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(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨著兩個(gè)問(wèn)題：一是集約化養(yǎng)殖產(chǎn)生的大量畜禽糞便丟棄以及農(nóng)作物秸稈焚燒導(dǎo)致的水源污染和環(huán)境惡化已嚴(yán)重影響生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；二是長(zhǎng)期過(guò)量不合理施用化肥導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降和退化，影響糧食安全和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、土壤理化性狀和土壤微生物區(qū)系、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等。

隨著微生物領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，利用微生物技術(shù)，結(jié)合農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，研發(fā)構(gòu)建以良性農(nóng)田生態(tài)循環(huán)體系和作物營(yíng)養(yǎng)綜合體系為框架的功能型新生物肥料，成為環(huán)保、可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展研究的重點(diǎn)。

1 多功能復(fù)合型微生物菌肥的作用機(jī)制與產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)

多功能復(fù)合型微生物菌肥是根據(jù)根際土壤微生態(tài)學(xué)和植物營(yíng)養(yǎng)生理學(xué)原理，充分考慮微生物之間的拮抗、協(xié)調(diào)共生關(guān)系，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、土壤理化性狀和土壤微生物區(qū)系的關(guān)系與相互影響過(guò)程、作用機(jī)制，以特定的、相容的功能微生物活性菌為核心，采用內(nèi)生芽孢桿菌應(yīng)用技術(shù)，經(jīng)過(guò)單獨(dú)培植、聯(lián)合發(fā)酵、科學(xué)復(fù)配，研發(fā)生產(chǎn)的具有修復(fù)土壤、防治污染功能的生態(tài)綠色微生物肥料。

利用微生物技術(shù)開(kāi)發(fā)功能肥料，需掌握農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、土壤理化性狀和土壤微生物區(qū)系的關(guān)系與相互影響過(guò)程、作用機(jī)制。土壤中微生物的種類(lèi)較多，數(shù)量龐大，其生命活動(dòng)過(guò)程中分泌的有機(jī)酸及酶類(lèi)等物質(zhì)可將土壤中鈍化的磷、鉀等礦物營(yíng)養(yǎng)元素合成和轉(zhuǎn)化為可被植物直接吸收利用的形態(tài)，還具有固氮、防病、促進(jìn)生長(zhǎng)的作用；其分泌的抗生素類(lèi)物質(zhì)可抑制病原微生物繁殖及土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成。微生物生命代謝產(chǎn)物和死亡殘?bào)w的化學(xué)組成及其分配、周轉(zhuǎn)和穩(wěn)定機(jī)制，具有調(diào)節(jié)植株微生態(tài)平衡、提供植物營(yíng)養(yǎng)、提升作物品質(zhì)和提高植物抗逆性的綜合作用，其分解物質(zhì)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(kāi)發(fā)生產(chǎn)多功能復(fù)合型微生物肥料提供了理論基礎(chǔ)。

2 微生物菌株的篩選、復(fù)配

微生物菌肥發(fā)揮肥料作用主要是靠菌種，多功能復(fù)合型微生物菌肥產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)施的關(guān)鍵是菌株的篩選、優(yōu)化、培植和復(fù)配技術(shù)。

2.1 微生物菌株的篩選

通過(guò)查閱文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)和大量的試驗(yàn)示范，篩選培育了如下安全增產(chǎn)的微生物高效菌株。

（1）枯草芽孢桿菌，為土壤促生菌，產(chǎn)生的抗生素對(duì)病原菌有抑制作用；（2）地衣芽孢桿菌，可改善作物根際環(huán)境，促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)，增強(qiáng)作物抗逆能力；（3）膠質(zhì)芽孢桿菌，可通過(guò)分泌有機(jī)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(xì)菌，能增強(qiáng)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(yù)防由腐霉菌、立枯絲核菌、鐮刀菌、黑根霉、柱孢霉、核盤(pán)菌等病原菌引起的植物病害；（7）酵母菌，可產(chǎn)生促進(jìn)細(xì)胞分裂的活性化物質(zhì)，分解、轉(zhuǎn)化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

2.2 微生物菌株的復(fù)配

菌劑復(fù)配，菌的種類(lèi)并不是越多越好，而是要看復(fù)配后的菌劑微生物在其生命活動(dòng)中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物是否抑制其他微生物的生長(zhǎng)繁殖，掌握微生物種群之間的相互作用是菌劑復(fù)配的關(guān)鍵。種群之間相互作用包括中立生活、偏利作用、協(xié)同作用、互惠共生、寄生、捕食、偏害作用、競(jìng)爭(zhēng)8 個(gè)方面。選擇具備協(xié)同作用（是一種非專(zhuān)性的松散的聯(lián)合）和互惠共生（是一種專(zhuān)性的和緊密的結(jié)合）的2種或2種以上微生物菌株復(fù)配，以提高種群優(yōu)勢(shì)。同時(shí)根據(jù)不同植物的特性，科學(xué)策劃菌劑功能與植物生長(zhǎng)周期特性適用性，選擇針對(duì)性菌種制定復(fù)配生產(chǎn)方案。

微生物菌株復(fù)配采用具有協(xié)調(diào)共生關(guān)系的內(nèi)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(fù)合酶等物質(zhì)，其中，單一菌劑含有效活菌數(shù)不低于200 億/g。按試驗(yàn)成功的設(shè)定比例，在潔凈干燥的空間內(nèi)，接種并混合于經(jīng)特殊處理的基質(zhì)上，復(fù)配后的復(fù)合菌劑的有效總菌數(shù)達(dá)到5億/g。

圖1 多功能復(fù)合型菌劑生產(chǎn)工藝流程

3 多功能復(fù)合型微生物菌肥的生產(chǎn)試驗(yàn)

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

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)2 個(gè)處理：滅菌對(duì)照（I），對(duì)有機(jī)物料腐熟劑進(jìn)行高溫蒸汽滅菌，121.6 ℃滅菌30 min；發(fā)酵過(guò)程中使用多功能復(fù)合型微生物菌劑（Ⅱ）。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。

3.2 試驗(yàn)方法

預(yù)處理：將畜禽糞便與玉米秸稈切斷成長(zhǎng)度為2～4 cm，以10 t禽畜糞便與玉米秸稈為單元進(jìn)行制堆，料堆的規(guī)格為長(zhǎng)30 m、寬2 m、高1.2～1.5 m。對(duì)于處理I，于121.6 ℃采用高溫蒸汽滅菌30min。對(duì)于處理Ⅱ，20 cm 厚為一層，逐層分別灑潑上多功能復(fù)合型微生物菌劑，菌劑使用量為禽畜糞便與玉米秸稈質(zhì)量的5‰。調(diào)節(jié)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(fā)酵管理：每天定時(shí)測(cè)氣溫和堆料溫度，當(dāng)堆料溫度升高到40 ℃以上時(shí)第一次翻堆；當(dāng)料溫升高到60 ℃以上時(shí)，維持高溫腐熟5～7 d，第二次翻堆；依次進(jìn)行上述過(guò)程，直到料溫不繼續(xù)升高為止。

3.3 結(jié)果與分析

1） 多功能復(fù)合型微生物菌劑對(duì)禽畜糞便和玉米秸稈發(fā)酵溫度和腐熟周期的影響

按照試驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)要求，對(duì)不同條件下的預(yù)處理物料進(jìn)行了發(fā)酵腐熟試驗(yàn)。分別測(cè)定了不同處理?xiàng)l件下料溫變化動(dòng)態(tài)，根據(jù)每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)的料溫平均值繪制發(fā)酵動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 在起始溫度5 ℃時(shí)秸稈、糞便預(yù)處理物料發(fā)酵曲線(xiàn)

圖3 在起始溫度20 ℃時(shí)秸稈、糞便預(yù)處理物料發(fā)酵曲線(xiàn)

從圖2 可以看出，在環(huán)境溫度為5 ℃時(shí)，多功能復(fù)合型微生物菌劑能夠較快地啟動(dòng)發(fā)酵過(guò)程，升溫快，高溫階段持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，腐熟周期短。料溫在4 d內(nèi)就能達(dá)到40 ℃以上；經(jīng)過(guò)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(shí)間。經(jīng)4～5 次翻堆后，發(fā)酵基本結(jié)束。而經(jīng)過(guò)滅菌處理的對(duì)照試驗(yàn)則不能啟動(dòng)發(fā)酵過(guò)程。

從圖3可以看出，在環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)，使用多功能復(fù)合型微生物菌劑的處理，料溫在1 d內(nèi)就能達(dá)到40 ℃以上。經(jīng)過(guò)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(shí)間。經(jīng)過(guò)3～4次翻堆后，發(fā)酵基本結(jié)束，發(fā)酵周期為24 d左右。而滅菌對(duì)照發(fā)酵周期為40 d以上。

2） 多功能復(fù)合型微生物菌劑對(duì)畜禽糞便與玉米秸稈腐熟發(fā)酵質(zhì)量的影響

物料松散度：使用多功能復(fù)合型微生物菌劑發(fā)酵后的物料變得疏松，手握為粉體感覺(jué)；而經(jīng)過(guò)滅菌處理的物料在30 d后秸稈強(qiáng)度仍然較大。

經(jīng)檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，多功能復(fù)合型微生物菌劑加速了纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等大分子有機(jī)物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化，腐熟后物料中氮、磷、鉀等速效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高35%以上，w（H2O）小于10%；有效活菌數(shù)大于5 億/g，蛔蟲(chóng)死亡率在95%以上，未檢出大腸菌群，產(chǎn)品符合GB 20287—2006《農(nóng)用微生物菌劑》以及NY 884—2012《生物有機(jī)肥》要求。腐熟后的物料腐殖化率顯著提高，腐殖質(zhì)穩(wěn)定。

結(jié)果表明，多功能復(fù)合型微生物菌劑可有效縮短禽畜糞便與玉米秸稈的發(fā)酵腐熟周期，提高腐熟度，發(fā)酵過(guò)程啟動(dòng)加快，20 ℃發(fā)酵時(shí)60 ℃以上高溫階段持續(xù)時(shí)間達(dá)14 d，能大幅度降低糞便與秸稈中的蟲(chóng)卵數(shù)量，復(fù)壯抑病及營(yíng)養(yǎng)菌群。

4 多功能復(fù)合型微生物菌肥的施用效果

2018年8月—2019年2月，為驗(yàn)證多功能復(fù)合型微生物菌肥的應(yīng)用效果，在灌南縣李集鎮(zhèn)番茄上進(jìn)行試驗(yàn)。

4.1 材料與方法

試驗(yàn)土壤為潮土，地勢(shì)平坦，肥力均勻，土壤理化性狀見(jiàn)表1。

表1 土壤理化性狀

供試肥料：多功能復(fù)合型微生物菌肥。

供試品種及栽培方式：番茄，早豐，溫棚栽培。

處理1，常規(guī)施肥；處理2，常規(guī)施肥+供試肥料基施；處理3（CK），常規(guī)施肥+供試肥料滅活基質(zhì)基施；處理4，常規(guī)施肥+等量清水；

常規(guī)施肥：基肥以有機(jī)肥為主，每公頃施有機(jī)肥30 000 kg，硫酸鉀型復(fù)合肥料（15-15-15）750 kg/hm2；在番茄掛果后追施硫酸鉀型水溶肥料（15-25-15）300 kg/hm2；第二穗果、第四穗果膨大期分別追施水溶肥料（10-10-30），每次追施300 kg/hm2。

基施供試肥料：移栽前按30 m2用量450 g（150 kg/hm2）將供試肥料與10 kg 細(xì)土拌勻，采用溝施的方式施入栽植溝內(nèi)。

基施供試肥料滅活基質(zhì)：移栽前按30 m2用量450 g（150 kg/hm2）將供試肥料滅活基質(zhì)與10 kg細(xì)土拌勻，采用溝施方式施入栽植溝內(nèi)。

基施等量清水：移栽前將與供試肥料等量清水施入栽植溝內(nèi)。

其余田間管理4個(gè)處理均一致。

4.2 結(jié)果與分析

4.2.1 不同處理對(duì)番茄生物學(xué)性狀的影響

番茄基施供試肥料，植株健壯，葉色濃綠，供試肥料處理與供試肥料滅活基質(zhì)處理相比，分枝數(shù)增加0.4個(gè)，單株結(jié)果數(shù)增加0.9個(gè)，單果質(zhì)量增加5 g（見(jiàn)表2）；果實(shí)著色好，商品性好。

(4)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果表明，BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果較為理想，其平均相對(duì)誤差僅為2.10%，利用此模型可對(duì)天然氣脫硫裝置MDEA溶液吸收能力進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

表2 不同施肥處理番茄生物學(xué)性狀

4.2.2 供試肥料對(duì)番茄產(chǎn)量的影響。

根據(jù)實(shí)際采摘情況計(jì)算產(chǎn)量，不同施肥處理統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同施肥處理小區(qū)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

施用供試肥料處理較基施供試肥料滅活基質(zhì)處理增產(chǎn)7.0%。

4.2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

不同施肥處理的效益情況見(jiàn)表4。

表4 不同施肥處理經(jīng)濟(jì)效益分析

由表4可以看出，番茄施用供試肥料處理較基施供試肥料滅活基質(zhì)處理每公頃純?cè)鍪?7 553 元，投入產(chǎn)出比為1∶9。

5 試驗(yàn)結(jié)論

多功能復(fù)合型微生物菌肥在番茄上的增產(chǎn)效果顯著，施用供試肥料處理較基施供試肥料滅活基質(zhì)的處理增產(chǎn)6 667 kg/hm2，增產(chǎn)率為7.0%。該產(chǎn)品的使用能減少化學(xué)肥料使用量，改善土壤環(huán)境，提高作物品質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增收節(jié)支，是發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的有效途徑。