菌劑對種養(yǎng)廢棄物堆肥中腐殖質(zhì)及酶活性的影響

摘要： 【目的】研究接種自制復(fù)合菌劑和商用菌劑對牛糞、菌糠與尾菜混合堆肥中腐殖化程度和酶活性的影響，為種養(yǎng)廢棄物的資源化利用提供高效復(fù)合菌劑?！痉椒ā恳耘＜S、菌糠與尾菜（濕重比5∶4∶1） 為原料進行混合堆肥，初始混合堆料碳氮比約為30∶1，堆料量為1.5 t，高度為100～120 cm，條剁式堆肥。CDS 菌劑主要由皮氏不動桿菌（Acinetobacter pittii）、枯草芽孢桿菌糞便亞種（Bacillus subtilis subsp. Stercoris） 和高地芽孢桿菌（Bacillus altitudinis） 組成，XY4 菌劑主要由短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）、解淀粉芽孢桿菌（Bacillusamyloliquefaciens） 和嗜熱鏈霉菌（Streptomyces thermovulgaris） 組成。堆肥設(shè)接種自制菌劑CDS、XY4、商用菌劑EM 和無菌劑培養(yǎng)基對照（CK） 共4 個處理，以質(zhì)量比為1.5% 的接種量接種。每日監(jiān)測堆肥溫度，分別在堆肥的第1、12、28、36 天進行樣品采集，測定腐殖酸和黃腐酸含量、酶活性（脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶） 和腐熟指標(biāo)（種子發(fā)芽指數(shù)、碳氮比和pH）。【結(jié)果】所有處理（CK、CDS、XY4 和EM） 的高溫期（gt;50.0℃） 均持續(xù)超過20 天。在堆肥28 天后，CDS 和XY4 處理的堆肥浸提液處理的種子發(fā)芽指數(shù)分別達(dá)到85.1%、89.6%，顯著高于CK 處理的73.8%，EM 處理與CK 處理無顯著差異。XY4 處理堆肥結(jié)束時（36 天） 的C/N 值為14.6，顯著低于CK 處理的19.1。第1～36 天CDS 和XY4 處理的黃腐酸含量始終高于CK （Plt;0.05），第36 天的腐殖酸含量也顯著高于CK （Plt;0.05）。此外，CDS、XY4 處理較其他處理顯示了較高的酶活性：XY4 處理第28 天的脲酶活性高達(dá)28.0 mg/（g·d），第12 天時的蔗糖酶活性達(dá)到97.6 mg/（g·d），顯著高于其他處理組（Plt;0.05）；CDS 處理第12 天和第28 天的堿性磷酸酶活性最高，分別為40.0 和32.1 mg/（g·d）。相關(guān)性和冗余分析顯示，相較于CK，CDS 和XY4 處理中過氧化氫酶對腐殖酸形成具有重要作用（解釋率分別為17.3% 和26.7%）。同時，CDS、XY4 和EM 處理腐殖酸與堿性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05）?！窘Y(jié)論】由短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）、解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens） 和嗜熱鏈霉菌（Streptomyces thermovulgaris）組成的微生物菌劑（XY4），提升堆肥腐熟過程堿性磷酸酶和蔗糖酶活性的功能高于其他菌劑組合，因而加速了堆肥中有機物的快速分解和腐殖化，有效縮短了堆肥的腐熟周期，加快了堆肥的腐熟進程，顯示了較好的市場前景。

關(guān)鍵詞： 牛糞； 堆肥； 復(fù)合菌劑； 腐熟指標(biāo)； 腐殖質(zhì)； 酶活性

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)活動（大規(guī)模畜牧業(yè)和集約化作物生產(chǎn)） 產(chǎn)生了大量未被利用的固體和液體廢物[1?2]。據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)業(yè)廢棄物的上升速度為每年5% 至10%，年產(chǎn)量高達(dá)50 億t[3]。其中，每年產(chǎn)生約15 億t 畜禽糞便，但其綜合利用率不到60%；尾菜（蔬菜廢棄物） 的產(chǎn)量約為5 億t，未利用比例超過90%[4]；此外，種植100 kg 食用菌所需的原料，收獲鮮菇后產(chǎn)生了60 kg 菌糠[5]。這些有機廢棄物處理不當(dāng)，不僅浪費資源，而且由于其富含有機物和營養(yǎng)物質(zhì)，會對空氣、土壤和水體等造成嚴(yán)重污染[6]。目前，堆肥技術(shù)被廣泛認(rèn)為是處理農(nóng)業(yè)廢棄物的一種實用且經(jīng)濟的方法，提高了資源化利用效率，減少了環(huán)境污染[7]。然而，單一物料堆肥存在含水率高、降解率低、碳氮比低等缺點。目前，對多組分物料混合堆肥進行了大量研究。多組分物料混合堆肥是一種利用多種有機廢棄物混合堆肥的方法，堆肥產(chǎn)品具有生物利用度高和豐富的營養(yǎng)元素，其發(fā)酵分解能力優(yōu)于單一堆肥[8]。然而，混合堆肥的過程較為復(fù)雜，涉及了多種物理、化學(xué)和微生物等因素的相互作用。微生物與其分泌的酶在堆肥中發(fā)揮著重要作用，將原始有機物質(zhì)降解為簡單物質(zhì)，并將其合成為腐殖化合物[9]。雖然堆肥中原有的微生物對堆肥有降解作用，但畜禽糞便、菌糠和尾菜這類纖維素含量較高的有機廢棄物，其堆肥進程均存在發(fā)酵溫度上升緩慢、腐熟周期長等問題[10]，這不僅降低了堆肥的農(nóng)業(yè)價值，而且成為制約好氧堆肥處理農(nóng)業(yè)廢棄物商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素[11]。因此，研究畜禽糞便、菌糠和尾菜等有機質(zhì)降解的措施，對實現(xiàn)廢棄物的資源化利用具有重要意義。

目前，接種外源微生物菌劑是優(yōu)化堆肥技術(shù)的有效手段，具有代謝強度高、繁殖速度快等特點[12]。接種微生物菌劑能加快堆肥溫度，并延長高溫持續(xù)時間，提高pH 和種子發(fā)芽指數(shù)，促進有機質(zhì)的碳化和腐殖化過程[13?14]。張祥永等[15]研究發(fā)現(xiàn)，接種菌劑增加了堆肥發(fā)酵的溫度，延長了高溫期，并且顯著提高了酶（纖維素酶和蛋白酶） 活性。Pandey 等[16]研究表明，外源復(fù)合微生物接種有助于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的分解，加速堆肥的腐殖化。李恕艷等[17]發(fā)現(xiàn)，在雞糞中接種菌劑能增加堆肥腐殖質(zhì)的含量，對其腐熟度和酶活性的提高有促進作用。上述研究結(jié)果表明，接種外源微生物菌劑能夠提高堆肥效率并改善堆肥質(zhì)量。由于堆肥原料的不同，接種的微生物菌劑也存在差異。研究表明，接種復(fù)合菌劑的效果通常優(yōu)于單一菌劑[18]。目前，市售的微生物復(fù)合菌劑中很少有適應(yīng)多種物料混合堆肥的菌劑，針對牛糞、菌糠渣和尾菜等原料的堆肥特性的復(fù)合菌劑研究和開發(fā)也相對較少。因此，本研究利用前期試驗研究積累的降解菌，制備出兩種自制的復(fù)合菌劑。以牛糞、菌糠渣和尾菜為堆肥材料，進行不同菌劑接種處理的對比研究，探討自制菌劑對混合堆肥腐熟度、腐殖質(zhì)含量和酶活性的影響，以及不同菌劑對堆肥發(fā)酵階段動態(tài)變化的影響，旨在為接種外源復(fù)合菌劑促進混合堆肥高效腐熟提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

堆肥原料包括牛糞、菌糠和尾菜。其中，牛糞和菌糠渣來自甘肅省大行農(nóng)業(yè)廢棄物處理有限公司，尾菜則來自周邊農(nóng)村菜地。尾菜經(jīng)過粉碎，碎片大小約為1～2 cm。所有堆肥原材料的物理化學(xué)特性參見相關(guān)文獻[19]。

1.2 微生物菌劑

試驗所用菌劑CDS 和XY4 由本課題組研制，CDS 菌劑包括皮氏不動桿菌（Acinetobacter pittii）、枯草芽孢桿菌糞便亞種（Bacillus subtilis subsp. Stercoris）和高地芽孢桿菌（Bacillus altitudinis），XY4 菌劑包括短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）、解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens） 和嗜熱鏈霉菌（Streptomycesthermovulgaris）[19?20]。市售菌劑（EM） 由山東綠隴生物科技有限公司生產(chǎn)，主要菌種包括酵母菌、乳酸菌、放線菌等。

將菌劑接種于50.0 mL 蛋白胨纖維素液體培養(yǎng)基（peptone cellulose solution），該培養(yǎng)基配方為每升蒸餾水中含5.0 g 蛋白胨、5.0 g NaCl、2.0 g CaCO3、1 g 酵母粉，2.0×6.0 cm 濾紙條，于28.0℃ 下180 r/min搖床上培養(yǎng)5 天，制成有效活菌數(shù)均達(dá)1.0×108 CFU/mL數(shù)量級的菌液。

1.3 試驗方法

堆肥試驗于2021 年8—9 月在甘肅大行農(nóng)業(yè)廢棄物處理有限公司進行。牛糞、菌糠與尾菜按濕重比為5∶4∶1 混合混勻，初始C/N 約為30∶1，含水率約為60%。試驗設(shè)計4 個堆肥接種處理，3 個菌劑CDS、XY4、EM 以質(zhì)量比為1.5% 的接種量接種，以接種等量無菌劑為對照（CK）。將堆料充分混勻后堆制成長×寬×高=3.0 m×1.2 m×1.35 m 的條垛式堆，采用人工翻堆的形式，每4 天翻堆1 次，以保證供氧和堆料腐熟一致。

在堆肥的第1、12、28、36 天進行樣品采集。將每個堆體分成4 段，在每段上層0～30 cm、中間層30～60 cm、下層60～90 cm 隨機采集等量樣品，充分混合后，取500.0 g 鮮樣[21]，分為兩份：一份自然風(fēng)干后用于測定腐熟指標(biāo)和腐殖質(zhì)含量；另一份在4.0℃ 下保存，用于測定堆肥中酶活性。

1.4 測定方法

1.4.1 堆體溫度

利用針式數(shù)字溫度儀（dot typedigital thermometer） 分別在堆肥頂部30、60 和90 cm 處進行測溫，取平均值作為堆體溫度，同時測定當(dāng)日的環(huán)境氣溫，具體參考李昌寧等[21]的方法測定。

1.4.2 腐熟度、腐殖質(zhì)含量和酶活性測定

種子發(fā)芽指數(shù)（germination index，GI） 的測定：堆肥樣品與蒸餾水按1∶10 比例充分混合，取10.0 mL 濾液以3000 r/min 離心10 min，吸取5.0 mL 上清液于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，用蒸餾水作為對照，放置30 粒白菜種子，3 個重復(fù)，30.0℃ 培養(yǎng)4 天，計算種子的發(fā)芽率，并用游標(biāo)卡尺測量種子的根長。根據(jù)下列公式，GI 計算方法[21]如下：

GI=（堆肥浸提液處理種子發(fā)芽率×種子根長）/（蒸餾水處理種子發(fā)芽率×種子根長）×100%

酸堿度（pH） 采用固液比1∶5 浸提，用酸度計測定[22]；總有機碳（TOC） 采用重鉻酸鉀氧化法[23]測定，全氮（TN） 采用凱氏定氮法[23]測定。

腐殖酸和黃腐酸采用1000.0 mL 堿性磷酸鈉和氫氧化鈉溶液從10.0 g 樣品提取，提取液在25.0℃ 下振蕩24 h，然后12000 r/min 離心15 min，以0.45 μm濾膜過濾。重復(fù)上述步驟，直到提取液幾乎無色，合并所有提取液。用鹽酸調(diào)節(jié)腐殖質(zhì)溶液pH 至1，在4.0℃ 下靜置12 h，隨后以12000 r/min 離心15 min，上清液為黃腐酸，沉淀為腐殖酸。沉淀用NaHCO3溶解得到腐殖酸，最后，采用重鉻酸鉀氧化法，分析腐殖酸和黃腐酸的總有機碳，以得到腐殖酸和黃腐酸含量[24]。計算公式為：

腐殖酸或黃腐酸=（V0?V）×c×3×10?3×分取倍數(shù)×100/（m×f）

式中：V0、V 分別為空白測定和樣品測定所消耗的硫酸亞鐵的體積（mL）；c 為硫酸亞鐵的濃度（mol/L）；m 為稱取干物質(zhì)量（g）；f 為含碳量系數(shù)（系數(shù)為1.742）。

堆肥中脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶以及過氧化氫酶的活性參照關(guān)松蔭[25]方法測定，脲酶活性測定以尿素為基質(zhì)，根據(jù)酶促產(chǎn)物氨與苯酚鈉?次氯酸鈉作用生成藍(lán)色的靛酚，采用比色法來測定脲酶活性；堿性磷酸酶活性的測定以磷酸苯二鈉為基質(zhì)，采用分光光度計比色法測定；根據(jù)堆肥因生化反應(yīng)生成3-氨基-5-硝基水楊酸而呈橙黃色，采用分光光度計比色法測定蔗糖酶活性；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀溶液滴定法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理；用SPSS26.0 軟件進行單因素方差分析和LSD 法進行多重比較；并運用Canoco 5.0 進行冗余分析（redundancyanalysis，RDA），用Origin 2021 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌劑對堆肥過程中溫度的影響

由圖1 可知，4 組處理的溫度變化均經(jīng)歷了升溫期、高溫期、降溫期和腐熟期4 個階段，各處理高溫期溫度均達(dá)到50.0℃ 以上。堆肥第1 天，XY4 處理首先進入高溫期，其他3 個處理于堆肥第2 天進入高溫期。CK、CDS、XY4 和EM 處理的高溫期分別維持了22、23、25 和26 天。由于堆肥過程中的翻堆，各處理高溫期的溫度變化幅度較大，主要集中在堆肥的4～2 2 天。上述結(jié)果表明，X Y 4 和EM 處理有利于加速堆肥升溫和延長高溫持續(xù)時間。

2.2 菌劑對堆肥腐熟指標(biāo)的影響

2.2.1 菌劑對堆肥種子發(fā)芽指數(shù)（GI） 的影響

如表1 所示，各組的GI 值隨堆肥時間延長均呈上升趨勢，堆肥樣品對植物的毒性逐漸降低。堆肥前12天，GI 值均小于80.0%；在28 天時，與CK 相比，XY4 處理顯著提高了GI 值（Plt;0.05），且大于80.0%。這表明XY4 處理接種微生物菌劑可增強堆肥浸提液的促生能力。堆肥進行至第36 天，各處理GI 值均大于80.0%，表明已完全腐熟。

2.2.2 菌劑對堆肥pH 的影響

如圖2 所示，前28 天堆肥的pH 呈現(xiàn)急劇上升至9.7～10.2，隨后逐漸降低，在36 天時降至8.3～8.7，XY4 和EM 處理的pH 顯著低于CK，符合國家有機肥標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.3 菌劑對堆肥C/N 的影響

如表2 所示，各組堆肥C/N 隨堆肥時間延長均呈下降趨勢。在前28天，C/N 下降迅速，之后下降速度減緩并趨于穩(wěn)定。CK、CDS、XY4 和EM 處理的C/N 分別從初始的約30∶1 降至36 天時的19.1、16.3、14.6 和15.4。其中，XY4 處理的C/N 較低（Plt;0.05），表明菌劑接種加速了堆肥中總有機碳的降解，促進了總氮含量相對增加，最終導(dǎo)致堆肥的C/N 降低。

2.2.4 菌劑對堆肥有機碳的影響

CDS 和EM 處理在堆肥第12 天后總有機碳含量開始明顯下降，第28～36 天期間保持相對穩(wěn)定（圖3）。相比之下，XY4 和CK 處理在前12 天下降明顯，之后下降速度逐漸減緩并趨于穩(wěn)定。第36 天CK 總有機碳含量略微回升至276.4 g/kg，XY4 和EM 處理總有機碳含量分別為242.2 和255.5 g/kg。最終，XY4 處理的總有機碳含量最低，表明接種自制菌劑促進了總有機碳的轉(zhuǎn)化。

2.3 接種菌劑對堆肥過程中腐殖質(zhì)的影響

2.3.1 菌劑對堆肥后期腐殖化的影響

堆肥過程中各處理的腐殖酸含量均呈增加趨勢（表3）。CDS 和XY4 處理在堆肥28～36 天，腐殖酸含量分別從25.5和25.7 g/kg 上升至28.0 和30.1 g/kg，表明在接種菌劑后28～36 天，CDS 和XY4 處理使腐殖酸含量增加。此外，第36 天，接種菌劑CDS、XY4 處理的腐殖酸含量均顯著高于CK （Plt;0.05），這說明接種自制菌劑可以促進降溫期和腐熟期腐殖酸的形成，加快堆肥有機質(zhì)的腐殖化。

2.3.2 菌劑對堆肥過程中黃腐酸的影響

由（表3）可知，堆肥過程中各處理黃腐酸含量隨堆肥時間延長呈現(xiàn)先上升后下降逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢。堆肥第1～12 天，各處理的黃腐酸含量逐漸增加至最大值，其中XY4 處理含量最高，CK 處理最低，兩者相差4.2 g/kg （Plt;0.05）。在12～36 天，CK、CDS、XY4和EM 處理黃腐酸含量分別從16.9、19.3、21.1 和20.1 g/kg 降至12.7、15.4、14.9 和14.0 g/kg，與CK 相比，CDS 和XY4 處理的黃腐酸含量較高（Plt;0.05）。這表明CDS 和XY4 處理接種菌劑后促進了整個堆肥過程中黃腐酸的形成。

2.4 接種菌劑對堆肥過程中酶活性的影響

2.4.1 菌劑對堆肥中脲酶活性的影響

在堆肥過程中，隨堆肥時間延長脲酶活性逐漸降低（表4）。CK、CDS、XY4 和EM 處理的脲酶活性分別為14.8～53.9、10.7～59.9、11.3～65.8 和10.1～58.2 mg/（g·d）。在堆肥第1、12 和36 天，CK、CDS、XY4 和EM處理中脲酶活性沒有顯著差異（Pgt;0.05）。然而，在第28 天，XY4 處理的脲酶活性顯著高于CK （Plt;0.05），為28.0 mg/（g·d），表明XY4 處理在降溫期有助于提高脲酶活性。

2.4.2 菌劑對堆肥過程堿性磷酸酶活性的影響

各處理的堿性磷酸酶活性隨堆肥進程呈不斷下降趨勢，CK、CDS、XY4 和EM 處理的堿性磷酸酶活性分別為15.0～21.5、19.1～42.2、20.2～52.5 和14.8～38.6 mg/（g·d） （表4）。堆肥第12 和第28 天，CDS 處理的堿性磷酸酶活性分別達(dá)到最高值（Plt;0.05），分別為40.0 和32.1 mg/（g·d）。在第1 天（升溫期） 和第36 天，XY4 處理的堿性磷酸酶活性分別為52.5 和20.2 mg/（g·d） （Plt;0.05），說明在升溫期和腐熟期XY4 處理有效提高了堿性磷酸酶活性。

2.4.3 菌劑對堆肥過程中蔗糖酶活性的影響

各處理蔗糖酶活性隨堆肥時間延長呈先下降后趨于平緩，CK、CDS、XY4 和EM 處理的蔗糖酶活性分別為44.6～74.3、44.1～118.2、41.7～98.6 和44.6～97.1 mg/（g·d） （表5）。在堆肥第1 和28 天，CDS 處理的蔗糖酶活性最高（Plt;0.05），分別為118.2 和64.5 mg/（g·d）。第12 天，XY4 處理的蔗糖酶活性顯著高于其他處理（Plt;0.05），為97.6 mg/（g·d），表明CDS 處理在升溫期和降溫期提升蔗糖酶活性的效果顯著，XY4 處理在高溫期提升蔗糖酶活性的效果顯著。

2.4.4 菌劑對堆肥過程中過氧化氫酶的影響

堆肥各處理的過氧化氫酶活性隨堆肥時間延長呈先下降后上升逐步趨于穩(wěn)定的趨勢（表5）。在堆肥第1 天，CK、CDS、XY4 和EM 處理過氧化氫酶活性分別為5.3、6.9、7.4 和5.7 mg/（g·d） （Plt;0.05），表明接種菌劑有助于增加堆肥的過氧化氫酶活性，其中XY4效果較好。第12 天，CK、CDS、XY4 和EM 處理的過氧化氫酶活性均急劇下降。第36 天，CDS、XY4、EM 處理的過氧化氫酶活性較CK 顯著降低（Plt;0.05），其中XY4 處理的過氧化氫酶活性最低，為5.0 mg/（g·d）。

2.5 腐熟度指標(biāo)、酶活性與腐殖質(zhì)之間的相互關(guān)系

通過相關(guān)性與冗余分析，分別對4 個處理的腐熟指標(biāo)、腐殖質(zhì)和酶活性進行分析（圖4 a～h）。不同菌劑致使腐殖酸和黃腐酸形成的主要驅(qū)動因素存在差異，各個處理RDA 分析前兩主軸的總解釋率在91.1%～97.6%。相比CK，CDS 和XY4 處理中過氧化氫酶對腐殖酸的形成有重要作用（解釋率分別為17.3% 和26.7%）；相比CK 和CDS 處理，XY4 和EM 處理溫度與脲酶活性是腐殖酸形成的主要解釋變量。除CK 外，CDS、XY4 和EM 處理蔗糖酶與溫度顯著正相關(guān)（Plt;0.05） （圖4b、c、d）。同時，CDS和EM 處理腐殖酸也與堿性磷酸酶活性均呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05） （圖4b、d）。

3 討論

3.1 接種微生物菌劑對堆肥溫度和腐熟指標(biāo)的影響

溫度是堆肥中各生理生化過程順利進行的基礎(chǔ)，也是決定堆肥成功的關(guān)鍵因素[26]。本研究表明，將XY4 菌劑（含有芽孢桿菌） 接種到XY4 處理可導(dǎo)致溫度峰值最高，并延長高溫期。Zhao 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌菌劑接種能促進堆肥中的纖維素和果膠等有機物的降解，形成的營養(yǎng)物質(zhì)也使微生物大量繁殖，產(chǎn)生大量熱量。此外，高溫期堆肥翻堆，各處理的溫度變化幅度較大，但堆肥回溫較快，究其原因可能是翻堆改變了堆肥的孔隙度，并增加其中的氧氣含量，從而提升微生物的代謝效率，加速了堆肥熱量的產(chǎn)生[21]。

種子發(fā)芽指數(shù)（GI） 可以通過評估植物毒性來估計堆肥腐熟，GIgt;80.0% 表明堆肥對植物生長毒害較低，這是堆肥腐熟并實現(xiàn)無害化的基本要求之一[28]。本研究中XY4、EM 處理發(fā)酵腐熟時顯著提高了GI，可能是由于接種菌劑后加速堆肥中有機物的降解和無害化，使其具有良好的穩(wěn)定性和較低的植物毒性，有助于植物的生長發(fā)育[22]。pH 值是影響堆肥腐熟過程的關(guān)鍵因素之一，可以調(diào)節(jié)微生物的活性以及碳、氮等營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，通常堆肥腐熟后pH值在8.0～9.0[29?30]。堆肥結(jié)束時，較堆肥初期pH 均有所增加，可能的原因是接種菌劑后堆肥腐熟期的有機物分解加快，同時產(chǎn)生豐富的可揮發(fā)性有機酸，如乙酸、丁酸等[21]。C/N 是評價堆肥成熟度和穩(wěn)定性的重要參數(shù)，堆肥腐熟最終的C/N 約為15～20[31]。李季等[32]對微生物群落組成與理化指標(biāo)間的相關(guān)性進行研究后，發(fā)現(xiàn)厚壁菌門在低C/N 堆肥中占主導(dǎo)地位，其中以芽孢桿菌最為活躍。本研究中XY4 處理的C/N 降幅最大，可能其加速了氨態(tài)氮被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，氮素水平升高，最終使堆肥C/N 下降。堆肥是微生物降解有機廢棄物的生理生化過程。在這一過程中，碳具有重要作用，既是微生物的能量來源，也是有機物分解的基本元素[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，接種菌劑后堆肥的有機碳含量減少，分解速度加快，其中XY4 處理的效果最為顯著，分解較為徹底。王義祥等[34]研究發(fā)現(xiàn)，在堆肥中有機碳會被降解，而碳的轉(zhuǎn)化受到堆肥原料、溫度、含水率和微生物等多種因素的共同影響，其中微生物對這一過程的影響最為顯著，通過接種纖維素降解菌株，可以促進有機碳更有效地腐殖化，這與本研究所得結(jié)果基本一致。

3.2 接種微生物菌劑對堆肥腐殖質(zhì)的影響

腐殖酸和黃腐酸是腐殖質(zhì)的主要組成部分。He等[35]研究發(fā)現(xiàn)，接種菌劑的堆肥處理提高了微生物木質(zhì)纖維素的分解能力，使合成腐殖酸的化合物增多，致使腐殖酸含量升高。李昌寧等[21]研究表明，在豬糞堆肥中接種菌劑的腐熟期能促進腐殖酸的芳香結(jié)構(gòu)增加，并被微生物利用再生，合成大量穩(wěn)定的腐殖酸。在接種菌劑的堆肥升溫階段，與黃腐酸合成和分解相關(guān)的微生物和土著微生物差異不顯著，但在高溫期和降溫期增加了黃腐酸含量[23]。本研究表明，CDS 和XY4 處理在堆肥第1 天腐殖酸含量顯著高于CK 和EM 處理；在28～36 天，CDS、XY4 處理在堆肥初期促進腐殖化作用，提高了腐殖酸含量。1～12 天，4 組處理黃腐酸含量均達(dá)到最大值，其中XY4 處理最高，提高了高溫期堆肥中黃腐酸含量，這與上述研究結(jié)果基本一致。此外，在第36天，接種菌劑處理腐熟期黃腐酸含量較高，這主要是因為黃腐酸含量的變化受到礦化和腐殖化平衡效應(yīng)的影響，其分子量小、結(jié)構(gòu)簡單、容易被微生物降解，但接種菌劑可以使黃腐酸合成大于分解，致使黃腐酸含量增加[23， 36]。

3.3 接種微生物菌劑對堆肥酶活性的影響及與堆肥腐熟的相互關(guān)系

在堆肥中脲酶是氨化過程中的關(guān)鍵酶，且氨化是硝化作用的關(guān)鍵和限速步驟[37]。4 個堆肥處理脲酶活性隨堆肥時間延長均呈逐漸下降趨勢。其中，在堆肥1～12 天，各處理脲酶活性較高，但相較于CK，接種菌劑不能有效提高堆肥升溫期和高溫期脲酶活性，這可能是堆肥在升溫期和高溫期含有大量的含氮有機物，致使脲酶活性較高，但隨著溫度的升高，含氮有機物分解生成氨，抑制了脲酶活性，此外高溫也會使脲酶菌群死亡，從而降低脲酶活性[37]。在第28 天，降溫期XY4 處理提高了脲酶活性，這可能是接種菌劑提高了XY4 處理降溫期脲酶相關(guān)菌群的代謝，加快含氮有機物的礦化和分解速度，從而提高了脲酶活性[12]。堿性磷酸酶對堆肥中含磷有機物具有分解和礦化作用[38]。本研究中，堿性磷酸酶活性隨堆肥時間延長呈逐漸降低的趨勢，這與堆肥在升溫期存在大量有機磷化合物有關(guān)，提高了堆肥中堿性磷酸酶的活性，并增加了有機磷的轉(zhuǎn)化[39]。隨著堆肥的不斷發(fā)酵腐熟，有機磷被分解完全，導(dǎo)致堿性磷酸酶活性不斷降低。在第12 和28天，CDS 處理提高了高溫期和降溫期堿性磷酸酶活性，究其原因可能是接種菌劑引起的耐高溫菌種豐度發(fā)生變化，導(dǎo)致堿性磷酸酶活性升高，從而影響了有機磷的轉(zhuǎn)化途徑[40]。

蔗糖酶能夠分解蔗糖，生成葡萄糖、果糖等小分子物質(zhì)，這些小分子物質(zhì)恰好是微生物繁殖所需的碳源[37]。在堆肥1～28 天，CDS、XY4 與EM 處理的蔗糖酶活性呈下降趨勢，但均高于CK，可能是接種菌劑促進了堆肥中蔗糖酶的協(xié)同代謝，進而提高了堆肥過程中的代謝活性[41]。此外，在堆肥第12天，XY4 處理的蔗糖酶活性為97.6 mg/（g·d），有效提高了高溫期蔗糖酶活性。Li 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在豬糞堆肥中接種芽孢桿菌等微生物能更快到達(dá)高溫期，并提高蔗糖酶活性。XY4 處理的蔗糖酶貢獻度高達(dá)59.4%，說明在堆肥中蔗糖酶起著至關(guān)重要的作用，同時，CDS、XY4 和EM 處理蔗糖酶與溫度、C/N 均呈極顯著正相關(guān)，較高的溫度有助于激發(fā)蔗糖酶活性，提高堆肥腐熟度，促進有機質(zhì)的降解[37]。過氧化氫酶主要反映堆肥有機物的降解強度和對微生物的毒性影響[ 4 2 ? 4 3 ]。本研究表明，堆肥第1 天，CK、CDS、XY4 和EM 處理過氧化氫酶活性分別為5.3、6.9、7.4 和5.7 mg/（g·d），表明接種菌劑有助于增加堆肥的過氧化氫酶活性，其中XY4 處理效果較好。研究表明，接種菌劑能加速堆肥微生物新陳代謝，分解有機物（主要是木質(zhì)素），使堆肥有機物的轉(zhuǎn)化率升高[12， 44]。此外，XY4 處理中較高的過氧化氫酶活性也降低了過氧化氫對微生物的毒害，促進作物生長繁殖。第36 天，XY4 處理的過氧化氫酶活性最低，為5.0 mg/（g·d），說明能被微生物利用的可降解有機化合物減少，過氧化氫酶的活性也隨之降低[45]，從而反映出接種菌劑加速了堆肥的快速腐熟。

微生物分泌的各種胞外酶在堆肥中發(fā)揮著重要作用，幾乎參與了養(yǎng)分循環(huán)中所有生化反應(yīng)[46]。在堆肥過程中監(jiān)測酶活性可以獲取與腐殖質(zhì)形成相關(guān)的信息。有機物在水解酶（蔗糖酶、淀粉酶等） 的作用下進行礦化反應(yīng)，而在氧化酶的作用下進行腐殖化反應(yīng)[47]。齊熙平[48]研究表明，接種外源菌劑時，堿性磷酸酶、過氧化物酶是影響腐殖酸組分變化的主要因素，且腐殖酸主要通過類蛋白和類木質(zhì)纖維素縮合來形成，同時堿性磷酸酶對各處理腐殖酸的形成都有影響，這與本研究的結(jié)果相似。

4 結(jié)論

包含短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）、解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens） 和嗜熱鏈霉菌（Streptomyces thermovulgaris） 的菌劑（XY4） 較其他菌劑更有效地提高了堆肥中的堿性磷酸酶和蔗糖酶活性，促進有機質(zhì)更快分解，腐殖化程度更高，縮短堆肥的腐熟時間，因此，具有很好的市場應(yīng)用前景。

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