生物肥料与化学肥料、有机肥料一样,是农业生产中的重要肥源。但从目前的趋势看,生物肥料无公害、不污染环境,更符合现代所提倡的绿色农业的发展。
氮是作物需求量最大的营养元素,而氮肥却是利用效率极低的作物营养产品。氮肥中的氮转化成气体(N2O和NH3)流失掉的占比高达25-30%,此外还有淋失和固定在土壤中的氮无法被植物利用,造成了资源浪费和对环境的污染。氮肥生产也造成了大量温室气体的排放。
1、科迪华固氮菌剂将进入中国市场
UTRISHAN是一种固态生物制剂,叶面施用,可让植株通过新型作用方式在整个生命周期内获得氮素。UTRISHAN含独有甲基杆菌Methylobacteriumsymbioticum菌株,这一内生细菌可通过叶片气孔进入植物,并在施用后7天内完全定殖于植株。这种细菌借助固氮酶复合物,分解大气中的氮气,将氮与氢相结合,形成能够被植物利用的铵态氮,以天然的方式增强植物活力,帮助作物加快生长,发挥最大的生产潜力。另一个重要优势是,UTRISHAN产生的氮不易受到传统施肥问题的影响,如淋溶(氮向下渗透)、挥发(因温度导致营养损失)和反硝化(细菌作用导致氮转化为气态)。据科迪华介绍,该产品让大豆产量每英亩增长2.5蒲式耳,玉米每英亩增长5蒲式耳。产品适用于多种作物。
UTRISHAN最初是兴播开发的产品,由科迪华在多国经销,在科迪华收购兴播后,该固氮菌剂成为了科迪华自家旗下的产品。该产品已在欧美多国推出,不久后将进入中国市场。
2、正达经销固氮菌剂产品
除了Envita,先正达还在欧洲西北部推广种子处理剂NuelloiN。该产品含有假单胞菌Pseudomonassiliginis和短小杆菌Curtobacteriumsalicaceae。据先正达介绍,该产品是将IntrinsyxBio生产的菌株与Unium的益生元相结合,在植物内将环境中的氮转化为植物可利用的形式。NuelloiN可作为传统肥料的补充。此外,产品还可促进早期生根,在3个冬小麦和冬大麦试验中增加了20%,增强根系发育有利于作物从土壤中吸收更多营养。产品于2023年向英国市场供应,2024年,先正达还会在爱尔兰、丹麦、瑞典、芬兰、挪威、比利时、卢森堡和荷兰销售NuelloiN。这一经销合作是先正达迈向用于种子的生物肥料领域的第一步。
3、拜耳涉足合成生物学,增强微生物固氮能力
拜耳旗下投资部门LeapsbyBayer与合成生物企业GinkgoBioworks,在2017年共同成立了合资企业JoynBio,以借助合成生物学技术替代或减少氮肥使用。JoynBio利用Ginkgo代工厂的高通量分析技术,对拜耳独有的大规模微生物菌株库做全面的分析,并开展固氮工程菌株的原型设计,利用合成生物学改造微生物,使得工程菌具备将空气中的氮转化成能够被谷类作物(玉米、小麦和水稻)利用的形式。开发出的菌剂通过处理种子的方式施用给作物,因为这种方式对农民应用产品而言最为便捷。
2022年,GinkgoBioworks收购了JoynBio,但拜耳仍拥有在未来几年将JoynBio固氮产品商业化的权利。
4、拜耳再增投资,模仿植物激活土壤固氮菌
除了直接向作物施用固氮菌,另有新技术是通过模仿植物激活固氮菌的方式,提高此类微生物的功效,以达到氮肥减施的目的。
由LeapsbyBayer领头投资的SoundAgriculture就具备这样的技术。该公司两大研发平台之一是营养效率平台,计划取代全球30%的氮肥,拥有的专利技术可以使作物从土壤微生物中获取更多的氮(还有磷等重要营养物质)。该公司推出的第一款产品SOURCE是玉米和大豆合成肥料的替代品,通过模仿激活固氮菌(以及解磷菌)的植物信号,增强固氮菌的活力,促进土壤中氮气转化成能被植物利用的氮形式,以此降低氮肥的使用,并减少其对环境的负面影响。
5、丽豪生物独创固氮菌与土壤氢氧化细菌协同技术,促进作物生长
研究发现,土壤根际中的氢氧化细菌能够与固氮菌联手,为促进植物生长发挥协同增效的作用。固氮菌通过固氮酶的催化作用,在吸收空气中的氮气时会释放氢气,氢氧化细菌则可以吸收氢气,以此作为能源并转化成营养;而氢氧化细菌能够将长链和难利用的物质转化为糖、短肽等小分子物质,作为养料提供给固氮微生物,改善了固氮菌群的功能稳定性。此外,氢氧化细菌还会将作物根际内的有机酸转化为氨基酸,供植物所用。以此,两类微生物实现了联合固氮,持续促进作物的生长,增强作物对生物和非生物胁迫的抵抗力,并兼顾了长效性和稳定性。
业界少有对固氮菌+氢氧化细菌联合应用的深入研究,主要原因是氢氧化细菌不易分离,培养、鉴定等工作不足。但国内已有企业在该领域取得了突破性的进步。
6、丝状普里斯蒂亚菌抑制脲酶——氮能生物高效应对氮肥流失
不同于上述借助微生物向植物供氮的模式,一款新的菌剂是通过减少氮肥的流失,达到节约利用氮肥的目的。
丝状普里斯蒂亚菌是由湖北氮能农业生物科技有限公司与华中农业大学联合筛选的全新菌种,拥有全球独家专利。该菌种及其代谢物能够抑制脲酶,并促进硝化酶的功能,可抑制尿素向铵态氮转化,减少铵态氮的挥发与流失。同时,该菌种能加速亚硝酸盐向硝酸盐的转化,减少N2O排放,实现节氮减排。此外和许多有益菌一样,其代谢产物也能提高植物活力和抗逆能力。
湖北氮能农业生物科技有限公司创始人汪文波表示,公司持续在全国各地与农科院、农技推广中心、土肥站等专业机构进行大量的田间验证和数据搜集,取得了″减少氮肥30%,作物不减产″的成果。目前丝状普里斯蒂亚菌现已获得中国农村农业部颁发的微生物肥料登记证,正式开启其生物节氮增效技术成果转化、产业化、市场化发展之路。
7、生物肥料
生物肥料主要有三种:生物有机肥,复合微生物肥料和微生物菌剂。生物肥料主要起作用的就是里面添加的活性菌(微生物)。那么微生物到底有什么作用?
微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物,个体微小,结构简单,通常要用光学显微镜和电子显微镜放大约1000倍才能看到,生物肥料标准要求的有益菌含量一般至少为2千万,多者几亿个。
1,微生物的第一大作用就是分解土壤有机质。
比如作物的残根败叶和施入土壤中的有机肥料等,只有经过土壤微生物的作用,才能腐烂分解,释放出营养元素,供作物利用,并形成腐殖质,改善土壤的结构和耕性。同样的土壤有机质也是微生物的粮食微生物的存活和繁殖离不开土壤有机质。俩者相辅相成。
2,微生物可以促进养分吸收。提高肥料利用效率。
生物肥料中所添加的菌种类型的不同,它的功能作用就不同,比如:“枯草芽孢杆菌”可以增加作物抗逆性、固氮。“巨大芽孢杆菌”可以解磷(磷细菌),具有很好的降解土壤中有机磷的功效。胶冻样芽孢杆菌可以解钾,释放出可溶磷钾元素及钙、硫、镁、铁、锌、钼、锰等中微量元素。胶质芽孢杆菌有溶磷、释钾和固氮功能。
3,微生物有净化土壤的功能。
微生物可以降解土壤中残留的有机农药、城市污物和工厂废弃物。微生物把他们分解成低害甚至无害的物质,降低残毒危害。当然,这些所有的功能都是由不同种群的微生物完成的,每一个功能的实现也需要有大量的微生物共同工作才行。
4,微生物可以提高作物免疫力。
不同类型的微生物作用不同,例如抗生性微生物,它们能够分泌抗生素,抑制病原微生物的繁殖,这样就可以防治和减少土壤中土传病害微生物对作物的危害,提高作物产量和品质。对土壤进行“解毒”和“保健”,调控和维护土壤的健康质量。
8、未来前景
生物肥料泛指利用生物技术制造的、对作物具有特定肥效(或有肥效又有刺激作用)的生物制剂,其有效成分可以是特定的活生物体、生物体的代谢物或基质的转化物等,这种生物体既可以是微生物,也可以是动、植物组织和细胞。生物肥料与化学肥料、有机肥料一样,是农业生产中的重要肥源。近年来,由于化学肥料和化学农药的大量不合理施用,不仅耗费了大量不可再生的资源,而且破坏了土壤结构,污染了农产品品质和环境,影响了人类的健康生存。
在我国,固氮菌剂的开发已取得了较大发展,不仅筛选出一些功能性高的菌株,还在菌株培养及不同菌株联用协同技术的开发上取得了重大突破,有力助推我国固氮菌肥应用的迭代升级。
固氮菌剂以外的新技术为化学氮肥减施提供了更多选择,进一步促进了氮元素的高效利用,减少氮肥污染,促进作物种植的可持续发展。
不过,目前全球的作物生产对化学肥料的依赖性仍非常大,化学氮肥目前还是农民为满足作物对氮素营养需求所用的主要产品,固氮菌等微生物技术仍不能完全取代化学肥料。
随着基因组学、生物解决方案的进步,尤其是革新性技术的出现,节约氮肥使用的技术将会占据越来越多的作物营养市场。在这一领域,我国已有企业凭借自身独有技术渗透作物营养市场。未来他们能否掀起新一轮农业革命?我们拭目以待!