谷糠和堆肥作為微生物菌劑載體的研究

趙 旭，王改蘭，陳春玉，王碩林 (湖南農業大學資源環境學院，湖南長沙 410128)

微生物肥料是指一類含有活性微生物的特定制品，被應用于農業生產，能夠獲得特定的肥料效應。在這種效應的產生中，制品中活性微生物起著關鍵作用［1］。微生物肥料不但應用效果好，而且生產成本低，施用后能減少化肥用量和提高農產品質量，對于發展綠色農業(生態農業)、生產安全、無公害綠色食品以及降低農民投入、保護環境等具有十分重要的作用［2］。

微生物肥料質量控制一直是最突出的問題，其中載體是一個關鍵因素［3］。目前微生物肥料載體主要有蛭石、草炭及菌糠等，其中草炭應用較普遍［4］。但是，草炭是一種短期不可再生性的天然礦產資源，長期開采會對生態環境造成極大破壞，并且成本較高［5］。現今微生物肥料生產關鍵因素之一就是能否找到一種既滿足微生物菌劑保存要求，又改善土壤生態環境、提供養分的載體。理想的載體應具有大量有序排列的微孔、比表面積大、吸附性強等特征，同時載體必須有利于菌種的生存和功能的發揮，可重復穩定生產，對作物和土壤無毒、無害［6］。畜禽糞便堆肥具有來源廣泛、供應穩定、易腐熟、成本低、腐熟后細度高、吸附性能好且氮、磷、鉀及有機質養分適宜等優點，不僅能給微生物提供良好的生活環境，而且可使微生物在堆肥內繁殖生長［7］。該研究利用堆肥為功能微生物的載體，減少草炭的用量，節約資源，探討堆肥代替草炭作為功能微生物載體的可行性。

關于堆肥和微生物菌劑結合方式，印度學者用不滅菌的堆肥直接吸附哈茨木霉(Trichoderma harzianum)［8］，但更多的研究是在堆肥中添加促進腐熟的微生物菌劑［9-11］。席北斗等［12］研究發現，堆肥本身所含微生物對外來微生物的影響很大，當堆肥中微生物數量約為108cfu/g時，所接種的外來微生物不增殖，菌數迅速下降，并且當堆肥的含水量太高時，不但吸附能力差，而且易滋生霉菌，不利于外來微生物存活［13］。因此，堆肥必須完全腐熟，并且在含水量降低后才能作為微生物菌劑吸附載體。

該研究以不同比例配合的豬糞堆肥、谷糠和草炭為堆肥材料，風干后吸附具有解磷、解鉀和拮抗作用的功能微生物混合菌劑，重點檢微生物數量和pH的變化，以期為以堆肥作為吸附載體、生產高質量生物肥料提供理論依據，對提高肥效、促進微生物肥料行業發展具有重要的現實意義。

1 材料與方法

1．1 試驗材料 豬糞堆肥原料為農戶家新鮮豬糞，然后實驗室發酵堆制。將豬糞糞便發酵完全腐熟［14］的有機堆肥從發酵池中取出，放在通風處自然風干，直到含水量低于15%，自然風干后全 N、全 P、全 K 含量分別為 13．66、29．31、14．75 g/kg，有機質含量 203．00 g/kg，含水量 13．70%，pH 7．29，C/N 20．14。草炭為從市場購買的成品，其中有機質含量≥45%，氮磷鉀含量≥5%，pH 6．5。谷糠收購于湖南當地農戶，主要成分為油脂14% ～24%，蛋白質13% ～18%，無氮浸出物32% ～53%，灰分7% ～12%。豬糞堆肥、谷糠和草炭自然風干后過2 mm篩(10目)，備用。

該試驗所用的菌種包括解磷細菌(P7)巨大芽孢桿菌(Bacillus megaterium)、解鉀細菌(K8)膠質芽孢桿菌(Bacillus mucilaginosus)、阿佐聯(A)(俄羅斯科學院烏發科研中心生物所研發，專利號No．2224791)。在3種菌種中，解磷細菌(P7)和解鉀細菌(K8)篩選自湖南省邵東市牛馬司煤礦復墾區土壤中，阿佐聯(A)由山西農科院提供。

1．2 試驗方法

1．2．1 液體微生物混合菌劑的制備。將活化好的菌種分別單獨接種于LB液體培養基中，28℃，180 r/min振蕩培養24～36 h，當菌含量在3×108cfu/ml以上時結束培養。采用比濁法調整各菌液濃度，使各菌液濃度處于同一水平，保證不同菌液中菌株含量接近，然后將各菌液等比例混合，制備成微生物混合菌液。

1．2．2 試驗載體的制備。將谷糠、堆肥和草炭按表1比例混合，用報紙包好，高壓蒸汽滅菌(121℃，2 h，2次滅菌，每次1 h［15］)，備用。

表1 不同載體混合比例 %

將液體微生物菌劑與載體按75%(V/W，液體/載體)吸附，保證載體濕潤不結塊，袋內沒有水滴，制備樣品。

先將載體放入封口袋內，再按照比例加入“1．2．1”制備的混合菌液，將兩者在袋內混勻。混勻后將袋子封口，并在封口袋上部用針扎若干小孔。完成后，將封口袋放入恒溫培養箱，30 ℃培養保存，在0．5、2．0、12．0、22．0 d 取樣測定。

1．3 測定項目與方法 采用稀釋涂平板法，用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基檢測微生物數量［16］。pH測定采用電位法(水肥比 10∶1)。

1．4 數據處理 用Excel 2003和dps7．05軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2．1 堆肥、谷糠和草炭中微生物數量的影響

2．1．1 堆肥、谷糠和草炭中微生物數量的變化。由表2可知，草炭中微生物數量最高，其次是堆肥，但平板上觀察堆肥的細菌種類最多。

表2 堆肥、谷糠和草炭中微生物數量的變化 ×107cfu/g

培養2 d，草炭、谷糠和堆肥中微生物數量都減少，表明微生物的減少量大于其增加量。可能的原因是在加入菌劑一段時間后，微生物對新環境有一個適應的過程，并且還未能充分利用載體里的能量物質大量合成新的微生物。之后，由于利用載體中的能量物質又大量合成微生物，微生物數量明顯上升。

在不同取樣測定時間，草炭中微生物數量均稍高于堆肥，但草炭和堆肥之間差異不顯著。對于谷糠，微生物數量低于草炭和堆肥，可見谷糠對微生物的生長有一定的影響。

2．1．2 堆肥、谷糠和草炭不同組合方式中微生物的變化。處理②、③、④和處理⑥、⑦、⑧分別是在豬糞堆肥中添加不同比例的草炭和谷糠。由表3可知，隨著添加草炭量的減少，處理②、③、④微生物數量增多，處理①中微生物數量比處理②、③多，但少于處理④，可能是微生物在較穩定的單一環境下更易生存和生長，并且堆肥中微生物可利用能量較多，經過一段時間后微生物大量繁殖。處理⑥、⑦、⑧微生物數量均明顯高于處理⑤，處理⑦、⑧微生物數量高于處理⑨。這是由于處理⑤中只含有谷糠，在保存過程中谷糠發酵產酸，使得微生物急劇減少，但添加適量谷糠會使堆肥更加蓬松，比表面積增大，又有利于微生物的生長。

表3 堆肥、谷糠和草炭不同組合方式中微生物的變化 ×107cfu/g

2．2 堆肥、谷糠和草炭不同組合方式對載體pH的影響 由表4可知，處理①、②、③、④pH變化不大，草炭和堆肥組合在保存過程中沒有明顯的酸或堿的產生;只含有谷糠的處理⑤中pH明顯低于其他處理，可能是由于谷糠水解產生草酸，導致pH降低，影響微生物生長環境;處理⑥、⑦、⑧、⑨隨著谷糠比例的減少，pH升高，進一步證實pH的變化與谷糠有關，谷糠比例越大，pH越低。

表4 堆肥、谷糠和草炭不同組合方式中載體pH的變化

2．3 堆肥、谷糠和草炭不同組合方式的其他感官指標評定

2．3．1 濕度。研究表明，處理①～④與處理⑨較開始培養時略有下降;處理⑤～⑧濕度較高，并且從處理⑤到處理⑧濕度依次遞減。風干后的堆肥仍存在一定的發酵過程，而谷糠更加明顯，所以溫度較高。

2．3．2 顏色。研究表明，各處理顏色與開始培養時差異不大。

2．3．3 氣味。研究表明，處理①無特殊氣味;處理②有輕微有機肥(豬糞)味道，并從處理②到處理④加重;處理⑤有酸敗氣味，可能是由于谷糠氧化產生草酸，處理⑤到處理⑧酸敗氣味依次降低，處理⑧有輕微有機肥(豬糞)味道;處理⑨有機肥(豬糞)味道明顯。

2．3．4 物理狀態。研究表明，處理①～④與處理⑧、⑨仍為過篩后的顆粒狀，處理⑤結塊現象嚴重，從處理⑤到處理⑦結塊現象依次減少。

3 結論與討論

草炭含有較豐富的能量物質，并且疏松多孔的物理特性也是作為微生物菌劑的理想載體，在保存過程中也能保持較穩定的性狀。但是，草炭是短期不可再生性的天然礦產資源，成本較高，不能長期作為載體來使用，不符合可持續發展的理念。

而湖南當地豬糞和谷糠較多，嘗試用豬糞堆肥來代替草炭作為微生物載體材料。堆肥中不僅含有較高的腐殖質，而且有豐富的有益微生物，與草炭相比具有較高的抑病效果［17-19］，且抑病效果持久［20］。同時，添加谷糠作為填充材料，在保證堆肥效果和不影響微生物生長的前提下，增加堆肥的蓬松性和比表面積，有利于微生物的存活和生長，也能在一定程度降低生產成本。將畜禽糞便和谷糠作為載體材料，風干后吸附功能微生物，對保護環境、提高肥效以及促進微生物肥料行業的發展具有重要意義。

研究表明，草炭雖然是最常用的載體材料，但不具有長期性，并對環境造成破壞，而堆肥完全可以作為其替代品。在堆肥、谷糠和微生物菌劑不同組合效果中，以75%堆肥+25%谷糠中微生物數量最高，并且具有無明顯異味、物理性狀穩定、不產生高溫、成本較低等優點，可以選該配比作為載體材料。

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