氮作为植物必需的大量营养元素，农业生产需要向作物提供足量的此类营养。然而我国农业长期过度使用化肥，氮肥利用率低（仅为25%-40%）。生产氮肥使用的化学方法需要高温、高压等非常苛刻的条件，因此浪费了大量原料和能源。未被吸收的化肥造成土壤盐化、酸化，破坏土壤有益微生物菌群，土壤活性下降。而生物肥料在为作物提供营养的同时，还可增加土壤有机质，改良土壤结构，改善根际有益菌。生物肥料替代化肥是农业可持续发展的必然选择。
就全球范围来看，生物肥料市场份额的75%被固氮菌肥料占有，溶磷菌肥占15%，其余为溶钾/锌菌肥等（数据来源：Grand View Research，2015年）。固氮菌肥（或称“固氮菌剂”）占有的生物肥料市场份额最大，而这其中最常用的是根瘤菌，此类固氮菌也是生物肥料中使用最早，在全球应用最为广泛，应用效果最稳定的菌种。2017年，全球根瘤菌类生物肥料市场价值为2.337亿美元，预计2018-2023年期间的年复合增长率将达到8%（数据来源：Mordor Intelligence）。
根瘤菌剂在我国的研究应用
我国根瘤菌剂的研究、生产和应用已有80多年的历史。最初的研究应用是针对大豆和花生的根瘤菌剂。50—60年代期间，根瘤菌剂成为了应用最为广泛的微生物肥料，其中大豆、花生、紫云英及豆科牧草的接种面积较大，增产效果明显。根瘤菌与豆科植物的共生固氮量居各类生物固氮体系之首。作物的种子用根瘤菌拌种，使其表面附着大量根瘤菌，种子在播种后，生根时根系分泌物能刺激根瘤菌大量繁殖，通过根毛进入根内，经过一系列生理变化形成根瘤，菌体在根瘤内借助固氮酶固氮。豆科根瘤菌固定的氮素大部分可为植物吸收利用，豆科作物借此获得的氮素约占其所需氮素的 30%～80%。大豆接种根瘤菌每公顷可增产大豆 225～300kg。根瘤菌在其他作物上也有增产效果，例如花生根瘤菌可使花生增产10%～50%，紫云英根瘤菌在未种植过紫云英的地区应用可使产草量成倍增长（数据来源：普华有策）。在保证作物产量稳步增长的同时，产品品质也有所提高。目前，根瘤菌肥在我国应用的经济效益非常好，投入与产出之比在1:10-20以上。
阻碍根瘤菌剂推广因素和突破方向
我国豆科作物根瘤菌接种面积仅占播种面积的1-3%。目前从研发到市场，一些问题正制约着行业的发展。
1）产业链上游研发端：施加氮肥后，根瘤菌在富含氮元素的土壤中会停止固氮；土著根瘤菌会与接种根瘤菌竞争结瘤；根瘤菌若要充分发挥功效，菌种还需要与土壤条件、豆科植物品种相匹配；此外，菌剂保质时间短，纯度不够，活菌数不足也是影响产品推广的重要因素。因此，研究如何提高根瘤菌剂抗氮肥阻碍的能力，增强与其他根瘤菌的竞争力，选育出对环境适应力强，宿主作物种类多样的根瘤菌种，并提高产品纯度和活菌数，即为新菌剂的大范围推广创造先决条件。
2）产业链下游应用端：大多数的农户只对化肥熟悉，认准化肥，而对土壤结构和菌剂知之甚少；由于菌剂的宣传不接地气，农民不理解菌剂相关的各种概念；对不熟悉的产品，农民往往缺乏信任。因此需要为农民开展技术培训，普及知识；生产商和销售商可充分利用互联网和媒体职能，扩大对产品技术的宣传；此外，向农民展示菌剂实实在在的应用效果，获取农民对产品的信任也非常关键；为农民开展服务指导工作，帮助其正确使用产品，使产品发挥出应有的功效，才能增加农民对产品的信心。
新兴固氮醋杆菌（Gd）技术亮点
相比较根瘤菌，固氮醋杆菌（Gluconacetobacter diazotrophicus，简称“Gd”）在农业生产应用中有明显的优势。Gd是生物肥料产品中新兴而独特的一类固氮菌。此类细菌不含硝酸还原酶蛋白，固氮酶的活性不受高硝酸盐含量的影响，也不会完全受到铵的抑制，因此这些细菌的固氮能力不会被铵盐氮肥削弱。Gd还可进入植物的多个部位，包括茎干和叶片，而根瘤菌必须进入根瘤才能发挥固氮功效。此类细菌能在多种环境条件下生长，包括低pH、高糖、高盐环境等。研究发现，Gd可与多种作物存在共生关系，包括甘蔗、玉米、小麦、咖啡、菠萝、芒果、香蕉、水稻、红薯、茶、萝卜、甜菜根、棉花、三叶草等，宿主作物种类多样。此类产品也易于应用，Gd能通过种子包衣，茎干施用，以及根部滴灌的方式寄生于作物中。
下面以参加AgroPages Awards世界农化网产品评选的
生物肥料N-Fix®为例，介绍此类产品在固氮增产方面的功效。
N-Fix®由英国Azotic Technologies公司开发，该产品以Gd包裹植物种子，播种后Gd与植物产生共生关系，该细菌可在植物体内固氮，将空气中的氮转化成可被植物利用的形式，由此减少对氮肥的依赖。这些细菌非转基因。N-Fix具备颠覆性专利技术，具有内吸性，这些有益菌可共生于所有植物细胞中，可减少氮肥用量高达50%。2017年以来在越南和泰国开展的稻田实验均证实了N-Fix®具备显著的增产效果。Azotic公司销售该产品的市场最初定位在水稻、小麦、玉米和大豆作物上。产品在不久前已进入了美国市场。
N-Fix®的优势：
- 可在所有植物细胞中固氮；
- 减少氮肥使用达50%，减少投入成本；
- 提高作物产量和品质，改善农民收益；
- 在不减少产量的同时，降低氮肥污染，满足政府对氮肥使用限制的要求；
- 满足市场对农业可持续发展和安全食物的需求；
- 产品极具竞争优势，目前还没有其他研究机构或企业具有这种Gd细胞内共生技术。
若您想了解更多N-Fix产品情况，本文作者王悦（微信号：wangyuejoyce）会代您向Azotic公司询问。
近些年的研究发现，Gd对植物的贡献除了来自固氮作用，它们还能产生植物激素，对抗作物病害，促进矿质元素的溶解。几乎所有Gd菌株都可产生吲哚乙酸，该物质能够促进根部的生长发育；Gd还能产生铁运载体，以此加速植物的生长。在病害防治方面，Gd还能对抗甘蔗赤腐病和白条病，Gd分泌的特定蛋白质（细菌素）可阻碍白纹黄单胞菌的生长；也有研究证明，Gd对某些镰孢菌同样具有抑制效果，其产生的挥发性脂肪酸对根结线虫也具备防效。在溶解矿质元素方面，研究发现在甘蔗等含有糖源的作物中，多种Gd菌种具备促进矿质元素溶解的能力，包括磷酸、锌、铁、锰、硅（例如FeO、FePO4、MnO、MgO-SiO2）等。
未来趋势
购买化肥对农民而言是笔非常大的开销。大豆所需的氮肥用量远低于玉米、小麦等作物，这得益于固氮菌的应用。此外，近年来氮肥价格呈上涨趋势，迫使越来越多的农民选择氮肥的替代产品，以降低农业生产成本。
在我国，人们选购产品的观念正在发生转变。消费者越来越重视农产品质量和安全，未来市场中将有越来越多的人支持生态农业、有机农业。土地流转使得国内的种植大户日益增多，种植户选择产品逐渐从价格主导转变为效益主导。由于消费者对农产品品质日趋重视，与产量相比，农民的收益受作物品质的影响会越来越大。而生物肥料具备的土壤修复功效，与化肥相比能使作物获得更佳的品质。随着种植者对菌剂的正确认识和认可度不断加深，固氮菌肥逐步取代合成氮肥是大势所趋。
我国固氮菌剂行业尚有极大的发展空间。目前我国的菌剂市场还没有出现领军企业或标杆性产品。根瘤菌接种率在我国还非常低，而美国和巴西等主要大豆种植国家的接种率已达到95% 以上，相比而言我国大范围市场空白有待填补。针对谷类等非豆科作物，固氮作用则更多依赖于像Gd这类新兴的固氮技术。随着我国对固氮菌的研究不断深入，亦或引进海外先进技术，更多优质固氮菌产品将服务于我国市场，填补大面积的菌剂应用空白。“减肥“时代，生物肥料行业将出现固氮菌剂新竞技场！
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