文|35斗
2022年5月10日，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》。明確功能型微生物等生物技術(shù)在土壤修復(fù)中的應(yīng)用。這是國(guó)家層面對(duì)微生物農(nóng)資的肯定。
近年來(lái)，添加微生物菌劑的產(chǎn)品在肥料、農(nóng)藥等各種農(nóng)資領(lǐng)域如雨后春筍般出現(xiàn)，它們的誕生就是為解決農(nóng)業(yè)環(huán)境污染現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，資源環(huán)境承載能力趨緊的問(wèn)題。隨著社會(huì)發(fā)展，人們注重發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，改變過(guò)去高投入、高能耗、高污染等傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作方式。微生物已成為農(nóng)資行業(yè)最具活力的板塊之一，發(fā)展迅速。
三大原因推動(dòng)微生物制劑發(fā)展，滿足綠色高效農(nóng)資需求
任何新興事物的誕生都是在嘗試用新的方法解決現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題。
在國(guó)際環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)“肥藥雙減”的政策要求下。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中遇到三個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，分別是如何在控制化肥過(guò)量施用的前提下，保證產(chǎn)量穩(wěn)定的同時(shí)有穩(wěn)步的提升；如何保證糧食產(chǎn)量，減少藥物殘留和使用；如何保證生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定？“芽孢桿菌”的出現(xiàn)，為這三大挑戰(zhàn)提供完美的解決方案。
首先是要解決在化肥投入降低的情況下，糧食產(chǎn)量的穩(wěn)定產(chǎn)出。根據(jù)糧農(nóng)組織報(bào)告，1998年，我國(guó)化肥使用量已居世界第一；從1998年開(kāi)始，我國(guó)化肥使用量以每年3%的增速，而糧食總量的增速僅為1.5%。2015年，國(guó)家農(nóng)業(yè)部公布《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，意味著5250.65萬(wàn)噸就是我國(guó)化肥使用量的紅線。
根據(jù)自然資源部公布全國(guó)“三調(diào)”數(shù)據(jù)，全國(guó)耕地19.18億畝，自“二調(diào)”以來(lái)的10年間，全國(guó)耕地地類減少1.13億畝，年均減少面積還略有擴(kuò)大。我國(guó)耕地?cái)?shù)量減少趨勢(shì)持續(xù)多年，反映在人均耕地面積上也是遞減，“一調(diào)”為1.59畝/人，“二調(diào)”1.52畝/人，“三調(diào)”1.36畝/人，不到世界平均水平的40%。
所以，要用越來(lái)越少的耕地面積來(lái)養(yǎng)活不斷增長(zhǎng)的人口，意味著單位面積內(nèi)的土地需要多產(chǎn)出我國(guó)的糧食需求，這對(duì)我國(guó)土壤養(yǎng)分利用率提出超高要求。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部報(bào)告，2020年，我國(guó)三大主糧作物的肥料利用率僅為40.3%。
“芽孢桿菌”的出現(xiàn)正好能夠維持糧食產(chǎn)量和養(yǎng)分利用的效率的平衡。一方面，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)元素的富集能力。能利用土壤中的腐殖質(zhì)進(jìn)行大量繁殖，分解土壤中的有機(jī)質(zhì)，增加土壤中有效養(yǎng)分，防止土壤板結(jié)。另一方面，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，“芽孢桿菌”在繁殖過(guò)程中，產(chǎn)生多種激素類物質(zhì)和各種維生素，不僅能提高土壤養(yǎng)分含量，還能促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。
以玉米為例，根據(jù)《植物營(yíng)養(yǎng)和肥料學(xué)報(bào)》的報(bào)道稱，在玉米實(shí)際生產(chǎn)中，肥料配施“枯草芽孢桿菌”可促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，影響玉米的產(chǎn)量構(gòu)成要素，提高玉米產(chǎn)量，而且能顯著提高玉米對(duì)肥料吸收量，提升肥料利用效率最高可達(dá)20.7%。
其次要解決的問(wèn)題是在保證糧食產(chǎn)量和安全，減少農(nóng)藥的殘留和使用。造成農(nóng)藥的過(guò)量使用主要有兩個(gè)原因：第一，研發(fā)周期長(zhǎng)。根據(jù)PhillipsMcDougall統(tǒng)計(jì)，一種新的農(nóng)藥化合物自開(kāi)發(fā)至上市需要10年以上的時(shí)間，投入金額最高可達(dá)3.5億美元的研發(fā)投入。農(nóng)業(yè)從業(yè)人員就只能使用相同或近似成分的藥物來(lái)防治農(nóng)業(yè)病害，這樣的結(jié)果就容易導(dǎo)致農(nóng)藥的使用量在不斷的加大，病菌的耐藥性不斷提高，為防治病害再不斷的提升使用量的惡性循環(huán)。
第二，外界的環(huán)境條件對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）第六次評(píng)估報(bào)告，氣候變化不僅導(dǎo)致全球平均溫度的升高，還促使極端天氣氣候事件呈現(xiàn)出頻發(fā)、廣發(fā)、強(qiáng)發(fā)和并發(fā)的趨勢(shì)。長(zhǎng)時(shí)間的高溫陰雨天氣出現(xiàn)，致使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)藥使用次數(shù)上升，不斷的縮短使用間隔。
“芽孢桿菌”的出現(xiàn)，意味著人們可以避免單純使用化學(xué)防治的方式去治理病害的局面?！把挎邨U菌”在適宜的條件下，能夠在土壤中快速的增長(zhǎng)。很快就能夠成為植物根際土壤的優(yōu)勢(shì)菌，占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，有效抑制土壤中其它病菌的生長(zhǎng)和繁殖，預(yù)防土傳病害的發(fā)生。面對(duì)非土傳病害“芽孢桿菌”在繁殖過(guò)程中，能夠產(chǎn)生枯草菌素、多粘菌素和短桿菌肽等活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)對(duì)會(huì)致使致病菌菌絲斷裂、解體或細(xì)胞質(zhì)消解，達(dá)到殺滅病菌的作用，有效防治病菌對(duì)作物的危害。
最后要解決的問(wèn)題就是保證生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。據(jù)智研數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年我國(guó)海域共發(fā)現(xiàn)赤潮58次。造成赤潮的最主要原因就是水體的富營(yíng)養(yǎng)化，而造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的起因就有過(guò)量施用化肥。
說(shuō)起化肥過(guò)量施用的原因又要往上追溯。最初人們只是因?yàn)殡s草會(huì)和作物爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)空間，所以發(fā)明化學(xué)除草劑，短時(shí)間內(nèi)幫助作物獲得生長(zhǎng)的主動(dòng)權(quán)，但也促使雜草的進(jìn)化。人們就會(huì)不斷的提升除草劑的使用量，不斷上升的除草劑使用量致使土壤中也存在除草劑殘留。除草劑也順帶消滅土壤中原先的有益菌。
一些微生物能夠?qū)⒍嘤嗟牡剡€原為氮?dú)饣氐酱髿庵?，避免土壤淋溶造成的養(yǎng)分流失，造成的水體富營(yíng)養(yǎng)化。另一些微生物，能夠幫助土壤釋放營(yíng)養(yǎng)元素。它們被消滅后，人們只能單純的加大化肥的投入，造成土壤酸化。有益微生物的生存環(huán)境就更加惡劣，繁殖更困難。
現(xiàn)在人們已經(jīng)醒悟，所有的人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)不能以毀壞生態(tài)環(huán)境為代價(jià)。打破生態(tài)平衡最簡(jiǎn)單的方式就是向生態(tài)圈超量輸入人類活動(dòng)所產(chǎn)生的產(chǎn)品和廢物?！把挎邨U菌”本身就是作為生態(tài)圈的一份子，而存活于生態(tài)環(huán)境中。又兼具耐高溫、快速?gòu)?fù)活和強(qiáng)分泌酶等特點(diǎn)，在有氧和無(wú)氧條件下都能存活。在營(yíng)養(yǎng)缺乏、干旱等條件下形成芽孢，在條件適宜時(shí)又可以重新萌發(fā)成營(yíng)養(yǎng)體。
除上述提到的三個(gè)比較關(guān)鍵能夠解決的挑戰(zhàn)以外，“芽孢桿菌”在抗重茬方面也表現(xiàn)優(yōu)異。全國(guó)耕地面積現(xiàn)有19.18億畝，只比耕地面積紅線18億畝多出1.18億畝。為保證糧食安全儲(chǔ)備量，我國(guó)現(xiàn)有的耕地面積的復(fù)種指數(shù)要不斷提高，當(dāng)復(fù)種指數(shù)達(dá)到一定程度。重茬必然會(huì)出現(xiàn)，而這個(gè)時(shí)候“芽孢桿菌”抗重茬的優(yōu)勢(shì)將會(huì)得到淋漓至盡的體現(xiàn)。
“芽孢桿菌”在活動(dòng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生很多有益物質(zhì)，這些有益物質(zhì)有抗菌溶菌的功效，能夠直接或間接殺死部分病原菌，抑制土壤中一些病害的發(fā)生，對(duì)于土傳病害引起的根腐病等特效。與土傳病原菌形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，搶奪病原菌的生存空間，最終的結(jié)果就是抗重茬的優(yōu)勢(shì)。
對(duì)“芽孢桿菌”應(yīng)用來(lái)說(shuō)，分離、提純、復(fù)配是主要難點(diǎn)
在生物防治成熱門(mén)話題的現(xiàn)在，上述“芽孢桿菌”的優(yōu)點(diǎn)確實(shí)是它在生物防治產(chǎn)業(yè)鏈中的競(jìng)爭(zhēng)力所在。但每一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，我們不能選擇性的忽略它們的痛點(diǎn)或者是技術(shù)壁壘，這才是更值得我們關(guān)注的重點(diǎn)。
首先，要關(guān)注創(chuàng)新?！把挎邨U菌”只是細(xì)菌界中芽孢桿菌屬下細(xì)菌的統(tǒng)稱，“芽孢桿菌”有成千上萬(wàn)種，多數(shù)“芽孢桿菌”是沒(méi)有毒性的，皆在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和食品等行業(yè)使用。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，農(nóng)業(yè)類常用的八種“芽孢桿菌”：“枯草芽孢桿菌”有391家原料供應(yīng)商；“地衣芽孢桿菌”有28家原料供應(yīng)商；“解淀粉芽孢桿菌”有73家原料供應(yīng)商、“膠質(zhì)芽孢桿菌”有44家原料供應(yīng)商、“側(cè)孢芽孢桿菌”有63家原料供應(yīng)商、“巨大芽孢桿菌”有71家原料供應(yīng)商、“多粘類芽孢桿菌”有42家原料供應(yīng)商和“蘇云金芽孢桿菌”有128家原料供應(yīng)商。
農(nóng)業(yè)中最常使用的八種“芽孢桿菌”的供應(yīng)商數(shù)量（圖1），數(shù)據(jù)來(lái)源：愛(ài)采購(gòu)和阿里巴巴1688
原料供應(yīng)商就有接近1000家企業(yè)。所以，傳統(tǒng)的“芽孢桿菌”市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力相當(dāng)大。
那么現(xiàn)在“芽孢桿菌”這類菌種依舊有發(fā)展?jié)摿?？答案是肯定的，有兩種“芽孢桿菌”特別具有產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，分別是“貝萊斯芽孢桿菌”和“莫海威芽孢桿菌”。
“貝萊斯芽孢桿菌”在2005年由西班牙科學(xué)家Ruiz–García等成功從當(dāng)?shù)厮|(zhì)樣本中分離出來(lái)。根據(jù)《微生物學(xué)報(bào)》研究稱：“貝萊斯芽孢桿菌”能夠產(chǎn)生生長(zhǎng)素吲哚–3–乙酸（IAA），是一株有益的根際促生菌；對(duì)稻瘟病菌、黃瓜枯萎病菌、辣椒疫霉菌、橡膠樹(shù)膠、尖孢炭疽病菌都具有明顯的拮抗作用；也具有防治水稻白葉枯病的生防潛力。
“莫海威芽孢桿菌”在1994年由美國(guó)科學(xué)家Roberts MS等在加利福尼亞沙漠樣本中分離出來(lái)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)有3家企業(yè)可以提供“貝萊斯芽孢桿菌”，而“莫海威芽孢桿菌”則企業(yè)可以穩(wěn)定工業(yè)化提供。
一個(gè)簡(jiǎn)單的價(jià)格比較，“莫海威芽孢桿菌”價(jià)格是面議，“貝萊斯芽孢桿菌”的價(jià)格是3500/株，10株起買(mǎi)也需要1900/株，而最為常見(jiàn)的“枯草芽孢桿菌”選擇最貴的生產(chǎn)廠家為4萬(wàn)/噸，含量是2億株/克。兩相比較，孰優(yōu)孰劣一目了然。
因此，對(duì)于“芽孢桿菌”這一行業(yè)來(lái)說(shuō)，掌握獨(dú)立的提純、分離技術(shù)和創(chuàng)新能力，將會(huì)是這個(gè)行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
涉及到“貝萊斯芽孢桿菌”的相關(guān)專利已經(jīng)達(dá)到499件。目前“貝萊斯芽孢桿菌”的相關(guān)專利多數(shù)集中在科研院校手中共有327件，占81.95%。相關(guān)專利數(shù)量排在前10的有8所是科研院校，另外兩家為云南省微生物發(fā)酵工程研究中心有限公司和山東碧藍(lán)生物科技有限公司，其擁有的專利數(shù)量分別為7和6件。中國(guó)的農(nóng)業(yè)航母“先正達(dá)集團(tuán)”擁有5項(xiàng)相關(guān)專利；國(guó)際農(nóng)業(yè)巨頭巴斯夫擁有3項(xiàng)相關(guān)專利；國(guó)內(nèi)著名肥料供應(yīng)商芭田、施可豐和根力多也有相關(guān)專利在國(guó)內(nèi)獲批。
2021年12月10日，首個(gè)貝萊斯芽孢桿菌專利產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)登記，這是貝萊斯芽孢桿菌這種農(nóng)藥新成分在國(guó)內(nèi)的首次登記，在全球也是首例。
申請(qǐng)有關(guān)“貝萊斯芽孢桿菌”的專利前10的申請(qǐng)人和數(shù)量（圖2），數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局
“莫海威芽孢桿菌”在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的相關(guān)專利僅66件。目前“莫海威芽孢桿菌”有26件相關(guān)專利在科研院校手中，占39.39%；國(guó)際農(nóng)業(yè)巨頭公司巴斯夫手握14項(xiàng)相關(guān)專利，在國(guó)內(nèi)排行第一；另一家國(guó)際農(nóng)業(yè)公司拜耳也有相關(guān)專利在國(guó)內(nèi)獲批。
申請(qǐng)有關(guān)“莫海威芽孢桿菌”的專利前10的申請(qǐng)人和數(shù)量（圖3），數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局
在發(fā)達(dá)國(guó)家當(dāng)中，僅用3%的農(nóng)業(yè)從業(yè)人口就能養(yǎng)活全國(guó)的人口，甚至還能大批量出口糧食。而我國(guó)擁有60%的農(nóng)業(yè)從業(yè)人口，卻每年還要大量從國(guó)外進(jìn)口糧食。所以在國(guó)內(nèi)科技化和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)程度不高，這就導(dǎo)致用人成本將占據(jù)生產(chǎn)成本的大頭。
以水稻為例，美國(guó)的人工成本僅為10%，日本的為26%，中國(guó)的為41%。在現(xiàn)有微生物菌劑產(chǎn)品嚴(yán)苛的使用條件下，一旦使用微生物菌劑就意味著人工成本的上升。
因此下一個(gè)有待關(guān)注的重點(diǎn)是復(fù)混配性問(wèn)題。
所謂復(fù)混配，就是在施肥或者噴灑農(nóng)藥時(shí)，將“芽孢桿菌”等微生物菌劑與肥料或者農(nóng)藥進(jìn)行混合復(fù)配，一同施用，減少人工成本。
在農(nóng)業(yè)上經(jīng)常使用金屬離子的制劑來(lái)防治細(xì)菌性病害，尤其以氫氧化銅為代表。所以一般的微生物菌劑和微量元素的復(fù)配性都不高，二者相混都會(huì)降低各自效果，變成1+1等于0.5的效果。因此，純微生物菌劑都會(huì)建議間隔5天-7天（單位？）施用，避開(kāi)農(nóng)藥或者化肥的施用期。
“芽孢桿菌”本身也是細(xì)菌，一旦在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中投入使用，必然是要帶來(lái)人力成本的增加，但世事無(wú)絕對(duì)。
2018年，Certis USA向匈牙利賽格德大學(xué)購(gòu)買(mǎi)一項(xiàng)專利許可權(quán)，內(nèi)容涉及“莫海威芽孢桿菌”。與“貝萊斯芽孢桿菌”相比，“莫海威芽孢桿菌”是一種抗銅菌，使得它能夠與銅制劑結(jié)合使用，用于提高對(duì)植物病害的防效。意味著“芽孢桿菌”復(fù)配問(wèn)題得到完美的解決。
總而言之，在微生物領(lǐng)域，最值得關(guān)注的重點(diǎn)是創(chuàng)新能力和復(fù)混配技術(shù)，二者直擊當(dāng)下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的核心重點(diǎn)，“降本增效”。而不論是“降本”還是“增效”，產(chǎn)-學(xué)-研的三者聯(lián)動(dòng)發(fā)展，提高科學(xué)技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化率，都是促進(jìn)農(nóng)業(yè)行業(yè)變革的主要手段和驅(qū)動(dòng)力。
微生物制劑百億市場(chǎng)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展未來(lái)可期
根據(jù)Agropages報(bào)告，全球微生物制劑市場(chǎng)的規(guī)模將從2017年的30.9億美元增至2022年的60.1億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為14.21%。至2025年全球微生物制劑市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到95億美金，復(fù)合年增長(zhǎng)率為14.41%。
根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，在中國(guó)，2017年的微生物制劑行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到51.38億元，2021年的微生物制劑行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到73.4億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為9.3%。預(yù)測(cè)，2022年中國(guó)微生物制劑行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)78.16億元。
全球市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)不僅受到逐年環(huán)境惡化、碳達(dá)峰和碳中和等因素的影響，還受到人們對(duì)食品安全和自身健康意識(shí)的增強(qiáng)所推動(dòng)。相比于傳統(tǒng)的化學(xué)制劑，來(lái)源于自然的微生物制劑能盡最大的可能減少人類活動(dòng)給環(huán)境所帶來(lái)的影響。
中國(guó)農(nóng)業(yè)迄今相繼經(jīng)歷傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、化學(xué)農(nóng)業(yè)、可持續(xù)農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)四個(gè)階段，無(wú)污染、高肥力的土壤是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的先決條件，而微生物制劑是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展不可或缺的投入品。
近年來(lái)，減肥減藥、可持續(xù)發(fā)展、有機(jī)肥替代化肥計(jì)劃等頻頻出臺(tái)，意味著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)種植體系改革的重視和決心。無(wú)論是保護(hù)環(huán)境生態(tài)的需要還是政策導(dǎo)向，都預(yù)示著微生物制劑產(chǎn)業(yè)迎來(lái)爆發(fā)的機(jī)遇。就像農(nóng)業(yè)農(nóng)村部微生物肥料和食用菌質(zhì)檢中心主任李俊說(shuō)的“農(nóng)業(yè)離不開(kāi)微生物，微生物的作用被嚴(yán)重忽視，誰(shuí)先利用微生物，誰(shuí)就會(huì)在未來(lái)農(nóng)業(yè)中占據(jù)先機(jī)?！?/p>