全 文 ：第 l0卷 第 3期
2 0 0 2年 9月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese journal of Eco—Agriculture
、 ol l0 No．3
Sept．， 2002
浅谈微生物农业
吕爱清 刘桂 华
(江西 宜 春学 院 农学 院 宜 春 336000)
摘 要 阐述 了微生 物农 业 的理论 依据 如 营养结 构 原理 、生 态 位辱理 、食 物链 加 环 辱 理 和 墒增 厚 理 等 ，分析 了微 生
物 农业 的 应 前 景 ，并 提 出培 育 生物量 资源 、应 嗣微 生物技 术 、实现 资 源综 合利 累及 进 新 物 种 、开 发 生 态 位 、增 加
多功 能环 、提 高 系统 生 产力 的对 策：
关键 词 微 生物 农 业 生 态位 多功 能环
Analysis of microbial agriculture L Ai—Qing，LIU Gui—Hua(Colege of Agronomy，Yichun University，Yichun 336000)，
( EA，2002，l0(3)：l39～l4l
Abstract In tI1is thesis the authors illustrate the theorctica1 basis for m icrobiaI agriculture such as nutrient structure the—
ory，niche theory，link adding theory of foodchain，and entropy～increasing theory；analyze the application prospect of m i
crohial agriculture：and put forward )me strategies about cultivating biomass re~mrces，the application of microbial techn—
elegies．the comprehensive utilization of resources and introducti()n of new species，exploitation of niche，the adding of
multi—function links，and improvement of the productivity of the system ．
Kev words Microbia1 agriculture，Niche，M ulti—function links
农业 实现 战略调 整之一必须将 由植物 、动物资 源组成 的“二维结 构 ”传统农 业 调 整为植 物 、动 物 、微生 物
资源组成的“三维结构”新型农业 而微生物农业是微生物资源产业化的工业型农业，是具有高科技生物工
程 内涵 的“发酵工 程”和“酶 工程”，有人将 其形象称为 “白色农 业 ”。
l 微生物农业的理论依据
1．1 营 养 结构 原理
农 业的本质是 开发利用生 物资源 ，农业 生 态系统 中植 物是 生产 者 ，可 以利用 环境 中的无 机物 合成 有 机
物 ，把太 阳能第一 次以生物化学能方式 固定 到生 态系统 中 ，为人类 提供植 物性 食 品；动物是 消费者 ，以生产者
的产 品为最初食 物来源 ，通 过 自身的转 化 ，生 产营养 丰富 、经 济价值高 的产品如奶 、肉 、蛋 、皮毛等 ；微生物 (细
菌 、真菌 、放线菌 等)是分 解者 ，以动植物残 体及其他有 机物 为食 ，使 构成有 机成 分 的元素 和贮备 的 能量通 过
分 解作 用 又释放 到周 围环境 中去 ，同时将人类不 能直接利用 的物质转 变为可利用 的产 品，能富集分散 的营养
物 质 ．并进 行转化 和浓缩 ：该 3大功能类群 以食物营养 关系组 成 的食物链 、食物 网 是生态 系统 的营养 结构 ，
它是 农业生态 系统 中物 质循 环 、能量 流动和信息 传递 的主要 路径 ，形成地球 生物 圈的 良性 循环 ，生生不息 ，有
利 于资源 的永续 利用 、营养结 构是微 生物农 业 的基 础 ，发展 微生物农 业 就是将 微生 物在 农业 生态 系统 中 的
被 动 、隐性 作用 主动化 、显性 化 ，如南方 的鸡一猪一沼一鱼模式 。
1．2 生 态位 原理
生态 位是 生物在完 成其 正常生 活周期时所表现 的对环境综 合适应 特性 ，根 据高斯 扩展理 论 ，群落是生态
位分化 了的系统 ，种群之问趋 向于相互 补充 ，往往 种群 间具 有 正 效应 的联 合 ，这 种效 应 通常 称 为互利 共 生
互利 共生是能直接 进行物 质交流 的一种相互 关系 ，常出现在生活需 求极 不相 同 的生 物之间 ，如牛 胃中的微 生
物 (细菌和纤 毛虫 )与牛共生 ，微生物分 解稻草 中的纤 维素 ，生 成各 种有机 酸供 牛吸 收 ，同时 微生 物又 是牛 的
生 物蛋 白质饲料 。该种共生 的代谢 同盟可 发生在体 外 ，可根据此 现 象 ，应用微 生 物技术 培养 优势 菌 ，将 质量
低劣 且适 口性差 的秸 秆通过 微生 物发酵转 化为营养 丰富 、适 口性 好 的优 质饲料 。又 如豆科 作物 和根 瘤菌 共
生形成的根瘤 ，真菌与高等植物根系共生形成的菌根，对开展生物固 N、改善植物生长环境均具有广阔前景：
自然 界的生态位 有现实生 态位 和潜在生 态位 ，利用 这一原理 可充分利 用农业生 物的潜在生 态位 ，调整农业产
收 稿 日期 ：2001—12-20 改 回 日期 ：2002—02—26
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14() 中 国 生 态 农 业 学 报 第 10卷
业结构 ，改善农业 生物 的生 长环境 ，充分利用潜在 的 农业 资源 ，如 福建 省仙 游县 0．87万 hm 甘蔗地 中 90％
采用立体结构 ，利用甘蔗生长前期行间空隙问种蔬菜和豆类，利用后期行间的荫蔽环境栽培食用菌
， 获得 较
好 的经 济效益 。
1．3 食物链加环原理
根据能量流动原则 ，系统的食物链越简单其净生产量就越高，在高度受人为控制和影响的农业生态系统
中人们 对生物 与环境 的调控 及产 品的期望 不同 ，在向系统 外输 出净生产 量 的过程 中增 加一 些食 物链 环节 反
而能提高产品和系统的综合效益。在农业生态系统中约 80％是不能直接供人类利用 的初级产品，大部分是
第二 、第 三级 生产者 的资 源 ，在加 入环节后 能转化成人类直 接需要 的产品 ，这种加环 主要 是引入侧链 ，充分 利
用“废弃物”如秸秆 、糠麸 、饼粕 、粪便等 ，通过相 应的有较 好转 化功 能的生 物类群 予 以转化 ，其结果 能量 的有
效转化不是按1／10递减，而是在1／10基础上增加，如水稻 旦 食用菌 堕 牛 蚯蚓食物链
。 据测 算 ，其
中 30 c)／n经 新环节转化 ，可生 产出等于 系统净 生产量 3％左右 的产品 ，使 整个系统 产 出的人类 直接需要 的产 品
提高到 23t}6以上 。由于人工生态 系统形成 的食 物链 产生多级 性的有效 物质循 环 与转化 ，这 种转化具 有系 统
论 的“非加 和性 ”特 点 ，从而突破 了“Lindeman十分之一 定律”的局 限。
1．4 熵增原理
熵 是一 个热力学 函数 ，是对 系统 无序程度 的一种度量 ，热力 学第 二定 律可表 述为 熵定 律“一切 自发 过 程
总是沿 着熵增加 的方 向进行 ”，根 据该定 律在孤立 系统 中系统 的熵 值总 是 由小 变大 ，系统 的状态永 远是 自发
地 由有 序趋 向无序 ，直 到系统 熵值最 大或无序 程度最 大 的热力 学平衡状态 为止 ，即熵增原理 。农业生态 系统
是一 个人工调控 的开放系统 ，农业 资源一经使用 熵就必 定“增大 ”，变成 熵大 的废物 和废 热 ，这些 废弃 物将 占
据大量 的堆放 空间 ，有 时还会导致 环境 污染 。但农 业生态 系统 中第一 、第 二级 生产 者产 生 的废物 、废 热在 很
大程 度上又是微生 物的重要 物质 、能量 来源 ，实现 了熵 的排 放和物 质循环 ，如 以食用 菌 、沼气 为纽带的生 态模
式是最 好的典范 ，因此微 生物农业将最 大限度地 从外界 引入 负熵 ，加强 物质 的循 环 利用 ，确 保农业 生 态系统
在实现物质 和能量的最 大耗散时 ，又不断 向外 界输 出熵流 ，以减 少总熵 的增加 ，保持 系统 的有序结 构 ，以利于
农业 的可持续 发展 。
2 微生物农业的开发前景
2．1 食用菌与单细胞蛋白
食用菌 营养丰富 ，味道鲜美 ，蛋 白质含 量 高 (占干物 质量 的 24％ ～44％)，低 脂 肪 (占干物 质量 的 2％ ～
8％)，含人体必须 的氨基酸约 17～l8种 ，并 含有人体必 须 的维 生素 、微 量元 素 、多种 抗 生素 、核 苷酸 、多糖 等
物质 ，被人们誉为 “健康食 品”，是 人类 的“第 三类食 品”(菌类性食 品)。据统 计 ，全世 界可 供食 用或兼 药用 的
菌类有 600多种 ，能进行人工 栽培 的仅 占 1／10，而 能用 于实 际规模 生产 的仅 15～16种 ，生产 总量 已超过 200
万 t／年 ，且每年 以 l0％的速度增 长 ，我 国食用菌 年生 产量 达 25万 t，是世 界 上食用 菌 生产大 国 ，但 年人 均消
费食用菌仅 为 0．15kg，仅 占我 国香港地 区人 均消费量 的 1／10，占发达 国家 的 1／5左 右 ，食用 菌 的研究 和生产
潜力很 大。单细胞蛋 白是 由天然 的或在某些培养 基上培养细 菌 、酵母 菌和 藻类 等微生物 而获得 ，可作为人类
及动物 食物 的微生物 细胞物 质 ，它生 长繁 殖迅速 ，某些微 生物生长 时间只需 20min至 2h，具 有 相 当高 的蛋 白
质 含量 (含粗 蛋 白 40％ ～80％)，氨基 酸配 比优 良 ，并 含较 多的维 生素等 营养 成分 ，可进 行工 厂化生 产 ，不受
气候 季节 的影响。据报 道 ，利 用单 细 胞工 程 菌 ，每 100kg蔗 渣 可产 蛋 白质 13kg，相 当 于 170kg大米 的蛋 白
质 ，利用微生物 发酵生产单 细胞蛋 白饲料 已成为 国际新 兴产业 ，l座 年产 l0万 t单 细胞蛋 白的工厂能生产 相
当于 12万 hm 耕地生产 的大豆 蛋 白。
2．2 生物防治与生物肥料
生 物防治作为有 害生物综合 治理体 系的组分具有 特殊 的重要性 ，同时 生物 防治 又具有 无污 染 、无 公害 、
长效等特 点 ，在 今后 的农作 物病虫害 防治 中必 将发 挥重 要作 用 ，利 用 有益 微 生物 防治 作 物病 害 的研究 已很
多 ，孔 建等人 从苹果 园中分离到枯 草芽孢杆菌 的 l株强拮抗 菌 ，研 究认为该菌 株产生 的抗 菌物质对镰刀 菌等
l2种 病原真菌有抑 制作用 。Pseudomonas属细菌能在 植物 根际 土壤 中大量繁 殖 ，许 多菌 株对 植物有 抑制 病
害 ，促进 生长 的作用 ，向土壤 中大量 引进 广谱拮抗 菌木霉属 Trichoderma，可排挤 、钝化病 原繁殖体 ，减少 其数
量 ，阻滞病害 的发 展。昆虫病原 真菌是昆虫病 原微生物 中的最大族群且 寄主范 围较 广 ，刘 显达等人从病 死 的
红胸 叶虫中分离 出 1种黑 僵菌 MA一1，发现 MA—l的 1500个／mL孢 子 浓度 接种 时 对 幼虫 仍 有 47％的致死
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第 3期 吕爱清 等 ：浅 谈微 生 物 农业 l41
率，对蛹有 60％致死率。菌根是土壤真菌谁 物根系形成的共生体，能增强吸收能力 ，改善植物生长，提高植
株的抗逆 能力和耐受能 力等 。为逐 步取代化学肥 料 ，人 们 已开 始利用生 物技 术开发 “生物肥 料”，目前 主要研
究生物 固 ，用微 生物提高肥 力等 ，如 1990年 日本来福 公 司开 发 1种生 物肥料 ，该肥料是在 鸡粪和各种植 物
抽 出液 中加入 90种 以上 的细 菌群发酵菌 ，经过 发酵而制成 。科学 家还在研究 培育 1种能使 难溶性磷酸 钙转
变为易溶性磷酸盐的微生物，使土壤 中 P能更好地供作物生长。研究表明，光合细菌制剂一旦喷施于植物
叶面 ，即在为植 物提供“叶面施肥 ”时其 自身大量 繁殖 ，而光合 菌 的大量 繁殖 又为 植物更 多地 提供 “叶面肥 ”，
并可起 到维生素强化 剂 的作用 ，有利 于提高作物 品质 ，同时兼具 杀灭导致作 物病害 的细菌 作用 。
3 发展微生物农业的对策
发展微生物农业的对策一是培育生物量资源 ，运用微生物技术 ，实现资源的综合利用 。生物量资源广义
可理 解为起源 生物(主要 为植物 )的一切 可利用 的资 源 ，充分 利用生 物量 资源 ，可 大力 节省 其他 资源 和能源 ，
且 能把不可更新 的资源转 变为可更新 资源 ，世界 各国正积 极地开发利用 生物 资源 ，以替 代化石资 源。现 尚未
被利用 的林木 、采伐剩余 物 、木材加工剩余 物 、农 产品残 留物 、食 品工业加工 剩余物及家 畜粪尿等 生物 量资源
约 占总量 的 l／3～1／2，造成极 大的浪费和环境 污染 ，我 国仅农 作物秸秆年 产 6亿 t以上 ，如利用 其 中 2亿 t秸
秆 经微生物转 化为发酵饲 料 ，即能节 省饲料 粮食 800亿 kg，相 当于我 国年用 饲料粮 的 1／2以上 ，说 明资源综
合利 用 的潜力 巨大 。二是 引进新物种 ，开发 生态位 ，增加 多功 能环 ，提高 系统 生产 力 。农 业生 态 系统被 人为
控制 在演替早期 ，其 生态位分化不 完全 ，存在大量 的潜 在生态 位 ，为 系统 中新 物种 引进 提供 了条件 。食用 菌
和沼池 中的产酸 、产 气微生物 引入食物链后 具有多种功 能 ，食 用菌既 生产 各种菇类 食品 ，又生产菌糠饲 料(提
高 了蛋 白质含量和利用率 )；沼气池既产 生 沼气 ，以沼 气作燃 料 可使 热效 率提 高 到 30％ ～40％ ，同时 又较好
地保存 了有 机质和各种 养分 ，使 沼渣沼液 成为农作物速 缓兼备 的有机肥 料 ，且避 免 了 N素损失 。
参 考 文 献
1 黄文 秀等 农 业 自然资 源 北 京 ：科 学 出版社 ，1998 30～139
2 沈亨理 等 农 业生 态学 北京 ：中 国农业 出版 社 ，1996
3 刘 胜 祥等 植 物 资源学 武汉 ：武 汉 出版社 ，1994 85～88
4 包建 中 中国 的“三 色农 业” 世 界农 业 ，1998(9)：48
5 李宏 科等 秸抗 微生物 的开发 与利 用 世 界农 业 ，1998(8)：28
6 刘 素萍等 农 作物病 虫害 生物 防治 的研 究进 展 世 界农 业 ，1998(12)：12
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