腐解菌劑對玉米秸稈降解效果的研究

青格爾，于曉芳，高聚林，王志剛，鬧干朝魯，王 振，胡樹平，高 琳，胡海紅

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

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腐解菌劑對玉米秸稈降解效果的研究

青格爾，于曉芳，高聚林，王志剛，鬧干朝魯，王 振，胡樹平，高 琳，胡海紅

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

【目的】 研究施用秸稈腐解菌劑對玉米秸稈的促分解效果、養(yǎng)分釋放規(guī)律及土壤理化特性、養(yǎng)分含量、腐殖質(zhì)組成和土壤酶活性的影響，為低溫地區(qū)秸稈快速、高效腐熟以及有機廢棄物合理利用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考?！痉椒ā?以玉米秸稈作為供試材料，選用低溫復合菌劑GF-20、中農(nóng)綠康秸稈型有機物料腐熟劑(以下簡稱綠康菌劑)、世明生物發(fā)酵菌種(以下簡稱世明菌劑)作為試驗菌劑，設(shè)置5個處理，分別為：對照1(CK)，土壤+玉米秸稈+不施用菌劑；對照2(B)，土壤+無玉米秸稈+不施用菌劑；GF，土壤+玉米秸稈+菌劑GF-20；LK，土壤+玉米秸稈+綠康菌劑；SM，土壤+玉米秸稈+世明菌劑，采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗，在10 ℃黑暗條件下培養(yǎng)60 d，測定不同處理玉米秸稈降解率、養(yǎng)分釋放率以及土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量和腐殖質(zhì)成分與土壤酶活性，最后對添加秸稈腐解菌劑后土壤酶活性與速效養(yǎng)分含量的相關(guān)性進行了分析?！窘Y(jié)果】 在10 ℃黑暗培養(yǎng)條件下，與 CK 相比，施用3種秸稈腐解菌劑后均在一定程度上促進了玉米秸稈的分解，加快了秸稈養(yǎng)分的釋放，提高了土壤速效養(yǎng)分含量與土壤酶活性，其中以添加低溫復合菌劑 GF-20的效果最好。秸稈腐解60 d后，處理GF的秸稈降解率達36.75%，較處理LK、SM和 CK高出9.78%，9.92% 和16.38%。處理GF明顯提高了土壤酶活性，促進土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化，堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為94.10，14.95和38.36 mg/kg，明顯高于其他處理；處理GF腐殖質(zhì)碳含量為21.99 g/kg，較其他處理增加 1.76～3.68 g/kg；處理GF的HI(胡敏酸與胡敏素含量比值)為1.43, 較其他處理高0.14～0.45。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，添加秸稈腐解菌劑后，土壤酶活性與速效養(yǎng)分含量呈顯著或者極顯著相關(guān)。【結(jié)論】 在10 ℃黑暗培養(yǎng)條件下，低溫復合菌劑GF-20能更有效促進秸稈分解進程，加快玉米秸稈腐解速率及養(yǎng)分釋放，提高土壤速效養(yǎng)分含量及酶活性。

低溫高效玉米秸稈腐解菌劑；養(yǎng)分釋放；土壤養(yǎng)分；腐殖質(zhì)組成；土壤酶活性

中國每年生產(chǎn)約 7億 t農(nóng)作物秸稈，其中玉米秸稈產(chǎn)量達到22 156萬 t，約占我國農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量的30%[1-2]。然而玉米秸稈只有極小部分被用于生物能源、工業(yè)原料、飼料化利用、食用菌基料，大部分被廢棄或田間焚燒，這不僅造成了資源浪費，而且引起環(huán)境污染[3]。隨著農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，秸稈直接還田成為了既省時省力又能提高土壤有機質(zhì)的有效途徑[4-5]。我國約有3 899萬t玉米秸稈被直接還田，占玉米秸稈資源總量的17.6%[6]，但在我國北方春玉米區(qū)秋收后面臨冬季氣溫低等實際問題，玉米秸稈粉碎深翻還田后腐解速率慢、分解周期長、降解效果差，直接還田影響土壤墑情和耕作以及后季作物生長，嚴重影響種植區(qū)玉米秸稈還田的實施。東北地區(qū)玉米秸稈直接還田比例僅為 11.2%，內(nèi)蒙古地區(qū)秸稈還田比例不足10%[1-2]。如何使大量的北方春玉米秸稈還田后快速高效腐解，形成高質(zhì)量的腐解產(chǎn)物，提高玉米秸稈資源利用效率進而提升土壤肥力是實現(xiàn)玉米生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。國內(nèi)外學者關(guān)于玉米秸稈腐解菌劑的研發(fā)及其應用已做了大量的研究[7-11]。前人研究表明，玉米秸稈還田后接種促分解菌劑，能在接種早期有效加快秸稈分解[12-13]；接種微生物復合菌劑，可以有效促進秸稈的腐殖化速度，更能使有效元素大量積累[14]。秸稈還田配施微生物菌劑可提高土壤脲酶活性，有效氮含量相對增多[15]。李玉春等[16]研究表明，玉米秸稈經(jīng)微生物菌劑發(fā)酵后，協(xié)調(diào)了土壤酸堿度和土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的供應，提高了土壤酶活性。但是也有研究與上述結(jié)論相反,吳琴燕等[17]發(fā)現(xiàn)，外加腐解菌劑不能促進小麥秸稈腐熟，秸稈腐熟主要依賴其自身含有的微生物?，F(xiàn)有的秸稈降解或腐解菌劑制品在田間實際應用效果也非常不穩(wěn)定。劉海靜等[18]發(fā)現(xiàn)，在不同的耕作栽培措施下，秸稈腐解菌劑的作用效果有顯著差異。隨著秸稈腐解微生物的發(fā)現(xiàn)以及發(fā)酵工藝的發(fā)展，微生物菌劑的種類也日益增加，據(jù)報道，我國生產(chǎn)微生物菌劑的廠家已超2 000家[19]。目前，文獻中報道的中高溫(22～50 ℃)秸稈分解菌的篩選較多，而北方地區(qū)低溫期較長，中高溫微生物在低溫(低于15 ℃)時生長受到抑制，不能代謝外源物質(zhì)，因而常溫和高溫微生物菌劑不能充分發(fā)揮其功效，而應用于北方高寒地區(qū)春玉米秋收后的低溫(4～10 ℃)高效腐解復合菌系及應用效果如何卻未見報道，并且此前的研究大都以中高溫條件下實現(xiàn)秸稈的快速分解為目標，而針對低溫玉米秸稈促分解菌劑對土壤養(yǎng)分及酶活影響的研究還較少。因此，本研究以玉米秸稈為材料，選擇 3種不同秸稈腐解菌劑作為供試菌劑，設(shè)計室內(nèi)培養(yǎng)試驗，分析添加秸稈腐解菌劑后，玉米秸稈降解率隨促腐時間的變化，同時比較分析 3種秸稈腐解菌劑處理下土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的變化，以揭示低溫條件下接種秸稈復合菌劑的可行性與優(yōu)越性，同時探索低溫復合菌劑與普通菌劑在腐解秸稈過程中的差異，為北方高寒地區(qū)玉米秸稈資源合理利用提供新的秸稈腐解菌劑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試秸稈取自內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學科技園區(qū)(內(nèi)蒙古包頭市土默特右旗薩拉齊北只圖村)試驗田收獲的玉米秸稈，玉米秸稈的養(yǎng)分含量為：C/N為48.98，纖維素51.24%，半纖維素32.72%，木質(zhì)素為9.15%，全氮6.67 g/kg，全磷2.78 g/kg，全鉀11.48 g/kg。將玉米秸稈洗凈烘干后剪成3～5 cm長備用。試驗土壤取自該玉米田5～30 cm土層，土壤理化性質(zhì)為：pH值7.40，有機質(zhì)含量為33.83 g/kg，堿解氮64.87 mg/kg，速效磷11.07 mg/kg，速效鉀33.27 mg/kg，陰干后過孔徑1 mm篩。

供試菌劑：GF-20為本實驗室篩選所得的低溫復合菌劑，主要成分為混合纖維弧菌、固氮螺旋菌、梭菌、芽孢桿菌、酵母菌等，有效活菌數(shù)調(diào)制為≥108mL-1。中農(nóng)綠康秸稈型有機物料腐熟劑(以下簡稱綠康菌劑)和世明生物發(fā)酵菌種(以下簡稱世明菌劑)為市場上銷售的秸稈腐解菌劑，其中,綠康菌劑為商業(yè)菌劑主要成分為芽孢桿菌、綠色木霉、酵母菌等，有效活菌數(shù)≥0.5×108g-1；世明菌劑購自山東省秸稈生物工程技術(shù)研究中心, 有效活菌數(shù)≥108g-1。

1.2 試驗設(shè)計與方法

本研究于2014年4月進行，試驗設(shè)土壤+玉米秸稈+不施用菌劑(對照1，CK)、土壤+無玉米秸稈+不施用菌劑(對照2，B)、土壤+玉米秸稈+菌劑GF-20(GF)、土壤+玉米秸稈+綠康菌劑(LK)、土壤+玉米秸稈+世明菌劑(SM)共5個處理，每處理5次重復，共100個培養(yǎng)瓶。GF-20按1010CFU/m2施用，綠康和世明菌劑參照使用說明按30 kg/hm2施用。

稱取5 g玉米秸稈和500 g土壤于2 L的滅菌培養(yǎng)瓶中，瓶底鋪5 cm左右厚度的土壤，放置秸稈，接秸稈腐解菌劑，再鋪5 cm厚度的土壤。用無菌蒸餾水調(diào)節(jié)含水量至 65%，于10 ℃黑暗條件下培養(yǎng)。試驗開始后，各處理每15 d取樣1次，直至第60天結(jié)束，共取樣4次，每次每個處理取5瓶(共取25個培養(yǎng)瓶)。采用三點垂直法采集土樣，經(jīng)充分混勻陰干過篩，測定土壤養(yǎng)分及酶活性。

1.3 測試項目與方法

1.3.1 玉米秸稈降解率 將腐解前(原始)及腐解后殘留的玉米秸稈經(jīng)洗凈、80 ℃烘干，利用失重法測定秸稈降解率，秸稈降解率=(原始玉米秸稈質(zhì)量-殘留玉米秸稈質(zhì)量)/原始玉米秸稈質(zhì)量×100%。

1.3.2 玉米秸稈養(yǎng)分釋放率[20]分別取玉米秸稈原始樣和腐解后殘留玉米秸稈，用H2SO4-H2O2消煮，測定全碳、全氮、全磷、全鉀養(yǎng)分含量，采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測全碳含量，凱氏定氮法測全氮含量，鉬銻抗比色法測全磷含量，火焰光度法測全鉀含量。之后計算秸稈養(yǎng)分釋放率，養(yǎng)分釋放率=(原始玉米秸稈養(yǎng)分含量-殘留玉米秸稈養(yǎng)分含量)/原始玉米秸稈養(yǎng)分含量×100%。

1.3.3 土壤養(yǎng)分含量[20]有機碳含量采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定，腐殖質(zhì)碳含量采用重鉻酸鉀氧化容量法測定，胡敏酸和胡敏素含量采用焦磷酸鈉-重鉻酸鉀法測定，堿解氮含量采用堿解擴散法測定，有效磷含量采用鉬藍比色法測定，速效鉀含量采用火焰光度法測定。

1.3.4 土壤酶活性[21]將土樣在37 ℃條件下培養(yǎng)24 h，采用二硝基水楊酸(DNS)法測定纖維素酶、蔗糖酶活性；將土樣在37 ℃條件下培養(yǎng)3 h，分別采用苯酚鈉-次氯酸鈉滴定法和比色法測定脲酶、堿性磷酸酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003 處理，不同處理之間各指標的差異性及Pearson相關(guān)性采用SPSS 18.0軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈腐解菌劑對玉米秸稈的降解效果

在10 ℃黑暗培養(yǎng)條件下，接種菌劑處理GF、LK 和 SM 與CK 在15，30，45，60 d 的玉米秸稈降解率見圖1。因處理B中未添加玉米秸稈，所以未測定。

圖 1 3種秸稈腐解菌劑處理下玉米秸稈降解率的變化(10 ℃黑暗培養(yǎng))

從圖1可知，與CK相比，3種菌劑處理的秸稈降解率較高，表現(xiàn)出一定的促分解效果。土培過程中3種菌劑對秸稈的促分解效果較明顯，第15天，接種菌劑處理GF、LK和SM的秸稈降解率分別是25.31%，16.15%和18.49%，而CK的秸稈降解率為14.22%，菌劑處理的促分解效果分別比CK高11.09%，1.93%和4.27%，其中處理GF明顯高于LK和SM，但差異未達顯著水平；處理SM和 LK與CK差異未達到顯著水平。第30天，菌劑接種處理GF、LK和SM秸稈降解率較CK高13.97%，4.65%和5.55%，GF 較SM和 LK高9.33%和8.42%。第45天，接種菌劑處理GF、LK和SM秸稈降解率顯著高于CK，分別高出13.73%，6.60%和8.46%，GF 較SM和 LK高9.29%和11.57%；第60天，接種菌劑處理GF、LK和SM的秸稈降解率分別是36.75%，26.97%和26.83%，而CK的秸稈降解率為20.37%，處理GF的促分解效果與其他處理差異達到顯著水平，而處理SM與LK間無顯著差異，但顯著高于CK。由此可知，添加低溫復合菌劑GF-20可有效加快秸稈分解進程，且分解效果優(yōu)于添加綠康菌劑和世明菌劑處理。

2.2 秸稈腐解菌劑對玉米秸稈養(yǎng)分釋放率的影響

不同腐解菌劑對玉米秸稈養(yǎng)分釋放率的影響見圖2。

圖 2 3種秸稈腐解菌劑處理對玉米秸稈養(yǎng)分釋放率的影響(10 ℃黑暗培養(yǎng))

圖2顯示，培養(yǎng)60 d時，玉米秸稈中 49.89%～53.07%的碳、35.95%～36.65%的氮、58.57%～62.54%的磷和94.35%～94.82%的鉀被釋放。與CK相比，各菌劑處理的秸稈養(yǎng)分釋放率總體較高，表明菌劑處理加快了秸稈分解速率。玉米秸稈養(yǎng)分釋放率與秸稈降解率的變化規(guī)律相似，即養(yǎng)分釋放率隨著培養(yǎng)時間的增加而增大。0～15 d為養(yǎng)分快速釋放期，3種施用菌劑處理的碳、氮、磷和鉀釋放率總體高于CK，表現(xiàn)為GF>SM>LK，但3種菌劑處理間差異未達到顯著水平(P>0.05)。15～30 d為養(yǎng)分持續(xù)快速釋放期，各菌劑處理間碳、鉀釋放率無顯著差異；各處理的氮釋放率無顯著差異；處理GF的磷釋放率顯著高于CK，LK和SM處理的磷釋放率也高于CK，但與CK間差異未達到顯著水平(P>0.05)，處理GF的磷釋放率較LK和SM處理分別高1.67%和0.91%，但三者之間差異未達到顯著水平。30 d后養(yǎng)分釋放率增加減緩，各處理間的氮和磷釋放率無差異；各菌劑處理碳釋放率顯著高于CK；各處理間鉀釋放率差異未達到顯著水平，但GF處理顯著高于CK。60 d時，施用菌劑處理的玉米秸稈碳釋放率均無顯著差異，但顯著高于CK；各處理間得氮、磷、鉀釋放率無顯著差異。

2.3 秸稈腐解菌劑對土壤養(yǎng)分含量的影響

由表1可知，在10 ℃黑暗培養(yǎng)條件下，隨著秸稈腐解時間的延長，土壤速效養(yǎng)分含量呈增加趨勢。0～30 d 為秸稈快速腐解期，土壤速效養(yǎng)分含量增加的幅度最大。腐解30 d，處理GF的堿解氮含量為86.88 mg/kg，與處理SM差異未達到顯著水平(P>0.05)，但顯著高于處理LK和CK，處理GF較LK、SM和CK分別高出7.52，5.61和11.12 mg/kg；處理GF有效磷含量最高為14.65 mg/kg，與處理SM、LK和CK差異未達到顯著水平(P>0.05)，處理GF較LK、SM和CK分別高出1.53，0.90，1.52 mg/kg；處理GF速效鉀含量最高為37.02 mg/kg，與處理SM、LK、CK差異未達到顯著水平(P>0.05)。45 d后，秸稈腐解速度減緩，土壤速效養(yǎng)分含量增幅也相應地降低，與CK相比，各菌劑處理堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別增加5.84～13.59，-0.01～1.50和0.73～1.75 mg/kg，處理GF堿解氮、有效磷、速效鉀較LK和SM增加7.75和4.79，1.51和0.79，0.78和1.02 mg/kg。60 d時，各菌劑處理堿解氮含量均顯著高于CK(P<0.05)，其中處理GF、SM堿解氮含量較高；處理GF有效磷含量為14.95 mg/kg，高于處理LK、SM和CK，但差異未達到顯著水平(P>0.05)；處理GF和LK的速效鉀含量高于SM和CK，但差異未達到顯著水平(P>0.05)。由此可知，玉米秸稈配施腐解菌劑對土壤速效養(yǎng)分含量的變化有明顯影響，其中處理GF效果最顯著。

表 1 3種秸稈腐解菌劑處理下土壤速效養(yǎng)分含量的變化(10 ℃黑暗培養(yǎng)60 d)

注:數(shù)據(jù)為“平均值±標準差”(n=5) 。同列數(shù)據(jù)后標不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

Note:Data are “mean±standard” deviation (n=5).Different lowercase letters indicate significant difference (P<0.05).The same below.

2.4 秸稈腐解菌劑對土壤有機質(zhì)及腐殖質(zhì)組成的影響

在腐殖質(zhì)組成中富里酸結(jié)構(gòu)較簡單，通過微生物作用，可以發(fā)生礦化，進而使土壤中富里酸含量減少，同時一部分富里酸還可以通過分子間的鍵形成更為復雜的胡敏酸。由表2可知，在10 ℃黑暗培養(yǎng)條件下，與CK相比，各菌劑處理均提高了土壤有機質(zhì)和腐殖質(zhì)碳含量，處理GF土壤有機質(zhì)和腐殖質(zhì)碳含量較LK和SM高1.01,1.03 g/kg和1.76,2.05 g/kg，說明處理GF促進了玉米秸稈的腐解及腐殖質(zhì)的形成。處理GF胡敏酸含量較CK降低0.39 g/kg。添加菌劑處理的HI值均高于CK，其中處理GF的HI值最高為1.43，其較處理LK和SM分別增加了0.14和0.15，表明GF處理下秸稈腐解產(chǎn)物的腐殖化程度最高。

表 2 3種秸稈腐解菌劑對土壤有機質(zhì)及腐殖質(zhì)組成的影響(10 ℃黑暗培養(yǎng)60 d)

2.5 秸稈腐解菌劑對土壤酶活性的影響

圖3顯示，在10 ℃黑暗培養(yǎng)條件下，不同菌劑處理可明顯提高土壤酶活性。除了處理B，其他處理土壤酶活性隨著腐解時間的延長而增加。土培60 d時，處理GF脲酶活性為59.33 mg/(g·h)，顯著高于其他處理，分別較處理LK和SM和CK提高了30.57%，38.06%和78.47%，處理LK與SM間無顯著差異，且顯著高于CK；處理GF、LK和SM堿性磷酸酶活性分別為64.35，57.66和58.07 μg/(g·h)，三者之間無顯著差異，但均顯著高于CK；處理GF蔗糖酶活性為226.38 g/(g· h)，顯著高于其他處理，分別較處理LK和SM和CK提高17.44%，11.70%，31.88%；處理GF、LK和SM處理的纖維素酶活性分別為20.35，16.37和17.44 g/(g·h)，但三者之間的差異未達到顯著水平(P>0.05)，其中處理GF纖維素酶活性顯著高于CK，處理LK和SM的纖維素酶活性與CK差異未達到顯著水平(P>0.05)?？芍cCK相比，秸稈配施菌劑對土壤酶活性有促進作用，其中處理GF效果最佳。但秸稈腐解菌劑對4種酶活性影響的幅度有所不同，其影響幅度大小順序為纖維素酶>脲酶>蔗糖酶>堿性磷酸酶。

圖 3 3種秸稈腐解菌劑處理后土壤酶活性的變化

Fig.3 Dynamics of soil enzyme activities after application of three different microbial inoculants

2.6 添加秸稈腐解菌劑后土壤速效養(yǎng)分含量與酶活性的相關(guān)性

對添加3種秸稈腐解菌劑的不同培養(yǎng)時期土壤速效養(yǎng)分含量平均值與酶活性平均值的Pearson相關(guān)性進行分析，結(jié)果見表3。由表3可知，土壤酶活性與速效養(yǎng)分含量間均呈顯著或極顯著正相關(guān)，說明土壤酶與土壤速效養(yǎng)分循環(huán)具有相互促進作用，添加秸稈腐解菌劑可促進秸稈腐解，促進土壤代謝作用，加快土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)過程。

表 3 添加秸稈腐解菌劑后土壤速效養(yǎng)分含量與酶活性的Pearson相關(guān)系數(shù)

注：*表示在P<0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),**表示在P<0.01 水平(雙側(cè))上極顯著相關(guān)。

Note:* means significant difference atP<0.05,** means significant difference atP<0.01.

3 討 論

3.1 秸稈腐解菌劑對玉米秸稈降解率及養(yǎng)分釋放效果的影響

微生物促腐解菌劑是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展起來的一種新型促腐解菌劑，其成分主要是具有分解功能的菌種，如枯草芽孢桿菌、釀酒酵母菌、黑曲霉菌等，施用后可以加快秸稈腐解、促進養(yǎng)分的釋放。本研究結(jié)果顯示，在10 ℃黑暗培養(yǎng)條件下，秸稈腐解菌劑處理GF、LK 和 SM 對玉米秸稈均表現(xiàn)一定的促分解效果，其中以低溫高效菌劑處理GF的促分解效果最好，各時期玉米秸稈降解率均明顯高于其他處理，處理LK和SM玉米秸稈降解率在早期(15 d)與CK無顯著差異，培養(yǎng)30 d開始顯著高于CK。說明，GF-20中的功能菌可在10 ℃條件下定殖于土培秸稈上并發(fā)揮分解作用，而綠康菌劑和世明菌劑中的功能菌在接種前期未能適應10 ℃土培環(huán)境，自30 d后才開始進行促秸稈分解作用。GF-20菌劑是本實驗室研制的專門針對北方高寒地區(qū)玉米秸稈直接還田使用的復合菌群，其中梭菌和芽孢桿菌可產(chǎn)纖維素和半纖維素酶，促進木質(zhì)纖維素的分解[22-24]；混合纖維弧菌具有分解纖維素的功能[25]，可以在較低溫度下啟動發(fā)酵，從而使GF-20加速秸稈降解進程，加快秸稈礦質(zhì)化和腐殖化，具有良好的應用前景。

本研究中，玉米秸稈養(yǎng)分釋放規(guī)律與玉米秸稈降解率的變化特征相似，即隨著時間延長，養(yǎng)分釋放率呈增加趨勢。玉米秸稈養(yǎng)分釋放率表現(xiàn)為 K>P>C>N。培養(yǎng)60 d 時，玉米秸稈降解率為20.37%～36.75%，其中49.89%～53.07%的碳、35.95%～36.65%的氮、58.57%～62.54%的磷和94.35%～94.82%的鉀被釋放出來。表明經(jīng)過60 d的腐解，秸稈中纖維素等物質(zhì)在秸稈還田初期基本腐解完畢，剩余部分主要為難分解的有機物質(zhì)[26]，原因是在玉米秸稈腐解初期，加入促腐解菌劑處理使得微生物數(shù)量激增，加速了秸稈分解，促進養(yǎng)分的釋放。

3.2 秸稈腐解菌劑對土壤養(yǎng)分含量的影響

秸稈的腐解是以微生物作用為主導的過程，在此過程中秸稈可以利用菌劑中富含的功能微生物，增加土壤微生物群落的活性和功能多樣性[27]。研究表明，玉米秸稈在微生物作用下分解直接釋放氮素從而使固氮微生物的固氮作用增強，提高土壤中的氮素含量，同時增加土壤中微生物含量，促進了土壤微生物的生命活動，加快還田秸稈腐解進程[28]，最終實現(xiàn)對土壤養(yǎng)分含量的有效提升。本研究中，在10 ℃黑暗培養(yǎng)條件下，添加菌劑處理較CK明顯增加了土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量，其中堿解氮含量增加8.89%～16.47%，有效磷含量增加2.30%～14.47%，速效鉀含量增加3.21%～7.15%，有機質(zhì)含量增加0.82%～3.84%。培養(yǎng)0～60 d，處理GF土壤速效養(yǎng)分含量明顯高于其他處理，處理LK與SM間無顯著差異。因為GF-20是屬于低溫玉米秸稈降解復合菌系，可在低溫條件下加快秸稈降解，增加土壤養(yǎng)分。而根據(jù)綠康菌劑所組成微生物可知，其屬于中高溫微生物菌劑[29]。世明菌劑是生物反應堆秸稈發(fā)酵菌劑[30]，在低溫(低于15 ℃)時生長受到抑制，不能代謝外源物質(zhì)，因而不能充分發(fā)揮其功效。但GF-20中既有混合纖維弧菌、梭菌、芽孢桿菌等可分解木質(zhì)纖維素的菌種，還有固氮螺旋菌、土地桿菌、酵母菌等功能菌，可分泌多種酶類，在混合菌群的相互作用下高效降解玉米秸稈[31-33]。

3.3 秸稈腐解菌劑對土壤酶活性的影響

土壤酶的定義是土壤中的一種聚積酶[34]，它的主要來源有植物、動物和微生物及其分泌物，最主要來源于微生物[35]。秸稈配施腐解菌劑能促進土壤酶活性的增強，使土壤微生物群落物種個體數(shù)增加，分布更為均勻[36]。本試驗中，處理GF的土壤脲酶、堿性磷酸酶、纖維素酶、蔗糖酶的活性明顯高于其他處理，因為在10 ℃黑暗條件下，處理GF中的各種菌在培養(yǎng)初期更能適應低溫并定殖于秸稈上，利用并同化物質(zhì)構(gòu)建微生物體，使自身生長繁殖加快，從而加速秸稈的降解從而使土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量增加，并促進土壤中碳水化合物和含氮化合物的轉(zhuǎn)化，增強了蔗糖酶、脲酶活性，加快玉米秸稈的礦化進程和強度。土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶在土壤C、N、P循環(huán)中起著重要作用，添加微生物菌劑處理使得秸稈腐解加快，土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)速度也增加，增加產(chǎn)酶微生物的數(shù)量，進而增強了酶活性[37-38]。

本研究結(jié)果顯示，添加秸稈腐解菌后，土壤酶活性與速效養(yǎng)分含量呈顯著或極顯著正相關(guān)。因此，玉米秸稈配施菌劑處理的土壤養(yǎng)分含量及酶活性明顯高于CK，不僅是由于添加菌劑條件下秸稈能夠釋放出更多的營養(yǎng)元素，而更深層次的原因在于添加菌劑后增加了土壤微生物群落的功能多樣性，土壤環(huán)境更加有利于刺激微生物和酶活性的提高，使土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)速度加快，從而顯著提高了土壤肥力。

本研究比較了低溫秸稈腐菌劑與其他腐解菌劑對玉米秸稈降解率和土壤養(yǎng)分及酶活性影響的差異，但未涉及腐解菌劑處理前后微生物數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)和活性的變化，還有待今后研究。在實際生產(chǎn)應用中，由于土壤環(huán)境是個巨大的緩沖體系，微生物間的競爭作用及其他環(huán)境因子的影響，阻礙了微生物的生長及其作用的發(fā)揮，本研究的室內(nèi)模擬試驗可能未能完全反映大田實際應用效果，因此今后有必要進行GF-20菌劑的田間試驗，以便為將其更好地應用于玉米秸稈還田技術(shù)中提供參考。

4 結(jié) 論

在10 ℃黑暗培養(yǎng)條件下，施用秸稈腐解菌劑對玉米秸稈的降解效果優(yōu)于CK，其中以添加了低溫復合菌劑 GF-20的效果最佳，腐解60 d時，玉米秸稈降解率可達36.75%。此外，施用GF-20后，能明顯促進玉米秸稈養(yǎng)分的釋放，提高土壤速效養(yǎng)分含量及土壤酶活性，改善土壤腐殖質(zhì)組成。綜上所述，菌劑GF-20具有低溫高效降解玉米秸稈的作用，在北方高寒地區(qū)秸稈還田生產(chǎn)中具有良好的應用前景。

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Study on degradation of corn stalk by decomposing microbial inoculants

BORJIGIN Qinggeer,YU Xiaofang,GAO Julin,WANG Zhigang,BORJIGIN Naoganchaolu,WANG Zhen,HU Shuping,GAO Lin,HU Haihong

(Agricultural College,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot,Inner Mongolia 010019,China)

【Objective】 The present study evaluated the impact of different microbial inoculants on degrading process of corn stalk,characteristics of nutrients release,physical and chemical properties,nutrients,humic substances and soil enzyme activities to provide basis for the utilization of corn stalk decomposing in low temperature region and reasonable use of organic resources.【Method】 In this study,corn stalk was used as organic substrates,GF-20 complex mircrobial inoculants at low temperature,and Zhongnonglvkang organic matter-decomposing inoculant and Shiming biological fermentation inoculant were cultured in incubator under dark condition at 10 ℃ for 60 d. Five treatments were used including soil+corn stalk+free inoculant (CK),soil+free corn stalk+free inoculant (B),soil+corn stalk+GF-20 inoculant (GF),soil+corn stalk+Lvkang inoculant (LK),and soil+corn stalk+Shiming inoculant (SM).Then,the corn stalk decomposing rate,nutrient release rate,changes in contents of organic matter,alkalystic N,available P,available K and humic acid,and soil enzyme activities were determined.Furthermore,the correlation between soil enzyme activity and available nutrient content after applying straw degradation inoculants was analyzed.【Result】 The degradation of corn stalk and nutrient release rates were increased under dark condition at 10 ℃,and soil available nutrient content and soil enzyme activities were enhanced with the best results by GF-20.After 60 days,straw degradation rate of GF was 36.75%,which was 9.78%,9.92% and 16.38% higher than that of LK,SM and CK,respectively.Treatments GF significantly improved the soil enzyme activities and the transformation of soil materials.The soil alkalystic N,available P and available K contents were 94.10,14.95 and 38.36 mg/kg,which were significantly higher than those in other treatments.The total carbon content of GF was 21.99 g/kg,1.76-3.68 g/kg higher than other treatments and the HI was 1.43,0.14-0.45 higher than other treatments.Correlation analysis results show that applying straw decomposition inoculants,soil enzyme activity and available nutrients content were significantly or extremly significantly correlated.【Conclusion】 Microbial inoculants GF-20 could significantly promote straw decomposition,and improve soil nutrients and soil enzyme activities under dark condition at 10 ℃.

corn stalk decomposing microbial inoculants at low temperature;nutrient release;soil nutrients;humic substance;soil enzyme activity

時間:2016-10-20 16:36

10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.12.015

2015-09-20

國家科技支撐計劃項目(2011BAD16B13，2012BAD04B04，2013BAD07B04)；國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-02-63)

青格爾(1988-)，女，內(nèi)蒙古通遼人，在讀博士，主要從事玉米生理生態(tài)研究。E-mail：qinggeer001@163.com

高聚林(1964-)，男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，教授，博士，博士生導師，主要從事玉米生理生態(tài)研究。 E-mail：nmgaojulin@163.com

S141.4；X712

A

1671-9387(2016)12-0107-10

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20161020.1636.030.html