一種多功能復合型微生物菌肥的生產與肥效試驗

2021-11-09 00:58:58郭玉玲袁培博王廣照

磷肥與復肥 2021年9期

袁洋，郭玉玲，袁培博，王廣照

（1.臨沂市中磷生物肥料研究所，山東臨沂 276700；2.臨沭縣土肥站，山東臨沂 276700）

0 引言

當前農業發展面臨著兩個問題：一是集約化養殖產生的大量畜禽糞便丟棄以及農作物秸稈焚燒導致的水源污染和環境惡化已嚴重影響生態農業的可持續發展；二是長期過量不合理施用化肥導致土壤質量下降和退化，影響糧食安全和農田生態環境、土壤理化性狀和土壤微生物區系、農產品品質等。

隨著微生物領域科學技術進步，利用微生物技術，結合農業種植結構，研發構建以良性農田生態循環體系和作物營養綜合體系為框架的功能型新生物肥料，成為環保、可持續農業發展研究的重點。

1 多功能復合型微生物菌肥的作用機制與產品功能設計

多功能復合型微生物菌肥是根據根際土壤微生態學和植物營養生理學原理，充分考慮微生物之間的拮抗、協調共生關系，農田生態環境、土壤理化性狀和土壤微生物區系的關系與相互影響過程、作用機制，以特定的、相容的功能微生物活性菌為核心，采用內生芽孢桿菌應用技術，經過單獨培植、聯合發酵、科學復配，研發生產的具有修復土壤、防治污染功能的生態綠色微生物肥料。

利用微生物技術開發功能肥料，需掌握農田生態環境、土壤理化性狀和土壤微生物區系的關系與相互影響過程、作用機制。土壤中微生物的種類較多，數量龐大，其生命活動過程中分泌的有機酸及酶類等物質可將土壤中鈍化的磷、鉀等礦物營養元素合成和轉化為可被植物直接吸收利用的形態，還具有固氮、防病、促進生長的作用；其分泌的抗生素類物質可抑制病原微生物繁殖及土壤團粒結構形成。微生物生命代謝產物和死亡殘體的化學組成及其分配、周轉和穩定機制，具有調節植株微生態平衡、提供植物營養、提升作物品質和提高植物抗逆性的綜合作用，其分解物質是土壤的重要組成部分。掌握土壤微生物的作用與肥效原理，為研究開發生產多功能復合型微生物肥料提供了理論基礎。

2 微生物菌株的篩選、復配

微生物菌肥發揮肥料作用主要是靠菌種，多功能復合型微生物菌肥產品生產實施的關鍵是菌株的篩選、優化、培植和復配技術。

2.1 微生物菌株的篩選

通過查閱文獻、標準和大量的試驗示范，篩選培育了如下安全增產的微生物高效菌株。

（1）枯草芽孢桿菌，為土壤促生菌，產生的抗生素對病原菌有抑制作用；（2）地衣芽孢桿菌，可改善作物根際環境，促進作物根系生長，增強作物抗逆能力；（3）膠質芽孢桿菌，可通過分泌有機酸、氨基酸、多糖及多種酶，分解土壤中鈍化的鉀、硅、磷；（4）膠凍樣芽孢桿菌，可提高作物抗逆性，抑制土傳病害；（5）光合細菌，能增強作物光合作用，增加葉綠素含量，降解土壤中的有毒化合物；（6）哈茨木霉菌，可預防由腐霉菌、立枯絲核菌、鐮刀菌、黑根霉、柱孢霉、核盤菌等病原菌引起的植物病害；（7）酵母菌，可產生促進細胞分裂的活性化物質，分解、轉化營養物質。

2.2 微生物菌株的復配

菌劑復配，菌的種類并不是越多越好，而是要看復配后的菌劑微生物在其生命活動中產生的代謝產物是否抑制其他微生物的生長繁殖，掌握微生物種群之間的相互作用是菌劑復配的關鍵。種群之間相互作用包括中立生活、偏利作用、協同作用、互惠共生、寄生、捕食、偏害作用、競爭8 個方面。選擇具備協同作用（是一種非專性的松散的聯合）和互惠共生（是一種專性的和緊密的結合）的2種或2種以上微生物菌株復配，以提高種群優勢。同時根據不同植物的特性，科學策劃菌劑功能與植物生長周期特性適用性，選擇針對性菌種制定復配生產方案。

微生物菌株復配采用具有協調共生關系的內生枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、膠凍樣芽孢桿菌與哈茨木霉菌、酵母菌、復合酶等物質，其中，單一菌劑含有效活菌數不低于200 億/g。按試驗成功的設定比例，在潔凈干燥的空間內，接種并混合于經特殊處理的基質上，復配后的復合菌劑的有效總菌數達到5億/g。

圖1 多功能復合型菌劑生產工藝流程

3 多功能復合型微生物菌肥的生產試驗

2018 年5—6 月，在山東臨沂市臨沭縣曹莊進行禽畜糞便與玉米秸稈腐熟示范試驗。

3.1 試驗設計

試驗設2 個處理：滅菌對照（I），對有機物料腐熟劑進行高溫蒸汽滅菌，121.6 ℃滅菌30 min；發酵過程中使用多功能復合型微生物菌劑（Ⅱ）。每個處理設3個重復。

3.2 試驗方法

預處理：將畜禽糞便與玉米秸稈切斷成長度為2～4 cm，以10 t禽畜糞便與玉米秸稈為單元進行制堆，料堆的規格為長30 m、寬2 m、高1.2～1.5 m。對于處理I，于121.6 ℃采用高溫蒸汽滅菌30min。對于處理Ⅱ，20 cm 厚為一層，逐層分別灑潑上多功能復合型微生物菌劑，菌劑使用量為禽畜糞便與玉米秸稈質量的5‰。調節碳氮比，并均勻加水，使得物料w（固）控制在65%左右，堆料完畢后用塑料薄膜封堆。

發酵管理：每天定時測氣溫和堆料溫度，當堆料溫度升高到40 ℃以上時第一次翻堆；當料溫升高到60 ℃以上時，維持高溫腐熟5～7 d，第二次翻堆；依次進行上述過程，直到料溫不繼續升高為止。

3.3 結果與分析

1）多功能復合型微生物菌劑對禽畜糞便和玉米秸稈發酵溫度和腐熟周期的影響

按照試驗方法和設計要求，對不同條件下的預處理物料進行了發酵腐熟試驗。分別測定了不同處理條件下料溫變化動態，根據每個處理3個重復的料溫平均值繪制發酵動力學曲線，結果見圖2、圖3。

圖2 在起始溫度5 ℃時秸稈、糞便預處理物料發酵曲線

圖3 在起始溫度20 ℃時秸稈、糞便預處理物料發酵曲線

從圖2 可以看出，在環境溫度為5 ℃時，多功能復合型微生物菌劑能夠較快地啟動發酵過程，升溫快，高溫階段持續時間長，腐熟周期短。料溫在4 d內就能達到40 ℃以上；經過第一次翻堆后，料溫能夠快速上升到50 ℃以上，而且高溫階段可以維持5～7 d 的時間。經4～5 次翻堆后，發酵基本結束。而經過滅菌處理的對照試驗則不能啟動發酵過程。

從圖3可以看出，在環境溫度為20 ℃時，使用多功能復合型微生物菌劑的處理，料溫在1 d內就能達到40 ℃以上。經過第一次翻堆后，料溫能夠快速上升到60 ℃，而且高溫階段可以維持4 ～ 5 d 的時間。經過3～4次翻堆后，發酵基本結束，發酵周期為24 d左右。而滅菌對照發酵周期為40 d以上。

2）多功能復合型微生物菌劑對畜禽糞便與玉米秸稈腐熟發酵質量的影響

物料松散度：使用多功能復合型微生物菌劑發酵后的物料變得疏松，手握為粉體感覺；而經過滅菌處理的物料在30 d后秸稈強度仍然較大。

經檢測分析發現，多功能復合型微生物菌劑加速了纖維素、半纖維素和木質素等大分子有機物質的分解轉化，腐熟后物料中氮、磷、鉀等速效養分質量分數提高35%以上，w（H2O）小于10%；有效活菌數大于5 億/g，蛔蟲死亡率在95%以上，未檢出大腸菌群，產品符合GB 20287—2006《農用微生物菌劑》以及NY 884—2012《生物有機肥》要求。腐熟后的物料腐殖化率顯著提高，腐殖質穩定。

結果表明，多功能復合型微生物菌劑可有效縮短禽畜糞便與玉米秸稈的發酵腐熟周期，提高腐熟度，發酵過程啟動加快，20 ℃發酵時60 ℃以上高溫階段持續時間達14 d，能大幅度降低糞便與秸稈中的蟲卵數量，復壯抑病及營養菌群。