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        微生物肥料科技創新與產業發展
        發布者:時間:2016-04-27瀏覽次數:1211

        李俊,姜昕,沈德龍,馬鳴超,關大偉,曹鳳明, 李力

        (農業部微生物產品質量安全風險評估實驗室(北京),100081;

        中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所,北京100081)

            作者簡介:李俊,男,研究員、博士,農業部微生物產品質量安全風險評估實驗室和農業部微生物肥料質檢中心主任,中國微生物學會常務理事和農業微生物專業委員會主任委員。主要從事微生物肥料產業化技術研發、標準化研制、質檢新技術方法和相關機理的研究。主持國際合作、863、支撐項目和產業體系等40余項,發表論文70余篇,主編專著4部,獲得6項國家發明專利和5項省部級科技成果;主持制定了22個微生物肥料國家和行業標準,建立了國際首創的行業標準體系。

         

           科技創新是原創性科學研究和技術創新的總稱,是指創造和應用新知識和新技術、新工藝,采用新的生產方式和經營管理模式,開發新產品,提高產品質量,提供新服務的過程。從國家層面來講,科技創新是推動科學技術進步,推動國民經濟發展,構建和諧社會的關鍵所在??萍紕撔乱彩且粋€國家提高其核心競爭力不可或缺的重要方面,因此,它已成為世界上主要國家的基本戰略。2006年初在全國科學技術大會上提出“到2020年把我國建設成為創新型國家”,科技創新已成為決定和影響綜合國力的基本要素受到了空前的重視。對產業或企業來說,鑒于目前步入了一個科技飛速發展、經濟結構調整、市場競爭加劇的重要時期,使得科技創新在企業中的重要性日益突出,企業技術創新能力的提高已成為增強企業核心競爭力、推動企業發展和進步的重要途徑和手段。

            我國的微生物肥料產業經過近20年的穩定快速發展,已跨入到科技創新最為渴望、極為迫切的時期。我國農業可持續發展對微生物肥料產業提出了新的要求,研發新產品、新工藝、新菌種、新功效等已成為“十三五”乃至未來更長時期的產業戰略目標。這一目標實現的關鍵在于科技支撐,重視和推進科技創新才能為我國微生物產業發展提供原動力,是下一步產業發展的核心因素。本文在分析微生物肥料產業存在問題的基礎上,從科技創新概念與創新鏈條、創新中的角色定位、產業發展現狀與產品特點、創新需求和科技創新方向與內容等5個方面進行闡述。

            1、科技創新概念與創新鏈條

            要理解科技創新的本質,就需要厘清其中的幾個基本概念?!皠撔隆笔且粋€外來語,在英語里,創新是innovation, 發現是discovery, 發明是invention,創造是creation,這是四個不同的詞匯,不能從直覺上簡單地就認為“創新”就是“創造新東西”,“創新”是有其特殊涵義。其實,科學和技術更不是一回事,盡管科學和技術總是被大家一起使用為“科技”??茖W是“發現”原理和規律,回答的是“是什么”(what)和“為什么”(why);而技術是被“發明”和“創造”出來的,回答的是“怎么做”(how)。技術包括設計技術、制造技術和試驗技術在內的完整技術??茖W是技術的基礎和根基,科學的發展為技術進步提供源泉。從技術的本質來講,除了新誕生的技術之外,其實大量的技術是在現有元素重新組合的過程中產生的。從目的來看,技術是人類實現目的之手段。從手段來看,技術的本質內涵就是一種方法、流程或裝置。

            由此可見,科學則是發現自然界的原理和規律;科學沒有排他性,是由人類共享的,來自于對自然界的探索,具有普適意義。而技術則不是,它是‘人類創造’的,擁有所屬權,所以它是有專利的。在科學向技術轉化的過程中,掌握核心技術的多少是關鍵。

            將“科學、技術”緊密相連的“創新”一詞,其實是出自經濟學家而非科學家之口。這證明創新一詞從出現之始,就被賦予了經濟學意義。1912年,奧地利經濟學家熊彼特(Joseph Schumpeter)雖然沒有關注技術的組合,但他關注了在經濟中生產要素的組合。熊彼特意識到,在經濟系統中存在著一個能量之源,這個能量之源就是組合。創新就是實現生產要素的新組合,即包括設計、制造和市場銷售等在內的所有要素的重新組合。創新的最終目標是實現更大的價值,從而促進經濟的增長。所以創新一定要完成從概念、設計,到產品,從產品再到商品并在市場上銷售的全過程,即在經濟學意義上通常所說的從投資到回報的全過程。即創新鏈條應包括:科學——技術——產品——商品。對應科技創新的幾個概念,就是“發現——發明——創造——創新”的全過程。理解科技創新的相關概念和創新鏈條將有利于我們把握微生物肥料產業的創新發展的完整內容與關鍵。

            2、微生物肥料產業科技創新中的角色定位

            通過以上對科技創新的相關概念及創新鏈條“科學——技術——產品——商品”的闡述,應用到微生物肥料產業,就是由大專院校等為主體的研究單位承擔微生物肥料機理的揭示、新功能菌種選育、新工藝和新產品等上游源頭創新任務;企業則主要承擔技術工藝的集成、產品規?;a技術形成、推廣應用技術等中下游技術組合(集成)創新工作;政府通過政策、資金等扮演行業支持和引導的角色。通過完整創新鏈條的實施,實現我國微生物肥料產業技術升級和產品的更新換代,為我國耕地質量與健康的維護、農業可持續發展和農產品質量安全保障提供基礎。這就是微生物肥料科技創新體現出的國家戰略價值所在。

            在科技創新鏈條的角色分工中,企業是科技創新的主力。這是因為與純粹的科研院所和高校相比,只有企業覆蓋從技術到生產產品,并將其推向市場變成商品,實現了創新投資回報的全過程。高校和科研院所不生產產品,并不直接面對市場和消費者。但高校和科研院所位于創新這個鏈條的前端,負責提供技術輸入。所以,科學合理的分工應該是科研院所進行前端的研究,大學、企業以及工程技術研究所把科學轉換成技術,然后由企業負責進行制造和銷售,最終完成創新的全過程。因此,國家提出了以企業為創新的主體的創新體系,下一步將以企業為主進行決策、組織的創新、成果的轉化和資金的投入。在創新體系建設中,要求企業不能只從利益角度考慮,要有社會責任感和使命感。大型微生物肥料企業及企業集團的使命就是成為把科學原理轉化成應用技術,成為新產品和產業發展的核心力量;中型的企業是技術應用、產品生產與推廣中的骨干力量;小微企業以生產常用微生物肥料商品和推廣普及為主,是微生物肥料普及推廣的重要力量。

            3、微生物肥料產業面臨科技創新的問題與機遇(挑戰)

            盡管在過去的十幾年間,我國微生物肥料產業取得了快速穩定的發展,然而由于長期以來,從國家層面對生物肥料的基礎和應用基礎研究項目支持不足,技術支撐已嚴重制約產業的進一步發展;尤其是產業創新人才嚴重匱乏。生物肥料企業也極少出資在生物肥料的關鍵技術方面研究投入,使得我國的生物肥料產業依然存在整體水平低,技術創新不足,在功能機理、優良菌種、高效優質產品及其相關應用的關鍵技術仍未有重大突破等,都是影響行業發展的瓶頸難題。當前,生物技術及其相關產業的發展日新月異,相對于國際生物肥料的研發應用,目前我國生物行業中存在以下6方面的主要問題:

            一是科技創新基礎薄弱,產業發展支撐不足。我國的微生物肥料產業是在先天不足的情況下形成和發展起來的,所謂“先天不足”是指產業發展的基礎-相關的科學和技術的基礎研究、應用基礎研究和應用研究薄弱,一直是制約產業發展的瓶頸。由于從國家層面對生物肥料的基礎和應用基礎研究支持不足,涉及微生物肥料產品中微生物本身,如作用機理、產品制造過程中最佳、最合理的工藝,微生物肥料施用后在土壤和植物根部的定居、存活和數量消長,以及影響微生物肥料作用發揮的其它制約因素等研究得極少,深度也遠不夠。使得生物肥料生產及應用中出現的一些問題,如應用效果不穩定、保質期相對較短等關鍵問題仍未根本解決。近10多年來,雖然情況有所改善,但仍然是基礎和應用基礎研究明顯落后于生產需求,需進一步加強。目前普遍缺乏推動產業技術革新的集成創新的能力,原始創新能力幾乎空白。

            二是多數企業對科技創新認識不夠。近10年中雖有一批企業對科技創新的認識走在了行業的前面,但是真正建立了創新機制的企業甚少。多數企業未把科技創新當作自身發展的戰略,缺少必要的硬件和軟件,表明企業距離技術創新能力的形成還有相當長的路要走。企業目前的規模和效益對科技創新的支撐處于乏力狀態??上驳氖?,已有一部分企業建立了自己的工程技術中心,專責科技創新。有的運行良好,但也應看到,在硬件和軟件方面還有改善的空間;有的有設備,缺人才和經費;還有的是缺少激勵政策和管理目標。對于企業應是科技創新的主體角色的認識不足,也缺乏創新的文化氛圍。這些顯然不難以支撐微生物肥料行業科技創新目標的實現。

            三是缺乏高端創新人才。人才本身就是一種戰略資源,高端創新人才是微生物產業發展的決定性因素之一。目前,我國的微生物產業科技人才隊伍結構不合理,高層次創新人才、掌握新興學科的人才、復合型人才均匱乏,特別缺乏具有全球眼光的高端領軍人才。在全國950家左右的生物肥料企業中,50%以上沒有微生物學碩士以上學歷的研發人員。

            四是缺乏促進微生物肥料產業跨越式發展的新技術(顛覆性技術)和創新產品。目前我國微生物肥料產品存在較多的質量與穩定功效問題,如:菌種的有效性篩選差,生產菌種組合缺乏依據,工藝配方不合理,包裝材料簡陋,造成產品的有效活菌含量低,雜菌率偏高,有效期短。在農業生產中有時表現出應用效果不穩定,適用作物或適用地區不盡合理,以致于微生物肥料的綜合效益難以充分表現或發揮??傊?,這些問題的解決有待國家通過加強生物肥料創新平臺建設,集中產學研各方的力量聯合攻克,推進行業發展。

            五是缺少具有引領作用的龍頭企業和旗艦集團。目前國內微生物肥料生產企業普遍存在規模小、產量低、研發投入不足、創新能力弱等問題,迄今為止還沒有一家跨國企業或集團,嚴重制約了產業的發展和產品的國際化。即使有新產品研制成功,也因為相應的能力建設投入少和集成創新技術不配套等原因而難以進行劑型和生產工藝優化,導致產品難以投入規?;a。

            六是缺乏穩定、可操作性強的政策支撐和完善的產業服務體系。如前所述,盡管國家近幾年十分重視微生物肥料產品等生物產業的發展,但是,由于沒有專門的、針對性強的政策支持,特別是缺少市場培育、銷售利潤低、沒有得到農業技術推廣體系的有力支持,產品的銷售主要局限于企業自身,加上農民對產品的效果沒有充分的認識,產品的銷售網絡沒有真正形成,嚴重影響了產品的推廣和應用,制約了產業的發展。

            研發新產品、提高產品質量、降低生產成本、穩定應用效果仍是微生物肥料行業面臨并且是急需解決的課題??朔@些問題與困難的根本在于科技支撐,出路靠科技創新??上驳氖?,自2009年起,國家提出了發展微生物肥料的產業發展的戰略,將全方位支持微生物產業發展,為我國微生物肥料產業提供了前所未有的發展機遇。同時,強調了企業在產業的科技創新主體地位。因此,誰抓住了機遇,誰做了充分的準備,誰就會走在前面,否則將會被淘汰。

            4、微生物肥料科技創新的產業基礎

            4.1國家的需求促進了微生物肥料產業快速穩定的發展

            過去的十年是我國微生物肥料產業快速穩定發展的時期,更是產業培育壯大和產業基本形成的關鍵時期。我國已有微生物肥料企業950余家、產能達1000萬噸、登記產品2299個、產值200億的產業規模,標志我國微生物肥料產業基本形成。這些微生物肥料企業遍布我國的30個省、自治區、直轄市。從企業數量上看,2010年以前以山東、河北、北京的企業最多,但此后微生物肥料企業逐步向南(江蘇、福建、廣東、廣西)和中部(湖南、湖北、四川)等地域發展。近幾年我國微生物肥料產能以年增長10%以上的速度快速穩定發展,產業規模不斷擴大,產業呈現不斷提速的發展態勢。

            據相關部門統計,截至2012年底,中國各類新型肥料企業共計約2300家,其中中小企業占95%以上。2012年新型肥料總產值約為649億元,同比增長27.0%;銷售額605億元,同比增長25.0%;其中新型肥料銷售額僅占我國肥料總銷售額的7%左右。2012年新型肥料總產能約1600-1700萬噸,其中微生物肥料和緩控釋肥料產能分別為930萬噸和350萬噸,占新型肥料總產能的56.4%和21.2%;新型肥料總產能仍僅占我國肥料總產能的5%左右。微生物肥料已成為新型肥料中年產量最大、應用面積最廣的品種(中國農資,2013年)。

            4.2 微生物肥料在農業可持續發展中的應用

            微生物肥料已成為植物營養與肥料中的重要組成部分,在提高養分轉化利用率、維護生物健康成長、增產提質和保證可持續生產能力等方面具有不可替代的作用。微生物肥料獨特功能的體現,正是由于其產品的特點所決定的。

           (1)微生物肥料特點滿足我國農業可持續發展的需求,即其具備國家戰略需求的特征。微生物肥料作為“十二五”以來生物農業中的戰略性新興產業,是由我國特定的國情所決定的。一是人多地少的可耕地資源短缺,要立足自身解決13億人吃飯問題和各種農產品需求,就必須在現有的耕地盡可能高產,盡可能提高利用土地,導致耕地的復種指數高,土壤得不到應有的休養和自我修復,耕地長期只用不養已威脅到其持續的生產能力;二是近幾十年的農業生產中,化肥、農藥、除草劑等農業投入品的不合理地使用等問題,已造成了各種有毒有害物質積累,破壞了土壤的物理結構,土壤酸化日益嚴重和有機質的下降,引起了土壤中的功能微生物的失衡與土壤肥力的下降,肥料利用率不高,作物病害頻發,農業效益下降;三是土壤健康問題日益嚴重,農產品質量安全日益突出。要解決這些我國農業生產的障礙,實現農業可持續發展,正好與微生物肥料的功能相吻合,也正是微生物肥料的特點和專長。從這個角度來說,微生物肥料是實現我國農業可持續發展不可或缺的產品;我國比世界上任何國家都更需要發展微生物肥料。我們研發和使用的微生物產品,就是要通過產品中的功能微生物的作用,解決我國農業中存在的障礙問題。離開微生物肥料的應用,就不可能解決目前這些迫切的農業現實問題,更無法實現農業的可持續發展??梢?,與傳統肥料相比,微生物肥料在保護生態、農業廢棄物資源利用、提高肥料利用率和作物產量質量等方面具有明顯優勢。也有人將微生物肥料稱之為新一代的“環境友好型肥料”。

           (2)我國的微生物肥料具有品種種類多、應用范圍廣的特點。國際上,至少有80多個國家在研究,生產和使用微生物肥料。主要集中在美國、巴西、阿根廷、歐盟國家、印度、泰國、澳大利亞等,產品以根瘤菌、PGPR促生菌劑和微生物修復菌劑為主。與其他國家相比,我國的微生物肥料具有品種種類多、應用范圍廣的特點,龍其是在研制開發微生物與有機營養物質、微生物與無機營養物質的復合而成的新產品方面,處于領先的地位。這些產品目前在我國已形成較大生產規模,在降低化肥使用量、提高化肥利用率和減少化肥過量使用導致環境污染方面已取得了較好的效果;未來產業發展前景廣闊。目前,在農業部登記的產品種類有三大類11個品種。在登記產品中,各種功能菌劑產品約占登記總數的40%左右,復合微生物肥料和生物有機肥類產品各占大約30%;使用的菌種超過150個,涵蓋了細菌、放線菌、真菌和酵母菌。按現在的發展勢頭,今后5年我國的微生物肥料總產量可望達到1500萬噸,成為肥料家族中的重要成員之一??梢灶A料,我國微生物肥料產業正在開始步入良性循環,并向健康、有序方向發展,在新的科技革命興起的形勢下,將會在農業生產中發揮更大的作用。

           (3)微生物肥料具有的多功能特點。在總結近幾年的研究成果的基礎上,我們將微生物肥料作用機理歸納為提供或活化養分功能、產生促進作物生長活性物質能力、促進有機物料腐熟功能、改善農產品品質功能、增強作物抗逆性功能、改良和修復土壤功能等6個方面,并以標準NY/T1847-2010 《微生物肥料生產菌株質量評價通用技術要求》正式頒布實施。標準中對微生物肥料生產菌株的功能表述為,該標準是我們對微生物肥料產品包裝標識、技術培訓和廣告宣傳的依據。2013年,美國出版了《微生物養活世界》一書,強調通過調控土壤微生物區系能夠增產20%,減少20%的化肥與農藥,是未來環境友好、經濟高效的農業新出路。

             綜上分析可知,我國微生物肥料產業近10年的快速穩定發展和在農業可持續發展中的獨特地位,是下一步產業科技創新的動力和源泉,也是創新發展的基礎。

            5、微生物肥料產業科技創新方向與內容

            樹立正確的微生物肥料產業科技創新發展思路,才能做到事半功倍??偨Y近十年來的成功經驗與存在問題,厘清未來發展思路及優先發展方向,對加強科技創新能力建設和引領生物肥料產業持續發展至關重要。在此基礎上,我們提出的生物肥料產業科技創新發展思路是,以生物肥料產業發展目標和國家需求為導向,以源頭的基礎創新與重點新產品創制為核心內容,形成以重點龍頭企業為創新主體、產學研相結合交融的創新技術平臺,推動新技術產品在農業可持續發展中的應用和引領產業的健康快速發展。

             在微生物肥料產業科技創新實踐中,應關注基本面,抓住主要矛盾,進行必要的梳理,可以先易后難,先做引進后做創新,條件成熟時再做集成創新。突出在未來5~10年間的生物肥料產業科技創新的方向,首先是挖掘、篩選、拓展新的功能菌種,選育具有作物親和性、地域性針適應性、生產性能優良的菌株;二是優化生物肥料產品的組合和活性保持技術,使不同功能菌株互補、菌株與載體功能疊加的組合產品,實現應用效果的穩定;三是生物肥料的產品效果評價體系、質量安全(風險評估)監督檢測體系和市場推廣體系的建立;四是創新平臺、創新意識與文化的形成。

            在創新技術產品上,集中力量突破微生物和生物功能物質篩選與評價、高密度高含量發酵與智能控制、新材料配套增效、土壤根際微生物區系結構與功能調控技術、功能菌與微生態因子互作機制及其調控、障礙因子生物修復等關鍵技術,研發應用高效穩定的新產品,是產業升級的技術保障;研究建立微生物與作物及養分間的互作及其調控技術,是實現肥料增效、減量、環保的核心基礎。采用高通量篩選與評價技術獲得與作物匹配性強、環境適應性廣和高效活化養分的優良菌株,結合高密度發酵智能控制、新材料配套增效等技術,創制綠色高效生物肥料新產品。重點是高效營養促生增效類產品、主要作物高效固氮解磷、土壤修復和連作障礙克服類產品、秸稈高效腐解類產品、新型復合及專用等的生物肥料的研發與產業化;尤其是生物、有機、無機的復合的“全元”產品將在未來有廣闊的應用前景。

            在生物肥料產業創新發展目標上,經過5~10年發展,應建立支撐生物肥料行業健康穩定發展的技術創新體系、新產品研發與應用技術體系,形成行業龍頭企業為主體、產學研結合的創新平臺;提升生物肥料主導品種的使用效果及生產質量,優化生物肥料產品結構,結合我國可持續農業及農業耕地土壤質量面臨的新挑戰,發展新型功能的生物肥料產品。擴大生物肥料使用規模,力爭到十三五結束時,我國生物肥料達到肥料總量的15%左右,應用面積達4億畝以上,使我國農田化肥利用率比目前提高5-8個百分點,明顯提升我國耕地質量及農產品品質。通過“十三五”期間的產業培育發展,實現我國生物肥料研究及產業化進入國際前沿水平。

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