王志慧，王俊濤，柳 麗，孟 艷，蘆光新

(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016；2.青海省蔬菜遺傳與生理重點實驗室，青海 西寧 810016)

中國是農(nóng)業(yè)大國，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)步發(fā)展，秸稈的產(chǎn)量也隨之增加[1]。2017年我國產(chǎn)生8.84×108t秸稈，2018年秸稈產(chǎn)量達9×108t，占世界秸稈總量的20%-30%，位列世界首位[2]。秸稈用途廣泛，秸稈中不僅氮、磷、鉀和微量元素含量豐富，是重要的有機肥源[3]。而且秸稈還可以用作飼料、燃料、工業(yè)原料和食用菌基質(zhì)[4-5]等。然而隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)民生活水平的提高，生活方式的改變，大量秸稈被隨地焚燒或推入河塘，成為污染空氣，污染水質(zhì)的重要原因，影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6,7]，不利于我國的生態(tài)文明建設(shè)。

目前需要解決的是秸稈如何合理利用的問題。研究表明，秸稈還田有利于提高肥力，改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤有益菌群，有利于作物生長[8]。因而秸稈還田不失為一種秸稈合理利用的方式。然而在自然狀態(tài)下，秸稈的降解周期長，且易于滋生大量病菌，害蟲，不利于作物生長。添加微生物菌劑不僅可以快速降解秸稈，又可以保留秸稈中的氮磷鉀元素，是一種廢物利用的理想方法[9]。國內(nèi)外學(xué)者對秸稈降解菌進行了大量的研究，上世紀末，我國學(xué)者張海[10-11]等人分離篩選出對天然纖維素降解能力較強的菌株，并對纖維素酶進行了相關(guān)研究。Oksanen[12]等人開展了對可降解纖維素酶的相關(guān)研究。袁月祥[13]等人的研究表明：堆肥時添加復(fù)合菌劑可以加快秸稈降解。朱琳[14]等人研究發(fā)現(xiàn)，將生物菌劑應(yīng)用于玉米秸稈的生物處理過程中，有效地增加了玉米秸稈的生物降解能力。同樣，劉思穎[15]等人在對稻草秸稈發(fā)酵的研究中表明：添加生物菌劑的秸稈處理比自然狀態(tài)下的秸稈處理產(chǎn)氣量高，這表明添加生物菌劑加速秸稈降解。又如王洪媛[16]等人篩選出降解纖維素的真菌，并測量了降解纖維素，半纖維素，木質(zhì)素的效果。很多國內(nèi)外學(xué)者對降解菌的降解效果進行了研究，然而將復(fù)合菌劑應(yīng)用到油菜秸稈和豬糞堆肥中的研究尚少。

本研究利用已經(jīng)篩選出2.4d、2.6b、310b三種菌構(gòu)建復(fù)合菌劑，研究自然條件下復(fù)合菌劑對油菜秸稈和豬糞堆肥混合物的降解效果。以期構(gòu)建出自然條件下降解能力強，適應(yīng)范圍廣的復(fù)合菌劑，為解決秸稈資源合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣地設(shè)置

堆肥試驗開始于2020年8月中旬，樣地設(shè)在青海西寧城北區(qū)青海省農(nóng)林科學(xué)院試驗田內(nèi)，堆肥采用戶外堆置方式，堆體大小根據(jù)現(xiàn)有的場地、試驗條件等設(shè)置為直徑為1m、高0.7m的圓錐形堆體。油菜秸稈切成3-5cm的碎片，將秸稈與豬糞按3∶1的質(zhì)量混合，含水量控制在60%-70%。

1.2 試驗材料

新鮮豬糞，油菜秸稈(將其粉碎至粒徑1-3cm)，多酶系菌群(2.4d+2.6b+310b)。

1.3 試驗設(shè)計

將新鮮豬糞與油菜秸稈按照質(zhì)量比 1∶3 混勻，調(diào)節(jié)含水率為 60%-70%，均勻混合，每4d翻堆后取樣，堆肥時間從8月19日至10月7日，整個堆肥階段為 50d。堆肥初期用白色透明塑料膜覆蓋，堆肥過程中統(tǒng)一采用人工翻堆的方式保證料堆的空氣含量。每個處理三個重復(fù)。

1.4 采樣方法

每次翻堆之前進行采樣，每堆從三個方向、每個方向的縱向切面上，于上、中、下三個部位取樣，樣品均從堆體內(nèi)部選取，混勻后裝入樣袋。

1.5 纖維素、木質(zhì)素、半纖維素的測定1.5.1 中性洗滌纖維(NDF)

(1)將樣品烘干后，用粉碎機將樣品粉碎至過40目實驗篩，放置自封袋備用。

(2)稱取0.6g左右樣品，放置于砂芯坩堝中，加入100ml中性洗滌液和1ml正辛醇。消煮50min并調(diào)節(jié)功率保持微沸狀態(tài)。消煮結(jié)束后用蒸餾水洗滌至廢液中性。

(3)將中性洗滌過的樣品置于105℃烘箱中4h烘干。稱重。

(4)中性洗滌纖維(NDF)質(zhì)量分數(shù)(W)的計算

W=[m2-m1]/m×100%

m2:烘干后砂芯坩堝和殘渣的質(zhì)量(g)；m1:砂芯坩堝重量(g)； m:樣品重量(g)

1.5.2 酸性洗滌纖維(ADF)

(1)步驟同上(1)(2)(3)

(2)酸性洗滌纖維(ADF)質(zhì)量分數(shù)(G)的計算

G=[m2-m1]/m×100%

m1:砂芯坩堝重量(g)；m2:烘干后砂芯坩堝和殘渣的質(zhì)量(g)；m:樣品重量(g)

1.5.3 酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)

(1)將酸洗過的樣品烘干，樣品中加入12mol/L硫酸至沒過樣品，常溫狀態(tài)下酸解3h，立即抽濾洗滌至中性。

(2)將酸解過的樣品置于105℃烘箱中4h烘干，稱重。

(3)將砂芯坩堝與殘渣置于馬弗爐中，510℃灼燒2h，冷卻，稱重。

(4)酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)質(zhì)量分數(shù)(Q)的計算

Q=[m2-m1-m0]/m×100%

m0:坩堝的重量(g)；m1:灰化后坩堝和灰分的重量(g)；m2:硫酸洗滌后砂芯坩堝和殘渣重量(g)；m :樣品重量(g)。

1.5.4 纖維素、木質(zhì)素、半纖維素的計算

半纖維素(%)=NDF-ADF

纖維素(%)=NDF-ADL

木質(zhì)素(%)=ADL-灰分

中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)由F800纖維測定儀測定。F800纖維素測定儀由山東海能科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程中纖維素含量變化

由表1可知，堆肥過程中纖維素含量整體呈下降趨勢，處理組秸稈中纖維素含量從24.92%下降至3.91%，對照組中纖維素含量從19.84%下降至11.16%。說明在堆體發(fā)酵過程中，添加復(fù)合菌劑的堆體可以加速秸稈中纖維素的分解，提高纖維素的降解率。

表1 堆肥過程中纖維素含量表

由圖1可以看出，處理組初始的纖維素含量高于對照組，分別為24.92%和19.84%。提高纖維素的分解率是加快堆肥的重要途徑[17]。隨著堆肥發(fā)酵時間的延長，處理組與對照組的纖維素含量均呈下降趨勢，其中，處理組的纖維素含量明顯低于對照組，堆肥發(fā)酵結(jié)束纖維素含量分別為3.91%、11.16%。

2.2 堆肥過程中半纖維素含量變化

由堆肥結(jié)果(表2)可知，整個堆肥過程中，半纖維素含量呈下降趨勢，處理組中半纖維素含量從14.74%下降至5.73%，對照組中半纖維素含量從17.41%下降至7.22%，表明復(fù)合菌劑可加速半纖維素的降解,可提高半纖維素的降解率。

表2 堆肥過程中半纖維素含量

半纖維素含量變化趨勢圖(圖2)可以看出，堆肥過程中半纖維素含量整體呈下降趨勢，處理組初始的半纖維素含量為14.74%，對照組初始的半纖維素含量為17.41%，略高于處理組。堆肥發(fā)酵結(jié)束時處理組的半纖維素含量為5.73%，對照組半纖維素含量為7.22%，表明添加復(fù)合菌劑加速半纖維素的降解，提高半纖維素的降解率，加快堆肥腐熟過程。半纖維素是由甘露糖、半乳糖和木糖等組成的非結(jié)晶態(tài)多糖，聚合度為200，容易降解成單糖[18]。

2.3 堆肥過程中木質(zhì)素含量變化

堆肥結(jié)果表明(表3)：木質(zhì)素整體呈降低趨勢，處理組中木質(zhì)素含量從22.17%下降到7.5%，對照組中木質(zhì)素含量從20.94%下降至13.06%。說明復(fù)合菌劑加速木質(zhì)素的分解，提高木質(zhì)素的降解率。

表3 堆肥過程中木質(zhì)素含量

木質(zhì)素含量變化趨勢圖中(圖3)可以看出，堆肥過程中，處理組與對照組木質(zhì)素含量總體呈下降趨勢，處理組初始木質(zhì)素含量為22.17%，對照組初始木質(zhì)素含量為14.54%。低于處理組，堆肥發(fā)酵結(jié)束時，處理組木質(zhì)素含量為7.5%，對照組木質(zhì)素含量為13.06%，表明添加復(fù)合菌劑加速木質(zhì)素的降解，提高木質(zhì)素的降解率。堆肥原料中含有豐富且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的木質(zhì)素是限制快速腐殖化的重要因素，也是導(dǎo)致堆肥成品質(zhì)量不高，施用效果不佳的重要原因[19，20]。強化木質(zhì)素的降解不僅可以加快腐殖化進程，而且還縮短了堆肥時間，提高堆肥品質(zhì)[21]。

3 結(jié)論與討論

本研究探究在自然環(huán)境條件下，接種復(fù)合菌劑對油菜秸稈—豬糞堆肥混合物降解過程中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量的影響。結(jié)果表明：添加復(fù)合菌劑的處理組中纖維素含量從24.92%下降至3.91%，半纖維素含量從14.74%下降至5.73%，木質(zhì)素含量從22.17%下降至7.5%。對照組中纖維素含量從19.84%下降至11.16%，半纖維素含量從17.41%下降至7.22%，木質(zhì)素含量從20.94%下降至13.06%，與對照組相比，添加復(fù)合菌劑不僅可以加速纖維素，半纖維素，木質(zhì)素的降解，而且可以提高降解率，加速堆肥腐熟，提高堆肥品質(zhì)。

對于秸稈生物降解問題的研究，國內(nèi)外學(xué)者從菌種，堆肥方式，環(huán)境等方面進行了探究。吳旭東[22]等人探究了單核菌株和雙核菌株對稻草秸稈中的纖維素和木質(zhì)素降解能力，結(jié)果表明：降解70d后，兩種菌株降解纖維素、木質(zhì)素的能力差異顯著，且雙核菌株降解能力更強。于建[23]等人，以豬糞和玉米秸稈為原料堆肥，用兩種不同的腐熟劑A、B進行處理，結(jié)果表明：添加腐熟劑A的料堆，堆肥過程中升溫迅速，且高溫期長，能夠促進豬糞的快速腐熟。這與本試驗?zāi)芗铀俑斓挠^點一致。王艮梅[24]等人用30%的銀杏樹葉和豬糞作為堆肥原料，秸稈作為調(diào)理劑，對添加生物菌劑的腐熟效果進行研究，研究結(jié)果表明：添加生物菌劑可縮短腐熟時間，堆肥過程中，酸堿度、有機質(zhì)含量，全氮含量總體為下降趨勢，這與本試驗研究結(jié)果基本一致。賈聰俊[25]等人利用豬糞為原料，接種微生物混合菌劑，探究生物菌劑對豬糞堆肥效果的影響。結(jié)果表明：接種不同的微生物混合菌劑可以促進豬糞腐熟堆肥過程，且顯著增加肥料氮素含量。這與本試驗研究結(jié)果相似。劉益仁[26]等以豬糞為原料，稻草和風(fēng)化煤為填充料，按6.5∶2∶1的比例混合堆肥，添加菌劑的堆肥組，溫度、發(fā)芽指數(shù)、C/N等指標均達到了腐熟的指標，而未添加菌劑的對照組，溫度、發(fā)芽指數(shù)、C/N等指標均未達到腐熟要求。可見接種微生物菌劑能明顯加速堆肥的腐熟過程。這與本研究的結(jié)論一致。

秸稈中成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外部環(huán)境條件多變，難以僅僅依靠一種降解菌降解，構(gòu)建復(fù)合菌劑可提高對纖維素，半纖維素，木質(zhì)素的降解率，加快堆肥腐熟過程，提高堆肥品質(zhì)。目前筆者正致力于開發(fā)構(gòu)建降解效率高，穩(wěn)定性強，適用性廣的復(fù)合菌劑，以期為復(fù)合菌劑的進一步開發(fā)利用和推廣提供參考，為秸稈資源合理利用，農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展獻計獻策。