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“减肥”时代 固氮菌剂抢占生物肥料市场

2019-01-18 10:32:51来源:世界农化网作者:世界农化网编辑:xwbj3
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  氮作为植物必需的大量营养元素,农业生产需要向作物提供足量的此类营养。然而我国农业长期过度使用化肥,氮肥利用率低(仅为25%-40%)。生产氮肥使用的化学方法需要高温、高压等非常苛刻的条件,因此浪费了大量原料和能源。未被吸收的化肥造成土壤盐化、酸化,破坏土壤有益微生物菌群,土壤活性下降。而生物肥料在为作物提供营养的同时,还可增加土壤有机质,改良土壤结构,改善根际有益菌。生物肥料替代化肥是农业可持续发展的必然选择。

  就全球范围来看,生物肥料市场份额的75%被固氮菌肥料占有,溶磷菌肥占15%,其余为溶钾/锌菌肥等。固氮菌肥(或称“固氮菌剂”)占有的生物肥料市场份额最大,而这其中最常用的是根瘤菌,此类固氮菌也是生物肥料中使用最早,在全球应用最为广泛,应用效果最稳定的菌种。2017年,全球根瘤菌类生物肥料市场价值为2.337亿美元,预计2018-2023年期间的年复合增长率将达到8%。

  根瘤菌剂在我国的研究应用

  我国根瘤菌剂的研究、生产和应用已有80多年的历史。最初的研究应用是针对大豆花生的根瘤菌剂。50-60年代期间,根瘤菌剂成为了应用最为广泛的微生物肥料,其中大豆花生、紫云英及豆科牧草的接种面积较大,增产效果明显。根瘤菌与豆科植物的共生固氮量居各类生物固氮体系之首。作物的种子用根瘤菌拌种,使其表面附着大量根瘤菌,种子在播种后,生根时根系分泌物能刺激根瘤菌大量繁殖,通过根毛进入根内,经过一系列生理变化形成根瘤,菌体在根瘤内借助固氮酶固氮。豆科根瘤菌固定的氮素大部分可为植物吸收利用,豆科作物借此获得的氮素约占其所需氮素的 30%-80%。大豆接种根瘤菌每公顷可增产大豆 225-300kg。根瘤菌在其他作物上也有增产效果,例如花生根瘤菌可使花生增产10%-50%,紫云英根瘤菌在未种植过紫云英的地区应用可使产草量成倍增长。在保证作物产量稳步增长的同时,产品品质也有所提高。目前,根瘤菌肥在我国应用的经济效益非常好,投入与产出之比在1:10-20以上。

  阻碍根瘤菌剂推广因素和突破方向

  我国豆科作物根瘤菌接种面积仅占播种面积的1-3%。目前从研发到市场,一些问题正制约着行业的发展。

  1.产业链上游研发端:施加氮肥后,根瘤菌在富含氮元素的土壤中会停止固氮;土着根瘤菌会与接种根瘤菌竞争结瘤;根瘤菌若要充分发挥功效,菌种还需要与土壤条件、豆科植物品种相匹配;此外,菌剂保质时间短,纯度不够,活菌数不足也是影响产品推广的重要因素。因此,研究如何提高根瘤菌剂抗氮肥阻碍的能力,增强与其他根瘤菌的竞争力,选育出对环境适应力强,宿主作物种类多样的根瘤菌种,并提高产品纯度和活菌数,即为新菌剂的大范围推广创造先决条件。

  2.产业链下游应用端:大多数的农户只对化肥熟悉,认准化肥,而对土壤结构和菌剂知之甚少;由于菌剂的宣传不接地气,农民不理解菌剂相关的各种概念;对不熟悉的产品,农民往往缺乏信任。因此需要为农民开展技术培训,普及知识;生产商和销售商可充分利用互联网和媒体职能,扩大对产品技术的宣传;此外,向农民展示菌剂实实在在的应用效果,获取农民对产品的信任也非常关键;为农民开展服务指导工作,帮助其正确使用产品,使产品发挥出应有的功效,才能增加农民对产品的信心。

  新兴固氮醋杆菌(Gd)技术亮点

  相比较根瘤菌,固氮醋杆菌在农业生产应用中有明显的优势。Gd是生物肥料产品中新兴而独特的一类固氮菌。此类细菌不含硝酸还原酶蛋白,固氮酶的活性不受高硝酸盐含量的影响,也不会完全受到铵的抑制,因此这些细菌的固氮能力不会被铵盐氮肥削弱。Gd还可进入植物的多个部位,包括茎干和叶片,而根瘤菌必须进入根瘤才能发挥固氮功效。此类细菌能在多种环境条件下生长,包括低pH、高糖、高盐环境等。研究发现,Gd可与多种作物存在共生关系,包括甘蔗、玉米小麦、咖啡、菠萝、芒果、香蕉、水稻、红薯、茶、萝卜、甜菜根、棉花、三叶草等,宿主作物种类多样。此类产品也易于应用,Gd能通过种子包衣,茎干施用,以及根部滴灌的方式寄生于作物中。

  近些年的研究发现,Gd对植物的贡献除了来自固氮作用,它们还能产生植物激素,对抗作物病害,促进矿质元素的溶解。几乎所有Gd菌株都可产生吲哚乙酸,该物质能够促进根部的生长发育;Gd还能产生铁运载体,以此加速植物的生长。在病害防治方面,Gd还能对抗甘蔗赤腐病和白条病,Gd分泌的特定蛋白质(细菌素)可阻碍白纹黄单胞菌的生长;也有研究证明,Gd对某些镰孢菌同样具有抑制效果,其产生的挥发性脂肪酸对根结线虫也具备防效。在溶解矿质元素方面,研究发现在甘蔗等含有糖源的作物中,多种Gd菌种具备促进矿质元素溶解的能力,包括磷酸、锌、铁、锰、硅等。

  未来趋势

  购买化肥对农民而言是笔非常大的开销。大豆所需的氮肥用量远低于玉米小麦等作物,这得益于固氮菌的应用。此外,近年来氮肥价格呈上涨趋势,迫使越来越多的农民选择氮肥的替代产品,以降低农业生产成本。

  在我国,人们选购产品的观念正在发生转变。消费者越来越重视农产品质量和安全,未来市场中将有越来越多的人支持生态农业、有机农业。土地流转使得国内的种植大户日益增多,种植户选择产品逐渐从价格主导转变为效益主导。由于消费者对农产品品质日趋重视,与产量相比,农民的收益受作物品质的影响会越来越大。而生物肥料具备的土壤修复功效,与化肥相比能使作物获得更佳的品质。随着种植者对菌剂的正确认识和认可度不断加深,固氮菌肥逐步取代合成氮肥是大势所趋。

  我国固氮菌剂行业尚有极大的发展空间。目前我国的菌剂市场还没有出现领军企业或标杆性产品。根瘤菌接种率在我国还非常低,而美国和巴西等主要大豆种植国家的接种率已达到95% 以上,相比而言我国大范围市场空白有待填补。针对谷类等非豆科作物,固氮作用则更多依赖于像Gd这类新兴的固氮技术。随着我国对固氮菌的研究不断深入,亦或引进海外先进技术,更多优质固氮菌产品将服务于我国市场,填补大面积的菌剂应用空白。“减肥“时代,生物肥料行业将出现固氮菌剂新竞技场!

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