做好发展根瘤菌肥料的科学技术工作 [复制链接]

第5版()
专栏：

做好发展根瘤菌肥料的科学技术工作
陈华癸
根瘤菌肥料，或称根瘤菌剂，是一项现代农业技术。根瘤菌肥料的作用在于将适宜的活根瘤菌接种在豆科植物上（主要是采用拌种的方法，即将活根瘤菌与种子拌和，一起播种），保证豆科作物结有效根瘤，发生共生固氮作用，从而改善豆科植物的氮素营养，提高当季和后茬作物的产量，并培肥土壤。这是一项现代农业技术，这项技术的特点在于生产、贮运和施用活细菌，还要求活细菌在土壤和植物中旺盛生活、繁殖和起作用。
植物生长需要氮素营养。但就大多数植物种类来说，它们只能吸收利用土壤和水中的氮素化合物，而不能吸收利用空气中的氮气。只有能进行固氮作用的生物（称为固氮生物），才能吸收利用空气中的氮气。而在固氮生物之中，根瘤菌和豆科植物的共生固氮作用既是十分特殊的，又是十分重要的。
豆科植物和根瘤菌的共生固氮作用的特殊性在于它们在独立生活时（即豆科植物不结瘤时，或根瘤菌在土壤中或人工培养中生活时）都没有固氮能力，只有在共生情况中（即豆科植物结根瘤，根瘤中含有生活的根瘤菌，根瘤实际上是根瘤菌钻进豆科植物根中结的瘤子）才能进行固氮作用（即吸收利用空气中的氮气）。
豆科植物和根瘤菌共生固氮作用的重要性在于：（一）它是使得空气中氮气有效化（对植物营养而言）的一项重要环节，并且就现有的知识来说，是各种生物固氮作用中的最强的一种。一般估计，每亩豆科植物可固氮五斤到十斤左右，种四百万亩到八百万亩豆科植物的固氮总量就等于年产十万吨氮肥的化学肥料工厂（以硫铵计）的固氮量（制造化学氮肥也是将空气中氮气有效化）。（二）在农业利用上效果最为突出。就农业生产实践经验而言，不论国内国外，它就有两千多年的历史了。自从现代自然科学（尤其是农业化学和微生物学）兴起之后，它又发展成为一项重要的现代农业科学技术。
种植豆科植物除本身需肥较少外，还对后茬有益，能肥田。豆科绿肥是后茬作物的主要肥料，肥劲大。牧草中要有适宜的豆科植物比例，才能保证草场肥沃，放牧价值高。这是国内外农牧业的普遍知识。在很多地方，还从长期的生产经验中，朴素地知道了，只有结瘤的豆科植物才生长得好，才有上述各种好处。有些地方还掌握了客土接种根瘤菌、保证结瘤的方法。
自从十九世纪末期，农业化学和微生物学阐明了豆科植物和根瘤菌的共生固氮作用的实质之后，在二十世纪初期，人们就设法人工培养根瘤菌，制造根瘤菌肥料，用来和豆科植物种子拌种，保证豆科植物结瘤好，共生固氮作用旺盛。在有些国家中，这项技术在三十年代就在生产实践中推广了。第二次世界大战以后，它更进入了世界范围推广的阶段。
关于这项技术，我国在解放前几乎是空白的，而解放以后却开展得较早，十多年来，不论是在根瘤菌肥料的生产技术上、使用效果上和理论研究上，都取得了一定的成绩。现在已经可以肯定，对花生、大豆和几种豆科绿肥进行根瘤菌肥料人工接种，确有保证结瘤、提高产量的作用。我们已经创办了根瘤菌肥料制造工厂。
然而，要把这项现代科学技术在生产实践中巩固下来，并且不断地提高质量、扩大成果，则还必须在生产技术上和科学原理上开展大量的科学研究工作。
发展根瘤菌肥料需要解决的科学技术问题很多，当前紧要的有以下四个问题。
菌种问题
这问题有两个方面。一个方面是研究什么豆科植物需要什么根瘤菌问题，也就是植物——细菌群的关系问题；另一个方面是选出生产用的优良菌株问题。
在植物——细菌群关系方面，现代科学已经积累了不少具体知识，掌握了一些科学规律，能为合理制造和施用根瘤菌肥料提供有益的科学依据。扼要介绍如下：（一）豆科植物和根瘤菌的共生关系（结根瘤和进行共生固氮作用）是有专性的，不是所有的豆科植物种类都能和所有的根瘤菌菌株共生。（二）可以将豆科植物种类和根瘤菌菌株（就已研究过的来说）分为若干植物——细菌群，属于同一个植物——细菌群的植物和细菌，一般都能够发生共生关系，不属于同一个植物——细菌群的就不能够，可是这种关系并不是绝对的，也有例外。（三）在同一植物——细菌群中，产生结瘤作用和共生固氮作用的关系又可以分为两类：一类是能结瘤又能发生共生固氮作用，一类是只能结瘤但不能发生共生固氮作用，或只有微弱的共生固氮作用。当然，农业生产中需要的是前一类。在前一类之中，不论是结瘤作用或共生固氮作用，都还有程度上的差别，农业上追求的是结瘤作用好，固氮能力高的共生关系。（四）植物和细菌间的关系，既决定于它们的遗传性，也受环境条件的影响。不论是植物的遗传性或细菌的遗传性，都有决定性的作用。因此，必须选育优良的根瘤菌株，还必须针对着特定的豆科植物种类和品种选育适合于它们的优良根瘤菌株。而且在一定程度上，还需要针对着特定的环境条件开展菌株的选育工作。
上述几点科学结论是十分宝贵的，但是要把这几点科学结论化作为生产技术，则还必须掌握足够的具体知识。就世界范围来说，已经获得了不少科学资料，这些资料是提出上述科学结论的基础，同时也是有些国家的生产实践的数据根据。但是，关于我国自己栽培的豆科植物和品种的植物——细菌群关系的科学资料，迄今为止，还是比较缺乏的。我国的豆科植物种类十分丰富，栽培历史久，地理分布广，品种多，因此，系统地进行这方面的研究工作，是发展根瘤菌肥料的重要科学基础。
选育优良根瘤菌株的重要性是无须解说的。值得着重指出的是，由于上述植物——细菌群关系（亦即共生固氮作用的专性）的复杂性，以及我国豆科植物种类、品种的丰富性和地理分布的广泛性，我们的任务不是选育一个或少数几个优良菌株，而是选育出适合于不同豆科植物群的许多优良菌株。
十几年来我国已选出了少数比较优良的菌株，在试验中或在生产实践中证实了它们的有效性，但是太不够了。例如，地区分布广、品种丰富的花生和大豆等豆科植物，现已掌握的少数菌株只是在部分地区和少数品种的使用上经受过考验。我们还说不出，在哪些地区，对哪些品种，已经有了比较优良的菌株，哪些地区哪些品种还没有。又例如，对于在南方水稻田中广泛种植的紫云英和苕子绿肥，迄今我们也还只有极少数经过部分地区考验过的菌株；在这极少数中，有的还表现得不够好。至于其它豆科植物，大多数还缺乏经过实践检验过的有效菌株。
显然，按地区、作物种类和品种等不同条件进行选育优良菌株的工作是急待展开的，而且工作量相当大。如何将全国的专业力量组织起来，形成一个选育网，是一项十分必要的工作。并且，在广泛选育菌株的基础上，还需要形成几个专门中心，承担决选和保存优良菌株的任务。
根瘤菌肥料的生产技术问题
生产根瘤菌肥料的难处在于不仅要求在工厂中生产大量活细菌，而且成品也是活细菌，并且要求在较长时期内保持旺盛的活力。这在生物制品工业中也是比较特殊的。尤其是作为一种农用制品，产品价格需要尽可能地降低，包装贮运条件也需要尽可能地降低（同医药制品比较而言）。这些要求又进一步地增加了根瘤菌肥料在生产和贮运上的困难。
比较有利之点是，根瘤菌生长繁殖所需求的生活条件不甚苛刻。因此，根瘤菌肥料的生产，上马比较容易，而巩固却比较困难，产品质量难以保证和提高。我国这几年的生产经验也正是如此，产品质量很不稳定。
这个问题也包括两个方面：一个是解决生产和供应（包括保存、运输和分配）中存在的技术困难问题，另一个是判定和颁布产品规格问题。这两方面提出的科学研究任务基本上是相同的。产品规格必须与生产技术水平相符合，而且只有在产品质量较高而且比较稳定的基础上，才有可能制定和颁布产品规格。
从菌肥制造的角度来说，质量标准主要是两条，一条是制品中含有大量的生活根瘤菌（例如每克几亿或几十亿），另一条是制品中不含或只含极少杂菌（例如，不超过百分之十）。问题不在于新成品的质量如何（新成品的质量比较容易保证），而在于经过几个月（不能少于三个月）的贮存、运输和分配时期之后还能保持较高的制品质量。这对于含活细菌的制品来说是特别困难的，尤其是就我国目前的仓库和运输条件来说，还不能要求几个月的贮存、运输和分配（主要是在农村）期都在人造低温条件下度过。
同时，究竟是把菌数稳定在每克几千万、几亿或几十亿，是十分重要的。每克菌数多，就可以一瓶当十瓶或当百瓶用，在贮存和运输上也都方便得多。
需不需要在完全无菌操作条件下生产根瘤菌肥料？目前国内外的意见都还不一致。为了能经过高温时期不生杂菌或杂菌不多，根瘤菌肥料制造技术的发展趋势是采取无菌技术。经验证明，杂菌多了，根瘤菌就会大量死亡。同时并不是说，能防止杂菌的大量繁殖，就能保证根瘤菌不大量死亡；如果制品中污染了杂菌，那么能防止杂菌大量繁殖的条件多半也就是不适于根瘤菌生活的条件，根瘤菌也就随着大量死亡了。
施用技术问题
适宜的施用法和施用量是保证根瘤菌肥料发挥最大作用的一项关键性的环节。结瘤作用的优劣和根瘤菌肥料的施用量之间的关系是比较复杂的。当然，足够的活根瘤菌数是保证充分结瘤的必要条件。但是，究竟什么是足够的活根瘤菌数？施用菌肥之后，结瘤之前，根瘤菌有几天或几十天生活在土壤中，在这个时期中，根瘤菌的增加或减少，决定于土壤条件。因此，施用时的数量只是起一个好的开端的作用。
可以这样说，在豆科植物和根瘤菌的相互关系中，目前我们了解得最不够的一个方面就是，在豆科植物的根际土壤中，根瘤菌究竟是如何发展着的。在这个问题上，盆栽试验的经验不能等比例地应用到大田中去，而大田生产或试验经验又很不容易完善地总结整理出来。用灭菌土壤进行的试验的参考价值是不大的，因为根瘤菌在灭菌土壤中的变化情况和在没有灭菌的土壤（自然土壤实际上是这样的）中的变化情况显然不是一回事。但是迄今为止，一旦将根瘤菌加入没有灭菌的自然土壤中后，还没有什么可靠和简便的方法来直接测定它们的变化情况。因此，这是一项比较困难的研究课题。
特别是这个问题牵涉到土壤条件的影响。在酸性土壤中（例如大多数红壤），根瘤菌的死亡率很大。要保证有足够的根瘤菌起结瘤作用，除研究适宜施用量问题外，还须研究能克服酸性土壤对根瘤菌的有害影响的施用方法。例如，有些国家采用种子石灰颗粒化和拌种相结合的方法，这在我国还没有试验过。
正确的施用量和施用法也是节省根瘤菌肥料的关键因素之一，这也意味着更充分地发挥一定的根瘤菌肥料生产设备的作用的问题。用过大的施用量来保证优良的结瘤作用，意味着等比例地降低菌肥生产设备的实际作用和等比例地提高了施用根瘤菌肥料的费用。
充分的田间比较试验资料
在数量上足够的、在地区分布上广泛的、在科学质量上严格的田间比较试验资料，既是对这项现代生产技术作出正确评价的必要依据，也是推广这项技术的有效手段。目前，我们还拿不出多少符合现代田间试验技术要求的根瘤菌肥效的田间比较试验来。这是急待大规模地系统化地开展的工作。
在充分的田间比较试验的基础之上，还必须开展更大规模中间生产性质的样板田试验工作。
从以上四个问题的内容可以看出，要做好这项工作，既需要多学科（主要是微生物学、植物生理学、土壤学和植物栽培学）的协作，还需要多种工作方式的配合；有些是要在专业研究单位中进行的，有些则是要求在广大的生产实践环境中进行的。由于根瘤菌肥料的中心环节是根瘤菌，土壤微生物学研究单位就有责任承担起主要的项目，并争取其它专业科技单位和广大生产基层的协作。