微生物與農(nóng)業(yè)的關(guān)系是什么?

【專家解說】：微生物與新型農(nóng)業(yè) 作者：不詳　時間：2006-7-14　供稿：金鄉(xiāng)信息港 農(nóng)業(yè)的本質(zhì)是開發(fā)利用生物資源，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是利用植物、動物資源組成的“二維結(jié)構(gòu)”，將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)調(diào)整為植物、動物和微生物資源組成的“三維結(jié)構(gòu)”新型農(nóng)業(yè)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略性調(diào)整之一。地球上三大生物資源之一的微生物資源是至今尚未充分開發(fā)利用的生物資源寶庫，應(yīng)用高科技生物工程技術(shù)開發(fā)微生物資源，創(chuàng)立微生物產(chǎn)業(yè)化利用的工業(yè)型農(nóng)業(yè)。這類新型農(nóng)業(yè)是在潔凈工廠車間內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，人們都穿戴白色工作服帽從事操作勞動，故有人形象地稱之為“白色農(nóng)業(yè)”。白色農(nóng)業(yè)與以水土為主的綠色植物生產(chǎn)——“綠色農(nóng)業(yè)和海洋的水生農(nóng)業(yè)——“藍(lán)色農(nóng)業(yè)”，合稱為“三色農(nóng)業(yè)”。 1 微生物新型農(nóng)業(yè)的理論基礎(chǔ) 1.1 營養(yǎng)結(jié)構(gòu)原理 在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中植物是生產(chǎn)者，它利用環(huán)境中的無機(jī)物通過光合作用合成有機(jī)物，把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能轉(zhuǎn)移儲存到生態(tài)系統(tǒng)中，為人類和動物提供植物性食品和營養(yǎng)及能量；動物是消費(fèi)者，以生產(chǎn)者的產(chǎn)品為最初食物來源，通過自身轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)營養(yǎng)豐富、經(jīng)濟(jì)價值高的產(chǎn)品如肉、蛋、奶等；微生物是分解者，以動植物殘?bào)w及其他有機(jī)物為食，使構(gòu)成有機(jī)成分的元素和儲存的能量，通過它的分解釋放到環(huán)境中，使有限的元素可持續(xù)的利用，伺時通過它的活動和繁殖將人類不能直接利用的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫漠a(chǎn)品。這三大功能類群通過食物營養(yǎng)關(guān)系組成的食物鏈、網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。開發(fā)微生物新型農(nóng)業(yè)，將微生物在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的被動、隱性作用主動化和顯性化，提高系統(tǒng)的綜合生產(chǎn)力：所以營養(yǎng)結(jié)構(gòu)原理是微生物新型農(nóng)業(yè)的理論基礎(chǔ)。 1.2 增加食物鏈原理 在生態(tài)系統(tǒng)中，能量的流動和傳遞，每個營養(yǎng)級只能利用前營養(yǎng)級所持有能量的10％轉(zhuǎn)化其有效能量，此即所謂的“十分之一定律”。即每經(jīng)過1個營養(yǎng)級能量減少90％，大部分能量和物質(zhì)以排泄物的形式浪費(fèi)掉，這是十分不經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)化，所以每一營養(yǎng)級的排泄物必須經(jīng)過多次循環(huán)利用。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中植物產(chǎn)品約80％是人類不能直接利用的初級產(chǎn)品，大部分是第2、第3級生產(chǎn)者的資源，通過增加食物鏈能充分利用廢棄物，使每個食物鏈環(huán)節(jié)上生產(chǎn)產(chǎn)品，提高整個系統(tǒng)人類可直接利用產(chǎn)品的產(chǎn)出，提高物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化和利用效率。如利用秸稈等廢料 → 生產(chǎn)食用菌 → 菌糠作飼料 → 喂畜 → 畜糞進(jìn)入沼氣池 → 沼氣渣養(yǎng)蚯蚓 → 喂雞 → 雞糞養(yǎng)魚 → 塘泥肥田。這個食物鏈循環(huán)中生物能量總利用率達(dá)9O％，氮素總利用率可達(dá)90％以上，增加食物鏈中間環(huán)節(jié)延長食物鏈的大回路反饋循環(huán)可大大提高能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)利用效率。 1.3 生態(tài)位原理 生態(tài)位是生物在完成其自身正常生活周期時所表現(xiàn)的對環(huán)境綜合適應(yīng)特性。生態(tài)位理論在物種間的競爭和進(jìn)化，群落結(jié)構(gòu)和資源利用等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。自然界的生態(tài)位有現(xiàn)實(shí)生態(tài)位和潛在生態(tài)位，新型微生物農(nóng)業(yè)利用這一原理可充分利用農(nóng)業(yè)微生物的潛在生態(tài)位，調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，改善農(nóng)業(yè)生物的生長環(huán)境，充分利用潛在生物資源。如應(yīng)用微生物技術(shù)培養(yǎng)某些優(yōu)勢菌株等，將品質(zhì)低劣且適口性差的秸稈通過微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)豐富、適口性好的優(yōu)質(zhì)飼料；微生物肥料的應(yīng)用可改善植物營養(yǎng)，刺激促進(jìn)植物生長，增強(qiáng)植物的抗逆性；招氣發(fā)酵就是利用沼氣細(xì)菌把有機(jī)廢棄物中的作為能源的碳、氫和作物營養(yǎng)元素的N、P、K等分離開，使其各得其所，各盡其用，提高能量和物質(zhì)的利用效率。 1.4 熵定律 熵定律表明“一切自發(fā)過程總是沿著熵增加的方向進(jìn)行”。系統(tǒng)的熵總是由小變大，系統(tǒng)的狀態(tài)永遠(yuǎn)是從高級有序趨向低級無序，最后使系統(tǒng)達(dá)到熱力學(xué)平衡，這時熵最大，且無序低級。熵是衡量事物內(nèi)部混亂程度的標(biāo)志，而負(fù)熵是事物內(nèi)部有秩序、有序度的表征量。為了獲得秩序，建立更加有序的、更加高級的低熵態(tài)勢，需要引進(jìn)負(fù)熵，減少熵增。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，增加層次、調(diào)整結(jié)構(gòu)、廢物多次循環(huán)利用可以降熵。如以食用菌、沼氣為紐帶的生態(tài)模式就是很好的典范。因此微生物新型農(nóng)業(yè)將最大限度地從外界引人負(fù)熵、減少熵增，保持系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)，利于農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展。 2 微生物在新型農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用 2.1 微生物飼料 微生物飼料主要有單細(xì)胞蛋白和菌體蛋白飼料、發(fā)酵糖化飼料及秸稈微生物發(fā)酵飼料等。單細(xì)胞蛋白和菌體蛋白飼料是利用微生物生長繁殖快，蛋白含量高，利用有機(jī)廢物來生產(chǎn)蛋白飼料。由我國于1984年3月20日發(fā)現(xiàn)的可利用薯類薯渣等粗淀粉的混生配伍菌株生產(chǎn)菌體蛋白飼料，簡稱4320菌體蛋白飼料，我國又相繼選育出在檸檬渣、甜菜渣、豆渣、酒糟和玉米渣等工業(yè)廢渣上生長良好的混生配伍菌株，用來生產(chǎn)4320系列菌體蛋白飼料。發(fā)酵飼料是利用各種有益微生物，把秸稈類粗飼料加工成營養(yǎng)豐富適口性好的飼料。微生物飼料添加劑也屬微生物飼料類，主要有酶制劑、真菌添加劑、維生素類、抗生素類、氨基酸類、活微生物等。通過生物發(fā)酵工程制取的微生物及代謝物、轉(zhuǎn)化物作伺料，正廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)生產(chǎn)中。 2.2 微生物肥料 利用微生物的生命活動及代謝產(chǎn)物的作用，改善作物養(yǎng)分供應(yīng)，為農(nóng)作物提供營養(yǎng)元素、生長物質(zhì)、調(diào)控生長、增強(qiáng)抗逆性，達(dá)到提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、減少化肥使用、提高土壤肥力。微生物肥料的主要種類有根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷、解鉀菌肥料、光合細(xì)菌肥料、復(fù)合微生物肥料、微生物生長調(diào)節(jié)劑、菌根制劑、抗生菌肥料及促進(jìn)植物生長的根細(xì)菌類制劑。根瘤菌肥料是世界各國應(yīng)用最多的微生物肥料，國內(nèi)微生物肥料生產(chǎn)廠有一半左右生產(chǎn)或生產(chǎn)過含根瘤菌的微生物肥料；解磷微生物可把有機(jī)磷或不溶態(tài)無機(jī)磷轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)無機(jī)磷，供植物利用；解鉀硅酸鹽細(xì)菌經(jīng)發(fā)酵制成菌劑，在缺鉀土壤上施用對各種作物表現(xiàn)出很好的增產(chǎn)效果。微生物肥料的使用可減少化肥用量、減少能源資源消耗。 2.3 微生物農(nóng)藥 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，減少使用化學(xué)農(nóng)藥，保護(hù)人類生存環(huán)境的呼聲日益高漲，且早已引起人們的高度重視。研究開發(fā)利用有益微生物及其代謝產(chǎn)物防治作物病蟲害已取得了較為理想的效果。目前微生物農(nóng)藥主要開發(fā)有微生物殺蟲劑、微生物殺菌劑、微生物除草劑及利用微生物代謝分泌的有效活性物質(zhì)制成的農(nóng)用抗生素殺蟲、殺菌劑。微生物殺蟲劑中細(xì)菌類殺蟲劑以蘇云金芽孢桿菌推廣應(yīng)用面積最大，而且殺蟲效果非常理想，此外，還有真菌殺蟲劑，病毒殺蟲劑等。微生物殺菌劑，如中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研究開發(fā)的增產(chǎn)菌系列產(chǎn)品；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)分離篩選的枯草芽孢桿菌不同菌株，對不同作物有不同的防病治病效果，研制開發(fā)成功菜豐靈系列產(chǎn)品。目前，開發(fā)應(yīng)用面積較大的農(nóng)用抗生素殺蟲劑阿維菌素是由日本和美國共同研制開發(fā)的；抗生素殺菌劑井岡霉素是由上海農(nóng)藥所在江西省井岡地區(qū)發(fā)現(xiàn)的1株鏈霉菌開發(fā)成功的，它已成為我國農(nóng)用抗生素產(chǎn)品的當(dāng)家品種；農(nóng)抗120是由中國農(nóng)科院開發(fā)成功的抗生素殺菌劑。 我國政府已經(jīng)充分認(rèn)識到發(fā)展無公害微生物農(nóng)藥和微生物肥料的重要意義，并把加強(qiáng)農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)和食物的安全生產(chǎn)作為我國21世紀(jì)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的重要方向之一。微生物農(nóng)藥和微生物肥料的廣泛應(yīng)用為農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)和動植物安全生產(chǎn)將發(fā)揮越來越重要的作用。 2.4 微生物食物 我國是世界上公認(rèn)的“食用菌王國”，在我國微生物食品中食用菌是分布最廣泛、食用最普遍、歷史最悠久的。食用菌是世界上公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源，其營養(yǎng)豐富、味道鮮美，含人體必需的十幾種氨基酸，并含人體必需的維生素、微量元素、多種抗生素等物質(zhì)，被人們譽(yù)為“健康食品”，是人類的“第三類食品”。食用菌的栽培利用了農(nóng)林及輕工業(yè)生產(chǎn)的廢棄物，生產(chǎn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的食用菌，培養(yǎng)食用菌后的菌糠可作為優(yōu)質(zhì)飼料，其蛋白質(zhì)含量及其利用率比原料中高出許多。通過食用菌栽培，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。我國的食用菌栽培早已遍及全國，特別是東北地區(qū)，由于自然條件和培養(yǎng)基資源豐富，香菇、平菇、木耳等的生產(chǎn)早已形成規(guī)模。 2.5 微生物能源 沼氣是由微生物分解有機(jī)物質(zhì)而產(chǎn)生，甲烷是沼氣的主要成分，它是復(fù)雜有機(jī)物經(jīng)多種微生物共同作用產(chǎn)生。經(jīng)過微生物的發(fā)酵，將作為燃料的碳、氫和作為植物營養(yǎng)元素的N、P、K等分離開，使它們各得其所，各盡其用，提高了能量和物質(zhì)利用效率，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，有機(jī)殘?bào)w及廢棄物不斷增加，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對生產(chǎn)生活帶來不良后果。以沼氣為紐帶可促進(jìn)物質(zhì)和能量在系統(tǒng)內(nèi)部有多重循環(huán)利用。如我國北方開發(fā)的“四位一體”高效種養(yǎng)結(jié)合發(fā)展模式，即太陽能溫室 → 沼氣池 → 豬圈 → 廁所和南方的“豬圈 → 沼氣池 → 果園”模式，可使一切有機(jī)殘?bào)w和廢棄物無害化和資源化，是一條適合我國國情的農(nóng)村發(fā)展之路。 2.6 微生物生態(tài)環(huán)境保護(hù)劑 大規(guī)模、集約化畜牧場的出現(xiàn)，大量的畜禽糞、尿和污水導(dǎo)致環(huán)境污染，國外曾有“畜產(chǎn)公害”之稱。目前，我國的“畜產(chǎn)公害”十分嚴(yán)重。對畜禽糞尿污染的治理方法很多，如沼氣發(fā)酵，還有快速烘干等，還可利用某些微生物對廢棄物的分解，將自然界的生物循環(huán)引導(dǎo)到更利于維護(hù)生態(tài)環(huán)境的方向。近年來各國微生物專家研制出一批用于處理畜禽糞便和治理污水的微生物生態(tài)環(huán)境保護(hù)劑，如用于養(yǎng)豬業(yè)的環(huán)境清潔劑——木糠床微生態(tài)菌劑，在許多國家和地區(qū)都已廣泛應(yīng)用。 3 微生物新型農(nóng)業(yè)的發(fā)展前景 鄧小平同志曾指出：“將來農(nóng)業(yè)問題的出路，最終要由生物工程來解決，要靠尖端技術(shù)”。用生物工程解決農(nóng)業(yè)出路，這一科學(xué)論斷，與當(dāng)前國內(nèi)外科技界的論點(diǎn)一致。本世紀(jì)生物科技革命的主戰(zhàn)場在大農(nóng)業(yè)。開展新農(nóng)業(yè)科技革命，應(yīng)以生物工程為中心，改革傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，創(chuàng)建新型農(nóng)業(yè)。微生物新型農(nóng)業(yè)的開發(fā)是生物工程技術(shù)推動農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要體現(xiàn)。發(fā)展微生物新型農(nóng)業(yè)，由植物、動物資源為主組成的“二維結(jié)構(gòu)”傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，調(diào)整為植物種植業(yè)、動物養(yǎng)殖業(yè)和微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化業(yè)的“三維結(jié)構(gòu)”的新農(nóng)業(yè)，這是一個產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)健全、資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)；此外，白色農(nóng)業(yè)是節(jié)土、節(jié)水型農(nóng)業(yè)，能緩解傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)“與人爭地”、“與人爭水”日益尖銳的矛盾。一座占地不多，年產(chǎn)10萬 t單細(xì)胞蛋白的微生物工廠，能相當(dāng)于11.9988×10 4 hm 2 耕地生產(chǎn)的大豆蛋白質(zhì)，或是19.998×10 6 hm 2 原飼養(yǎng)牛羊生產(chǎn)的動物蛋白質(zhì)。發(fā)展白色農(nóng)業(yè)，可實(shí)現(xiàn)“人畜分糧”的目標(biāo)，能極大地緩解糧食緊缺問題，白色農(nóng)業(yè)的微生物飼料為畜牧業(yè)的發(fā)展提供保障。我國現(xiàn)有秸稈6億多t，若其中2億t秸稈通過微生物發(fā)酵工程轉(zhuǎn)化為飼料，則可得到800億kg飼料糧，約為目前我國年用飼料糧的1/2，真正實(shí)現(xiàn)“人畜分糧”。通過引進(jìn)新物種，開發(fā)挖掘潛在生態(tài)位，增加多功能循環(huán)鏈，提高系統(tǒng)綜合生產(chǎn)力。微生物肥料、食用菌和沼氣菌的引人，填補(bǔ)了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的一些潛在生態(tài)位；微生物肥料和微生物農(nóng)藥的應(yīng)用，可以減少能源、資源消耗，減輕環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)動植安全生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)；食用菌及沼氣菌的引入食物鏈后具有多種功能，如可實(shí)現(xiàn)食品、飼料、燃料和肥料的協(xié)調(diào)生產(chǎn)和利用，大大提高了有機(jī)廢棄物的利用效率；微生物生態(tài)環(huán)保護(hù)劑可清除空氣中韻有毒氣體、水和土壤中的有害重金屬及有害化學(xué)物質(zhì)，是世界上正在發(fā)展的一項(xiàng)環(huán)保新產(chǎn)業(yè)。新型微生物農(nóng)業(yè)的崛起，標(biāo)志著我國新的農(nóng)業(yè)科技革命的到來，它符合生態(tài)大農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求，必將使我區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展走上一條高效和可持續(xù)發(fā)展之路