降解秸稈微生物及秸稈腐熟劑的研究進(jìn)展

韓夢穎 王雨桐 高麗 劉振宇 劉忠寬 曹衛(wèi)東 劉曉云

摘要：秸稈是農(nóng)業(yè)成品收獲后剩余的田間閑置副產(chǎn)物，其主要化學(xué)成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。秸稈腐熟劑是一群能將秸稈大分子物質(zhì)降解為植物可利用簡單化合物的復(fù)雜菌群，為土壤提供碳、氮、磷、鉀等元素，使秸稈得以還田。文章對降解秸稈的微生物種類進(jìn)行總結(jié)，并對微生物酶學(xué)機(jī)理、微生物菌群的相互作用及秸稈腐熟劑的應(yīng)用效果等研究概況進(jìn)行綜述，針對腐熟劑菌種效率低、菌群動態(tài)不清楚、酶降解機(jī)制不完善、秸稈腐熟劑使用方式不明確及腐熟指標(biāo)不具體等問題，提出原位篩選菌種、深入研究組合菌種相互作用機(jī)制與酶降解機(jī)制、開展腐熟劑具體使用方法的研究及確立完整具體的評判標(biāo)準(zhǔn)，為今后有關(guān)秸稈腐熟劑菌種的選育工作提供參照和借鑒。

關(guān)鍵詞： 秸稈腐熟劑；微生物菌種；纖維素；半纖維素；木質(zhì)素；應(yīng)用效果

中圖分類號： S144.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）06-1024-07

Straw degradation microorganism and straw-decomposing inoculant：A review

Abstract：Straw is a field by-product of agricultural products after harvest. The main chemical components are cellulose， hemicellulose and lignin. Straw-decomposing inoculant is a group of complex bacteria that can degrade macromolecular substances in straw into simple compounds available for plants， and provide carbon， nitrogen， phosphorus and potassium for soil， so that straw can be returned to field. In this paper， the microbial species of degraded straw were summarized， and microbial mechanism， interaction of microbial flora and application effects of straw-decomposing inoculant were reviewed. The efficiency of the bacteria was not high， the flora dynamics were not clear， enzyme degradation mechanism was not sound， the use of straw decomposer was not clear and the maturity index was not specific， etc. Based on these issues， the authors put forward in situ screening bacteria， in-depth study of the interaction mechanism of combination of bacteria and enzyme degradation mechanism to carry out the specific use of decomposing agent research and to establish a complete set of specific criteria. With these efforts， reference could be provided for straw-decomposing inoculant breeding in the future.

Key words： straw-decomposing inoculant； microbial strain cellulose； hemicellulose； lignin； application effect

0 引言

秸稈是農(nóng)業(yè)成品收獲后剩余的田間閑置副產(chǎn)物，其主要化學(xué)成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。我國秸稈種類多，數(shù)目龐大，大部分來源于谷類植物水稻、小麥和玉米的秸稈（常志州等，2016）。據(jù)農(nóng)業(yè)部科技教育司2015月7月10日發(fā)布的數(shù)據(jù)，2014年我國秸稈可收集資源總量約8億t（http：//www.moa.gov.cn/

zwllm/tzgg/tz/201507/t20150710_4740709.htm），如何更有效地利用這一資源已成為世界各國關(guān)注的重要問題。秸稈腐熟劑是由一群能將秸稈快速降解的微生物組成的菌劑，主要包括真菌、細(xì)菌和放線菌。利用微生物的分解代謝作用將秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分轉(zhuǎn)化為富含營養(yǎng)元素的簡單化合物，使秸稈降解為腐殖質(zhì)物質(zhì)，進(jìn)而增加土壤肥力。我國政府對秸稈腐熟劑的應(yīng)用非常支持，自2015年10月開始實(shí)施耕地質(zhì)量保護(hù)與提升行動方案，從而刺激了秸稈腐熟劑需求量的增長，具有良好的發(fā)展前景。相關(guān)研究顯示，使用腐熟劑后，土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、全磷、全鉀含量及土壤孔隙度提高，土壤容重降低，下茬作物增產(chǎn)效果明顯。秸稈降解微生物主要包括里氏木霉、綠色木酶、黑曲霉、芽孢桿菌、白腐菌、酵母和乳酸菌等，利用這些微生物可產(chǎn)生纖維素酶、半纖維素酶和木質(zhì)素酶，進(jìn)而降解秸稈，因此，篩選高效秸稈降解菌是秸稈腐熟劑生產(chǎn)的關(guān)鍵。本文對秸稈降解微生物、微生物酶學(xué)機(jī)理和腐熟劑的應(yīng)用效果進(jìn)行綜述，并提出今后的研究方向，以期為秸稈腐熟劑菌種的選育研究提供參考。

1 降解秸稈的微生物種類

降解秸稈的微生物種類主要有真菌、細(xì)菌和放線菌，此外，秸稈腐熟劑還常添加酵母菌和乳酸菌。表1為相應(yīng)的秸稈降解微生物。

1. 1 可分解纖維素的菌種

1. 1. 1 真菌 絲狀真菌具有胞外纖維素酶活較強(qiáng)、產(chǎn)酶量大和酶系較齊全等優(yōu)點(diǎn)，故備受青睞。如里氏木霉（Trichoderma reesei）具有一套完整的纖維素酶系統(tǒng)，已被學(xué)者們廣泛研究（Aro et al.，2005；Kupski et al.，2015），而綠色木霉（T. viride）和黑曲霉（Aspergillus niger）因其安全無毒且穩(wěn)定性強(qiáng)，已被廣泛應(yīng)用于秸稈腐熟劑生產(chǎn)。但絲狀真菌產(chǎn)生的纖維素酶只在pH 3～5時(shí)具有較高活性，在堿性環(huán)境下將失去其高活性，同時(shí)存在生長很緩慢、菌種容易退化等缺點(diǎn)，最關(guān)鍵的是很多絲狀真菌的孢子容易傳播感染，因此開發(fā)安全穩(wěn)定酶活的菌種仍具有巨大的意義。目前對青霉、木霉及二者組合的研究卓有成效，胞外纖維素酶活在14.25～4975.00 U/mL，高于許多已報(bào)道的菌種（王洪媛和范丙全，2010；楊培新等，2015；吳翰林等，2016）。

1. 1. 2 細(xì)菌 細(xì)菌酶活力比真菌低，但細(xì)菌在厭氧條件下產(chǎn)生的纖維素酶在中、堿性環(huán)境下發(fā)揮作用，正好與有氧條件下真菌產(chǎn)生的偏酸性纖維素酶互補(bǔ)。厭氧堿性環(huán)境富含多種嗜堿性微生物群落，其能夠降解纖維素，主要由Sphingobacteriales、Clostridiales和Spirochaetaceae家族組成（Porsch et al.，2015）。細(xì)菌因?qū)ρ醯男枨蟛煌涔ぷ鞣绞揭膊灰粯?，大多?shù)需氧細(xì)菌如嗜纖維菌（Cytophaga hutchinsonii）降解纖維素時(shí)以分泌一組單獨(dú)的纖維素酶的方式進(jìn)行，這些細(xì)菌通常喜歡黏附在微生物的外表面；而厭氧細(xì)菌如一些瘤胃細(xì)菌和熱纖維梭菌（Clostridium thermocellum）對纖維素的降解是通過產(chǎn)生纖維素多酶復(fù)合物方式進(jìn)行（Wilson，2008）。有學(xué)者用13C標(biāo)記秸稈整個(gè)腐解過程，發(fā)現(xiàn)梭菌（Clostridium）在秸稈的整個(gè)腐解過程中占主導(dǎo)地位（Shrestha et al.，2011）；其次，芽孢桿菌（Bacillus sp.）因具有較好的耐堿、耐高溫、耐酸能力而受研究者的普遍關(guān)注。

1. 1. 3 放線菌 放線菌可較容易地穿透不溶基質(zhì)（如秸稈纖維等），增加秸稈在中、堿性環(huán)境中的水溶性，達(dá)到快速降解秸稈的目的，且由于其酸堿范圍適應(yīng)性強(qiáng)、生長溫度范圍廣及內(nèi)、外切酶活性高，許多研究者逐漸開始關(guān)注放線菌的培育，主要是針對極端環(huán)境下放線菌的研究?，F(xiàn)有的研究大多只針對能單獨(dú)分解纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的微生物，顧文杰等（2012a）打破常規(guī)，在木質(zhì)纖維素豐富的地區(qū)篩選能夠同時(shí)降解纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的微生物菌株，最終得到2株高產(chǎn)的鏈霉菌菌株。

1. 2 分解半纖維素的菌種

1. 2. 1 真菌 有關(guān)半纖維素的研究一向少于纖維素和木質(zhì)素，但半纖維素是纖維素與木質(zhì)素接合的必要粘合劑，想要使植物細(xì)胞張裂并進(jìn)一步降解木質(zhì)素就必須先降解半纖維素（姜立春等，2014）。有些菌種可以高效分解纖維素，同時(shí)能很好地分解半纖維素，如康氏木霉（T. koningii）、瑞氏霉（T. reesei）和綠色木霉（T. viride），而且具有較好的胞外酶活性。

1. 2. 2 細(xì)菌 通常木聚糖酶在細(xì)菌中的產(chǎn)量少，酶活為中性，在真菌中生產(chǎn)量大，主要在酸性條件下發(fā)揮作用，但細(xì)菌的木聚糖酶耐熱穩(wěn)定性更好。嗜堿芽孢桿菌（B. halodurans）和環(huán)狀芽孢桿菌（B. circulan）是典型的代表，可綜合考慮二者的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行秸稈腐熟劑生產(chǎn)菌取舍，同時(shí)，隨著對木聚糖酶基因研究的深入，未來可通過基因工程、代謝工程等手段合成產(chǎn)量更高、耐熱性能更好的生產(chǎn)菌株。

1. 2. 3 放線菌 分解半纖維素的放線菌也逐漸得到研究。郝滌非等（2009）從土壤樣品中分離到1株放線菌，經(jīng)鑒定為擬無枝酸菌（Amycolatopsis）的一個(gè)新菌種。顧文杰等（2012b）從酸性土壤中分離得到4株效果穩(wěn)定、互不拮抗的高效半纖維素降解放線菌，經(jīng)鑒定4株菌均屬于哥斯達(dá)黎加鏈霉菌（Streptomyces costaricanus）。藺盛勛（2013）也從秸稈中篩選得到1株較高產(chǎn)的半纖維素酶菌株類諾卡氏菌（Nocardioides sp.），優(yōu)化后半纖維素酶活力達(dá)341.94 U/mL。

1. 3 分解木質(zhì)素的菌種

木質(zhì)素作為秸稈中最難分解的部分而受到廣泛關(guān)注。木質(zhì)素牢牢地包裹在纖維素和半纖維素的外面對其起保護(hù)作用，只有先降解木質(zhì)素才能達(dá)到更高效的腐熟效果。真菌降解木質(zhì)素的能力顯著高于細(xì)菌和放線菌，現(xiàn)已知真菌中的白腐菌能將木質(zhì)素完全轉(zhuǎn)變?yōu)樗投趸?。部分真菌和白腐菌雖然對木質(zhì)素有較好的降解能力，但在高溫發(fā)酵時(shí)其酶活變?nèi)?。鮑文英等（2016）篩選得到1株優(yōu)良的木質(zhì)纖維素降解菌鳥氨酸拉烏爾菌（Raoultella ornithinolytica），首次揭示鳥氨酸拉烏爾菌擁有完整的纖維素降解和乙醇生成通路。王垚等（2016）篩選鑒定得到1株能在高溫下降解木質(zhì)素的大孢戴氏霉（Taifanglania major），其對玉米和水稻秸稈木質(zhì)素的降解率分別為48.3%和41.7%。近年來，白蟻對木質(zhì)素的分解也受到廣泛關(guān)注，白蟻腸道無疑是優(yōu)良菌種的最佳來源。樊云燕等（2015）從白蟻腸道中成功分離出1株高產(chǎn)木質(zhì)素酶的枯草芽孢桿菌。

1. 4 其他菌種

1. 4. 1 酵母菌 在秸稈發(fā)酵過程中，酵母菌常聚集在水分含量很高的腐殖質(zhì)中，在霉菌完成秸稈中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等的腐熟過程后，酵母菌再以該過程的產(chǎn)物單糖和二糖為原料進(jìn)行自身增殖并消除碳反饋抑制，二者通過這種互利共生關(guān)系促進(jìn)了纖維素原料的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)富集蛋白的目的。產(chǎn)朊假絲酵母作為一種產(chǎn)蛋白的單細(xì)胞菌種，能在不含刺激因子的培養(yǎng)基上以硝酸鹽和尿素為氮源快速生長，半纖維素可被其發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的半纖維素酶降解，進(jìn)而將其產(chǎn)生的游離單糖和木糖轉(zhuǎn)化為粗蛋白質(zhì)（陸娟娟等，2010）。也有研究表明，工業(yè)釀酒酵母可通過發(fā)酵木糖進(jìn)而促進(jìn)木質(zhì)纖維素的降解（Tomás-Pejó and Olsson，2015）。

1. 4. 2 乳酸菌 乳酸菌把經(jīng)其他菌種發(fā)酵完成的成分再一次發(fā)酵，形成如氨基酸、維生素和有機(jī)酸等營養(yǎng)成分高且適口性較好的物質(zhì)，在這個(gè)過程中其他雜菌的生長可被乳酸菌自身代謝產(chǎn)物如細(xì)菌素、乙醇和有機(jī)酸等抑制，最重要的是乳酸菌并不抑制酵母菌的繁殖。國外也有學(xué)者研究表明，乳酸菌和尿素處理能提高秸稈發(fā)酵的品質(zhì)（Fang et al.，2012）。

1. 5 秸稈腐熟劑中常用菌種

降解秸稈的高效微生物構(gòu)成了秸稈腐熟劑的菌種，首先應(yīng)確定具有高效功能的菌種組合，再測試其彼此作用、安全性及生產(chǎn)能力，其中，纖維素降解菌、半纖維素降解菌和木質(zhì)素降解菌的配比是關(guān)鍵問題。腐熟劑中較常用的菌種是里氏木霉、芽孢桿菌、黑曲霉、白腐菌、綠色木霉、酵母菌和乳酸菌。高云（2016）研制出一種可在10 d內(nèi)完成秸稈腐解的腐熟劑，其組成及配比為20%黃曲霉、10%地衣芽孢桿菌、20%傘枝梨頭占、20%半裸毛、10%酵母和20%好氧枯草芽孢桿菌；王寶民等（2016）研制出一種酶—菌雙聯(lián)秸稈腐熟劑，由黑曲霉、綠色木霉菌、側(cè)孢短芽孢桿菌和酵母融合菌、米曲霉，以及發(fā)酵糙皮側(cè)耳菌產(chǎn)生的木質(zhì)素酶、發(fā)酵枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的半纖維素酶、里氏木霉產(chǎn)生的纖維素酶等組成；王海林和任波（2016）研制出一種由黑曲霉、枯草芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、米曲霉、地衣芽孢桿菌、木霉和根霉等菌種組成的微生物秸稈腐熟劑。

1. 6 秸稈腐熟過程中菌群動態(tài)變化

不同微生物在整個(gè)秸稈腐熟過程中有一定的變化規(guī)律。研究人員通過對稻稈腐解過程中微生物區(qū)系的動態(tài)變化進(jìn)行DGGE并結(jié)合克隆測序得出以下結(jié)論：秸稈降解程序能按照降解時(shí)間即0～2、2～10和10～16 d相應(yīng)分成降解初期、中期和末期，在降解初期參與其中的菌群迅速增殖，與纖維素分解有關(guān)的微生物Streptomyces sp.、Micrococcus sp.、Bacillus megate-

rium、Pseudomonas sp.、Trichoderma sp.和Fusarium sp.在腐解中期大量增殖，之后趨于穩(wěn)定，降解后期某些功能菌的數(shù)量會下降，如Streptomyces sp.和Actinomycetales，但某些兼性厭氧菌數(shù)量會逐步上升，如Clostridium sp.，而有些種群一直保持較多數(shù)量，如Trichoderma sp.和Fusarium sp.（劉堯，2010）。有學(xué)者根據(jù)腐殖質(zhì)變化及具體菌種類型將腐熟過程分為三個(gè)階段：第一階段主要利用秸稈中可溶性物質(zhì)的增長，并開始積累腐殖質(zhì)，以細(xì)菌作用為主；第二階段是腐殖質(zhì)大量累積階段，以真菌降解木質(zhì)素作用為主；第三階段是分解腐殖質(zhì)，以放線菌作用為主（黃丹蓮，2011）。但整個(gè)腐熟過程中具體的菌落變化仍需進(jìn)一步探討，研究群落豐富度的高通量篩選方法和研究活性微生物數(shù)量和種類的分布的磷脂脂肪酸技術(shù)（Phospholipid fatty acid，PLFA）是很好的選擇。

2 降解秸稈的酶類研究進(jìn)展

部分腐熟劑組成的成分構(gòu)成包括可降解秸稈的酶類，主要有半纖維素酶系、纖維素酶系和木質(zhì)素酶系。

2. 1 纖維素酶系

纖維素酶系為降解纖維素產(chǎn)生葡萄糖的一組酶統(tǒng)稱，一般可將其分為三類：（1）內(nèi)切葡聚糖酶（也稱Cx酶或CMC酶），在纖維素的分子內(nèi)部發(fā)生作用，隨機(jī)水解其中的β-l，4-糖苷鍵，從而使長鏈纖維素變成小分子的非還原性纖維素；（2）外切葡聚糖酶（也稱C1酶），是與纖維素的非還原端結(jié)合的一類酶，逐一水解纖維素中的β-1，4-糖苷鍵，從而形成很多小的纖維二糖分子；（3）β-葡聚糖苷酶，水解纖維寡糖和纖維二糖生成葡萄糖。目前，協(xié)同作用模型是普遍認(rèn)可的酶解纖維素機(jī)理，在協(xié)同降解時(shí)，先由Cx酶在纖維素內(nèi)部隨機(jī)切割其非結(jié)晶部位，產(chǎn)生隨機(jī)長度的片段，在C1酶的作用下將小片段切下一個(gè)纖維素二糖，最后再由β-葡聚糖苷酶作用將二糖水解成單糖。在極端的溫度、pH等環(huán)境下，纖維素酶仍可保持高穩(wěn)定性，是木質(zhì)纖維素被高效降解的一個(gè)重要指標(biāo)。

2. 2 半纖維素酶系

植物細(xì)胞壁聚合物半纖維素有助于交聯(lián)植物細(xì)胞壁組分而賦予壁剛性，可被半纖維素酶降解。半纖維酶因半纖維素的成分復(fù)雜、其種類也繁多，大體上可分為內(nèi)切酶和外切酶兩種類型。內(nèi)切型半纖維素酶包括β-甘露聚糖酶（EC3.2.1.78）和β-1，4-木聚糖酶（EC3.2.1.8）等；外切型半纖維素酶包括a-半乳糖苷酶、β-木糖苷酶（EC3.2.1.37）、β-甘露糖苷酶和β-葡萄糖苷酶等。半纖維素酶通常是模塊形式，其不同結(jié)構(gòu)具有不同的功能。半纖維素酶的一部分特異性地結(jié)合半纖維素，而另一部分通過水解分解連接糖的鍵，這涉及向鍵上添加一分子水，然后使之?dāng)嚅_。目前尚未明確半纖維素的腐解機(jī)理。

2. 3 木質(zhì)素酶系

氧化和分解木質(zhì)素的酶系統(tǒng)大部分組成成分是細(xì)胞外酚氧化酶[漆酶（Laccase）]和細(xì)胞外過氧化物酶[錳過氧化物酶（MnP）、木質(zhì)素過氧化物酶（LiP）]。漆酶由于在真菌中大量產(chǎn)生，因此在這3種分解木質(zhì)素的酶中研究較多。白腐菌是目前木質(zhì)素酶產(chǎn)生菌的研究熱點(diǎn)，但大多數(shù)白腐菌并不能全部產(chǎn)生這3種分解木質(zhì)素的酶，因此普遍認(rèn)為這3種酶不是降解木質(zhì)素必須的酶。關(guān)于3種酶如何協(xié)調(diào)降解木質(zhì)素的研究還不夠深入，有學(xué)者認(rèn)為，白腐菌降解木質(zhì)素的大概過程是先有小分子量物質(zhì)進(jìn)入植物細(xì)胞壁內(nèi)部，這樣木質(zhì)素酶系才能進(jìn)入細(xì)胞，然后3種酶與小分子量物質(zhì)相互反應(yīng)，攻擊木質(zhì)素致密結(jié)構(gòu)，使木質(zhì)素被氧化進(jìn)而降解（池玉杰和伊洪偉，2007）。

3 不同菌種的相互作用

單一菌株通常只具有纖維素酶、半纖維酶和木質(zhì)素酶中的一種或兩種，而復(fù)合菌株囊括以上3種酶，可充分利用酶的相互作用發(fā)揮三者綜合效應(yīng)。復(fù)合菌株分解秸稈時(shí)，一種微生物可以迅速利用另一種菌種產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，使產(chǎn)物的反饋抑制作用消除，并使培養(yǎng)液的pH處于適當(dāng)范圍。菌群間互利共生或競爭性抑制的復(fù)雜關(guān)系可使微生物群落的生長得到平衡并維持復(fù)雜菌群結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定，研究表明，為更有效地完成秸稈腐熟，可通過好氧微生物與厭氧微生物一起作用來實(shí)現(xiàn)（Wilson，2008）。

一般通過組合現(xiàn)有菌株或直接篩選來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜菌系的構(gòu)建。大多數(shù)研究使用直接篩選方法從環(huán)境中篩選菌種，并通過連續(xù)多代適應(yīng)獲得復(fù)雜菌系?，F(xiàn)有的一些專利通過選擇一些功能單一菌株，并根據(jù)一定比例的分配構(gòu)成，其中，必要的成分為枯草芽孢桿菌和某些絲狀真菌，再配以其他成分，相輔相成，取長補(bǔ)短。如酵母、黑曲霉、米曲霉、木霉、乳酸菌、光合細(xì)菌和放線菌以不同比例制成腐熟劑，其中，木霉、曲霉和放線菌完成對秸稈“三素”的降解；酵母菌的效果大部分是活化土壤并增加土壤肥力；乳酸菌的主要作用是抑制其他雜菌生長；光合細(xì)菌具有固氮作用，且對土壤有一定的解毒能力（江朝明等，2016）。

4 秸稈腐熟劑應(yīng)用概況

4. 1 秸稈腐熟劑的催腐效果

2015年國家出臺標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2722-2015，對秸稈腐熟劑的使用效果進(jìn)行評判，該標(biāo)準(zhǔn)采用失重率法和抗壓強(qiáng)度法評判腐熟劑的催腐效果。此外，可采用外觀變化、含水率、微生物變化、溫度、纖維素、木質(zhì)素、半纖維素、總養(yǎng)分含量、CMC酶及木聚糖酶最大酶活、發(fā)芽指數(shù)、稻稈失重、對下茬作物產(chǎn)量影響的判定和碳氮比（C/N）法等。關(guān)于腐熟劑的降解作用，農(nóng)傳江等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，添加秸稈腐熟劑能顯著提高秸稈腐解效率，水稻和玉米秸稈加入腐熟劑后秸稈降解率分別提高29.76%和32.36%；有機(jī)物料腐熟劑有促進(jìn)腐解殘余物有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降的趨勢，腐殖酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高20.17%和29.17%、胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高48.84%和55.60%，胡敏酸/富里酸比增加29.73%和54.17%。

4. 2 秸稈腐熟劑對土壤理化性質(zhì)的影響

秸稈還田配施腐熟劑后，土壤中總氮、總磷、總鉀、有效磷、有效鉀和腐殖質(zhì)含量增加，土壤微生物群落數(shù)量增多，土壤空隙度上升，土壤容重降低。楊麗麗等（2016）研究不同腐熟劑對玉米秸稈腐解速率的影響及有機(jī)碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分的釋放特征，結(jié)果表明，秸稈腐熟劑有益于玉米秸稈中難分解物的分解，可加速秸稈中有機(jī)碳、氮、磷的釋放，經(jīng)100 d發(fā)酵結(jié)束時(shí)玉米秸稈有機(jī)碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分釋放率分別為58.66%、57.3%、88.68%和94.88%。秸稈還田還可有效降低土壤水分蒸發(fā)速度，減少蒸發(fā)量，增強(qiáng)土壤水分儲存和土壤水分容量，并可創(chuàng)造合適的土壤水分條件保證作物茬的生長，使土壤中的有效鉀含量增加（李春杰等，2015）。

4. 3 秸稈腐熟劑對作物生長狀況的影響

因秸稈的碳氮比過高，當(dāng)腐熟劑加入到秸稈后會出現(xiàn)秸稈腐熟微生物與農(nóng)作物秸稈之間相互爭搶無機(jī)氮的現(xiàn)象，使得腐解效率低，進(jìn)而導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降，因此可在添加秸稈腐熟劑時(shí)輔以適量尿素。腐熟劑能使下茬作物增產(chǎn)，劉元東等（2011）研究表明，添加秸稈腐熟劑后可使玉米秸稈提前30 d腐熟，且下輪小麥生長旺盛，分蘗和千粒重增加，小麥產(chǎn)量提高；郭紅等（2013）研究表明，通過添加秸稈腐熟劑可有效降低小麥秸稈預(yù)軟化分解吸收氮和產(chǎn)生有害物質(zhì)對水稻植株生長的負(fù)面效應(yīng)，且有利于水稻在苗期生根，中后期由于氮和其他有效營養(yǎng)物的釋放，促進(jìn)稻谷和谷粒的生長，提高水稻產(chǎn)量；農(nóng)傳江等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，在黃泥土上，與單獨(dú)秸稈還田相比，添加秸稈腐熟劑能使稻谷增產(chǎn)9.6%；魏賽金等（2016）研究表明，與單一稻草還田相比，添加腐熟劑能更有效地提高土壤礦質(zhì)養(yǎng)分和改善土壤微生物群落的功能多樣性，下茬水稻產(chǎn)量可提高15.0%。

5 展望

關(guān)于秸稈腐熟劑菌種的研究，目前選育出單一菌種應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的效果還不是很理想，組合菌種間的相互關(guān)系仍需通過大量試驗(yàn)來考證，在組合菌種選育時(shí)應(yīng)充分考慮菌種的類型、毒性、產(chǎn)酶最適pH、最適溫度和拮抗作用，原位篩選是較好的選擇。另外，酵母菌和乳酸菌互不拮抗、安全無毒且腐熟效果明顯，未來在研制秸稈腐熟劑時(shí)可放心使用。秸稈腐熟劑的最佳接種時(shí)間、最佳接種量及施用部位也需要試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，且對菌群動態(tài)的研究較少，明確優(yōu)勢菌株的類型及其作用時(shí)間將會對秸稈腐熟劑的開發(fā)具有十分重要的意義。由于秸稈中常含有少量的病原菌，即需要發(fā)酵高溫來消除。若溫度在60～65 ℃，只需維持約3 d即可殺死大部分病原菌，在65 ℃以上效果更好（黃丹蓮，2011），因此前期應(yīng)適當(dāng)添加一些耐熱菌種。降解秸稈的酶類研究中，半纖維素酶系和木質(zhì)素酶系的降解機(jī)制研究目前尚處于萌芽階段，仍有待深入研究。秸稈腐熟完成后腐熟效果的評判也很重要，現(xiàn)階段只能利用降解指標(biāo)了解腐熟劑在一些方面的影響，還無法完整地表達(dá)秸稈腐熟劑作用的總體狀況，因此應(yīng)建立一套完整具體的評判標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而可以更快、更高效地評定各秸稈腐熟劑的腐熟效果。除腐熟劑外，影響秸稈腐熟效果的原因還有很多，如秸稈的種類、還田數(shù)量、還田方式、土壤性質(zhì)、微生物活性及耕種制度等，因此下一步的研究還應(yīng)考慮多種因素，以探索一種更科學(xué)的方法來取得最佳效果。

參考文獻(xiàn)：

鮑文英，江經(jīng)緯，周云，吳玉峰，梁志清. 2016. 一株木質(zhì)纖維素降解菌的篩選及其全基因組分析[J]. 微生物學(xué)報(bào)，56（5）：765-777. [Bao W Y，Jiang J W，Zhou Y，Wu Y F，Liang Z Q. 2016. Screening and genomic analysis of a lignocellulose degrading bacterium[J]. Acta Microbiologica Sinica，56（5）： 765-777.]

常志州，靳紅梅，黃紅英，肖敏，丁成龍. 2016. “十三五”江蘇省秸稈綜合利用策略與秸稈產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，32（3）：534-541. [Chang Z Z，Jin H M，Huang H Y，Xiao M，Ding C L. 2016. New thinking regarding integrated utilization strategy and industrial development of crop straws in Jiangsu Province for the 13th Five Year Plan[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，32（3）：534-541.]

池玉杰，伊洪偉. 2007. 木材白腐菌分解木質(zhì)素的酶系統(tǒng)——錳過氧化物酶、漆酶和木質(zhì)素過氧化物酶催化分解木質(zhì)素的機(jī)制[J]. 菌物學(xué)報(bào)，（1）：153-160. [Chi Y J，Yi H W. 2007. Lignin degradation mechanisms of ligninolytic enzyme system，manganese peroxidase， laccase and lignin peroxidase， produced by wood white rot fungi[J]. Mycosystema，（1）：153-160.]

樊云燕，李昆，張錦華. 2015. 木質(zhì)素降解菌的篩選及其漆酶性質(zhì)研究[J]. 畜牧與獸醫(yī)，47（10）：35-40. [Fan Y Y，Li K，Zhang J H. 2015. The screening of the lignin-degraded bacterium and its lactase activity[J]. Animal Husbandry &Ve-

terinary Medicine，47（10）： 35-40.]

高云. 2016.一種快速腐熟秸稈的腐熟劑：CN105316247A[P].2016-02-10. [Gao Y. 2016. A maturing agent for rapid decomposing straws： CN105316247A[P]. 2016-02-10.]

顧文杰，徐有權(quán)，徐培智，解開治，盧鈺升，唐拴虎，張發(fā)寶.2012b.酸性土壤中高效半纖維素降解菌的篩選與鑒定[J]. 微生物學(xué)報(bào)，52（10）：1251-1259. [Gu W J，Xu Y Q，Xu P Z，Xie K Z，Lu Y S，Tang S H，Zhang F B. 2012b. Screening and identification of hemicellulose degrading microorganisms in acid soil[J]. Acta Microbiologica Sinica，52（10）： 1251-1259.]

顧文杰，張發(fā)寶，徐培智，解開治，唐拴虎. 2012a. 篩選兩株稻稈降解放線菌[J]. 微生物學(xué)報(bào)，52（9）：1085-1093. [Gu W J，Zhang F B，Xu P Z，Xie K Z，Tang S H. 2012a. Screening of two straw-cellulose degrading actinomycetes[J]. Acta Microbiologica Sinica，52（9）： 1085-1093.]

郭紅，李進(jìn)永，張大友，劉志生，張亞，許建權(quán). 2013. 不同秸稈腐熟劑應(yīng)用效果研究[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，42（8）：207-212. [Guo H，Li J Y，Zhang D Y，Liu Z S，Zhang Y，Xu J Q.2013. Study on the application effect of different straw maturation agents[J]. Modern Agricultural Science and Technology，42（8）： 207-212.]

郝滌非，唐小平，孟彩龍. 2009. 一株產(chǎn)木聚糖酶放線菌的選擇性分離和鑒定[J]. 食品工業(yè)科技，30（12）：200-203. [Hao D F，Tang X P，Meng C L. 2009. Selective isolation and identification of an actinomycete exhibiting xylanase activity[J]. Science and Technology of Food Industry，30（12）：200-203.]

黃丹蓮. 2011. 堆肥微生物群落演替及木質(zhì)素降解功能微生物強(qiáng)化堆肥機(jī)理研究[D]. 長沙：湖南大學(xué). [Huang D L. 2011. Microbial community succession and the mechanisms of solid waste composting by ligninolytic microorganism[D]. Changsha：Hunan University.]

姜立春，阮期平，蒲忠慧，趙娟. 2014. 半纖維素降解菌J-16的篩選及產(chǎn)酶特性研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，37（7）：55-60. [Jiang L C，Ruan Q P，Pu Z H，Zhao J. 2014. Screening，identification and enzymatic analysis of hemicellulose degrading bacteria J-16[J]. Environmental Science & Technology，37（7）： 55-60.]

江朝明，吳華德，黃斌良，楊齊，藍(lán)建益. 2016. 一種用于動物糞便和秸稈的微生物腐熟劑及其制備方法：中國. CN10529

6394A[P]. 2016-02-03. [Jiang Z M，Wu H D，Huang B L，Yang Q，Lan J Y. 2016. A microbial decomposing agent for animal manure and straw and its preparation method：China. CN105296394A[P]. 2016-02-03.]

李春杰，孫濤，張興義. 2015. 秸稈腐熟劑對寒地玉米秸稈降解率和土壤理化性狀影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，30（S1）：507- 510. [Li C J，Sun T，Zhang X Y. 2015. Effects of straw-decomposing agent on degrading efficiency of maize straw andphysical and chemical properties of cold and black soil area in China[J]. Acta Agriculturae Boreali Sinica，30（S1）： 507-510.]

藺盛勛. 2013. 利用玉米秸稈半纖維素降解產(chǎn)物發(fā)酵產(chǎn)乙醇菌株的篩選[D]. 保定：河北大學(xué). [Lin S X. 2013. Screening of ethanol fermentation strains using the hemicellulose degradation products of cornstalk[D]. Baoding： Hebei University.]

劉堯. 2010. 玉米秸稈腐解復(fù)合菌系CSS-1的構(gòu)建、菌群組成及腐解特性研究[D]. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué). [Liu Y. 2010.Construction， microbial community and decomposition characteristics for the complex microbial system CSS-1 of high decomposition efficiency for corn stalks[D]. Taian： Shandong Agricultural University.]

劉元東，劉香坤，姜玉琴，朱玉成，董旭勇，王風(fēng)英，劉尚偉.2011. BM秸稈腐熟劑在小麥上的應(yīng)用效果[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，40（12）：77-79. [Liu Y D，Liu X K，Jiang Y Q，Zhu Y C，Dong X Y，Wang F Y，Liu S W. 2011. Research on BM applied straw decomposition inoculantin wheat production[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences，40（12）： 77-79.]

陸娟娟，李太元，張揚(yáng)，肖克宇，夏中生. 2010. 生孢噬纖維菌、酵母菌、枯草芽孢桿菌混合發(fā)酵稻草特性的研究[J]. 飼料廣角，26（4）：47-49. [Lu J J，Li T Y，Zhang Y，Xiao K Y，Xia Z S. 2010. Study on the characteristics of mixed fermentation of Streptobacillus， Saccharomyces and Bacillus subtilis[J]. Feed China，26（4）： 47-49.]

農(nóng)傳江，王宇蘊(yùn)，徐智，和金鴻，劉雨萌，洪楊，湯利，張發(fā)寶.2016.有機(jī)物料腐熟劑對玉米和水稻秸稈還田效應(yīng)的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，25（1）：34-41. [Nong C J，Wang Y Y，Xu Z，He J H，Liu Y M，Hong Y，Tang L，Zhang F B.2016. Effects of organic matter-decomposition inoculanton maize and rice straw returning[J]. Acta Ariculturae Borealio-

ccidentalis Sinica，25（1）： 34-41.]

王寶民，張恩辰，張錦繡，張興隆，黃佳. 2016. 一種酶—菌雙聯(lián)秸稈腐熟劑及其制備方法和使用方法：CN105368744A[P].2016-03-02. [Wang B M，Zhang E C，Zhang J X，Zhang X L，Huang J. 2016. An enzyme-bacteria double straw decomposing agent and its preparing and using method：CN105368744A[P]. 2016-03-02.]

王海林，任波. 2016. 一種復(fù)合微生物秸稈腐熟劑及其制備方法：CN105272769A[P]. 2016-01-27. [Wang H L，Ren B. 2016. A composite microbial stalk decomposing agent and its preparation method： CN105272769A[P]. 2016-01-27.]

王洪媛，范丙全. 2010. 三株高效秸稈纖維素降解真菌的篩選及其降解效果[J]. 微生物學(xué)報(bào)，50（7）：870-875. [Wang H Y，F(xiàn)an B Q. 2010. Screening of three straw-cellulose degrading microorganism[J]. Acta Microbiologica Sinica，50（7）： 870-875.]

王垚，韓燕峰，梁宗琦. 2016. 采自武夷山高溫木質(zhì)素降解菌優(yōu)良菌株篩選及其木質(zhì)素降解效果測定[J]. 菌物學(xué)報(bào)，35（10）：1169-1177. [Wang Y，Han Y F，Liang Z Q. 2016. Scree-

ning of superior lignin-degrading thermotolerant fungal strains from Wuyi Mountains and assessment of their degradation effects on straw lignin[J]. Mycosystema，35（10）： 1169-1177.]

魏賽金，黃國強(qiáng)，倪國榮，呂偉生，譚雪明，曾勇軍，涂國全，石慶華，潘曉華. 2016. 稻草還田配施腐解菌劑對水稻土壤微生物的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，30（10）：2026-2032. [Wei S J，Huang G Q，Ni G R，Lü W S，Tan X M，Zeng Y J，Tu G Q，Shi Q H，Pan X H. 2016. Effects of rice straw returning plus straw decomposition agent on the rice soil microbial diversity[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences，30（10）： 2026-2032.]

吳翰林，劉茂炎，劉峰. 2016. 1株耐鎘木霉菌株的篩選鑒定[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，44（6）：94-98. [Wu H L，Liu M Y，Liu F. 2016. Screening and identification of a Trichoderma strain with tolerance to cadmium[J]. Guizhou Agricultural Sciences，44（6）：94-98.]

楊麗麗，周米良，鄧小華，田峰，張明發(fā)，陳治鋒，張黎明. 2016.不同腐熟劑對玉米秸稈腐解及養(yǎng)分釋放動態(tài)的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，32（30）：32-37. [Yang L L，Zhou M L，Deng X H，Tian F，Zhang M F，Chen Z F，Zhang L M. 2016.Decomposition rate and nutrient release of corn stalk treated with different decomposition maturing agents[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，32（30）： 32-37.]

楊培新，鄭銳東，羅集豐，謝桂勉，鄭鋼勇，方培煒，蔡佳維.2015. 1株產(chǎn)纖維素酶真菌的篩選鑒定及其產(chǎn)酶條件優(yōu)化[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，31（1）：186-191. [Yang P X，Zheng R D，Luo J F，Xie G M，Zheng G Y，F(xiàn)ang P W，Cai J W. 2015. Identification of a cellulase-decomposing fungus and its enzyme-producing conditions[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，31（1）：186-191.]

Aro N，Pakula T，Penttil？覿 M. 2005. Transcriptional regulation of plant cell wall degradation by filamentous fungi[J]. FEMS Microbiology Reviews，29（4）： 719-739.

Fang J，Matsuzaki M，Suzuki H. 2012. Effetals of lactic acid bacteria and urea treatment on fermentation quality，digestibility and ruminal fermentation of roll bale rice straw silage in wethers[J]. Grassland Science，58（2）：73-78.

Kupski L，de Carvalho Silvello M A，F(xiàn)ontes M R V，Lima T S，Treichel H，Badiale Furlong E. 2015. R. oryzaecellulases： A new approach to degrading lignocellulosic material[J]. Journal of Food Biochemistry，39（2）： 129-138.

Porsch K，Wirth B，Tóth E M，Schattenberg F，Nikolausz M. 2015. Characterization of wheat straw-degrading anaerobic alkali-tolerant mixed cultures from soda lake sediments by molecular and cultivation techniques[J]. Microbial Biotechnology，8（5）： 801-814.

Shrestha M，Shrestha P M，Conrad R. 2011. Bacterial and archaeal communities involved in the in situ degradation of 13C-labelled straw in the rice rhizosphere[J]. Environmental Microbiology Reports，3（5）： 587-596.

Tomás-Pejó E，Olsson L. 2015. Influence of the propagation strategy for obtaining robust Saccharomyces cerevisiae cells that efficiently co-ferment xylose and glucose in lignocellulosic hydrolysates[J]. Microbial Biotechnology，8（6）： 999- 1005.

Wilson D B. 2008.Three microbial strategies for plant cell wall degradation[J]. Annals of the New York Academy of Sciences，48（1）： 289-297.

（責(zé)任編輯 麻小燕）