遇,重点建设一批生态循环农业示范村。政府引导,科技支撑,企业运作,产研一体,合力创建农业绿色发展先行区,倾力打造产出高效生态友好的绿色农业、品质农业新模式。

对策措施

政府可做的事

给政策:科研立项——资金引导,价格杠杆——利益驱动,立法立规——监管倒逼。

建平台:以县域为基础,建立微生物资源观测站、农业微生物资源数据库,完善现代农业生态循环监控系统。

搭桥梁:鉴于我省微生物科研雄厚实力,政府可出面牵线搭桥,组织有关院所、企业与市县结对,调动双方积极性。

给资金:设立生态循环农业发展基金。

科研单位要做的事

是针对生态循环农业的技术路线,组织开展技术攻关,为生态循环农业提供从源头到产中到终端的全程技术解决方案。同时加强科普工作,加大微生物科技下乡工作力度。

企业、农业经营主体、农户要做的事:

因地制宜、因时制宜,选择适合自己的方式、方法,确定微生物使用的种类和对象,既能达到绿色环保,又能提高效益的项目或生产方式。既环保,又高效,农户持续增收。

社会要做的事

生活垃圾分类存放、回收,城乡居民保护环境,人人守则。广泛开展宣传教育活动,从小孩做起,从每个人做起。