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新形势下微生物肥料产业运行状况及发展方向

李俊 姜昕 马鸣超

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新形势下微生物肥料产业运行状况及发展方向

    作者简介: 李俊 E-mail:lijun01@caas.cn;
    通讯作者: 马鸣超, E-mail:mamingchao@caas.cn
  • 基金项目: 大豆产业技术体系岗位科学家 (nycytx-004);中国农业科学院重大联合攻关任务 (CAAS-ZDRW202009,CAAS-ZDRW202003-10)

Situation and development direction for microbial fertilizer industry in the near future of China

    Corresponding author: MA Ming-chao, E-mail:mamingchao@caas.cn
  • 摘要: 随着质量兴农、绿色兴农、品牌强农战略逐渐成为中国农业发展的主旋律,作为绿色新型投入品和优先支持发展的生物制品—微生物肥料产业迎来了迅猛发展的黄金时期。本文综述了我国微生物肥料产业的规模、运行状况,以及产业发展特征。并分别从产业层面、政府层面、市场层面、企业层面和用户 (使用者) 层面指出了产业发展中存在的痛点和难点,提出了未来5至10年产业优先研发的新技术和新产品,为推动我国微生物肥料的科技创新和产业健康有序发展提供借鉴。
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-06

新形势下微生物肥料产业运行状况及发展方向

    作者简介:李俊 E-mail:lijun01@caas.cn
    通讯作者: 马鸣超, mamingchao@caas.cn
  • 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,农业农村部微生物产品质量安全风险评估实验室 (北京),农业农村部微生物肥料和食用菌菌种质量监督检验测试中心,北京 100081
  • 基金项目: 大豆产业技术体系岗位科学家 (nycytx-004);中国农业科学院重大联合攻关任务 (CAAS-ZDRW202009,CAAS-ZDRW202003-10)
  • 摘要: 随着质量兴农、绿色兴农、品牌强农战略逐渐成为中国农业发展的主旋律,作为绿色新型投入品和优先支持发展的生物制品—微生物肥料产业迎来了迅猛发展的黄金时期。本文综述了我国微生物肥料产业的规模、运行状况,以及产业发展特征。并分别从产业层面、政府层面、市场层面、企业层面和用户 (使用者) 层面指出了产业发展中存在的痛点和难点,提出了未来5至10年产业优先研发的新技术和新产品,为推动我国微生物肥料的科技创新和产业健康有序发展提供借鉴。

    English Abstract

    • 重农固本是安民之基、治国之要。自2004年开始,中央一号文件连续17年聚焦三农,凸显农业的重要性。古语有云,“仓廪实,天下安”,粮食供给始终是安天下、稳民生的战略产业,是治国理政的头等大事。近年来,粮食产量及产能逐年提高,化肥作为粮食的粮食,其助力农作物单产水平的提升功不可没。未来化肥在粮食生产上仍将发挥重要作用,但也出现了长期不合理施用带来的食品安全、资源耗竭、环境污染等突出问题,过度依赖化肥的传统农业已难以继续。微生物肥料因其调节植物生长、增加作物产量、改善作物品质、减少化肥使用量、改良土壤、保护生态环境等特点受到广泛关注,已成为绿色生态农业发展的不可替代的制胜法宝之一[1-2],目前已广泛应用于农业生产,生产企业遍布30个省、自治区、直辖市,使用面积超过5亿亩,我国微生物肥料产业基本形成[3]

      • 我国微生物肥料产业近20年总体处于快速稳定的发展阶段,尤其是过去的五年,是产业培育壮大和产业影响力形成的关键时期,产业规模已经形成。2020年迎来了微生物肥料产业转型升级发展新阶段的重要 (关键) 机遇期,以跨入新业态、研发新技术新产品、推出新品牌、提出新方案与新模式、拓展产品应用范围与面积为特征,实现产业新效能,促进我国微生物肥料产业在更高水平上的发展。近20年来,我国微生物肥料产能快速增加,菌种类型不断拓宽,施用面积及应用范围稳定增加,形成了产业的数量化规模。有关部门强化行业质量安全监管和标准体系建设,并在产业政策上给予有利支持,促进了我国微生物肥料产业在数量和质量上的同步发展。

      • 截至2020年11月底,全国微生物肥料企业约有2800多家,遍布我国的30个省、自治区、直辖市;年产量超过3000万吨;全国从事微生物肥料生产的人员有15万多人;年产值及产能达400亿元以上[3]。这些数据较5年前 (2015年) 增加了一倍左右[4]

      • 我国微生物肥料产业的特点是种类多、应用范围广。目前在农业农村部登记的产品种类有农用微生物菌剂[5]、生物有机肥[6]和复合微生物肥料[7]三大类12个品种。微生物菌剂类产品包括固氮菌剂、根瘤菌菌剂、硅酸盐菌剂、溶磷菌剂、光合细菌菌剂、有机物料腐熟剂、促生菌剂、菌根菌剂、农用微生物浓缩制剂、土壤修复菌剂等。截止2020年11月,获得农业农村部登记的微生物肥料产品有9078个,有效登记证8185个,其中微生物菌剂类产品4230个、生物有机肥2407个、复合微生物肥料1548个[3]

      • 微生物肥料使用的菌种种类不断增加,微生物肥料功能得到拓展,施用面积逐年增加。据统计,目前使用菌种已达到200余种,包括细菌、真菌、放线菌等功能菌株,其中以枯草芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌等植物根际促生菌[8-9]最为常见。微生物的种类多、数量大、功能多样,决定了微生物肥料多功能的应用效果。微生物肥料的应用效果不仅表现为产量增加,还表现在改善产品品质、减少化肥使用量、降低病 (虫) 害发生率、保护农田生态环境等方面,微生物肥料的使用效果已被农民等使用者认可[10],应用面积在逐年扩大,超5亿亩以上,包括蔬菜、果树、甘蔗、中草药、烟草、粮食等作物。

      • 近年来,随着对食品安全的广泛关注,公众对微生物肥料的关注点已经从培肥地力、节本增效、提高作物品质和产量等肥效方面转移到质量安全和风险评估等方面,质量意识开始深入人心,风险评估体系初步形成[4, 11-12]。农业农村部于1996年将微生物肥料纳入国家检验登记管理范畴,对微生物肥料的生产、销售、应用、宣传等方面进行监管,初步构建了部、省、企业的三级质检体系。

        截止目前已颁布实施且现行有效的微生物肥料标准共计21项,其中国家标准3项[5, 13-14],农业行业标准18项,涵盖了通用标准[15-16]、菌种/安全标准[17-20]、产品标准[5-7, 21-22]、方法标准[23-25]和技术规程[26-30],初步构建了具有我国特色的微生物肥料标准体系,也是国际上首创的微生物肥料标准体系,实现了我国微生物肥料标准研究制订的跨越式发展,达到了从单一产品标准发展到多层面综合标准,从农业行业标准上升至国家标准,标准内涵从数量评价为主到质量数量兼顾的3个转变的目标。上述标准体系涉及了产品质量要求、检测方法、安全评估、生产规程、应用效果评价等各个方面,在产品生产、登记、销售、流通等各个环节被政府部门监管,为行业健康持续发展提供了技术支撑及法规依据,实现了政府监管有法可依、企业生产有章可循、行业发展有规可矩[31]

        质量监管和产品标准体系的不断建立和完善助推了微生物肥料产品质量的提升和产业的稳健发展。近2年全国微生物肥料质量安全监督抽查抽检总体合格率在85%以上[32]。2020年度疫情期间,有自主生产能力的企业受影响相对小,部分企业的销售呈增长态势。

      • 近年来,国家通过各种措施推动了微生物肥料的应用与发展,国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》 (国发﹝2010﹞]32号)、国务院《促进生物产业加快发展的若干政策》 (国办发〔2009〕45号),以及在颁布实施的《生物产业发展规划》[33]中,将微生物肥料纳入到“农用生物制品发展行动计划”;2015年农业农村部制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》[34],明确“有机肥替代化肥”的技术路径;近年又提出“一控两减三基本”的目标,力争实现农药化肥的负增长,微生物肥料的作用凸显。在税收方面,生物有机肥自2008年起免增值税。国家相继出台扶持微生物产业发展的政策和措施,在科研资金支持力度和产业化示范项目建设上的立项都是空前的,为下一步我国微生物肥料生产企业将迎来良好的发展机遇。

      • 在我国的生物肥料产业中,存在的痛点和难点问题有来自产业、政府、市场、企业和用户 (使用者) 层面,也可归结为管理、技术、市场与品牌、应用等方面。

      • 主要有产品同质化严重 (普遍),缺少旗舰企业和功能特色的知名品牌;技术工艺配套性能差,部分企业 (占近40%) 无生产菌剂的条件与能力,产率与效能较低,生产成本较高;研发能力与创新能力普遍欠缺,且缺少产权保护,严重影响到新技术产品的研发。

      • 对微生物肥料行业质量安全风险管控和市场监管力度不足;产品的功能评价体系仅处于初级阶段,评价主要依据田间试验,而田间试验结果又受各种综合因素影响,导致功能评价直接证据不足。

      • 社会诚信体系和规范的市场竞争机制尚不完善;企业间缺少合作,各自为政,不良竞争甚至恶性竞争时有发生;市场宣传误导也很常见,如以“枯草芽孢菌数越高功效越好””的误导宣传。

      • 不少企业生产的产品有效菌含量达不到标准要求;缺乏有效的杂菌控制技术、设备及工艺,导致杂菌率超标和保质期短等产品的不合格;产品登记菌种与产品实际使用的菌种不一致问题较为突出;企业对产业的高质量转型发展和新业态要求缺乏认识,更缺少对策方案。

      • 面对繁杂市场,难以选用适宜对路的产品,被产品的菌数 (菌含量) 和价格所左右,甚至是产品选择的主要依据;产品应用不合理,导致使用效果的不稳定,影响了用户的后续选用。

        微生物肥料产业所存在的以上痛点和难点问题,其根本出路在于创新技术产品、塑造知名品牌、保护知识产权和规范市场。未来国家和产业界共同推进这四方面的工作,克服解决这些障碍行业发展的痛点和难点问题。

      • 微生物肥料在提高养分转化利用率、维护土壤和植物健康、增产增效、减肥增效、提质增效,保证可持续生产能力和农业绿色发展等方面具有不可替代的作用[1],具体表现为:提供或活化养分功能[35-37]、产生促进作物生长活性物质能力[38-39]、促进有机物料腐熟功能[40-41]、改善农产品品质功能[42-43]、增强作物抗逆性功能[44-46]、改良和修复土壤功能[47-48]等6个方面。微生物肥料的多功能效果,具有显著的经济效益、社会效益和生态效益。基于绿色农业的“安全、优质、可持续”的特征和微生物肥料的功能特点可知,微生物肥料是我国绿色农业的首选投入品,发展绿色农业离不开微生物肥料。国家对微生物肥料产业的总需求可概括以下5个方面:1) 微生物在维持和提高土壤肥力,消除土壤中存在的问题、恢复土壤生产力,保持土壤质量健康的作用;2) 微生物在秸秆等有机物料中快速腐熟功效,促进有机物料的资源化的有效利用;3) 微生物在固氮和养分转化,提供养分供给和提高肥料利用率,实现减量施肥、高效施肥和经济施肥;4) 微生物在克服作物连作障碍中和提高作物品质等方面的独特作用;5) 微生物在提高作物抗旱、抗涝、抗寒、抗病等新功能应用。要实现我国微生物肥料产业需求的目标,未来5~10年应围绕重点研发创新的方向,在新功能菌株选育、知名品牌建设与塑造、新功能产品评价和知识产权保护等4个方面开展工作。

        依据国务院印发的《生物产业发展规划》、农业农村部印发的《农业绿色发展技术导则 (2018—2030年)》等一系列文件对微生物肥料产业提出的要求,结合微生物肥料多功能、高效、绿色、经济等特点和新一代微生物肥料所具备的主动响应、系统调控、功能多样、环境友好等智能型肥料特征,充分发挥微生物肥料在土壤修复改良、作物提质增效、减肥增效等不可替代作用,以满足国家农业绿色发展的需要。其主要包括:微生物肥料优良生产菌株筛选及发酵工艺,共生固氮微生物应用新技术,农用沼气生产与综合利用微生物转化新技术、作物秸秆快速腐解还田微生物及其配套技术与装备,有机物和危险废弃物的微生物降解技术,微生物农田土壤净化修复技术,根瘤菌种子包衣技术等;重点研发应用产品有根瘤菌剂、有机物料腐熟菌剂、土壤修复菌剂、溶磷等养分元素活化菌剂、生物有机肥、复合微生物肥料等。这些是国家对微生物肥料产业提出的技术及产品需求,即是我们应该围绕这些重点产品与技术,进行研发、推广与应用。

      • “智能化”是新一代肥料的发展方向[31]。菌种创新作为微生物肥料产业发展的核心内容,包括新功能菌种的筛选技术和评价技术,满足肥料“智能化”的需要。通过高通量测序技术明确根际特定微生物资源,采用新技术方法分离出其中的核心菌株,是获得新功能菌株的有效途径。针对优良菌种“六性”要求,即功能性、生产性、互作性、协同性、生态适应性、安全性,急需建立对应的技术方法,实现优良菌株的科学评价,并且加强与土壤环境的耦合评价技术,明确功能菌种应用后对土壤理化性质和生物肥力的影响[49],以及对土壤中的有益微生物具有招募作用,以构建功能高效稳定的菌群结构。新一代“智能化”微生物肥料研发目标,就是突破新功能菌株的选育、不同功能菌株的组合、菌株在产品中的活性保持及其在应用环境中的定殖与互作等关键技术,突出微生物的“合作关系”[50-52],从而达到“智能化”的微生物肥料的功效。目前的微生物肥料距离“智能化”产品目标尚有差距,其主要原因是功能菌株及其组合达不到要求,仅能满足“智能化”的部分要求,尤其是主动响应的互作性和系统调控的稳定性方面存在不足。

      • 研究表明,微生物代谢物种类繁多,含量差异大,功能多样且具有交互作用。目前关注的代谢物主要有植物激素类物质、维生素类、有机酸、功能酶类、辅因子等[35-39]。在菌株筛选中,将菌株产生代谢物种类、产生量等作为重要的选择依据和菌株功能评价指标;另一方面也可考虑将代谢物列为产品的一个重要技术指标。但该代谢物必须能检测,且在产品中能稳定存在。

      • 菌种活性是稳定微生物肥料功能和质量最重要的环节之一。因此应重视菌种活性保持技术的研究,采用回归应用环境、添加植物或土壤浸提物等措施进行复壮,防止菌种退化的同时,也急需肥料管理部门在下一步的肥料管理法规中确立新研发功能菌株的知识产权保护政策,采用现代技术建立菌株编码的唯一性系统,维护新菌株选育者的权益,达到产权保护的目标。

      • 基于以上分析,我们提出未来5~10年我国微生物肥料产业优先研发的7项新技术分别是:微生物肥料优良生产菌株筛选及发酵工艺技术、微生物农田土壤净化修复技术、共生固氮微生物应用新技术、微生物养分元素活化高效技术、微生物种子包衣技术、秸秆快速腐解还田及有机资源综合利用微生物转化配套新技术、新型复合配套技术。

        未来5~10年重点研发应用产品分别为:土壤修复菌剂、固氮及根瘤菌剂、溶磷等养分元素活化菌剂、微生物种子包衣制剂、特色有机物料腐熟菌剂、生物有机肥、复合微生物肥料等。这些新产品的特点和应具备的特征以下:

        1) 土壤修复菌剂。对蔬菜、果树、草药、烟草等重茬土壤、酸性土壤、盐碱土壤和次生盐渍化土壤的有效修复,以及对土壤中的农药残留、土壤中的除草剂残留等高效降解。该产品对修复土壤和维护土壤健康,及在保证农产品安全中不可缺少。

        2) 固氮及根瘤菌剂。应具备与作物亲和性强、固氮高效、环境适应广、竞争性或定殖能力强的特征。主要的根瘤菌菌剂包括大豆根瘤菌剂、花生根瘤菌剂、紫云英根瘤菌剂、苜蓿根瘤菌剂。该产品在化学氮肥减施,实现豆科与禾本科粮食作物轮作效应,以及农业种植结构调整等方面均有非凡意义。

        3) 高效溶磷等养分元素活化菌剂。对土壤中的难溶性磷、钙、镁、铁、硅等具有持续、高效的活化作用。优先研发真菌溶磷制剂,对活化土壤磷素养分,提高磷肥利用效率,以研发钙、镁、铁、硅等难溶性养分元素的活化菌剂,如生物硅肥等。这类产品土壤养分均衡供应的改善和作物品质效果的提升具有四两拨千斤的效果,经济生态效益巨大。

        4) 微生物种子包衣制剂。将功能微生物包裹在作物种子表面,发挥促生作用,构建优良根系微生物的独特功效;将扩大微生物肥料产品的使用范围;当前主要是研发应用新一代的根瘤菌大豆种衣制剂。可实现将微生物肥料与种业的联合,可见,该产品潜在市场大,对减肥减药效果不可估量。

        5) 特色有机物料腐熟菌剂 (也称发酵菌剂)。研发适用于不同作物秸秆、不同气候条件、不同栽培耕作模式的专用型快速腐熟菌剂;也包括低温、中温、高温过程的专用腐熟菌剂和除臭除异味的特色腐熟菌剂。该产品为秸秆畜禽粪便等有机资源利用所急需。

        6) 新型的复合微生物肥料。具有对促生或有效拮抗病源微生物,或提升农产品品质等功能菌株进行科学合理的复配组合的微生物肥料产品;优先研发微生物与腐殖酸等复合微生物肥料,拓展在减肥增效、水肥一体化及设施农业中的应用。

        7) 新型生物有机肥及其他新功能产品。突出生物有机肥的基础性功能,扩大在国家生态示范区、绿色和有机农产品基地等应用。研发在西北、东北等干旱寒冷区域前景广阔的抗旱 (耐干燥) 菌剂、低温菌剂等新功能产品。

      • 截止2020年11月底,我国已有微生物肥料企业2800余家 (含境外28家)、产能达3000万吨、有效登记证产品8185余个、产值近400亿的产业规模,标志着我国微生物肥料产业的形成。微生物肥料现已成为新型肥料中年产量最大 (占70%以上)、应用面积最广的品种。快速发展的主要原因是国家绿色农业发展的需求,以及微生物肥料在可持续农业中表现出其独特和不可替代的作用。可以预料,我国微生物肥料产业已步入良性循环,并向健康、有序、可持续方向发展,在农业绿色发展和新科技创新的大形势下,必将会在农业生产中发挥更大的作用。

        我国微生物肥料未来5~10年发展总目标是,建立支撑微生物肥料行业健康稳定发展的技术创新体系、新产品研发与应用技术体系,形成以行业龙头企业为主体、产学研结合的创新平台;提升微生物肥料主导品种的使用效果及生产质量,优化生物肥料产品结构,结合我国可持续农业及农业耕地土壤质量面临的新挑战,发展新型功能的生物肥料产品。扩大微生物肥料使用规模,力争到十四五结束时,我国生物肥料达到肥料总量的20%左右,应用面积达6亿亩以上,使我国农田化肥利用率比目前提高5~8个百分点,明显提升我国耕地质量及农产品品质,实现它在国家绿色农业发展和乡村振兴计划等战略中的独特地位与作用。通过“十四·五”期间的产业培育与发展,实现我国生物肥料研究及产业化进入国际前沿。

    参考文献 (52)
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