文|35斗
2022年5月10日，國家發(fā)改委發(fā)布《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》。明確功能型微生物等生物技術在土壤修復中的應用。這是國家層面對微生物農(nóng)資的肯定。
近年來，添加微生物菌劑的產(chǎn)品在肥料、農(nóng)藥等各種農(nóng)資領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)象日趨嚴重，資源環(huán)境承載能力趨緊的問題。隨著社會發(fā)展，人們注重發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，改變過去高投入、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)的問題。
在國際環(huán)境問題日益嚴重，國內“肥藥雙減”的政策要求下。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中遇到三個關鍵挑戰(zhàn)，分別是如何在控制化肥過量施用的前提下，保證產(chǎn)量穩(wěn)定的同時有穩(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)組織報告，1998年，我國化肥使用量已居世界第一；從1998年開始，我國化肥使用量以每年3%的增速，而糧食總量的增速僅為1.5%。2015年，國家農(nóng)業(yè)部公布《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，意味著5250.65萬噸就是我國化肥使用量的紅線。
根據(jù)自然資源部公布全國“三調”數(shù)據(jù)，全國耕地19.18億畝，自“二調”以來的10年間，全國耕地地類減少1.13億畝，年均減少面積還略有擴大。我國耕地數(shù)量減少趨勢持續(xù)多年，反映在人均耕地面積上也是遞減，“一調”為1.59畝/人，“二調”1.52畝/人，“三調”1.36畝/人，不到世界平均水平的40%。
所以，要用越來越少的耕地面積來養(yǎng)活不斷增長的人口，意味著單位面積內的土地需要多產(chǎn)出我國的糧食需求，這對我國土壤養(yǎng)分利用率提出超高要求。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部報告，2020年，我國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，改善土壤團粒結構，增強土壤對不同營養(yǎng)元素的富集能力。能利用土壤中的腐殖質進行大量繁殖，分解土壤中的有機質，增加土壤中有效養(yǎng)分，防止土壤板結。另一方面，促進作物生長，“芽孢桿菌”在繁殖過程中，產(chǎn)生多種激素類物質和各種維生素，不僅能提高土壤養(yǎng)分含量，還能促進作物生長，提高產(chǎn)量改善農(nóng)產(chǎn)品品質。
以玉米為例，根據(jù)《植物營養(yǎng)和肥料學報》的報道稱，在玉米實際生產(chǎn)中，肥料配施“枯草芽孢桿菌”可促進玉米的生長發(fā)育，影響玉米的產(chǎn)量構成要素，提高玉米產(chǎn)量，而且能顯著提高玉米對肥料吸收量，提升肥料利用效率最高可達20.7%。
其次要解決的問題是在保證糧食產(chǎn)量和安全，減少農(nóng)藥的殘留和使用。造成農(nóng)藥的過量使用主要有兩個原因：第一，研發(fā)周期長。根據(jù)PhillipsMcDougall統(tǒng)計，一種新的農(nóng)藥化合物自開發(fā)至上市需要10年以上的時間，投入金額最高可達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防治農(nóng)業(yè)病害，這樣的結果就容易導致農(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)境條件對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式會產(chǎn)生巨大的影響。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報告，氣候變化不僅導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)、強發(fā)和并發(fā)的趨勢。長時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。很快就能夠成為植物根際土壤的優(yōu)勢菌，占據(jù)主導優(yōu)勢，有效抑制土壤中其它病菌的生長和繁殖，預防土傳病害的發(fā)生。面對非土傳病害“芽孢桿菌”在繁殖過程中，能夠產(chǎn)生枯草菌素、多粘菌素和短桿菌肽等活性物質，這些活性物質對會致使致病菌菌絲斷裂、解體或細胞質消解，達到殺滅病菌的作用，有效防治病菌對作物的危害。
最后要解決的問題就是保證生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。據(jù)智研數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021年我國海域共發(fā)現(xiàn)赤潮58次。造成赤潮的最主要原因就是水體的富營養(yǎng)化，而造成水體富營養(yǎng)化的起因就有過量施用化肥。
說起化肥過量施用的原因又要往上追溯。最初人們只是因為雜草會和作物爭奪營養(yǎng)和生長空間，所以發(fā)明化學除草劑，短時間內幫助作物獲得生長的主動權，但也促使雜草的進化。人們就會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。
一些微生物能夠將多余的氮素還原為氮氣回到大氣中，避免土壤淋溶造成的養(yǎng)分流失，造成的水體富營養(yǎng)化。另一些微生物，能夠幫助土壤釋放營養(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)濟活動不能以毀壞生態(tài)環(huán)境為代價。打破生態(tài)平衡最簡單的方式就是向生態(tài)圈超量輸入人類活動所產(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、快速復活和強分泌酶等特點，在有氧和無氧條件下都能存活。在營養(yǎng)缺乏、干旱等條件下形成芽孢，在條件適宜時又可以重新萌發(fā)成營養(yǎng)體。
除上述提到的三個比較關鍵能夠解決的挑戰(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。為保證糧食安全儲備量，我國現(xiàn)有的耕地面積的復種指數(shù)要不斷提高，當復種指數(shù)達到一定程度。重茬必然會出現(xiàn)，而這個時候“芽孢桿菌”抗重茬的優(yōu)勢將會得到淋漓至盡的體現(xiàn)。
“芽孢桿菌”在活動過程中，會產(chǎn)生很多有益物質，這些有益物質有抗菌溶菌的功效，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，對于土傳病害引起的根腐病等特效。與土傳病原菌形成競爭關系，搶奪病原菌的生存空間，最終的結果就是抗重茬的優(yōu)勢。
對“芽孢桿菌”應用來說，分離、提純、復配是主要難點
在生物防治成熱門話題的現(xiàn)在，上述“芽孢桿菌”的優(yōu)點確實是它在生物防治產(chǎn)業(yè)鏈中的競爭力所在。但每一個新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，我們不能選擇性的忽略它們的痛點或者是技術壁壘，這才是更值得我們關注的重點。
首先，要關注創(chuàng)新?！把挎邨U菌”只是細菌界中芽孢桿菌屬下細菌的統(tǒng)稱，“芽孢桿菌”有成千上萬種，多數(shù)“芽孢桿菌”是沒有毒性的，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，農(nóng)業(yè)類常用的八種“芽孢桿菌”：“枯草芽孢桿菌”有391家原料供應商；“地衣芽孢桿菌”有28家原料供應商；“解淀粉芽孢桿菌”有73家原料供應商、“膠質芽孢桿菌”有44家原料供應商、“側孢芽孢桿菌”有63家原料供應商、“巨大芽孢桿菌”有71家原料供應商、“多粘類芽孢桿菌”有42家原料供應商和“蘇云金芽孢桿菌”有128家原料供應商。
農(nóng)業(yè)中最常使用的八種“芽孢桿菌”的供應商數(shù)量（圖1），數(shù)據(jù)來源：愛采購和阿里巴巴1688
原料供應商就有接近1000家企業(yè)。所以，傳統(tǒng)的“芽孢桿菌”市場競爭壓力相當大。
那么現(xiàn)在“芽孢桿菌”這類菌種依舊有發(fā)展?jié)摿幔看鸢甘强隙ǖ?，有兩種“芽孢桿菌”特別具有產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，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年由西班牙科學家Ruiz–García等成功從當?shù)厮|樣本中分離出來。根據(jù)《微生物學報》研究稱：“貝萊斯芽孢桿菌”能夠產(chǎn)生生長素吲哚–3–乙酸（IAA），是一株有益的根際促生菌；對稻瘟病菌、黃瓜枯萎病菌、辣椒疫霉菌、橡膠樹膠、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年由美國科學家Roberts MS等在加利福尼亞沙漠樣本中分離出來。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內有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。
一個簡單的價格比較，“莫海威芽孢桿菌”價格是面議，“貝萊斯芽孢桿菌”的價格是3500/株，10株起買也需要1900/株，而最為常見的“枯草芽孢桿菌”選擇最貴的生產(chǎn)廠家為4萬/噸，含量是2億株/克。兩相比較，孰優(yōu)孰劣一目了然。
因此，對于“芽孢桿菌”這一行業(yè)來說，掌握獨立的提純、分離技術和創(chuàng)新能力，將會是這個行業(yè)的核心競爭力。
涉及到“貝萊斯芽孢桿菌”的相關專利已經(jīng)達到499件。目前“貝萊斯芽孢桿菌”的相關專利多數(shù)集中在科研院校手中共有327件，占81.95%。相關專利數(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。中國的農(nóng)業(yè)航母“先正達集團”擁有5項相關專利；國際農(nóng)業(yè)巨頭巴斯夫擁有3項相關專利；國內著名肥料供應商芭田、施可豐和根力多也有相關專利在國內獲批。
2021年12月10日，首個貝萊斯芽孢桿菌專利產(chǎn)品在國內登記，這是貝萊斯芽孢桿菌這種農(nóng)藥新成分在國內的首次登記，在全球也是首例。
申請有關“貝萊斯芽孢桿菌”的專利前10的申請人和數(shù)量（圖2），數(shù)據(jù)來源：國家知識產(chǎn)權局
“莫海威芽孢桿菌”在國內申請的相關專利僅66件。目前“莫海威芽孢桿菌”有26件相關專利在科研院校手中，占39.39%；國際農(nóng)業(yè)巨頭公司巴斯夫手握14項相關專利，在國內排行第一；另一家國際農(nóng)業(yè)公司拜耳也有相關專利在國內獲批。
申請有關“莫海威芽孢桿菌”的專利前10的申請人和數(shù)量（圖3），數(shù)據(jù)來源：國家知識產(chǎn)權局
在發(fā)達國家當中，僅用3%的農(nóng)業(yè)從業(yè)人口就能養(yǎng)活全國的人口，甚至還能大批量出口糧食。而我國擁有60%的農(nóng)業(yè)從業(yè)人口，卻每年還要大量從國外進口糧食。所以在國內科技化和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)程度不高，這就導致用人成本將占據(jù)生產(chǎn)成本的大頭。
以水稻為例，美國的人工成本僅為10%，日本的為26%，中國的為41%。在現(xiàn)有微生物菌劑產(chǎn)品嚴苛的使用條件下，一旦使用微生物菌劑就意味著人工成本的上升。
因此下一個有待關注的重點是復混配性問題。
所謂復混配，就是在施肥或者噴灑農(nóng)藥時，將“芽孢桿菌”等微生物菌劑與肥料或者農(nóng)藥進行混合復配，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防治細菌性病害，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配性都不高，二者相混都會降低各自效果，變成1+1等于0.5的效果。因此，純微生物菌劑都會建議間隔5天-7天（單位？）施用，避開農(nóng)藥或者化肥的施用期。
“芽孢桿菌”本身也是細菌，一旦在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中投入使用，必然是要帶來人力成本的增加，但世事無絕對。
2018年，Certis USA向匈牙利賽格德大學購買一項專利許可權，內容涉及“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合使用，用于提高對植物病害的防效。意味著“芽孢桿菌”復配問題得到完美的解決。
總而言之，在微生物領域，最值得關注的重點是創(chuàng)新能力和復混配技術，二者直擊當下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當中的核心重點，“降本增效”。而不論是“降本”還是“增效”，產(chǎn)-學-研的三者聯(lián)動發(fā)展，提高科學技術的成果轉化率，都是促進農(nóng)業(yè)行業(yè)變革的主要手段和驅動力。
微生物制劑百億市場，產(chǎn)業(yè)發(fā)展未來可期
根據(jù)Agropages報告，全球微生物制劑市場的規(guī)模將從2017年的30.9億美元增至2022年的60.1億美元，復合年增長率為14.21%。至2025年全球微生物制劑市場價值將達到95億美金，復合年增長率為14.41%。
根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，在中國，2017年的微生物制劑行業(yè)市場規(guī)模達到51.38億元，2021年的微生物制劑行業(yè)市場規(guī)模達到73.4億元，年均復合增長率為9.3%。預測，2022年中國微生物制劑行業(yè)市場規(guī)模將達78.16億元。
全球市場的快速增長不僅受到逐年環(huán)境惡化、碳達峰和碳中和等因素的影響，還受到人們對食品安全和自身健康意識的增強所推動。相比于傳統(tǒng)的化學制劑，來源于自然的微生物制劑能盡最大的可能減少人類活動給環(huán)境所帶來的影響。
中國農(nóng)業(yè)迄今相繼經(jīng)歷傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、化學農(nóng)業(yè)、可持續(xù)農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)四個階段，無污染、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，減肥減藥、可持續(xù)發(fā)展、有機肥替代化肥計劃等頻頻出臺，意味著國家對農(nóng)業(yè)種植體系改革的重視和決心。無論是保護環(huán)境生態(tài)的需要還是政策導向，都預示著微生物制劑產(chǎn)業(yè)迎來爆發(fā)的機遇。就像農(nóng)業(yè)農(nóng)村部微生物肥料和食用菌質檢中心主任李俊說的“農(nóng)業(yè)離不開微生物，微生物的作用被嚴重忽視，誰先利用微生物，誰就會在未來農(nóng)業(yè)中占據(jù)先機?！?/p>