粗纖維降解菌對玉米、小麥秸稈堆肥酶活性及微生物數(shù)量的影響

毛寧 張慧霞

【摘? ?要】 以玉米及小麥秸稈為原料，添加粗纖維降解菌進(jìn)行堆肥試驗(yàn)，30天連續(xù)分點(diǎn)采樣，測定堆肥發(fā)酵過程中堆溫、微生物組成、酶活性等的動態(tài)變化。結(jié)果表明，外源接種粗纖維降解菌可使堆體溫度快速上升，且維持較長時間高溫狀態(tài)。在好氧堆肥中接種外源菌劑可以加快堆肥中有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化，促進(jìn)腐熟。

【關(guān)鍵詞】 玉米、小麥秸稈;堆肥;微生物量;酶活性

中圖分類號：S144? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)識別碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-1073（2020）09-0056-58

Effects of Crude Fiber Degrading Bacteria on Composting Activity and

Microbial Quantity of Corn and Wheat Straw

MAO Ning， ZHANG Huixia

（College of Life Sciences and Technology， Longdong University Qingyang，Gansu? ?745000）

[Abstract] Using corn and wheat straw as raw materials， adding crude fiber degrading bacteria to compost test ，30 days of continuous sampling， to detect the change of temperature， microbial quantity， enzyme activity and so on during the composting process. The results showed that microbial agent could increase the temperature of the reactor and maintain the temperature for a period of time. Inoculation of exogenous bacteria in aerobic compost can accelerate the decomposition and transformation of organic matter in compost and promote ripening.

[Key words] corn or wheat straw; compost; microbial biomass; enzyme activity

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 堆肥原料? ? 玉米及小麥秸稈。

1.1.2? ?微生物菌劑? ? 粗纖維降解菌：廣州市微元生物科技有限公司生產(chǎn)的一種復(fù)合微生物菌劑，由可高效降解纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的嗜熱、耐熱菌、及生物酶組成。

1.2? 研究方法

1.2.1? 堆肥實(shí)驗(yàn)? ? 堆肥實(shí)驗(yàn)于2016年4月22日至5月22日在生農(nóng)科技園1號和2號棚進(jìn)行，堆肥物料有兩種，分別為玉米和小麥秸稈，堆肥前進(jìn)行粉碎處理。每個堆體約10kg，分別添加菌劑各2g。堆肥前，先將粗纖維降解菌與少量麥麩混勻，再將與堆肥物料混勻，調(diào)節(jié)各組初始含水率為50%左右，外覆農(nóng)用塑料薄膜，并在其每側(cè)均勻打上直徑5mm左右的通氣孔3～4個。每天上午9：00沿前、左、右3個不同方向分別測定堆體溫度，測溫深度約30cm，取各方向溫度平均值，并同時測定環(huán)境溫度。

實(shí)驗(yàn)時間控制在30d，每三天翻堆一次。分別在堆肥的第1，6，10，15 d取樣，取樣方法為多點(diǎn)取樣混合，每次取樣50g，分為鮮樣和干樣兩份，干樣風(fēng)干備用。

1.2.2? 微生物數(shù)量測定? ? 分別測定堆體中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量。微生物數(shù)量的測定采用平板菌落計數(shù)法，上清液用無菌水稀釋成10-1～10-6 6個梯度，每稀釋度3次重復(fù)，分別接種于牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、改良高氏1號培養(yǎng)基和孟加拉紅培養(yǎng)基上。真菌和放線菌培養(yǎng)溫度為28～30℃，細(xì)菌培養(yǎng)溫度為37℃。細(xì)菌、真菌、培養(yǎng)時間為2d，放線菌培養(yǎng)時間為4d。計數(shù)結(jié)果均以每克樣品中的菌落數(shù)（cfu·g-1）表示。

1.2.3? 酶活性的測定? ? 主要儀器：可見光分光光度計。

脲酶活性：采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法。于待測樣品中加入一定量尿素，之后培養(yǎng)約24h，前處理后于波長578nm 處測定樣品吸光值。活性單位用mg N-NH3·g-1·d-1 表示。

過氧化氫酶活性：于待測樣品中加入一定量過氧化氫后培養(yǎng)約2h，用0.02mol·L-1 KMnO4溶液滴定，以單位質(zhì)量樣品單位時間內(nèi)反應(yīng)消耗的KMnO4溶液體積（mL）來表示過氧化氫酶的活性。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 菌劑對堆肥的溫度變化的影響

溫度是堆肥發(fā)酵與腐熟程度的重要參考指標(biāo)，同時也與其中微生物數(shù)量和組成密切相關(guān)。由圖1可見，堆肥初期溫度為15℃左右，從堆制開始后，堆肥的溫度表現(xiàn)出明顯的升溫期、高溫期、降溫期，其中，堆肥第3～6d主要為陰雨天氣，期間氣溫較低，主要受外界環(huán)境溫度降低的影響，堆體溫度有所下降。在第11d時，各處理溫度均達(dá)到最高峰，分別為：玉米秸稈組47℃、小麥秸稈組48℃。原因是將堆體移至1號棚，溫度上升。高溫期的溫度為47℃～48℃，維持時間在5d左右，復(fù)合堆肥升溫、高溫階段變化規(guī)律。第16d以后，溫度基本維持在30℃左右的水平上，較為穩(wěn)定。不同處理間的比較發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈堆肥升溫速率和高溫期保持的時間均大于小麥秸稈堆肥。本次試驗(yàn)堆體體積較小，受環(huán)境溫度影響明顯，所以高溫階段并未超過50℃。

2.2? 堆肥的微生物數(shù)量

圖2—圖4所統(tǒng)計微生物數(shù)量均是在圖中數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上細(xì)菌×105、放線菌×103、真菌×102。

2.2.1? 玉米秸稈微生物數(shù)量的變化? ? 從圖2可以看出，當(dāng)堆肥進(jìn)入高溫期后，隨著溫度的升高細(xì)菌數(shù)量逐漸下降。微生物生理代謝減弱，堆溫亦開始下降。高溫期過后，細(xì)菌數(shù)量有所上升。至第15d時，堆體中細(xì)菌數(shù)量為1.64×108 cfu·g-1，放線菌和真菌數(shù)量分別為7.33×105cfu·g-1和2.06×104 cfu·g-1。整體而言，隨著溫度的升高，堆料中放線菌數(shù)量呈現(xiàn)出先升高后降低又再升高的變化規(guī)律，而真菌數(shù)量表現(xiàn)為先增后減。

2.2.2? 小麥秸稈微生物數(shù)量的變化? ? 根據(jù)圖3可知，放線菌數(shù)量隨堆肥時間的變化與細(xì)菌呈現(xiàn)大致相同的趨勢。在堆肥高溫期，細(xì)菌和放線菌數(shù)量均顯著增加，而真菌數(shù)量明顯減少，其中細(xì)菌數(shù)量最高達(dá)到1.60×109 cfu·g-1，真菌與放線菌數(shù)量分別為1.28×104和3.25×105 cfu·g-1 ;在第15d，3大類群微生物的數(shù)量趨于穩(wěn)定，其中細(xì)菌數(shù)量為1263×105 cfu·g-1，真菌數(shù)量為8.5×103 cfu·g-1，放線菌數(shù)量僅3.38×105cfu·g-1。 在堆肥過程中，3大類群微生物數(shù)量后期均高于前期。

如圖4所示在整個堆肥的第10d，兩個處理中細(xì)菌數(shù)量都高于真菌和放線菌，玉米秸稈堆肥中的微生物數(shù)量始終高于小麥秸稈堆肥中的微生物數(shù)量。

2.3? 酶活性

2.3.1? 脲酶活性變化? ? 堆肥不同處理方式對脲酶活性的影響存在一定差異。玉米秸稈在堆肥初期，脲酶酶活隨溫度升高而下降，在堆肥第6d降到最低，為1.88×102mgN-NH3·g-1·d-1，小麥秸稈脲酶酶活最低值出現(xiàn)在第10d，為4.80×102 mgN-NH3·g-1·d-1，隨后酶活逐漸上升，接菌最高酶活出現(xiàn)在第 15d，小麥秸稈和玉米秸稈的最高酶活分別為8.46×102、7.14×102 mgN-NH3·g-1·d-1。

小麥秸稈脲酶活性在堆肥初期有小幅度的上升，隨后酶活開始下降，在升溫期，脲酶的活性處在一個較低的水平，進(jìn)入降溫和腐熟期后，脲酶活性逐漸升高。由于脲酶活性與微生物生化活動密切相關(guān)，高溫期微生物數(shù)量減少，脲酶活性下降，而隨著后期堆肥溫度下降，微生物數(shù)量逐漸回升，脲酶活性亦開始增加。總體而言，小麥秸稈堆肥的脲酶活性要高于玉米秸稈堆肥。

2.3.2? 過氧化氫酶活性變化? ? 過氧化氫酶酶活在堆制開始后逐漸升高，總體呈先上升后下降的趨勢，不同堆肥處理對過氧化氫酶活性的影響差異不大。在堆肥第 6d時接菌過氧化氫酶酶活達(dá)到最高，玉米秸稈過氧化氫酶活為0.144mL（0.1mol/L KMnO4·g-1·h-1），小麥秸稈過氧化氫酶活為0.123mL（0.1mol/L KMnO4·g-1·h-1）。進(jìn)入高溫期后過氧化氫酶酶活顯著降低，小麥秸稈過氧化氫酶酶活降到最低為0.0615mL（0.1mol/L KMnO4·g-1·h-1），這與脲酶活性變化的原因類似，可能是由于高溫導(dǎo)致微生物種群、數(shù)量發(fā)生變化，從而影響了過氧化氫酶的活性。在第15d玉米秸稈和小麥秸稈過氧化氫酶活分別為0.103、0.0820ml（0.1mol/L KMnO4·g-1·h-1）且都高于初始值。在整個堆肥過程中玉米秸稈過氧化氫酶酶活變化較平緩，酶活性基本上都高于小麥秸稈，從整體看，過氧化氫酶活性和溫度變化方向相反，表明高溫對過氧化氫酶活性有抑制影響。

3? 討論

堆肥溫度的變化是堆體中微生物生理代謝活動的宏觀反映，代表了微生物生理活動及堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化的整體速率。

堆肥過程中，有機(jī)物的降解與堆肥產(chǎn)熱，細(xì)菌是起主要作用的微生物種群，它可對淀粉與蛋白質(zhì)類物質(zhì)起到分解作用，也參與纖維素的分解。本研究以秸稈為原料進(jìn)行大棚堆肥試驗(yàn)，共設(shè)置2個處理：接種粗纖維降解菌的玉米秸稈組和接種粗纖維降解菌的小麥秸稈組。通過對堆肥過程中的3種腐熟度指標(biāo)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，結(jié)果表明，小麥秸稈堆肥中微生物數(shù)量呈現(xiàn)基本一致的變化規(guī)律，即升高-穩(wěn)定。而玉米秸稈堆肥中細(xì)菌和放線菌呈升高—降低—升高趨勢，玉米秸稈堆肥中微生物總數(shù)明細(xì)高于小麥秸稈處理。堆肥結(jié)束時兩處理中微生物總數(shù)均明顯升高。脲酶活性在初期較低， 隨后逐漸上升，小麥秸稈組和玉米秸稈組的最終酶活分別為845.55、714.12mgN-NH3·g-1·d-1。小麥秸稈組過氧化氫酶活性變化趨勢為升高—降—升高。玉米秸稈組過氧化氫酶酶活變化較平緩，呈升高—降低的趨勢。且玉米秸稈組過氧化氫酶活性基本上都高于小麥秸稈組。玉米秸稈組的各項(xiàng)腐熟度指標(biāo)與小麥秸稈組相比，均具有明顯的優(yōu)勢。

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（編輯：李曉琳）