专题调研
2018年第15期:关于生物技术对我省黑土地保护的研究报告
2018年8月14日 点击 [545]


关于生物技术我省黑土地保护研究报告


省科顾委高新技术组


我省拥有1.56亿亩典型黑土区耕地目前我省黑土地的地力正逐步下降,污染也日益严重,影响了农业持续发展。黑土地的保护关系到国家粮食安全长远大计,是国家“十三五”规划纲要明确提出的重要生态工程。农业部2017年印发了《东北黑土地保护规划纲要(2017—2030年)》,是我省黑土地保护的重要指导性文件。同时,我省相继印发了《黑龙江省人民政府办公厅关于加强农业面源污染防治的实施意见》和《全省农业系统实施农业面源污染防治三年行动计划工作方案(2018-2020年)》省农委函461号的通知,充分体现了我省对黑土地保护的决心和信心。

进入21世纪以来,生物技术成为全球最为活跃的科技领域之一。以基因工程、细胞工程、酶工程和微生物工程为核心的生物技术成为解决资源短缺、环境污染、人类健康和可持续发展等问题的最有力手段。以现代生物技术为核心的生物农业,将成为保护我省黑土地资源,维护粮食安全的命脉所在。

根据农业部文件精神,结合我省黑土地实际情况,以生态学理论、生物菌肥、生物农药为切入点,通过调查研究提出“基于生物技术我省黑土地保护的研究报告

一、当前黑土地面临的问题及其原因分析

据监测,近60年来,东北黑土地耕作层土壤有机质含量平均下降1/3,部分地区下降1/2。目前,东北黑土区耕地的黑土层,平均厚度只有30厘米左右,比开垦之初减少了约40厘米,黑土地的退化现象严重。

(一)黑土地地力下降原因

1、养分流失随着地表径流的冲刷,土壤中的有机质、矿物质大量流失。风蚀也会带走黑土土壤,导致黑土层,也就是腐殖质层变薄,养分流失。养分流失后导致土壤微生物减少、盐碱化和板结,不适宜作物甚至是植物生长,作物或植物退化后,就难以固住水分和土壤,导致水土进一步流失,土壤养分也随之流失。形成恶性循环,直至土壤沙化。

2、过度开发长期以来粮食产量的压力和对经济效益的过度追求导致黑土地的透支。以往还会大量使用农家肥、有机肥来补充地力,保护有益的作物根系微生物。随着地力的透支,农家肥已经无法满足作物生长的需要,化肥被大量使用。秸秆被烧掉,不能像以前那样拿去喂牲畜,家畜粪便作为农家肥的来源又少了很多。大体经历阶段:农家肥为主、化肥为辅→农家肥、化肥各一半→化肥为主、农家肥为辅→单一化肥就导致土壤内矿物质和微生物大量消耗,黑土层变薄,土质变差,影响作物的生长。

3、缺乏规划尽管都是黑土地,但是不同地区的土质也不相同。此外还有纬度、温度、水量的不同,适宜种植的作物也不同。选择适宜的作物种植,能提高黑土地的产出,又不至于造成地力的透支,经济和生态可以双丰收。与此相悖的是,部分黑土地的使用并不是选择适宜种植的作物,而是选择经济效益高、产量高、易于耕种的作物这种方式会导致地力严重透支,消耗的土壤养分无法在短时间内得到补充,对黑土地只用不养,长期经济效益也无法得到保证。同样出于经济利益的驱使,轮作也常常被忽视部分黑土地为了经济利益常年种植一种作物,土地得不到休整,不用化肥的情况下产量连年下降,用化肥则导致土壤板结和污染,最终还是导致地力下降。

4、秸秆还田方法不当。当前我省很多地方由于秸秆还田的方法不当,引起一系列对黑土地的负面影响。秸秆还田量过大、颗粒过大或者不均匀,无法在短时间内分解并释放养分,起不到补充地力的效果,反倒影响了植物的正常生长,秸秆粉碎过细则会加大能耗,得不偿失。秸秆还田后,土壤变得过松,土壤空隙大小不均,大孔隙过多,导致种子不能正常发芽、扎根。容易发生病虫害。秸秆中的虫卵、有害菌等,会随着还田的秸秆留在土壤中,条件适宜时会发生病虫害。我省地处东北低温环境,冬季漫长,土壤微生物活力低,秸秆还田后腐熟效果不理想。以上问题如果得不到妥善的解决,秸秆还田不但起不到补充地力的效果,还会造成黑土地地力下降,影响农业生产。    

(二)土壤污染严重

1、化肥污染目前我国肥料利用率还很低,其中氮肥利用率为30%;磷肥利用率为20%;钾肥利用率为70%。农业生产过程中过量使用氮肥、磷肥、钾肥等化肥对土壤产生污染。造成土壤物理性质恶化,肥力下降,土壤板结,会使食物、饲料、水体中的有毒有害物质增加,影响人畜健康,反过来影响作物的经济效益。没有对土壤进行科学的分析,导致缺乏的营养物质得不到补充,不缺乏的营养物质添加到过量。这些做法造成了土壤的污染,资源的浪费。化肥本身不是最理想的肥料,它的使用存在很多问题:增加了土壤重金属,促进土壤酸化,引起土壤养分比例失调,导致植物中硝酸盐积累,降低土壤微生物活性, 长期偏施氮肥造成的土壤板结、盐渍化等现象十分普遍。这些问题都破坏了黑土地,导致了黑土地地力下降。

2、农药污染土壤中投入或排入超过土壤自净能力的农药,破坏土壤原有理化性质和微生物环境,导致土壤质量降低,影响土壤生产力。这些农药的主要来源是杀虫剂、杀菌剂、除草剂等。农药使用量的80%90%最终进入土壤,其中80%以上会残留在土壤020cm的表层土壤中。我省是农业大省,使用农药的量特别大,土壤受污染的程度也较为严重。大量使用农药影响植物生长和质量,进而影响经济效益;毒杀土壤中的有益生物,例如农药破坏根际微生物环境,破坏土壤生态环境;改变土壤的理化性质,导致重金属污染等,使土壤不适宜作物生长。

二、基于生物技术对我省黑土地保护的技术方法及其优势

(一)运用生物技术统筹规划土地使用利用生态学原理和生物技术方法对全省黑土地进行摸底调查。调查内容包括温度、光照、水文、土壤理化情况、土壤生物、土壤微生物等,选择适宜这些生长条件的同时又具有粮食价值或经济价值的作物种植。着重使用生物技术方法,对土壤微生物进行分离、鉴定,甚至对特别有益于植物生长的微生物要扩培,进行工厂化生产,作为生物菌肥施用到对应的农田中。对于一些对土壤要求不高的作物,则应避免使用黑土地资源来种植,可以使用其他土地,只要能够保证正常生长就可以,不需要浪费黑土地。

(二)生物菌肥的技术及其优势2011年在“全国种植业第十二五规划中要求肥料施用结构进一步优化”到2017年在“中央一号文件发布中强调推广耕地质量建设和化肥减量增效技术模式,开展土壤培肥改良与科学施肥服务”均体现出我国对减量化肥、推广生物肥料的趋势。一是生物菌肥绿色环保生物菌肥对土壤无伤害利用微生物培养得到的生物菌肥为生物材料,其不存在化学污染,能减少化学污染对土壤的伤害,对重金属有“解毒”作用,对农药污染具有抗逆性,对土壤有修复作用。生物菌肥生产过程对环境无污染,能耗小。生物菌肥的这些特点符合现代绿色、有机、环保的农业理念。二是生物菌肥促进农作物生长生物菌肥可代替化学肥料对农作物生长起促进作用;促进植物根系对磷、氮、矿物质的吸收,满足植物生长需求;与宿主植物共生,更利于植物生长,提高产量。三是提高作物抗性生物菌肥能够提高农作物抗逆性;调节寄主植物激素的合成和分配,可增强作物对土传病害的抗性;使植物体内自由水的比例提高70% 以上,增强植株的抗旱性;改善土壤营养结构和理化性质,更适合植物生长。四是策优势目前,国家大力推进统防统治、绿色防控、科学用药,减少农药的使用量,提高利用率(2015年颁布的《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长的行动方案》)。中共中央、国务院要求落实发展新理念加快农业现代化,实现全面小康,持续夯实现代农业基础,提高农业质量效益和竞争力,加强资源保护和生态修复,推动农业绿色发展(2016中央一号文件)。

(三)秸秆物腐熟剂技术及其优势。秸秆腐熟剂是由一群能将秸秆快速降解的微生物组成的菌剂,主要包括真菌、细菌和放线菌。利用微生物的分解代谢作用将秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素等成分转化为富含营养元素的简单化合物,使秸秆降解为腐殖质物质,进而增加土壤肥力。使用腐熟剂后,土壤中有机质、全氮、速效磷、速效钾、全磷、全钾含量及土壤孔隙度提高,土壤容重降低,下茬作物增产效果明显。

(四)生物农药技术及其优势生物农药是利用生物活体(真菌、细菌、昆虫病毒、转基因生物等)或其代谢产物(信息素、生长素、萘乙酸、2,4-D等)针对农业有害生物进行杀灭或抑制的制剂。一是安全无公害生物农药选择性强,只对病虫害有作用,对人畜和其他有益生物比较安全,对非靶标生物的影响也比较小,对生态环境影响小。二是可以利用农副产品生产生产生物农药的材料多为天然可再生资源,例如玉米、豆饼、鱼粉、麦麸、植物的根茎叶等,材料来源广泛,价格低廉,因此生产生物农药不会消耗不可再生资源。

三、目前基于生物技术对我省黑土地保护的现状

(一)我省生物肥料发展现状及存在的问题

1、发展现状近几年,我国有机类肥料及微生物肥料等新型肥料产业正在快速成长。目前微生物菌肥年产量900万吨,年产值150亿元,出口产品种类和数量也显著增加。通过多年的推广应用与科普宣传,农民对产品的认识也逐渐转变,对生物有机肥也有了正确的认识,对产品的需求逐渐加大。但是与化肥相比,应用面积上仍存在巨大差距,市场占有率还“微乎其微”。目前我省注册的生物有机肥企业共计64家,另外还有一些没有注册的厂家,估计我省总计生产生物有机肥、微生物肥的厂家7080家左右。

2、存在问题。一是生物肥料企业规模化程度低目前我省生物肥料已有生产企业60余家,理论生产能力可达20万吨以上,但实际能够形成生产规模, 达到自行研制和生产的企业仅为10家左右,实际年总产量不足5万吨,大部分企业年实际产量仅为几百吨或千吨左右。与化学肥料的生产企业相比,生物肥料生产企业规模普遍较小,我省的相关企业,除绥化庆东农科、晨环、绿丰公司等少数企业外,注册资金很少超过200万元,资金的匮乏使企业在激烈的市场竞争中举步维艰,发展缓慢。二是生产成本较高,技术附加值低由于生物菌肥企业原料几乎全部购买,包括腐殖酸、黏合剂、菌种等,加上能源价格不断上涨,致使生物菌肥的生产成本日益增加。现有的生物菌肥企业科技含量一般较低,质量保证措施少缺乏相应的科技支持专业人才队伍由于目前尚没有生物肥和有机肥生产设备的统一标准,各企业的生产设备千种百类,尤其是发酵、造粒、烘干、接种的设备不规范,严重影响了产品质量。三是企业缺乏创新能力,缺少龙头企业生物菌肥企业中普遍存在目光短浅,注重近期利益,创新意识和创新能力弱,缺乏近期和长的战略眼光,科技投入和科技支撑不足,科技人才匮乏。同时,缺乏领军企业和领军人物,产业内部缺乏合作,没有形成产业联盟。所有调研企业中,没有两家企业进行合作的例子,各自为政,沟通少。缺乏龙头企业在行业内部具有权威性的领军人物。与大学和科研院所有真正合作的厂家不多,我省目前无真正有实力的企业进入这个行业。四是市场不规范,产品质量不一现在生物菌肥的国家标准只是列出几个主要的指标,指标系统不完善。企业大小不一、技术水平不一、产品质量不一,产品类型繁多,以假乱真、以次充好的现象时有发生加上恶性竞争,致使市场严重混乱。

(二)我省秸秆腐熟剂发展现状及存在的问题

目前,我国秸秆腐熟剂的登记产品有40 个左右,这些产品多数是南方企业生产。由于我省由于地理位置偏北,气候寒冷,因此常规秸秆腐熟剂在低温环境下能够发挥作用的时间非常短,秸秆还田后腐熟效果不好,进而影响地力,影响作物生长。我省目前使用的腐熟剂通常为菌种单一,腐熟效果不理想,缺少适合我省生态特点的腐熟剂。

我省生物农药发展现状及存在的问题

1、发展现状我省从事微生物农药生产的企业和农药产品较少黑龙江省强尔生物科技开发股份有限公司是我省拥有微生物农药产品种类最多的一个企业,产品包括宁南霉素、淡紫拟青霉和枯草芽孢杆菌2015年产值达1.3亿。绥化农垦晨环生物科技有限责任公司和大庆志飞生物化工有限公司只有一种产品阿维菌素。由于微生物农药产品登记条件严格,只有农药定点企业才有资格申报,目前我省微生物农药产品主要从微生物肥角度进行研发和推广应用,有10多家小型企业获得枯草芽孢杆菌登记证,已在大豆、玉米等作物和番茄、黄瓜、甜瓜等蔬菜上推广应用。据企业介绍,我省在相关政策扶持方面落后于全国,造成生物农药企业发展速度难以提高。

2、存在问题。一是企业弱小,发展受到局限在我省有些地区生产生物农药的企业,基本是由民间自行发展而形成,缺乏宏观的产业指导与调控,政府宏观导向作用微弱,多数小型企业内部竞争激烈,不能形成整体合力。这既制约先进生产技术和现代设施的推广运用,也使生产中产品结构性矛盾日益突出。企业在利益驱动下,急功近利,生产规模急剧扩大,但产值并不高,忽略了在技术研发上的投资。二是费不足影响技术创新技术研发中存在对微生物农药研究项目投入重点不突出、经费少,项目分散等问题,以至于很难形成研发核力推动微生物农药的研发进程。在实际生产中存在企业与科研院所脱钩问题。目前我省微生物农药主要以枯草芽孢杆菌为主,缺乏技术支撑,产品良莠不齐。三是销体系不完善,竞争力不足我省生物农药开发和生产由于时间短等原因,在社会上还没有形成一定的影响力和知名度。多数企业还是以自产自销方式为主,营销方式单一、渠道不畅。没有建立健全的微生物肥与生物农药信息中心生产企业不能掌握全面的市场信息,许多只能凭经验、感觉进行生产。这就加大了生产的盲目性、风险性,总体上也增加了产品的成本,影响了市场竞争。

四、基于生物技术对我省黑土地保护的对策建议

(一)成立专门的管理服务机构

建议成立省黑土地保护管理服务机构。依据《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国矿产资源法》《中华人民共和国水土保持法》《中华人民共和国水污染防治法》《固体废物污染环境防治法》《土地管理法》《刑法》《基本农田保护条例》等法律法规开展管理服务工作,加强黑土地保护利用的宏观调控。主要工作内容是保护黑土地不被农牧业外的其他用途占用;依据国家出台的相关支持生物肥料、秸秆腐熟剂、生物农药的政策,结合我省实际情况,制定我省相关政策并通过行政手段予以落实;组织人力物力调查全省黑土地情况,统筹指导黑土地种植作物;增加生物菌肥、有机肥、秸秆腐熟剂、生物农药的使用比例,降低化肥、农药的使用比例;呼吁制定《土壤污染防治法》,并为此项立法提供依据。这一机构既有管理性质,就是依法依规对全省黑土地资源的利用具有强制力并行使这个权利,又有服务性质,从技术、信息、管理、生产、营销等方面对各级政府、企业、农户进行指导。

(二)成立专门技术支持机构并加强科技研发投入

    建议成立专门的应用生物技术保护黑土地的科研机构、科研协调机构或者专家团队。根据省农业生物资源情况和生物产业各领域发展阶段的特点,协助管理服务机构制定农业生物产业发展规划,明确发展思路与目标。合理部署基础性研究,针对保护黑土地工作中遇到的问题给予优先立项研究,并加大科技投入生物肥料研发重点包括:菌株的筛选和联合菌群的应用;生产条件的改善和生产工艺的改进;研发热点低碳生物肥产品秸秆腐熟剂研发重点包括:组成秸秆腐熟剂的复合微生物菌系在外界因素变化过程中各菌株的繁殖能力没有降低、产酶活性没有减弱复合菌系的秸秆分解功能没有退化,具有高稳定性;能够适应东北低温环境,在冬季也能保持正常生物活性,在春耕前将秸秆腐熟完毕。生物农药研发重点包括:生物农药稳定性技术研发;运用现代生物技术研发生物农药;生物农药加工新剂型及与化学农药复配、混用技术研发;生物农药综合应用技术研发;生物农药品种工业化生产的关键技术研发。

要加快建立一批与保护黑土地相关的生物技术领域的中试或工业性试验基地和工程研究中心,加快成果转化基地建设,以利于对现代生物技术重要成果进行后续的工程化研究、系统集成和技术的转移扩散。做好高技术研究和技术开发及成果转化工作,加速向现实生产力转化。

开展黑土地资源数据测量、收集、整理工作,为合理规划使用黑土地提供可参考的建议。对生物菌肥、秸秆腐熟剂、生物农药生产企业提供技术支持,对农户和养殖户提供技术指导,从整条产业链入手促进黑土地生产高效、绿色、有机、高品质、高收益。

(三)加强对生产企业的扶持力度

1.制定优惠政策充分发挥政府在生物技术农业产品生产基地建设中的统筹和导向作用,积极利用土地、税收、资金、人才、产业政策等引导企业和社会的多元化投资,促进农业生物技术产业的发展。加强生物菌肥加工企业原料基地,完善企业与农牧民之间利益连接机制。鼓励企业采用“企业+农场(合作社)”的形式,自己投资建立原料基地,或与农场(合作社)签订合同。生物菌肥、秸秆腐熟剂、生物农药应用于农业生产过程中,企业为农户提供产前、产中、产后服务,尤其是技术服务,使生物技术与农业纵向一体化程度不断加深。我省应适时出台促进我省生物菌肥、秸秆腐熟剂、生物农药产业发展的配套政策,主要包括:生物技术成果作无形资产参与项目投资的相关政策;生物技术企业新增投资项目的建设用地、土地出让金的有关政策;生物技术企业或高校、科研机构开发新产品或转化科技成果中试阶段的有关政策;新创办的生物技术企业的财政扶持政策;鼓励国内外企业、科研机构和个人创办生物技术孵化机构的有关政策;企业为开发新技术、研制新产品购置关键试制设备、测试仪器所发生的费用的有关政策。根据目前我省生物技术及产业发展情况,结合现有高新技术产业开发区和农业科技园区,可在有条件的地市选择技术力量比较雄厚、投资环境好并已有一定生物技术产业基础的地方分批建立一批省级现代生物技术产业园区并给予更为优惠的财政和税收扶持政策。

2.加大投资力度省财政要加大对保护黑土地相关的生物技术产业的直接投资。同时,充分发挥市场机制作用,逐步建立生物技术产业化风险投资基金,积极探索建立融资担保与风险投资结合的、以政府投入为引导、企业投入为主体的多元化投融资体系。多方设法从国内、国际金融市场筹措资金,一方面鼓励和帮助有条件的企业在境内外通过发行股票、债券直接融资,另一方面通过扩大宣传,改善投资环境,吸引世界知名公司来成我省投资。

3.加强对绿色农用产品经营的指导要指导和帮助企业打造品牌,提高综合竞争力。抓紧制定生产标准,强化精品意识,提高产品质量,扩大规模,增强市场竞争力。树立品牌意识,申报生物肥料、秸秆腐熟剂、生物农药产品注册商标,以保护产品品种和提高其知名度。对省生物菌肥、秸秆腐熟剂、生物农药整体形象进行策划、包装,加大宣传力度,扩大我省生物肥料、秸秆腐熟剂、生物农药的影响力,使企业获得更多的外在经济。要健全销售网络,加快市场建设。通过“绿博会”等活动促进生物菌肥、秸秆腐熟剂、生物农药成果交易不断扩大其影响,有效地发挥其专业市场的窗口作用和交易功能。建立交易集散场所,形成以市场为龙头,以绿色农场(园、所、公司)为基础,以农民为主力的有特色的市场,为供需双方提供方便。重视网络市场的建设,建立生物菌肥、秸秆腐熟剂、生物农药交易网站,及时掌握国际国内市场的产销信息,为生产和流通企业提供供求信息,市场趋势分析,拓宽销售渠道。加强中介组织建设,有效发挥协会、专业合作协调和引导沟通桥梁作用作为目前生物菌肥、秸秆腐熟剂、生物农药销售主要渠道

(四)加强对农业生产经营的指导

建议省政府有关部门对黑土地进行合理规划,统筹经营。要指导特定的土地种植特定的作物,引导各层次生物技术人才做专业的事。以制度创新为前提,对分散的科研、生产、销售、人才进行整合,消除相互封锁和重复研究,实现资源共享和综合利用,推进“产学研结合”和“工贸一体化”,延伸产品链和产业链,打造生物农业基地和产业集群。还要从法律法规、技术、加工等方面加强对农民耕种的指导确保农民保护黑土地产出高质量的农产品,高质量的农产品带来高收益,农民能够获得良好的经济效益,尝到保护黑土地的甜头,这样农民才会有应用生物技术保护黑土地的动力,形成良性循环。

作者:宋福强 黑龙江大学教授

                                     

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