中国农业生态环境网
当前位置:

中国农业生态环境首页> 专家论坛 >正文

【专访.沈其荣】中国有机(类)肥料的研发和产业发展!
  • 2017-7-7
  • 来源:农业环境科学
  • 字号【
  • 浏览量:
分享到:

【导读】我们国家的耕地质量形势不容乐观,土壤养分转化慢、污染物积累、作物土传病害频发成为了影响耕地质量的三大障碍,其中最核心的问题是土壤生物功能在下降。 我们研究发现,调控(根际)土壤微生物区系对作物高产和安全生产能够起到“四两拨千斤”的作用。就是说微生物对培肥土壤、对作物高产的作用不可估量。问题是如何来调控土壤微生物区系,帮助我们同时实现当季作物高产优质、又能持续保育土壤的双重目标。

今天专访 — 沈其荣

 

沈其荣:南京农业大学学术委员会主任,国家973计划首席科学家,国家863计划现代农业领域主题专家,中国有机(类)肥料产业技术创新联盟理事长、中国土壤学会副理事长、中国植物营养学会生物与有机肥专业委员会主任。

 

 

观  点

 

沈其荣:我们国家的耕地质量形势不容乐观,土壤养分转化慢、污染物积累、作物土传病害频发成为了影响耕地质量的三大障碍,其中最核心的问题是土壤生物功能在下降。

 

我们研究发现,调控(根际)土壤微生物区系对作物高产和安全生产能够起到“四两拨千斤”的作用。就是说微生物对培肥土壤、对作物高产的作用不可估量。问题是如何来调控土壤微生物区系,帮助我们同时实现当季作物高产优质、又能持续保育土壤的双重目标。

 

访  谈

 

 

▼ 问:沈教授好,您几十年的科研工作一直是从事植物营养与肥料研究?土壤、植物、肥料,像您所说,这其中有您一直在寻找的揭开土壤生命密码的奥秘所在? 

 

沈其荣:是的。我的研究生涯是在围绕土壤肥力提升与植物养分高效利用等方面进行,它们之间紧密相连。从广义的植物营养概念讲,它包含的内容很多,比如,土壤中的养分转化,土壤肥力培育,施进土壤中的肥料养分转化与肥料制造中的养分转化,根系与土壤微生物互作,根系吸收养分特征,养分在植物体内的同化利用,养分管理与施肥等,内容太多,举不胜举。


土壤学与植物营养学这二个二级学科几十年来就像一对孪生兄弟,他们相互依靠、相互帮助、相互促进,随着国家经济建设的快速发展对农业生产和环境保护提出的要求越来越高,如果老是限定在二级学科层面上,较难解决国家重大需求问题,更需要学科交叉融合,提高学科解决国家重大问题的综合能力,这也是近10年来我们国家为什么一直在强调重视一级学科建设,而淡化二级学科概念。

 

我的研究重点是在植物根系与土壤微生物的互作方面,尽管全国层面上都知道我是有机(类)肥料领域的代表,但我研发有机(类)肥料为的是调控(根际)土壤微生物区系,所以做有机肥研究是我的途径,而调控根系与微生物互作才是我研究的真正目的。对于植物根系与土壤微生物互作,我们的目标是希望植物根表栖居的都是有利于植物健康生长的微生物种群,用它们来活化根际土壤养分和产生根系促生物质、降解有机污染物和转化无机污染物形态以及抵抗土壤中病原微生物入侵根系。这就是最近我提出的根际微生物群落装配与根际促生、解毒和免疫新概念的主要内涵(图1),这个概念一提出,得到了国内同行们的认可,国家基金委的相关部处也很重视和关注这一领域的动态进展。研究这一领域的国家需求就是怎样让作物长的更好,而其中的关键科学问题就是解密土壤生命的密码。

 

 

 

▼ 问:植物根系与微生物之间的互作关系关乎作物生长的好与坏,这其中是怎样的科学原理?或者说要进行怎样的科学把控才能达到我们想要的目的呢? 

 

沈其荣:研究其中的作用机理是一方面,但是最终我们是要调控它,运用到生产实际中去。更确切的表达是前者为认识世界,后者为改造世界,而认识世界是为了改造世界,不是为了发几篇SCI论文。怎么调控(根际)土壤微生物区系就涉及到用什么样的肥料问题了。这种肥料一方面是把土壤中现有的好的微生物让它长的更快,另外一方面把土壤中缺的这些好的微生物,想办法引进去,给它们“启动费”、给它们“住房”、还给它们解决“老婆工作孩子上学”问题(相伴微生物),这就需要通过大量筛选、获得更好的外源微生物资源(图2),进而研究这些外源微生物的生理(营养特征)生态(土壤环境)条件,使它们进入一个陌生环境而不孤单,让它们进入土壤后能够如鱼得水,全身心投入工作,这就是我们调控土壤微生物区系的工作思路。

 

这里面所谓的好的微生物,就是指那些能够活化根际土壤养分和产生根系促生物质、降解有机污染物和转化无机污染物形态以及抵抗土壤中病原微生物入侵根系等有益微生物。

 

但是问题来了,外源的这些经过研究筛选出来的好的微生物加进土壤后能不能存活?存活之后能不能繁殖?这里有很多科学技术问题。我们发现仅将微生物加进去是不行的,这些好的外源微生物直接加到土壤中去往往都会死掉,因为微生物也跟我们人一样,需要吃东西才能生存。它们要吃的就是有机质,而我们的大多地块土壤中的有机质含量只有1.5%左右,这个含量和质量远不能满足土壤中的土著微生物,这些土著微生物都在整天“嗷嗷待哺”, 怎么也轮不到外源微生物了。也就是说通过研究筛选出好的外源微生物之后,我们还需要想办法帮助它们能够定殖于土壤中,并且让它们繁殖。

 

这就需要我们去研究这些好的外源微生物的食物结构、生理特性,研究它喜欢生长在什么样的环境下等等。想办法把它们喜欢吃的、喜欢的环境带给它,从而让它们定居下来,让它们繁殖,这就衍生出生物有机肥的概念,我们把功能微生物接种(芽孢杆菌)、或直接拌入(真菌孢子)到已经腐熟的氨基酸有机肥中,就可分别生产出芽孢杆菌类或木霉真菌类生物有机肥,然后施入土壤。只有这样,才能发挥出这些好的外源微生物的作用,达到我们想要的促进作物生长、分解和转化污染物、拮抗土传病害的目的。

 

 

把土体土壤微生物区系调控好了,一旦作物根系长出来后,根系就会分泌大量的有机物质,土体中的有益微生物就会趋化到根表和根际,如果它们是细菌,就会在根表形成细胞膜,发挥它们所具有的特定功能和作用,如果它们是真菌,就会在根表和根际形成大量菌丝体而发挥作用,这就是我们提出的(根际)土壤·微生物区系调控的全部。

 

▼ 问:我想这里大家还是会有好奇,就是怎么区分好的微生物和坏的微生物?这应该也是我们研发中比较重要的一步?对于微生物的研究筛选,我们会带着比较明晰的目标去进行?

 

沈其荣:是的。对微生物的研究筛选是我们研发工作中比较重要的环节。而筛选的时候其实都是有目标的。我们现在有三种目标,第一种目标是拮抗土传病害的功能微生物,用特定的病原微生物来筛选,筛选出对病原菌拮抗能力最强的微生物种类。第二种目标是筛选对根系有促生作用的,能够刺激根系生长或活化土壤养分的功能微生物。第三种目标是筛选降解有机污染物、或转化无机污染物形态使之丧失毒性的功能微生物。


然后我们再去研究筛选获得的功能微生物的营养特征和生长习性,把它们制成各种生物有机肥产品,用于不同土壤和作物。


▼ 问:微生物的世界是纷繁的,并不好控制,比如这些好的外源微生物如何去战胜坏的微生物,又如何规避土著微生物的干扰等等?我们如何让这些好的外源微生物能够长期、稳定地发挥出它的作用呢?

 

沈其荣:这个你问到焦点了。落实到应用中,首先这些被筛选出的好的外源微生物一定是功能明确、生命力很强的微生物种类。其次,就是对它们的生理和生态习性一定要了解的很透切,然后做成有机物料与特定功能微生物非常匹配的生物有机肥。再者,就是怎么用好这些肥料,你施下去的生物有机肥100公斤也好,200公斤也好总会用完的,你问我,这个好的外源微生物2个月、3个月甚至有些是10天、20天就没有了怎么办?我们要让外源的有益微生物在土壤中首先是存活,这时它靠的是100公斤、200公斤的有机载体(带着 “馒头”下地),但是生活一阵以后它就弹尽粮绝了,又面临死亡怎么办?我们知道在施下去有机肥之后,总是要种庄稼的,总是要种植物的,经过10天-20天当根系生长出来之后,这些外源有益微生物已经在土壤中利用有机物料存活下来,它们就可以利用已经长出的根系产生的分泌物继续存活下来。因为植物一生中有40%左右的光合产物要分泌到土壤中的,供土壤中的微生物使用,如果没有好的外源微生物的话,这些根系分泌物就会被坏的微生物利用。


所以,我们一般调控土壤中的微生物区系,在播种前,就把生物有机肥料施下去,那么好的外源微生物就靠有机肥料在土壤中生长,当长到10天、20天,根系长出来之后,这些外源微生物就在根表了,用植物根系分泌物来维持它们的生命,从而发挥这些功能微生物的特定作用。在这个过程中,如果我们还能不断地添加生物有机肥或相应的菌液,就能让这些好的外源微生物比较长期地定居在土壤中,成为一时一地的优势微生物群落。

 

▼ 问:通过您的科普讲述,也让我们看到了我们国家有机(类)肥料的一个研发历程。那么生物有机肥与有机肥究竟有何不同呢?

 

沈其荣:其实有机肥与生物有机肥的界限是十分明确的,就是因为市场上很多销售商都把普通有机肥说成是生物有机肥,所以让广大老百姓弄糊涂了。


经过好氧或厌氧发酵腐熟出来的堆肥或沤肥就是有机肥,而生物有机肥是在腐熟的有机肥中再接种(芽孢杆菌)、或直接拌入(真菌孢子),就可分别生产出芽孢杆菌类或木霉真菌类生物有机肥,同时要选择适合于不同功能微生物的腐熟有机肥种类,然后检测生物有机肥产品中所加入的功能微生物含量是否达到行业标准(2ⅹ107/克肥料)。有机肥肥料登记证是由各省(市)农业部门发的,而生物有机肥肥料登记证是由农业部统一发的。


目前生物有机肥产品的种类有三种(行业标准):(1)微生物菌剂(功能菌含量:液体2×108/ml,粉剂2×108/g,颗粒1×108/g)。(2)复合微生物肥料(固体:功能菌2×107/g、有机质20%、无机养分8-20%),(液体:功能菌5×107/g、无机养分8-20%)。(3)生物有机肥(功能菌2×107/g、有机质40%)。从这些标准看出,有机肥与生物有机肥本质的区别是有没有特定功能的微生物种类和数量。

 

▼ 问:最近您的团队新研发出“全元生物有机肥”,您提出它是更适合当前推广应用的有机(类)肥料产品?

 

沈其荣:是的。从上述三类产品的分类标准中可看出,微生物菌剂产品中缺乏养分和有机质含量,复合微生物肥料产品中有机质含量不够,生物有机肥产品中没有养分含量。因此,要推广有机(类)肥料产品,首先必须让农民看到肥料产品施用后的当季作物增产效果,这就需要一定的养分含量,第二,要发挥特定功能微生物的作用,必须要有特定的微生物和较高含量的有机质。鉴于上述作物生产和广大农民的需求,我们提出了一个“全元生物有机肥”的概念,其大概念是指能够改善土壤条件和促进植物生长的有机、无机、生物三大主成分,小概念是指能够提供植物生长所必需的各种营养元素和部分氨基酸。这种产品的标准拟设计为:功能菌2×107/g、有机质40%、无机养分10-15%、氨基酸2%。这种产品同时具备当季作物增产、有效培肥土壤、消纳农业废弃物等作用,必将成为今后肥料行业中的主打产品。

 

▼ 问:目前我们国家生物有机肥的实际使用情况如何呢?您认为当前最核心的问题在哪里?

 

沈其荣:目前生物有机肥料的核心问题在菌种选用上,作物及地域针对性不强、广适性差,导致田间效果还不稳定。同时产品应用配套技术体系还不完善。比如,土壤中的磷由无效态变成有效态,那么南方和北方土壤中的磷形态是不一样的。南方主要是磷酸铁、磷酸铝里面的磷释放出来,而北方主要是磷酸钙里面的磷要释放出来,活化这两类土壤中的磷途径是不一样的,所以这两个不同区域所用到的功能微生物也是不一样的。这就要有针对性的去筛选菌种,然后让这些好的微生物又回到需要它的土壤里面去,比盲目去使用生物有机肥效果会更好。

 

我认为生物有机肥在科技上的核心是菌种与有机物种类的选用,而在推广应用上的核心问题是混乱,普通有机肥与生物有机肥的混淆。

 

▼ 问:您说研发出的成果要能应用并且得到推广,才是真正的成功?您认为,要如何推广运行才能让当前的有机(类)肥料产业健康发展呢?

 

其荣:应该说应用是我更关心的事情,因为就农业科研而言,最终目标应该在田里见分晓。

 

那么如何推广呢?第一,做这个产业的同志们对这个事情要有雄心壮志,要做生物有机肥的旗舰企业;第二,要有较大的资金投入,尽管我们的产品研发已领先于国际,但产业发展还远滞后于科研,最主要的原因是资金注入不够和市场比较混乱;第三,产品生产者到产品使用者之间信息不对称,例如每吨全元生物有机肥产品出厂价1300元,到农民手上则成了每吨2500元-3000元,造成了企业不赚钱、农民用不起的僵局;第四,政府的具体推动力度还需进一步加大,尽管政府部门在有机替代无机方面出台了很多文件,但还需出台一些切实可行的政策措施以便进行实质性的推动。

 

▼ 问:您提到我们现在正在进行的生物有机肥的研发工作与当代生命科学研究先进技术是需要相结合的,但目前这种结合相对比较欠缺?

 

沈其荣:是的。因为生物科学与技术发展很快。我们做生物有机肥研发工作应该同步借用国际上、国内飞速发展的生物技术与科学来应用到我们生物有机肥的研究中去。

 

比如过去我们一直说土壤中的微生物种类很多,但是我们所能培养出来的只占现实土壤中微生物总量的1%,99%我们是培养不出来的,所以就没法知道这99%是怎么回事。但是现在将高通量微生物测序与高通量微生物培养相结合起来研究,我们能从土壤中培养出来的微生物就远不止1%,它们究竟是什么微生物,具有什么特定功能,我们拭目以待的日子相信不远了。

 

▼ 问:我知道,您有一支180人的科研团队,团队做出了很多成绩,目前您的团队最新科研动态能否给我们介绍下呢? 

 

沈其荣:我们最新的成果是木霉全元生物有机肥及其调控土壤微生物区系的效应与机制。木霉(真菌)由于其生物量大,比芽孢杆菌的生物效果更好,但由于木霉在液体扩繁中不能形成孢子,或形成的孢子浓度不够,还必须通过固体发酵生产木霉菌种,而固体发酵又需要固体材料的灭菌和在灭菌空间中发酵等要求,使企业望而生叹。十二年前我们分离到了一株哈茨木霉菌,其促生和生防效果均优于国际上的模式哈茨木霉菌,但商业化生产这个菌的生物肥料产品技术瓶颈直到三年前才让我们真正突破。

 

目前,我们已经获得了一种能够在不需灭菌的固体材料和不需在灭菌空间中进行发酵生产木霉固体菌种的技术工艺,产品已在宁夏和甘肃压沙西瓜,山西苹果,海南香蕉和菠萝,江苏水蜜桃、西瓜、番茄、黄瓜、茄子、土豆、甘蓝等,黑龙江和湖南西瓜,福建苦瓜等地和不同作物上增产25%以上,而且品质和风味得到显著提高,目前已经有多家大型企业转让该技术,我相信再过5年,木霉全元生物有机肥会在全国得到很好的推广,届时,我们国家的肥料产业结构会发生很大的变化。

 

 

我们做生物有机肥是为了调控根系微生物群落。为了让作物的根系长的更好,为了培育我们的土壤。可持续生产取决于土壤是不是可持续利用,所以我们紧紧围绕土壤的可持续利用在进行。希望我们可以为这项工作做出贡献。

...............................

 

沈其荣研究团队:

 

研究团队名称为“有机肥与土壤微生物”,长期从事土壤微生物、有机肥和生物有机肥研究与开发。提出了土体和根际土壤微生物区系调控的理论和技术体系,研发的有机肥和生物有机肥技术工艺已被全国近600家企业采用,研发的土壤熏蒸与生物有机肥联用防控土传病害综合技术效果显著,为中国土壤生物肥力提升和有机(类)肥料产业发展做出了重大贡献。


团队获得国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖1项、国家专利金奖1项、国家教学成果二等奖1项以及省部级一等奖5项。获得中国发明专利66件、国际PCT专利6件,其中40多件专利在企业得到转化。

 

南京农业大学“有机肥与土壤微生物”团队合影

 

团队先后在Nature Communications, Nucleic Acids Research, Advances in Biotechnology, Current Opinions in Microbiology, Critical Review in Biotechnology, Biofeul Biotechnology, GCB Bioenergy,  Environmental Microbiology, Environmental Science & Technology, Soil Biology & Biochemistry, Applied Environmental Microbiology, Biology & Fertility of Soil, Plant & Soil等国际著名刊物上发表SCI论文410多篇,中文核心刊物300多篇,主持召开国际研讨会6次,在国内外同行界产生了较大影响。

.................................

 

以上访谈感谢 沈其荣老师!!

 

农环订阅微平台出品

 

分享到:
0 条评论,0 人参与。
0
图片无法显示

以游客身份登录

昵称
中国农业生态环境网
  • 浏览排行
中国农业生态环境网