微生物與可持續(xù)發(fā)展

微生物與可持續(xù)發(fā)展第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二

20世紀以來,隨著科學技術和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展,人類社會也面臨著諸如人口劇增、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等一系列問題,人類社會的發(fā)展應注重人口、經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源相互協(xié)調(diào),走既能滿足當代人的需求、又對后代人的發(fā)展不構成威脅的可持續(xù)發(fā)展的道路。中國是一個發(fā)展中國家,正面臨著發(fā)展經(jīng)濟和保護環(huán)境的雙重任務,走可持續(xù)發(fā)展道路是中國的必然選擇。而農(nóng)業(yè)是中國國民經(jīng)濟的基礎,農(nóng)業(yè)作為解決人類貧困與溫飽的基礎性產(chǎn)業(yè),其以直接利用自然資源進行生產(chǎn),與自然環(huán)境密切相關,它既受環(huán)境的影響,又會對環(huán)境本身帶來影響,是可持續(xù)發(fā)展的核心。第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展就是要管理、保護、合理利用土地、水、植物和動物等資源,并不斷地調(diào)整技術和機構體制(包括生產(chǎn)關系、經(jīng)營方式與耕作制度等),以確保滿足當代人及后代人的永續(xù)利用,應是技術上適當、經(jīng)濟上可行、社會能夠接受的一種發(fā)展形式。農(nóng)村是中國社會發(fā)展的主體,農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展又是中國經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的根本保證。第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二我國走農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路的必要性微生物資源在農(nóng)業(yè)中的利用發(fā)掘微生物資源，發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的途徑

第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的主要矛盾：發(fā)展與環(huán)境的矛盾

我國傳統(tǒng)的經(jīng)濟的發(fā)展模式是屬于“高消耗、高投入、高污染”自然資源的過渡消耗和生態(tài)平衡的破壞第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的弊端：對自然資源的掠奪開發(fā),使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所依賴的生態(tài)環(huán)境日趨惡化,從根本上約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)和穩(wěn)定發(fā)展;污染了環(huán)境又威脅著人類的健康和安全,環(huán)境形勢十分嚴峻。

因此,我國農(nóng)業(yè)發(fā)展必須選擇資源永續(xù)利用的途徑和方式,既要充分有效地利用資源,又要節(jié)約、保護和合理利用資源,只有大力發(fā)展中國式的可持續(xù)的生態(tài)農(nóng)業(yè),才能有效地解決這一矛盾。第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二

微生物資源是指可培養(yǎng)的、有一定科學意義或?qū)嵱脙r值的細菌、真菌、病毒、細胞株及其相關的信息資料。為了解決人口與食物,能源和資源,環(huán)境與健康等重大問題,許多發(fā)達國家都把微生物資源的收集、保存和利用作為產(chǎn)業(yè)競爭的一個重要因素。我國地域遼闊,自然生態(tài)復雜,有著多種多樣微生物賴以生存的條件,是世界上微生物資源最豐富的國家之一。我國農(nóng)業(yè)實現(xiàn)戰(zhàn)略調(diào)整之一必須將由植物、動物資源組成的“二維結構”傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)調(diào)整為植物、動物、微生物資源組成的“三維結構”新型農(nóng)業(yè)。第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二而微生物農(nóng)業(yè)是微生物資源產(chǎn)業(yè)化的工業(yè)型農(nóng)業(yè)，是具有高科技生物工程內(nèi)涵的“發(fā)酵工程”和“酶工程”，有人將其形象稱為“白色農(nóng)業(yè)”。

第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.1微生物在農(nóng)作物種植業(yè)中的應用食用菌微生物菌劑微生物肥料微生物農(nóng)藥第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二食用菌與單細胞蛋白

食用菌營養(yǎng)豐富，味道鮮美，蛋白質(zhì)含量高，脂肪低，含人體必須的氨基酸約17~18種，并含有人體必須的維生素和微量元素及多種抗生素、核苷酸、多糖等物質(zhì)，被人們譽為“健康食品”，是人類的“第三食品”。據(jù)統(tǒng)計，全世界可供食用或兼并藥用的菌類有600多種，能進行人工栽培的僅占1/10，而能用于實際規(guī)模生產(chǎn)的僅15~16種，生產(chǎn)總量已超過200萬噸/年，且每年以10%的速度增長，我國食用第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二食用菌與單細胞蛋白菌年生產(chǎn)量達25萬噸，是世界上食用菌生產(chǎn)大國，但年人均消費食用菌僅為0.15kg，僅占香港地區(qū)人均消費量的1/10，占發(fā)達國家人均消費量1/5左右，食用菌的研究和生產(chǎn)潛力非常大。細胞蛋白是由天然的或在某些培養(yǎng)基上培養(yǎng)細菌、酵母菌和藻類等微生物而獲得可作為人類及動物食物的微生物細胞物質(zhì)。它生長繁殖迅速，某些微生物生長時間只需20min至2h，具有相當高的蛋白質(zhì)含量（含粗蛋白40%~80%），氨基酸配比優(yōu)良，第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二食用菌與單細胞蛋白并含較多的維生素等營養(yǎng)成分。可進行工廠化生產(chǎn)，不受氣候季節(jié)的影響。據(jù)報道，利用單細胞工程菌，每100kg蔗糖可產(chǎn)蛋白質(zhì)13kg，相當于170kg大米的蛋白質(zhì)，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)單細胞蛋白飼料已成為國際新興產(chǎn)業(yè)。1座年產(chǎn)10萬噸單細胞的工廠能生產(chǎn)相當于12萬hm2耕地生產(chǎn)的大豆蛋白。第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二微生物菌劑及微生物肥料

微生物菌劑豆科根瘤菌劑固氮菌劑磷細菌菌劑硅酸鹽細菌菌劑其它芽孢桿菌菌劑第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二微生物菌劑及微生物肥料

復合微生物肥料指的是含有一定比例微生物菌劑的有機肥與無機肥復合的肥料。微生物菌劑及復合微生物肥料的推廣應用,可以減少化學肥料的使用量,使長期大量使用化肥造成的污染有可能得到緩解。同時還有利于綠色食品、無公害食品的生產(chǎn)。第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二生物有機肥料(又稱:發(fā)酵有機肥料)指的是畜禽糞便和秸稈等有機固體廢物經(jīng)有益微生物發(fā)酵、腐熟和除臭后生產(chǎn)而成的一種有機肥料。這種肥料含有豐富的有機質(zhì)和一定量的N.P.K營養(yǎng)元素。其N.P.K元素的含量因原料及比例不同而有差異。例如70%的鮮雞糞與25%秸稈混合發(fā)酵生產(chǎn)的生物有機肥,其N.P.K總量為3%-4%。這種有機肥料還可以做為無土栽培基質(zhì)使用。微生物菌劑及復合微生物肥料

第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二生物農(nóng)藥

生物農(nóng)藥指的是用微生物生產(chǎn)的用于植物病蟲草害防治的活菌制劑或微生物代謝產(chǎn)物制劑。例如:Bt菌劑、白僵菌菌劑,綠僵菌菌劑是常見的活菌制劑;井崗霉素和阿維菌素是農(nóng)用抗菌素。生物農(nóng)藥的應用可減少化學農(nóng)藥的使用,減少化學農(nóng)藥對農(nóng)產(chǎn)品及環(huán)境的污染,有利于綠色食品、安全食品的生產(chǎn)。第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.2微生物在畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的應用微生物制品飼用微生物添加劑動物微生態(tài)制劑飼料酶養(yǎng)殖水質(zhì)凈化劑生物獸藥第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.3微生物在生態(tài)環(huán)境保護中的應用有機固體廢物處理

退耕還林還草生態(tài)工程中的生物固氮第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二生態(tài)環(huán)境保護是當今世界各國都要面對的問題。為了更加有效地處理有機固體廢物和處理污水,大家都在探索和采用新技術,新方法。處理有機固體廢物常用的方法有填埋、焚燒和堆肥等。從環(huán)保角度看,這些處理方法都有不足之處。例如:采用填埋方法處理固體有機廢物不僅占地,而且往往會造成地下水的污染,地下水體一旦被污染則是無法挽救的;堆肥化處理有機固體廢物則由于除臭不徹底,難于實現(xiàn)有機肥料的商品化生產(chǎn);有機固體廢物的焚燒會造成嚴重的空氣污染,所以許多地方的秸稈焚燒已被禁止。第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二近年來,我國已有一些企業(yè)用微生物發(fā)酵劑處理雞糞獲得成功。雞糞與農(nóng)作物秸稈混合后加入微生物發(fā)酵劑,經(jīng)7-10天發(fā)酵后成為基本腐熟和無惡臭的有機肥料。這是一項沒有二次污染的有機固體廢物處理技術。已有許多實驗證實,由多種微生物組成的發(fā)酵劑,可以用于畜禽糞便、有機垃圾、農(nóng)作物秸稈、甘蔗渣、污水廠污泥、糖廠濾泥、淀粉廠污水的處理。

第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二我國西部退耕還林還草是一項長期的生態(tài)建設工程,在還林還草過程中將大面積播種豆科牧草和豆科灌木。眾所周知,“氮”缺乏常常是大面積豆科牧草草場及豆科灌木林面臨的大問題。豆科牧草和豆科灌木播種時接種根瘤菌,可以使植株從共生固氮中獲得生長所需的氮素,可以提高成苗率和植被的蓋度。其中苜蓿、三葉草、沙打旺、錦雞兒、胡枝子、巖黃芪、紅豆草、小冠花、柱花草、銀合歡等菌種已在國內(nèi)大面積應用,累計面積超過133.3萬公頃。生產(chǎn)實踐證明,我國的根瘤菌資源在退化草地改良和水土流失治理中有良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二農(nóng)業(yè)的本質(zhì)是開發(fā)利用生物資源。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中,植物是生產(chǎn)者,可以利用環(huán)境中的無機物合成有機物,把太陽能第一次以生物能方式固定到生態(tài)系統(tǒng)中,為人類提供植物性食品;動物是消費者,以生產(chǎn)者的產(chǎn)品為最初食物來源,通過自身的轉(zhuǎn)化,可以生產(chǎn)營養(yǎng)豐富、經(jīng)濟價值高的產(chǎn)品—奶、肉、蛋、皮毛等;微生物是分解者,利用動植物殘體及其他有機物為食,使構成有機成分的元素和貯備的能量通過分解作用又釋放到周圍環(huán)境中去;同時能將人類不能直接利用的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫漠a(chǎn)品,能夠富集分散3.1遵循營養(yǎng)結構原理,實現(xiàn)資源永續(xù)利用第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二的營養(yǎng)物質(zhì),并進行轉(zhuǎn)化和濃縮。該三大功能類群以食物營養(yǎng)關系所組成的食物鏈、食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構,如：草菌糠糞蛋白飼料第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二它是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞的主要路徑,是微生物農(nóng)業(yè)的基礎,發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)就是將微生物在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的被動、隱性作用主動化、顯性化,從而形成地球生物圈的良性循環(huán),生生不息,有利于資源的永續(xù)利用。第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二根據(jù)能量流動的原則,系統(tǒng)的食物鏈越簡單,它的凈生產(chǎn)量就越高;但是,在高度受人控制和影響的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中,由于人們對生物和環(huán)境的調(diào)控及產(chǎn)品的期望不同,往往在向系統(tǒng)外輸出凈生產(chǎn)量的過程中增加一些食物鏈環(huán)節(jié),反而能提高產(chǎn)品和系統(tǒng)的綜合效益。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中約占80%的不能供人類直接利用的初級產(chǎn)品,大部分是第二、第三級生產(chǎn)者的資源,在加入環(huán)節(jié)后能轉(zhuǎn)化成人類直接需要的產(chǎn)品。這種加環(huán)主要是引入側鏈,充分利用“廢棄物”—秸稈、糠麩、餅粕、糞便等,即“十分之一”以外的部分,通3.2遵循食物鏈加環(huán)原理,實現(xiàn)資源的高效利用第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二過相應的有較好轉(zhuǎn)化功能的生物類群,予以轉(zhuǎn)化,其結果能量的有效轉(zhuǎn)化不是按十分之一遞減,而是在“十分之一”的基礎上增加,據(jù)測算,其中30%經(jīng)新環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化,可以生產(chǎn)出等于系統(tǒng)凈生產(chǎn)量3%左右的產(chǎn)品,使整個系統(tǒng)產(chǎn)出的人類直接需要的產(chǎn)品提高到23%以上。第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二熵是一個熱力學函數(shù),是對系統(tǒng)無序程度的一種度量。熱力學第二定律可表述為熵定律:“一切自發(fā)過程總是沿著熵增加的方向進行”。根據(jù)這一定律,在孤立系統(tǒng)中,系統(tǒng)的熵值總是由小變大,系統(tǒng)的狀態(tài)永遠是自發(fā)地由有序趨向無序,直到系統(tǒng)熵值最大或無序程度最大的熱力學平衡狀態(tài)為止,即熵增原理。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一個人工調(diào)控的開放系統(tǒng),雖然農(nóng)業(yè)資源一經(jīng)使用,熵就必定“增大”,變成熵大的廢物和廢熱,這些廢棄物將占據(jù)大量的堆放空間,有時還會導致環(huán)境污染。但農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)第一、第二級生產(chǎn)

3.3遵循熵增原理,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二者通過一定的技術、工藝又使產(chǎn)生的廢物、廢熱在很大程度上變成微生物利用的重要物質(zhì)、能量來源,實現(xiàn)了熵的排放和物質(zhì)循環(huán)。因此,微生物農(nóng)業(yè)將最大限度地從外界引入負熵,加強物質(zhì)的循環(huán)利用,確保農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在實現(xiàn)物質(zhì)和能量的最大耗散時,又不斷向外界輸出熵流,以減少總熵的增加,保持系統(tǒng)的有序結構,以利農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二綜上所述,微生物農(nóng)業(yè)是遵循生態(tài)學原理,利用微生物—分解者的作用,