沼渣微生物菌劑對土壤微生物數(shù)量、酶活及谷子生長的影響

畢少杰等

摘要：采用小區(qū)試驗，研究沼渣微生物菌劑和龍疆微生物菌劑對土壤中細菌、放線菌和真菌數(shù)量及土壤酶活性的影響，測定菌劑施用后谷子株高和產(chǎn)量性狀。結果表明，2種菌劑的施用均可提高谷子抽穗期根際土壤中細菌和放線菌的數(shù)量，降低真菌的數(shù)量，增強谷子抽穗期根際土壤中脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、磷酸酶、過氧化氫酶的活性，促進谷子拔節(jié)期、抽穗期、成熟期株高，提高谷子的穗長、穗粒重和產(chǎn)量。與龍疆菌劑相比，沼渣菌劑對谷子抽穗期根際土壤中細菌和真菌數(shù)量，對抽穗期根際土壤中蛋白酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，對谷子的穗長、穗粒重和千粒重的影響均無差異。但當施用量達112.5 kg/hm2時，沼渣菌劑處理的谷子產(chǎn)量顯著低于龍疆菌劑處理的谷子產(chǎn)量。可見，在微生物菌劑常規(guī)施用范圍內(nèi)，沼渣菌劑可代替龍疆菌劑中的載體用于微生物菌劑的生產(chǎn)，沼渣微生物菌劑可顯著促進谷子產(chǎn)量的提高。

關鍵詞：沼渣；微生物菌劑；微生物數(shù)量；土壤酶活；谷子

中圖分類號：S141.9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）16-3868-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.16.009

Effect of Biogas Residue Biological Agents on Soil Microbial Quantity， Soil Enzyme Activity and the Growth of Millet

BI Shao-jie1， HONG Xiu-jie2， WANG Guo-xing1， ZHANG Yu-zhu1， FENG Hong-shan1， WANG Yan-jie1

（1. College of Life Science and Technology， Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing 163319， Heilongjiang， China；

2. Daqing Agricultural Technology Promotion Center， Daqing 163411， Heilongjiang， China）

Abstract： Plot experiments were conducted to investigate the effects of biogas residue biological agents （BA） and Longjiang biological agents （LA） on the quantity of bacteria， actinomycetes and fungi in the soil. Soil enzyme activity， plant height and yield of millet were measured under different biological agents. Results showed that the addition of BA and Longjiang biological agents （LA） could increase the number of bacteria and actinomycetes， decrease the number of fungi， improve activity of rhizosphere soil enzyme （urease， protease， invertase， phosphatase and catalase） in the millet heading stage， increase the millet height at the stage of jointing， heading and maturity， and improve the millet spike length， grain weight and yield. Compared with LA， BA had no significant difference on the number of bacteria and fungi， the activity of urease， protease， invertase， phosphatase， the millet spike length and grain weight. But when application of biological agents reached to more than 112.5 kg/hm2， the millet yield treated by BA was lower than that treated by LA. The correlation analysis showed that BA can significantly promote the yield of millet in conventional application of microbial agents range， and biogas residue can be used as LA carriers for the production of microbial agents.

Key words： biogas residues； biological agents； amount of microorganism； soil enzyme activity； millet

厭氧發(fā)酵的剩余物沼渣是由沒有完全分解的原料及新產(chǎn)生的部分微生物菌體和代謝產(chǎn)物組成。原料的不同造成沼渣營養(yǎng)成分差異較大。厭氧發(fā)酵原料一般60%以上轉(zhuǎn)化成生物氣，35%滯留于沼渣中，其余留存于沼液中。沼渣中氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分的含量高于沼液。另外，沼渣通過厭氧消化處理，病菌和蟲卵的生長受到抑制或被殺死，是一種相對衛(wèi)生的肥料。中國建設起來的大中型沼氣工程多為國家扶持項目，重在建設，輕視運行；重在產(chǎn)氣量，忽視發(fā)酵剩余物的有效處理，這種現(xiàn)象在一定范圍內(nèi)存在。沼渣一般作為厭氧發(fā)酵后的一個副產(chǎn)品來對待，而不是作為生態(tài)農(nóng)業(yè)中的一個重要環(huán)節(jié)來考慮。重視農(nóng)業(yè)資源化利用的國家已把厭氧發(fā)酵處理作為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用的一個重要途徑[1]。另外，沼渣肥的應用還缺乏規(guī)范的指導，沼渣肥一般稱為沼渣有機肥，而其有機質(zhì)含量不足10%[2]，達不到中國要求的有機肥料中有機質(zhì)含量要達到45%的標準[3]。而沼渣肥的施用方式主要是直接做基肥或追肥[4，5]，施用時需要開溝或翻埋，而相應的施肥設備研制相對落后，致使施肥時需要投入較多的勞動力。沼渣肥施用過程中的臟、累和效率低等問題影響了農(nóng)戶應用沼渣肥的積極性。

生物肥是一類含有特定功能微生物的制品，通過微生物的活動，直接提供養(yǎng)分或活化土壤養(yǎng)分從而促進作物生產(chǎn)，提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)，主要包括微生物菌劑、復合微生物肥料及生物有機肥。生產(chǎn)生物肥的原料多為腐熟的畜禽糞便及農(nóng)副產(chǎn)品加工廢棄物。其中微生物菌劑所用的載體主要要求達到無害化[6]，而對所用的有機質(zhì)含量無要求。因此，以沼渣作為微生物菌劑的載體材料，在資源化利用沼渣的同時，還可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的農(nóng)用微生物菌劑產(chǎn)品。本文采用牛糞與餐廚垃圾混合厭氧發(fā)酵后的沼渣白黏土與微生物菌液混合制成農(nóng)用微生物菌劑，以市售農(nóng)用微生物菌劑產(chǎn)品為對照，研究供試微生物菌劑對谷子生長的影響，探索利用沼渣的新途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試谷子品種為金谷1號，早熟品種，抗病、抗旱、抗倒伏。適宜黑龍江省第一、第二積溫帶和第三積溫帶上限地區(qū)種植。播種前用清水漂洗，去除漂浮在上層的癟谷及雜質(zhì)，自然晾干后播種。沼渣為餐廚垃圾與牛糞混合發(fā)酵剩余物充分沉降后的沉淀物，經(jīng)自然風干后備用。

沼渣微生物菌劑（沼渣菌劑）所用菌種為Pseudomonas pulida和Enterobacter cloacae，系黑龍江省科技廳國際交流合作項目引進菌種；所用載體為沼渣和白黏土（質(zhì)量比為8.5∶1.5）。將沼渣和白黏土按比例充分混合后，加入Pseudomonas pulida和Enterobacter cloacae的發(fā)酵菌液，采用擠壓造粒技術生產(chǎn)出粒徑為2.0～4.0 mm、有效活菌數(shù)≥1.0 億/g的顆粒菌劑。市售的農(nóng)用微生物菌劑產(chǎn)品為龍疆恩地農(nóng)用微生物菌劑（龍疆菌劑），由黑龍江省牡丹江農(nóng)墾龍疆肥業(yè)有限公司提供，有效活菌數(shù)≥1.0 億/g的顆粒菌劑，所用載體主要為雞糞、腐殖酸和白黏土，菌種同沼渣菌劑。

1.2 試驗設計

試驗在黑龍江省肇東市尚家鎮(zhèn)農(nóng)戶家的耕地進行，前茬為玉米，地勢平坦，肥力均勻，施摻混肥375 kg/hm2做底肥一次性施入。土壤性質(zhì)為有機質(zhì)27.1 g/kg，全氮0.48 g/kg，速效磷32.6 mg/kg，速效鉀193.2 mg/kg。小區(qū)面積19.5 m2（行長5 m、行距65 cm、6行區(qū)），另設保護行兩壟。沼渣菌劑及市售菌劑均以基肥施入，施用量分別為37.5、75.0和112.5 kg/hm2，以不施微生物菌劑處理作對照，每處理3次重復。采用豁溝澆水寬播的方法，全生育期內(nèi)除草、中耕等按當?shù)卮筇锷a(chǎn)標準方式進行管理。

1.3 測定指標及方法

在谷子抽穗期，采用5點混合法，用鐵鍬取谷子根部，用抖土法收集根部土壤，分別裝入無菌塑料袋，其中部分新鮮樣品用于土壤微生物數(shù)量的測定，剩余土壤樣品在避光通風處風干土壤用于酶活性的測定。土壤脲酶、磷酸酶、蛋白酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性的測定分別采用奈氏比色法、磷酸苯二鈉法、茚三酮比色法、3，5-二硝基水楊酸比色法和高錳酸鉀滴定法[7]。根際土壤微生物數(shù)量的測定采用常規(guī)稀釋平板法，細菌采用混菌法接種，真菌和放線菌采用涂抹法接種[8]。

2 結果與分析

2.1 2種菌劑對抽穗期根際土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物主要由細菌、真菌和放線菌組成，其數(shù)量與活性直接影響著土壤腐殖質(zhì)的合成與有機物的分解。從表1可見，與對照相比，供試菌劑處理量達到75.0 kg/hm2時，細菌的數(shù)量顯著增加；供試菌劑施用量達到37.5 kg/hm2時，真菌的數(shù)量顯著低于對照；在沼渣菌劑和龍疆菌劑的施用量分別達到112.5和37.5 kg/hm2時，放線菌的數(shù)量顯著高于對照。

2種菌劑相比，在供試施用量范圍內(nèi)，細菌和真菌數(shù)量差異不顯著；當供試菌劑施用量達到37.5 kg/hm2以上時，沼渣菌劑處理的放線菌數(shù)量顯著低于龍疆菌劑的處理。

2.2 2種菌劑對抽穗期根際土壤酶活性的影響

土壤酶活性是土壤能量代謝、物質(zhì)轉(zhuǎn)化和土壤質(zhì)量高低的一個重要生物指標。

脲酶是土壤中氮素轉(zhuǎn)化必需的一種酶，土壤的供氮能力可以用脲酶的活性來表示[9]。由表2可以看出，沼渣菌劑施用量在75.0 kg/hm2以上的處理可顯著提高脲酶的活性，供試龍疆菌劑的所有處理均可顯著提高脲酶的活性。2種菌劑相比，施用量在112.5 kg/hm2的處理，沼渣菌劑處理的脲酶活性顯著低于龍疆菌劑的處理。

土壤蛋白酶是以蛋白質(zhì)為底物進行水解，水解產(chǎn)生短肽，短肽水解產(chǎn)生氨基酸，水解的產(chǎn)物作為植物氮源被利用，因此土壤蛋白酶的活性高低可以體現(xiàn)出土壤氮素的營養(yǎng)狀況[10]。蔗糖酶也稱為轉(zhuǎn)化酶，其活性可以反映土壤中氮素的轉(zhuǎn)化情況，促進土壤中易溶性物質(zhì)的增加，是體現(xiàn)土壤肥力的一個重要指標[11]。磷酸酶在土壤中有機磷化合物的水解過程中起重要作用，可以促進有機磷脫磷，將無效磷轉(zhuǎn)化為植物可吸收的有效磷。2種菌劑的施用量在37.5 kg/hm2以上的供試處理均可顯著提高土壤蛋白酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性。2種菌劑相比，在供試施用量的處理范圍內(nèi)土壤蛋白酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性差異不顯著。

過氧化氫酶是一種保護酶，參與土壤微生物的呼吸代謝及一些氧化還原反應，消除有害的過氧化氫。過氧化氫酶活性與土壤微生物數(shù)量、活性及土壤肥力有關[12]。與對照相比，2種菌劑的施用量在37.5 kg/hm2以上的供試處理均可顯著提高土壤過氧化氫酶的活性。2種菌劑相比，在供試施用量范圍內(nèi)，施用量37.5 kg/hm2以上時龍疆菌劑處理的土壤過氧化氫酶的活性顯著高于沼渣菌劑的處理。

2.3 2種菌劑對不同生育期谷子株高的影響

從表3可知，2種菌劑對谷子苗期株高沒有影響。在拔節(jié)期，沼渣菌劑的施用量在75.0 kg/hm2、龍疆菌劑的施用量在37.5 kg/hm2以上的處理的株高均顯著高于對照。2種菌劑的施用量在37.5 kg/hm2以上的處理均可顯著提高抽穗期和成熟期的株高。

供試的2種菌劑相比，只有施用量達到112.5 kg/hm2的處理，在谷子的成熟期和抽穗期，沼渣菌劑處理的株高顯著低于龍疆菌劑的處理。供試的其他生育期和施用量，2種菌劑處理的株高相比差異不顯著。

2.4 2種菌劑對谷子產(chǎn)量性狀的影響

2種菌劑對谷子產(chǎn)量性狀的影響見表4。與對照相比，2種菌劑不同施用量的處理均可顯著提高谷子的穗長和穗粒重，對千粒重無影響。2種菌劑的施用量在37.5 kg/hm2時，谷子的產(chǎn)量顯著提高；隨施用量的增加，沼渣菌劑處理的產(chǎn)量不再增加，而龍疆菌劑的施用量達到112.5 kg/hm2時，谷子的產(chǎn)量顯著高于其他施用量的處理。2種菌劑相比，在供試施用量范圍內(nèi)，2種菌劑處理的穗長、穗粒重和千粒重均無差異；在施用量為112.5 kg/hm2時，龍疆菌劑處理的谷子產(chǎn)量顯著高于沼渣菌劑的處理。

3 小結與討論

微生物菌劑是以畜禽糞便、農(nóng)副產(chǎn)品加工廢棄物等為載體，含有功能微生物的生物肥料。將其施入土壤中可以起到“接種”的作用，為土壤提供一定的有益微生物菌源[13]。土壤微生物的群落結構和活性對保持土壤肥力具有重要意義。土壤微生物的組成會受到施肥模式[14]、耕作方式[15]的影響。有研究表明，施加農(nóng)用微生物菌劑可以使作物根際微生物的類群發(fā)生改變[16，17]。通過對根際微生物數(shù)量的研究表明，2種菌劑均可提高細菌和放線菌的數(shù)量，并呈現(xiàn)隨應用劑量的提高而增加的趨勢。細菌可促進土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化；放線菌可促進土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化，還可以產(chǎn)生具有一定拮抗土傳病害的抗生素。2種菌劑處理可顯著降低土壤中真菌的數(shù)量。而真菌的數(shù)量減少可以降低真菌病害發(fā)生的風險[18]。在供試菌劑施用量處理范圍內(nèi)，沼渣菌劑處理的放線菌數(shù)量顯著低于龍疆菌劑的處理，而2種菌劑處理的細菌和真菌數(shù)量無差異。放線菌數(shù)量的差異可能與2種菌劑所含有機質(zhì)含量不同有關。土壤中放線菌的數(shù)量與有機質(zhì)的施用量直接相關[19]，而沼渣菌劑的有機質(zhì)含量低于龍疆菌劑，可能與龍疆菌劑中含有相對較高的有機質(zhì)促進了放線菌的生長有關。

植物根系和土壤微生物的分泌產(chǎn)生土壤酶[20]，其活性是土壤肥力的一個標志，也是有機養(yǎng)分在土壤中進行轉(zhuǎn)化的一個重要影響因素[21]。土壤中碳、氮和磷等的轉(zhuǎn)化與土壤中脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的活性密切相關[22]。過氧化氫酶的活性隨土壤有機質(zhì)含量的提高而升高[23]。本研究中發(fā)現(xiàn)供試2種菌劑可顯著提高土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶的活性。2種菌劑相比，龍疆菌劑施用量在112.5 kg/hm2的處理，沼渣菌劑處理的脲酶活性顯著低于龍疆菌劑的處理；而龍疆菌劑處理在較低的施用量37.5 kg/hm2時，過氧化氫酶活性顯著高于沼渣菌劑處理。表明相對沼渣菌劑處理，龍疆菌劑處理對脲酶和過氧氫酶的活性的影響更明顯。

農(nóng)用微生物菌肥中含有分解磷、鉀或具有促生作用的微生物菌體，可以促進有機質(zhì)的分解，使無效養(yǎng)分有效化，有的微生物菌種還可以分泌一些促進作物生長的激素類物質(zhì)。本研究中供試的2種微生物菌劑所有的菌種為Pseudomonas pulida和Enterobacter cloacae，前期研究利用2種菌制作的生物肥對水稻生長的影響，結果表明生物菌肥不僅可以促進水稻的生長，還可以解除殘留量為0.03 ？滋g/kg氯嘧磺隆對水稻生長的抑制[24]。本研究中2種菌劑的施用均可促進谷子拔節(jié)期、抽穗期和成熟期谷子的株高；在施用量達到112.5 kg/hm2時，龍疆菌劑對谷子株高的促進作用要顯著高于沼渣菌劑的處理。2種菌劑的處理對谷子千粒重沒有顯著的影響，而顯著促進了穗長和增加了穗粒重。在施用量為37.5和75.0 kg/hm2時，2種菌劑對谷子增產(chǎn)效果無差異。2種菌劑的應用可顯著提高谷子的產(chǎn)量，但隨著沼渣菌劑施用量的增加，產(chǎn)量增加不顯著；龍疆菌劑的處理在施用量達到112.5 kg/hm2時產(chǎn)量最高。

綜上所述，以沼渣作為微生物菌劑的載體材料，在資源化利用沼渣的同時，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的農(nóng)用微生物菌劑產(chǎn)品是可行的。

參考文獻：

[1] BERGLUND M， B？魻RJESSON P. Assessment of energy performance in the life-cycle of biogas production[J]. Biomass and Bioenergy， 2006， 30（3）： 254-266.

[2] 黃惠珠.沼肥營養(yǎng)成分與污染物分析研究[J].福建農(nóng)業(yè)學報，2010，25（1）：86-89.

[3] NY 525-2012，中華人民共和國有機肥農(nóng)業(yè)行業(yè)標準[S].

[4] 武志峰，楊 春，張艷麗，等.田間沼渣肥力效果的試驗研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2014，53（21）：5139-5141.

[5] 趙 玲，劉慶玉，張 敏，等.干旱脅迫下沼渣對基質(zhì)特性及草莓植株PSⅡ光化學活性的影響[J].可再生能源，2011，29（6）：110-114.

[6] GB 20287-2006，中華人民共和國國家標準[S].

[7] 周禮愷.土壤酶學[M].北京：科學出版社，1987.

[8] 中國科學院南京土壤研究所微生物室.土壤微生物研究法[M].北京：科學出版社，1985.

[9] 孫瑞蓮，趙秉強，朱魯生，等.長期定位施肥對土壤酶活性的影響及其調(diào)控土壤肥力的作用[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2003，9（4）：406-410.

[10] 孫傳范，戴延波，曹衛(wèi)星.不同施氮水平下增銨營養(yǎng)對小麥生長和氮素利用的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2003，9（1）：33-38.

[11] 解媛媛，谷 潔，高 華，等.微生物菌劑酶制劑化肥不同配比對秸桿還田后土壤酶活性的影響[J].水土保持研究，2010， 17（2）：233-238.

[12] 黃繼川，彭智平，于俊紅，等.施用玉米秸桿堆肥對盆栽芥菜土壤酶活性和微生物的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2010， 16（2）：348-353.

[13] 呂 軍，文庭池，郭刊亮，等.酒糟生物有機肥和微生物菌劑對土壤微生物數(shù)量及高粱產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2013，34（4）：502-506.

[14] CHEN S K， SUBLER S，EDWARDS C A.Effects of agricultural bio-stimulants on soil microbial activity and nitrogen dynamics[J]. Applied Soil Ecology， 2002， 19（3）：249-259.

[15] BRIAR S S， FONTE S J， PARK I， et al. The distribution of nematodes and soil microbial communities across soil aggregate fractions and farm management systems[J]. Soil Biology and Biochemistry， 2011， 43（5）： 905-914.

[16] CHEN S N， GU J， GAO H， et al. Effect of microbial fertilizer on microbial activity and microbial community diversity in the rhizosphere of wheat growing on the Loess Plateau[J]. African Journal of Microbiology Research，2011，5（2）：137-143.

[17] ZHANG H H， TANG M， CHEN H， et al. Effects of inoculation with ectomycorrhizal fungi on microbial biomass and bacterial functional diversity in the rhizosphere of Pinus tabulaeformis seedlings[J]. European Journal of Soil Biology， 2010， 46（1）： 55-61.

[18] 張鴻雁，薛泉宏，早光輝，等.放線菌制劑對人參生長及根域土壤微生物區(qū)系的影響[J].應用生態(tài)學報，2013，24（8）： 2287-2293.

[19] 張云偉，徐 智，湯 利，等.不同有機肥對烤煙根際土壤微生物的影響[J].應用生態(tài)學報，2013，24（9）：2551-2556.

[20] TADANO T， OZAWA K， SAKAI H， et al. Secretion of acid phosphatase by the roots of crop plants under phosphorus-deficient conditions and some properties of the enzyme secreted by lupin roots[J]. Plant and Soil， 1993，155-156（1）：95-98.

[21] BURNS R G. Enzyme activity in soil： Location and possible role in microbial ecology[J]. Soil Biology and Biochemistry， 1982， 12： 423-427.

[22] 劉恩科，趙秉強，李秀英，等.長期施肥對土壤微生物量及土壤酶活性的影響[J].植物生態(tài)學報，2008，32（1）：176-182.

[23] 隋躍宇，焦曉光，高崇生，等.土壤有機質(zhì)含量與土壤微生物量及土壤酶活性關系的研究[J].土壤通報，2009，40（5）：1036-1039.

[24] 王彥杰，左豫虎，荊瑞勇，等.生物肥對氯嘧磺隆殘留的降解及對水稻生長的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2010，18（4）：852-855.