復(fù)合菌劑對小麥秸稈降解速率、土壤酶和土壤微生物類群的影響①

魏 蔚，吳 昊，宋時(shí)麗，管永祥，張振華，張 勇，戴傳超*

復(fù)合菌劑對小麥秸稈降解速率、土壤酶和土壤微生物類群的影響①

魏 蔚1，吳 昊1，宋時(shí)麗1，管永祥2，張振華3，張 勇4，戴傳超1*

(1 南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇省微生物與功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省微生物資源產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心，南京 210023；2 江蘇省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，南京 210036；3 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南京 210014；4 句容藍(lán)天碧水生物科技有限公司，江蘇句容 212402)

秸稈在農(nóng)業(yè)上的有效利用日益受到關(guān)注。針對秸稈還田后腐解難的問題，本文選擇7株纖維素降解菌種進(jìn)行復(fù)配：擬莖點(diǎn)霉B3、莖點(diǎn)霉YY11、綠色木霉、里氏木霉、根霉、黑曲霉、蜂房芽孢桿菌。最終采用兩種復(fù)配液體菌劑A(B3、YY11、綠色木霉和蜂房芽孢桿菌)、C(上述7個(gè)菌種)，同時(shí)制作與液體菌劑A、C分別對應(yīng)的固體菌劑B、D。探討了復(fù)合菌劑對秸稈降解速率的促進(jìn)作用和對土壤質(zhì)量的提升效果。結(jié)果表明，4種菌劑均可促進(jìn)小麥秸稈降解，改善土壤生物學(xué)特性，增加土壤養(yǎng)分，改良玉米農(nóng)藝學(xué)性狀。綜合評價(jià)各個(gè)指標(biāo)，菌劑B(B3、YY11、綠色木霉、蜂房芽孢桿菌；固體劑型)的表現(xiàn)最好，且玉米總產(chǎn)量比市售秸稈腐熟劑處理高20.72%。總之，本研究表明小麥秸稈還田后和聯(lián)合菌劑使用能明顯提高土壤降解功能，并且為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的農(nóng)業(yè)管理方式提供了一種有應(yīng)用前景的秸稈腐熟劑組合方式。

秸稈還田；復(fù)合菌劑；秸稈降解；土壤理化性質(zhì)

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生的秸稈達(dá)到7.5億t，其中直接焚燒或廢棄的秸稈達(dá)到3.14億t[1]，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。秸稈直接還田作為保護(hù)性耕作的一種，既可以解決秸稈處理難的問題且成本較低，又可以改善土壤理化性質(zhì)。但是秸稈中的木質(zhì)纖維素尤其是木質(zhì)素在自然條件下很難降解[2]，秸稈腐熟較慢，養(yǎng)分難以釋放，這嚴(yán)重阻礙了下季作物種子發(fā)芽和根的生長。不能分解的秸稈還可能增加病害[3]，降低作物產(chǎn)量[4]。

為使還田秸稈快速降解，很多研究者對這一問題進(jìn)行了研究，Han和He[5]向土壤中施加外源纖維素酶促進(jìn)還田秸稈的降解，改善土壤肥力和促進(jìn)作物生長，雖然添加纖維素酶可以在一定程度上促進(jìn)秸稈降解[6]，但纖維素酶成本較高，不利于農(nóng)業(yè)推廣。微生物具有相應(yīng)的高效的酶系統(tǒng)，因此向還田秸稈中添加微生物菌劑也研究較多[7-8]。Lopez等[9]為使園藝作物秸稈加快降解，接種了由3種真菌(,和)組成的菌劑促進(jìn)秸稈中木質(zhì)素的降解和腐殖質(zhì)的形成，Gaind 和Nain[10]將兩種真菌(和)接種到還田秸稈中，發(fā)現(xiàn)可以在一定程度上促進(jìn)秸稈降解，改善土壤健康狀況。然而，由于需應(yīng)用在不同土壤環(huán)境下，效率較高的腐熟劑菌種組合仍需要進(jìn)一步研究。

本實(shí)驗(yàn)室在先前的研究中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)生真菌B3 具有產(chǎn)生漆酶的能力，內(nèi)生真菌YY11 具有產(chǎn)生纖維素酶的能力。因此，我們在前期工作基礎(chǔ)上，從真菌和細(xì)菌中復(fù)配了兩個(gè)菌種組合，每個(gè)組合分別制成液體、固體兩種劑型。本文旨在評價(jià)這 4 種菌劑的秸稈促腐效率、土壤改良作用和對作物生產(chǎn)力的影響，以提出一種效率較高的菌劑復(fù)配方案。

1 材料與方法

1.1 菌種

試驗(yàn)所用菌劑為實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)配制，所用菌種為實(shí)驗(yàn)室保藏菌種，包括內(nèi)生真菌楓香擬莖點(diǎn)霉(，B3)、莖點(diǎn)霉(sp.，YY11)、絲狀真菌綠色木霉()、里氏木霉()、根霉()和黑曲霉()，以及細(xì)菌蜂房芽孢桿菌()，7個(gè)菌株間均無拮抗效果，且菌株發(fā)酵液對種子發(fā)芽率無不良影響。真菌培養(yǎng)基為馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基(PDA)，細(xì)菌培養(yǎng)基為牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基(肉湯培養(yǎng)基)。

接種與發(fā)酵：真菌(B3、YY11、綠色木霉、里氏木霉、根霉和黑曲霉)分別接種在PDA斜面上，26 ℃培養(yǎng)4 d后，斜面上倒入無菌水，刮取菌絲，轉(zhuǎn)移入PDA液體培養(yǎng)基，26 ℃ 150 r/min震蕩培養(yǎng)3 d，獲得種子液。細(xì)菌(蜂房芽孢桿菌)接種在牛肉膏蛋白胨斜面上，30 ℃培養(yǎng)2 d后，接種環(huán)挑單菌落轉(zhuǎn)移入牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基，30 ℃ 220 r/min震蕩培養(yǎng)2 d，獲得種子液。將各菌株種子液按接種量5% 轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的液體培養(yǎng)基進(jìn)行放大培養(yǎng)，培養(yǎng)條件同種子液發(fā)酵條件，獲得發(fā)酵液。

固體發(fā)酵：固體發(fā)酵培養(yǎng)基配制，將麩皮、糠和稻殼按照6︰3︰1的比例混勻，按照固體物與水的質(zhì)量比1︰1.2，加入20 g/kg的(NH4)2SO4，加入后攪拌均勻，分裝入500 ml三角錐形瓶，每瓶分裝200 g，121 ℃，滅菌1 h備用。將各菌株種子液按接種量100 g/kg接到固體培養(yǎng)基中，用滅菌玻璃棒攪拌均勻，8層紗布密封，27 ℃靜止培養(yǎng)10 d后，獲得各菌株的固體發(fā)酵物。

1.2 秸稈降解盆栽試驗(yàn)

小麥秸稈取自南京師范大學(xué)植物園，70 ℃烘干，將小麥秸稈剪成2 ~ 3 cm 長小段。各菌株間等比復(fù)配成的 4 種菌劑如下。菌劑 A：4 個(gè)菌種(綠色木霉、B3、YY11 和蜂房芽孢桿菌)發(fā)酵的液體劑型；菌劑 B：4 個(gè)菌種(綠色木霉、B3、YY11 和蜂房芽孢桿菌)發(fā)酵的固體劑型；菌劑 C：7 個(gè)菌種(綠色木霉、B3、YY11、蜂房芽孢桿菌、里氏木霉、根霉和黑曲霉)發(fā)酵的液體劑型；菌劑 D：7 個(gè)菌種(綠色木霉、B3、YY11、蜂房芽孢桿菌、里氏木霉、根霉和黑曲霉)發(fā)酵的固體劑型。

試驗(yàn)設(shè)7 個(gè)處理組，每個(gè)處理 6 個(gè)重復(fù)。其中A、B、C、D 處理分別施加菌劑 A、B、C、D，E 處理施加購買的秸稈腐熟劑，F(xiàn) 處理施加滅菌的固體發(fā)酵基質(zhì)作對照，G 處理為完全空白對照。每種發(fā)酵物微生物數(shù)量約為 105cfu/ml，市購秸稈腐熟劑微生物數(shù)量為2×107cfu/g，使所用復(fù)合菌劑處理和秸稈腐熟劑處理的微生物總量相等。試驗(yàn)土壤來自南京師范大學(xué)植物園的林下土壤，為黃棕壤，土壤基本理化性質(zhì)如下。有機(jī)質(zhì)45.38 g/kg，全氮2.61 g/kg，全磷1.30 g/kg，全鉀24.39 g/kg，堿解氮168.7 mg/kg，有效磷116.3 mg/kg，速效鉀879.1 mg/kg，pH 6.75。

花盆直徑23 cm，高22 cm，每盆裝土5 kg，用滌綸布袋裝2 g 烘干的小麥秸稈，噴灑10 ml 發(fā)酵菌懸液或10 g 濕重的固體發(fā)酵物，埋深5 cm，每盆埋 3 袋。分別于15、30、60、80和120 d 進(jìn)行破壞性取樣，一個(gè)處理每次取樣3 個(gè)，烘干后對其進(jìn)行干物質(zhì)量、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素變化測定[11]。

1.3 玉米盆栽模擬試驗(yàn)

試驗(yàn)各處理設(shè)計(jì)、花盆規(guī)格與土壤裝填同 1.2，秸稈量按每畝500 kg 施加，即每盆施加30 g，與花盆內(nèi)土壤表層0 ~ 15 cm 土混合，處理A、B、C 和D 在播種前每盆施加菌劑濕重200 g 或 200 ml(總微生物數(shù)量保持一致，約為 108cfu)，E 處理按照其用量標(biāo)準(zhǔn)每畝2 kg 施用(微生物總量為 108cfu，與 4 個(gè)菌劑處理一致)。處理F 加入200 g 滅菌固體培養(yǎng)基，以去除固體發(fā)酵制劑加入的固體培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的影響，G 處理加入200 ml 滅菌蒸餾水，作為完全空白對照。玉米品種為蘇玉20，2010 年6 月20 日播種，每盆播種3 ~ 5 粒，播深5 cm，3 葉期間苗，苗期定苗一棵。常規(guī)水肥管理。

1.4 樣品采集與測定

1.4.1 土壤樣品采集 分別在2010 年7 月5 日玉米苗期、2010 年7 月20 日玉米拔節(jié)期、2010 年8 月19 日玉米抽雄期、2010年9月8日玉米開花期、2010年9月28日玉米收獲期，用土鉆從土壤0 ~ 15 cm垂直取樣，每個(gè)處理取200 g左右，裝入聚乙烯袋，放在4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?，測定酶活性的土樣放在陰涼處風(fēng)干，過1 mm篩，放4 ℃冰箱備用。

1.4.2 土壤樣品測定 采用稀釋平板法對土壤樣品進(jìn)行微生物計(jì)數(shù)，細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，放線菌用改良高氏一號培養(yǎng)基，真菌用虎紅培養(yǎng)基[12]。

土壤中蔗糖酶活性和纖維素酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，脲酶活性用靛酚比色法測定，分別以C6H6O6mg/(10g·72 h) 和NH3-N mg/(g·24 h) 來表示[13]。

土壤中有機(jī)質(zhì)采用外加熱法測定，全氮采用開氏法測定，全磷采用比色法測定，全鉀采用火焰光度法測定，堿解氮采用擴(kuò)散吸收法測定，有效磷采用比色法測定，速效鉀采用火焰光度法測定，pH采用酸度計(jì)法測定[14]。

1.4.3 玉米葉片采集與農(nóng)藝學(xué)指標(biāo)測定 在玉米拔節(jié)期取樣，選取玉米植株頂部展開葉，為了試驗(yàn)的精確性，在取樣時(shí)僅取每片葉的中間部分，用蒸餾水洗凈，去除葉柄和中脈，用吸水紙將葉片表面水分吸干，用于葉綠素含量的測定，采用乙醇浸提-分光光度計(jì)法測定[15]。玉米成熟后，收獲整個(gè)植株，洗凈泥土后，測定植株莖高、莖粗和鮮重，曬干，測定每個(gè)植株干重，將玉米穗摘下，測定每個(gè)玉米穗的穗長、穗徑和禿尖長，將每個(gè)穗的玉米粒脫下，測定每個(gè)玉米穗的百粒重以及總產(chǎn)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)結(jié)果采用SPSS 16.0進(jìn)行方差(ANOVA)分析。

2 結(jié)果

2.1 不同處理對小麥秸稈降解速率的影響

在小麥秸稈降解過程中，秸稈干物質(zhì)、纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素降解率如表1。結(jié)果表明，在整個(gè)秸稈降解過程中，加菌組和秸稈腐熟劑組都可以顯著促進(jìn)秸稈降解，秸稈的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素都是在前15 d降解速率最快，降解最快的是B組。接菌組與市售腐熟劑組和空白對照組相比，顯著促進(jìn)秸稈三素的降解，其中尤其以木質(zhì)素降解率提高最為顯著。表明菌劑組在玉米生長早期木質(zhì)素降解方面具有極大的優(yōu)勢。

2.2 不同處理對土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

分別在玉米的苗期、拔節(jié)期、抽雄期、開花期和成熟期取樣，測定不同處理不同時(shí)期土壤中可培養(yǎng)的細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量，結(jié)果如表2所示。

2.2.1 不同處理對土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量的影響 在苗期，菌劑組與市購秸稈腐熟劑E相比均顯著增加了土壤中的細(xì)菌數(shù)量，其中菌劑D處理下土壤細(xì)菌數(shù)量最多，其次是菌劑B。在拔節(jié)期，菌劑D處理下的土壤細(xì)菌數(shù)量最多，菌劑B處理下的土壤細(xì)菌數(shù)量也很高，分別比處理E和G高234.87% 和350.37%。抽雄期，菌劑B處理的細(xì)菌數(shù)量最高，分別比E、F、G處理高281.75%、13.04% 和218.90%，菌劑A、C與對照E和G差異不顯著。開花期，僅菌劑B、D的細(xì)菌數(shù)量要大于G組。在玉米成熟期，菌劑B的細(xì)菌數(shù)量最多，菌劑C與E、G組細(xì)菌數(shù)量沒有顯著性差異。說明固體菌劑B、D對土壤細(xì)菌數(shù)量有較顯著的積極影響。液體菌劑A、C處理的效果持續(xù)時(shí)間較短。隨著時(shí)間推移，各處理差異漸小。

2.2.2 不同處理對土壤可培養(yǎng)放線菌數(shù)量的影響 在苗期，固體菌劑B、D增加了土壤的放線菌數(shù)量，液體菌劑A和C與對照E、G的放線菌數(shù)量差異不大。在拔節(jié)期，放線菌數(shù)量規(guī)律與苗期相似。在抽雄期，菌劑B、D和對照F的放線菌差異不大，但要顯著高于A、C處理和對照E、G。在開花期，菌劑D的放線菌數(shù)量最多，其次是菌劑B，菌劑A、C都低于E處理。在成熟期，菌劑B的放線菌數(shù)量最多，顯著大于E和G，菌劑C的放線菌數(shù)量最少。

2.2.3 不同處理對土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量的影響 在苗期，菌劑B處理的真菌數(shù)量最多，其次是菌劑D，菌劑A、C與各對照處理沒有顯著差異。在拔節(jié)期，真菌數(shù)量規(guī)律與苗期相似。在抽雄期、開花期和成熟期，仍是菌劑B、D處理的真菌數(shù)量最多，其他接菌處理與對照組E、G真菌數(shù)量差異不大。

2.3 不同處理對土壤酶活性的影響

2.3.1 不同處理對土壤纖維素酶活性的影響 土壤纖維素酶活性如圖1。苗期和拔節(jié)期的纖維素酶活性較高，隨著時(shí)間推移，纖維素酶活性逐漸降低。其中，苗期B處理的纖維素酶活性最高。固體菌劑組均顯著高于對照。拔節(jié)期，菌劑B、D的纖維素酶活性迅速下降，但都要大于E組。抽雄期，菌劑B、C、D組與市購腐熟劑對照總體差異不大。在開花期與成熟期，各處理纖維素酶活性仍處于較低水平，其中開花期菌劑A、B、C處理顯著較高，而成熟期市購秸稈腐熟劑組顯著較高。

2.3.2 不同處理對土壤脲酶活性的影響 玉米各生長期的土壤脲酶活性如圖2，在玉米的整個(gè)生長期內(nèi)，土壤脲酶活性呈先升高后降低的趨勢。在苗期，菌劑A的脲酶顯著高于其他組。拔節(jié)期，菌劑D的脲酶活性最高，其次是菌劑A。抽雄期，菌劑C的脲酶活性最大，其次是菌劑A，菌劑B與對照差異不大。開花期，菌劑組普遍低于對照組。到成熟期時(shí)，菌劑A、B仍具有較高的脲酶活性，顯著高于其他處理。

2.3.3 不同處理對土壤蔗糖酶活性的影響 不同處理對玉米各生長期內(nèi)土壤蔗糖酶活性的影響如圖3，在玉米整個(gè)生育期內(nèi)呈現(xiàn)先降低后略升高的趨勢。菌劑A、B、D在苗期和拔節(jié)期具有較高的蔗糖酶活性，從抽雄期開始，固體菌劑B、D仍具有較高的蔗糖酶活性，均顯著高于液體菌劑A、C處理。到成熟期，除固體菌劑B、D處理外各處理之間差異不顯著。

總之，菌劑A、B、D在苗期和拔節(jié)期具有較高的蔗糖酶和纖維素酶活性，其中A、D菌劑的脲酶活性也較高，固體菌劑在玉米的整個(gè)生育期具有較長的作用時(shí)間，市購的秸稈腐熟劑在初期其酶活性均低于菌劑A、B、C、D，在玉米生長中后期才具有較高的酶活性。

表1 不同處理后秸稈主要成分(干物質(zhì)、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素)的降解率(%)

注：表中同行同一處理時(shí)間各類秸稈成分降解率數(shù)據(jù)后小寫字母不同表示處理間差異達(dá)到<0.05顯著水平。

表2 不同取樣時(shí)期不同處理可培養(yǎng)細(xì)菌(×106 cfu/g)、放線菌(×105 cfu/g)和真菌(×104 cfu/g)的數(shù)量變化

注：表中同行數(shù)據(jù)小寫字母不同表示處理間差異達(dá)到<0.05顯著水平。

(圖柱上方小寫字母不同表示處理間差異達(dá)到P<0.05顯著水平，下圖同)

圖2 不同處理對土壤脲酶活性的影響

圖3 不同處理對土壤蔗糖酶活性的影響

2.4 不同處理對玉米拔節(jié)期葉綠素含量的影響

7個(gè)處理的玉米拔節(jié)期葉綠素含量依次為2.62、3.15、2.69、2.51、2.47、2.61、2.58 mg/g。其中菌劑B、C組顯著提高玉米葉綠素含量，其余加菌組對玉米葉綠素含量無顯著影響，菌劑B、C組的葉綠素含量分別比市購秸稈腐熟劑E組高27.53% 和8.91%。

2.5 不同處理對盆栽玉米土壤養(yǎng)分的影響

在玉米苗期和成熟期取樣測定土壤中各養(yǎng)分含量(表3)。玉米苗期，4組加菌劑組都顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀含量，提高了土壤電導(dǎo)率，菌劑D處理顯著提高土壤全鉀含量，菌劑C處理顯著提高土壤堿解氮含量，菌劑B處理顯著提高土壤有效磷含量和土壤pH。到玉米成熟期時(shí)，菌劑B處理下土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀含量都顯著大于市購秸稈腐熟劑處理，而幾乎所有加菌組的全磷、全鉀、速效鉀含量，土壤電導(dǎo)率和pH都顯著小于E組。

表3 不同處理對盆栽玉米土壤養(yǎng)分的影響

注：表中同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示處理間差異達(dá)到<0.05顯著水平，下表同。

2.6 不同處理對玉米收獲期農(nóng)藝學(xué)性狀的影響

菌劑B處理下玉米的穗長、穗莖都最大，禿尖長最小，每盆平均產(chǎn)量最高；菌劑A處理提高玉米整體植株的生物量，菌劑B處理下玉米的百粒重最大，菌劑D處理使玉米莖粗增加，市購秸稈腐熟劑與空白相比可以提高玉米的農(nóng)藝學(xué)性狀，但效果不如菌劑B(表4)。

2.7 玉米植株內(nèi)生真菌重分離

從玉米植株組織塊進(jìn)行內(nèi)生真菌重分離，7個(gè)處理組的分離菌數(shù)/組織塊數(shù)值依次為：19/144、15/204、16/148、24/172、16/160、25/176、20/135。重分離菌株中均無內(nèi)生真菌B3和YY11，說明內(nèi)生真菌沒有侵入植株體內(nèi)發(fā)揮作用，只是與其他菌協(xié)同在土壤里發(fā)揮作用。

表4 不同處理對玉米收獲期農(nóng)藝學(xué)性狀的影響

3 討論

3.1 復(fù)合菌劑對秸稈降解速率和玉米農(nóng)藝學(xué)性狀的影響

在不同處理對玉米秸稈的降解過程中，菌劑處理組可以顯著加快秸稈的降解速率，其中秸稈在第15天時(shí)降解最快，此時(shí)是玉米生長中關(guān)鍵的發(fā)芽期，這段時(shí)間內(nèi)秸稈降解的加快有利于作物出芽。在第15天時(shí)，菌劑處理組秸稈降解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非處理組，其中尤以木質(zhì)素的降解最為明顯，復(fù)合菌劑其秸稈降解效果要優(yōu)于市購的秸稈腐熟劑，可能是因?yàn)榫哂薪到饽举|(zhì)素的菌株B3，各個(gè)菌劑處理組中，菌劑B組(B3、YY11、綠色木霉和蜂房芽孢桿菌，固體劑型)的秸稈降解效果最好。

菌劑B處理可以顯著提高玉米拔節(jié)期的葉綠素含量，提高玉米的光合作用，有利于玉米的生長發(fā)育。這可能是由于較好的秸稈降解作用可以為作物提供更多的養(yǎng)分[16]。

為模擬長期秸稈還田的高有機(jī)質(zhì)環(huán)境，我們采集了植物園的林下土壤。菌劑處理在苗期都可以顯著提高土壤中大部分養(yǎng)分含量，有利于植物的早期生長。在玉米成熟期，菌劑B、D(菌劑B處理基礎(chǔ)上增加里氏木霉、根霉和黑曲霉，固體劑型)組仍有較高的養(yǎng)分含量但不及市購秸稈腐熟劑。菌劑B處理下玉米產(chǎn)量最高，可能是因?yàn)榫鷦〣處理的秸稈降解最快最徹底，為玉米生長提供了充分的營養(yǎng)。

內(nèi)生真菌重分離試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米植株組織塊中沒有分到復(fù)合菌劑中的兩種內(nèi)生真菌，說明這兩種內(nèi)生真菌只是在土壤中發(fā)揮作用[17]，并沒有定殖到植物體內(nèi)，這可能是菌劑的施加量較少，也可能有少量定殖但沒有被成功分離。

3.2 復(fù)合菌劑對土壤生物功能的影響

土壤纖維素酶活性具有先降低再升高的趨勢，這可能是因?yàn)槲⑸飪?yōu)先利用易利用的秸稈組分，在第15天時(shí)具有最高的纖維素酶活性，所以前15 d秸稈降解最快，當(dāng)這些組分消耗完之后，菌劑中的微生物會和土壤中的土著微生物一起利用秸稈中難以降解的組分[18]。菌劑處理組與非處理組的土壤酶活性有顯著差異，菌劑處理組可以顯著增加土壤中的纖維素酶活性，因?yàn)榫鷦┲袔缀跛械木甓季哂挟a(chǎn)生纖維素酶的能力。土壤中的脲酶活性呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，與Mahia等[19]的研究結(jié)果一致，菌劑處理組也增加了土壤脲酶活性，這是因?yàn)榫鷦┲泻胸S富的微生物，施加化肥中的無機(jī)氮可以調(diào)節(jié)秸稈的碳氮比，為微生物的活躍生長和酶活性的提高創(chuàng)造了良好的條件[20]。我們的菌劑處理組在降解秸稈方面要顯著優(yōu)于市購腐熟劑對照組，這可能是因?yàn)榫鷦┨幚斫M在微生物數(shù)量與酶活性方面都較高。秸稈降解加快，受其影響，土壤的微生物數(shù)量和酶活性也會相應(yīng)增加。微生物數(shù)量增多可以加速土壤養(yǎng)分循環(huán)，有利于作物生長。隨著時(shí)間的推移，微生物數(shù)量有逐漸減少的趨勢，菌劑處理組和非處理組差異不大，這可能是因?yàn)槲⑸锝臃N作用的消失[21]，也有可能是因?yàn)榻斩捴腥菀桌玫慕M分被消耗完，而貧營養(yǎng)型的微生物是不可培養(yǎng)的。

3.3 菌劑復(fù)配方式與菌劑效果之間的聯(lián)系

各菌株酶組分之間的協(xié)同互補(bǔ)作用是菌劑發(fā)揮腐熟降解功能的關(guān)鍵。由于分解木質(zhì)纖維素的酶是多酶體系，所以，混合菌株可以相互補(bǔ)充，從而促進(jìn)木質(zhì)纖維素類物質(zhì)的分解。例如纖維素分解菌與木質(zhì)素分解菌對稻草的聯(lián)合分解能力明顯高于任何一個(gè)單一菌株[22]。本試驗(yàn)所用的綠色木霉和里氏木霉，具有很高的纖維素酶活性，很多研究者也認(rèn)為木霉屬是纖維素酶活性較高的菌株，其中里氏木霉還具有β-1,4木聚糖酶活性，可以降解半纖維素[23]，綠色木霉作為一種生防菌，還可以拮抗多種病原菌，保護(hù)作物的健康生長[24]。根霉在自然界分布廣泛，具有多種酶活性[25]。黑曲霉是公認(rèn)的安全微生物，具有很高的纖維素酶和半纖維素酶活性[26]，蜂房芽孢桿菌可以產(chǎn)生木聚糖酶，降解秸稈中半纖維素中的木聚糖[27]。本試驗(yàn)所用的復(fù)合菌劑選用兩株植物內(nèi)生真菌和sp.，也具有很高的漆酶[28]和濾紙酶[29]活性。

我們在菌劑A、B的4個(gè)菌株基礎(chǔ)上增加了里氏木霉、根霉和黑曲霉3種可以高產(chǎn)纖維素酶和半纖維素酶的菌株，制成菌劑C、D。結(jié)果表明，相同劑型下增加菌種組成，菌劑的效率沒有顯著提高，這可能是添加的功能菌沒有使原菌劑的協(xié)同作用得到顯著增強(qiáng)。

劑型對復(fù)合菌劑效果也有顯著的影響。之前我們有研究表明，復(fù)合菌劑可以顯著改善土壤微生物數(shù)量、酶活性以及養(yǎng)分含量，有利于小麥的生長，但是也存在一些問題，如菌劑發(fā)揮作用不持久，小麥增產(chǎn)不明顯。為了使菌劑施加到土壤中作用更加持久，我們增加了固體劑型，來研究改良菌劑施加到玉米盆栽中對土壤生態(tài)以及玉米生長的影響。施加菌劑后土壤中的可培養(yǎng)微生物的數(shù)量均有顯著增加，尤其是固體劑型處理組B和D，說明固體劑型中的微生物的定殖能力更強(qiáng)，這與Gaind和Lata[30]的研究結(jié)果一致。這可能是因?yàn)楣滔噍d體為菌種提供了相對穩(wěn)定的微環(huán)境，提高菌種施加后的存活率。而且固體劑型制作簡單、價(jià)格低廉、施用方便、易于保存，相對于液體制劑有很大優(yōu)勢。

4 結(jié)論

總之，我們制作的菌劑相比于對照組，對土壤的生物學(xué)特性、土壤養(yǎng)分和玉米生長均有較好促進(jìn)作用，其效果要顯著好于所購的市售秸稈腐熟劑。其中固體菌劑B(綠色木霉、B3、YY11 和蜂房芽孢桿菌4個(gè)菌種發(fā)酵的固體劑型)在促進(jìn)秸稈降解和玉米產(chǎn)量，改善土壤性質(zhì)方面，效果最為顯著。這些結(jié)果提供了一個(gè)有應(yīng)用潛力的秸稈降解菌劑組合方式，并為秸稈降解后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土壤生態(tài)的影響提供了更全面的認(rèn)識。但是菌劑中的各類真菌和細(xì)菌究竟是如何進(jìn)行協(xié)調(diào)促進(jìn)的還需要進(jìn)一步研究。

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Effects of Compound Microbial Agents on Wheat Straw Degradation Rate, Soil Enzyme Activity and Microbial Community

WEI Wei1, WU Hao1, SONG Shili1, GUAN Yongxiang2, ZHANG Zhenhua3, ZHANG Yong4, DAI Chuanchao1*

(1 Jiangsu Key Laboratory for Microbes and Functional Genomics, Jiangsu Engineering and Technology Research Center for Industrialization of Microbial Resources, College of Life Sciences, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China; 2 General Station of Jiangsu Agricultural Technology Extension, Nanjing 210036, China; 3 Institute of Agricultural Resources and Environment, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 4 Jurong Blue Sky Clearwater Biological Technology Co., Ltd. Jurong, Jiangsu 212402, China)

The effective utilization of straws in agriculture is attracting more and more attention. In order to solve the problem of slow degradation of straw after returning to the field, 7 strains were screened which can produce cellulase:sp.,,and. The strains were combined to make liquid agents of A (sp.,) and C (all of the seven strains) and their corresponding solid agents of B and D. The effects of compound agents on the degradation rates of wheat straws and the improvement of soil quality were discussed. The results showed that 4 kinds of inoculants could promote the degradation of wheat straws, improve soil biological characteristics, increase soil nutrients and improve agronomic traits of maize. According to comprehensive evaluation of each index, agent B showed the best performance, and the total yield of maize was 20.72% higher than that of straw degradation agent on the market. In conclusion, the utilization of wheat straws returning to field together with combined inoculum can obviously improve the soil degradation function, it provide a promising combination method of straw degradation agent for the sustainable agricultural management.

Straw returning; Compound microbial agents; Straw degradation; Soil properties

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目(CX(17)1001)資助。

daichuanchao@njnu.edu.cn)

魏蔚(1986—)，女，山東萊蕪人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)微生物研究。E-mail: wwyc_3166@163.com

S182

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.05.016