谷糠和堆肥作為微生物菌劑載體的研究

趙 旭，王改蘭，陳春玉，王碩林 (湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南長沙 410128)

微生物肥料是指一類含有活性微生物的特定制品，被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，能夠獲得特定的肥料效應(yīng)。在這種效應(yīng)的產(chǎn)生中，制品中活性微生物起著關(guān)鍵作用［1］。微生物肥料不但應(yīng)用效果好，而且生產(chǎn)成本低，施用后能減少化肥用量和提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)(生態(tài)農(nóng)業(yè))、生產(chǎn)安全、無公害綠色食品以及降低農(nóng)民投入、保護(hù)環(huán)境等具有十分重要的作用［2］。

微生物肥料質(zhì)量控制一直是最突出的問題，其中載體是一個(gè)關(guān)鍵因素［3］。目前微生物肥料載體主要有蛭石、草炭及菌糠等，其中草炭應(yīng)用較普遍［4］。但是，草炭是一種短期不可再生性的天然礦產(chǎn)資源，長期開采會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大破壞，并且成本較高［5］?，F(xiàn)今微生物肥料生產(chǎn)關(guān)鍵因素之一就是能否找到一種既滿足微生物菌劑保存要求，又改善土壤生態(tài)環(huán)境、提供養(yǎng)分的載體。理想的載體應(yīng)具有大量有序排列的微孔、比表面積大、吸附性強(qiáng)等特征，同時(shí)載體必須有利于菌種的生存和功能的發(fā)揮，可重復(fù)穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)作物和土壤無毒、無害［6］。畜禽糞便堆肥具有來源廣泛、供應(yīng)穩(wěn)定、易腐熟、成本低、腐熟后細(xì)度高、吸附性能好且氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分適宜等優(yōu)點(diǎn)，不僅能給微生物提供良好的生活環(huán)境，而且可使微生物在堆肥內(nèi)繁殖生長［7］。該研究利用堆肥為功能微生物的載體，減少草炭的用量，節(jié)約資源，探討堆肥代替草炭作為功能微生物載體的可行性。

關(guān)于堆肥和微生物菌劑結(jié)合方式，印度學(xué)者用不滅菌的堆肥直接吸附哈茨木霉(Trichoderma harzianum)［8］，但更多的研究是在堆肥中添加促進(jìn)腐熟的微生物菌劑［9-11］。席北斗等［12］研究發(fā)現(xiàn)，堆肥本身所含微生物對(duì)外來微生物的影響很大，當(dāng)堆肥中微生物數(shù)量約為108cfu/g時(shí)，所接種的外來微生物不增殖，菌數(shù)迅速下降，并且當(dāng)堆肥的含水量太高時(shí)，不但吸附能力差，而且易滋生霉菌，不利于外來微生物存活［13］。因此，堆肥必須完全腐熟，并且在含水量降低后才能作為微生物菌劑吸附載體。

該研究以不同比例配合的豬糞堆肥、谷糠和草炭為堆肥材料，風(fēng)干后吸附具有解磷、解鉀和拮抗作用的功能微生物混合菌劑，重點(diǎn)檢微生物數(shù)量和pH的變化，以期為以堆肥作為吸附載體、生產(chǎn)高質(zhì)量生物肥料提供理論依據(jù)，對(duì)提高肥效、促進(jìn)微生物肥料行業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料 豬糞堆肥原料為農(nóng)戶家新鮮豬糞，然后實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵堆制。將豬糞糞便發(fā)酵完全腐熟［14］的有機(jī)堆肥從發(fā)酵池中取出，放在通風(fēng)處自然風(fēng)干，直到含水量低于15%，自然風(fēng)干后全 N、全 P、全 K 含量分別為 13．66、29．31、14．75 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量 203．00 g/kg，含水量 13．70%，pH 7．29，C/N 20．14。草炭為從市場購買的成品，其中有機(jī)質(zhì)含量≥45%，氮磷鉀含量≥5%，pH 6．5。谷糠收購于湖南當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶，主要成分為油脂14% ～24%，蛋白質(zhì)13% ～18%，無氮浸出物32% ～53%，灰分7% ～12%。豬糞堆肥、谷糠和草炭自然風(fēng)干后過2 mm篩(10目)，備用。

該試驗(yàn)所用的菌種包括解磷細(xì)菌(P7)巨大芽孢桿菌(Bacillus megaterium)、解鉀細(xì)菌(K8)膠質(zhì)芽孢桿菌(Bacillus mucilaginosus)、阿佐聯(lián)(A)(俄羅斯科學(xué)院烏發(fā)科研中心生物所研發(fā)，專利號(hào)No．2224791)。在3種菌種中，解磷細(xì)菌(P7)和解鉀細(xì)菌(K8)篩選自湖南省邵東市牛馬司煤礦復(fù)墾區(qū)土壤中，阿佐聯(lián)(A)由山西農(nóng)科院提供。

1．2 試驗(yàn)方法

1．2．1 液體微生物混合菌劑的制備。將活化好的菌種分別單獨(dú)接種于LB液體培養(yǎng)基中，28℃，180 r/min振蕩培養(yǎng)24～36 h，當(dāng)菌含量在3×108cfu/ml以上時(shí)結(jié)束培養(yǎng)。采用比濁法調(diào)整各菌液濃度，使各菌液濃度處于同一水平，保證不同菌液中菌株含量接近，然后將各菌液等比例混合，制備成微生物混合菌液。

1．2．2 試驗(yàn)載體的制備。將谷糠、堆肥和草炭按表1比例混合，用報(bào)紙包好，高壓蒸汽滅菌(121℃，2 h，2次滅菌，每次1 h［15］)，備用。

表1 不同載體混合比例 %

將液體微生物菌劑與載體按75%(V/W，液體/載體)吸附，保證載體濕潤不結(jié)塊，袋內(nèi)沒有水滴，制備樣品。

先將載體放入封口袋內(nèi)，再按照比例加入“1．2．1”制備的混合菌液，將兩者在袋內(nèi)混勻。混勻后將袋子封口，并在封口袋上部用針扎若干小孔。完成后，將封口袋放入恒溫培養(yǎng)箱，30 ℃培養(yǎng)保存，在0．5、2．0、12．0、22．0 d 取樣測定。

1．3 測定項(xiàng)目與方法 采用稀釋涂平板法，用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基檢測微生物數(shù)量［16］。pH測定采用電位法(水肥比 10∶1)。

1．4 數(shù)據(jù)處理 用Excel 2003和dps7．05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 堆肥、谷糠和草炭中微生物數(shù)量的影響

2．1．1 堆肥、谷糠和草炭中微生物數(shù)量的變化。由表2可知，草炭中微生物數(shù)量最高，其次是堆肥，但平板上觀察堆肥的細(xì)菌種類最多。

表2 堆肥、谷糠和草炭中微生物數(shù)量的變化 ×107cfu/g

培養(yǎng)2 d，草炭、谷糠和堆肥中微生物數(shù)量都減少，表明微生物的減少量大于其增加量。可能的原因是在加入菌劑一段時(shí)間后，微生物對(duì)新環(huán)境有一個(gè)適應(yīng)的過程，并且還未能充分利用載體里的能量物質(zhì)大量合成新的微生物。之后，由于利用載體中的能量物質(zhì)又大量合成微生物，微生物數(shù)量明顯上升。

在不同取樣測定時(shí)間，草炭中微生物數(shù)量均稍高于堆肥，但草炭和堆肥之間差異不顯著。對(duì)于谷糠，微生物數(shù)量低于草炭和堆肥，可見谷糠對(duì)微生物的生長有一定的影響。

2．1．2 堆肥、谷糠和草炭不同組合方式中微生物的變化。處理②、③、④和處理⑥、⑦、⑧分別是在豬糞堆肥中添加不同比例的草炭和谷糠。由表3可知，隨著添加草炭量的減少，處理②、③、④微生物數(shù)量增多，處理①中微生物數(shù)量比處理②、③多，但少于處理④，可能是微生物在較穩(wěn)定的單一環(huán)境下更易生存和生長，并且堆肥中微生物可利用能量較多，經(jīng)過一段時(shí)間后微生物大量繁殖。處理⑥、⑦、⑧微生物數(shù)量均明顯高于處理⑤，處理⑦、⑧微生物數(shù)量高于處理⑨。這是由于處理⑤中只含有谷糠，在保存過程中谷糠發(fā)酵產(chǎn)酸，使得微生物急劇減少，但添加適量谷糠會(huì)使堆肥更加蓬松，比表面積增大，又有利于微生物的生長。

表3 堆肥、谷糠和草炭不同組合方式中微生物的變化 ×107cfu/g

2．2 堆肥、谷糠和草炭不同組合方式對(duì)載體pH的影響 由表4可知，處理①、②、③、④pH變化不大，草炭和堆肥組合在保存過程中沒有明顯的酸或堿的產(chǎn)生;只含有谷糠的處理⑤中pH明顯低于其他處理，可能是由于谷糠水解產(chǎn)生草酸，導(dǎo)致pH降低，影響微生物生長環(huán)境;處理⑥、⑦、⑧、⑨隨著谷糠比例的減少，pH升高，進(jìn)一步證實(shí)pH的變化與谷糠有關(guān)，谷糠比例越大，pH越低。

表4 堆肥、谷糠和草炭不同組合方式中載體pH的變化

2．3 堆肥、谷糠和草炭不同組合方式的其他感官指標(biāo)評(píng)定

2．3．1 濕度。研究表明，處理①～④與處理⑨較開始培養(yǎng)時(shí)略有下降;處理⑤～⑧濕度較高，并且從處理⑤到處理⑧濕度依次遞減。風(fēng)干后的堆肥仍存在一定的發(fā)酵過程，而谷糠更加明顯，所以溫度較高。

2．3．2 顏色。研究表明，各處理顏色與開始培養(yǎng)時(shí)差異不大。

2．3．3 氣味。研究表明，處理①無特殊氣味;處理②有輕微有機(jī)肥(豬糞)味道，并從處理②到處理④加重;處理⑤有酸敗氣味，可能是由于谷糠氧化產(chǎn)生草酸，處理⑤到處理⑧酸敗氣味依次降低，處理⑧有輕微有機(jī)肥(豬糞)味道;處理⑨有機(jī)肥(豬糞)味道明顯。

2．3．4 物理狀態(tài)。研究表明，處理①～④與處理⑧、⑨仍為過篩后的顆粒狀，處理⑤結(jié)塊現(xiàn)象嚴(yán)重，從處理⑤到處理⑦結(jié)塊現(xiàn)象依次減少。

3 結(jié)論與討論

草炭含有較豐富的能量物質(zhì)，并且疏松多孔的物理特性也是作為微生物菌劑的理想載體，在保存過程中也能保持較穩(wěn)定的性狀。但是，草炭是短期不可再生性的天然礦產(chǎn)資源，成本較高，不能長期作為載體來使用，不符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

而湖南當(dāng)?shù)刎i糞和谷糠較多，嘗試用豬糞堆肥來代替草炭作為微生物載體材料。堆肥中不僅含有較高的腐殖質(zhì)，而且有豐富的有益微生物，與草炭相比具有較高的抑病效果［17-19］，且抑病效果持久［20］。同時(shí)，添加谷糠作為填充材料，在保證堆肥效果和不影響微生物生長的前提下，增加堆肥的蓬松性和比表面積，有利于微生物的存活和生長，也能在一定程度降低生產(chǎn)成本。將畜禽糞便和谷糠作為載體材料，風(fēng)干后吸附功能微生物，對(duì)保護(hù)環(huán)境、提高肥效以及促進(jìn)微生物肥料行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

研究表明，草炭雖然是最常用的載體材料，但不具有長期性，并對(duì)環(huán)境造成破壞，而堆肥完全可以作為其替代品。在堆肥、谷糠和微生物菌劑不同組合效果中，以75%堆肥+25%谷糠中微生物數(shù)量最高，并且具有無明顯異味、物理性狀穩(wěn)定、不產(chǎn)生高溫、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，可以選該配比作為載體材料。

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