粗纤维降解菌对玉米、小麦秸秆堆肥酶活性及微生物数量的影响

    毛宁 张慧霞

    

    

    

    【摘? ?要】 以玉米及小麦秸秆为原料，添加粗纤维降解菌进行堆肥试验，30天连续分点采样，测定堆肥发酵过程中堆温、微生物组成、酶活性等的动态变化。结果表明，外源接种粗纤维降解菌可使堆体温度快速上升，且维持较长时间高温状态。在好氧堆肥中接种外源菌剂可以加快堆肥中有机质分解和转化，促进腐熟。

    【关键词】 玉米、小麦秸秆;堆肥;微生物量;酶活性

    中图分类号：S144? ? ? ? ? ? ? ?文献识别码：A? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：2096-1073（2020）09-0056-58

    Effects of Crude Fiber Degrading Bacteria on Composting Activity and

    Microbial Quantity of Corn and Wheat Straw

    MAO Ning， ZHANG Huixia

    （College of Life Sciences and Technology， Longdong University Qingyang，Gansu? ?745000）

    [Abstract] Using corn and wheat straw as raw materials， adding crude fiber degrading bacteria to compost test ，30 days of continuous sampling， to detect the change of temperature， microbial quantity， enzyme activity and so on during the composting process. The results showed that microbial agent could increase the temperature of the reactor and maintain the temperature for a period of time. Inoculation of exogenous bacteria in aerobic compost can accelerate the decomposition and transformation of organic matter in compost and promote ripening.

    [Key words] corn or wheat straw; compost; microbial biomass; enzyme activity

    1? 材料与方法

    1.1? 材料

    1.1.1? 堆肥原料? ? 玉米及小麦秸秆。

    1.1.2? ?微生物菌剂? ? 粗纤维降解菌：广州市微元生物科技有限公司生产的一种复合微生物菌剂，由可高效降解纤维素、半纤维素、木质素的嗜热、耐热菌、及生物酶组成。

    1.2? 研究方法

    1.2.1? 堆肥实验? ? 堆肥实验于2016年4月22日至5月22日在生农科技园1号和2号棚进行，堆肥物料有两种，分别为玉米和小麦秸秆，堆肥前进行粉碎处理。每个堆体约10kg，分别添加菌剂各2g。堆肥前，先将粗纤维降解菌与少量麦麸混匀，再将与堆肥物料混匀，调节各组初始含水率为50%左右，外覆农用塑料薄膜，并在其每侧均匀打上直径5mm左右的通气孔3～4个。每天上午9：00沿前、左、右3个不同方向分别测定堆体温度，测温深度约30cm，取各方向温度平均值，并同时测定环境温度。

    实验时间控制在30d，每三天翻堆一次。分别在堆肥的第1，6，10，15 d取样，取样方法为多点取样混合，每次取样50g，分为鲜样和干样两份，干样风干备用。

    1.2.2? 微生物数量测定? ? 分别测定堆体中细菌、真菌和放线菌数量。微生物数量的测定采用平板菌落计数法，上清液用无菌水稀释成10-1～10-6 6个梯度，每稀释度3次重复，分别接种于牛肉膏蛋白胨培养基、改良高氏1号培养基和孟加拉红培养基上。真菌和放线菌培养温度为28～30℃，细菌培养温度为37℃。细菌、真菌、培养时间为2d，放线菌培养时间为4d。计数结果均以每克樣品中的菌落数（cfu·g-1）表示。

    1.2.3? 酶活性的测定? ? 主要仪器：可见光分光光度计。

    脲酶活性：采用苯酚钠-次氯酸钠比色法。于待测样品中加入一定量尿素，之后培养约24h，前处理后于波长578nm 处测定样品吸光值。活性单位用mg N-NH3·g-1·d-1 表示。

    过氧化氢酶活性：于待测样品中加入一定量过氧化氢后培养约2h，用0.02mol·L-1 KMnO4溶液滴定，以单位质量样品单位时间内反应消耗的KMnO4溶液体积（mL）来表示过氧化氢酶的活性。

    2? 结果与分析

    2.1? 菌剂对堆肥的温度变化的影响

    温度是堆肥发酵与腐熟程度的重要参考指标，同时也与其中微生物数量和组成密切相关。由图1可见，堆肥初期温度为15℃左右，从堆制开始后，堆肥的温度表现出明显的升温期、高温期、降温期，其中，堆肥第3～6d主要为阴雨天气，期间气温较低，主要受外界环境温度降低的影响，堆体温度有所下降。在第11d时，各处理温度均达到最高峰，分别为：玉米秸秆组47℃、小麦秸秆组48℃。原因是将堆体移至1号棚，温度上升。高温期的温度为47℃～48℃，维持时间在5d左右，复合堆肥升温、高温阶段变化规律。第16d以后，温度基本维持在30℃左右的水平上，较为稳定。不同处理间的比较发现，玉米秸秆堆肥升温速率和高温期保持的时间均大于小麦秸秆堆肥。本次试验堆体体积较小，受环境温度影响明显，所以高温阶段并未超过50℃。

    2.2? 堆肥的微生物数量

    图2—图4所统计微生物数量均是在图中数据基础上细菌×105、放线菌×103、真菌×102。

    2.2.1? 玉米秸秆微生物数量的变化? ? 从图2可以看出，当堆肥进入高温期后，随着温度的升高细菌数量逐渐下降。微生物生理代谢减弱，堆温亦开始下降。高温期过后，细菌数量有所上升。至第15d时，堆体中细菌数量为1.64×108 cfu·g-1，放线菌和真菌数量分别为7.33×105cfu·g-1和2.06×104 cfu·g-1。整体而言，随着温度的升高，堆料中放线菌数量呈现出先升高后降低又再升高的变化规律，而真菌数量表现为先增后减。

    2.2.2? 小麦秸秆微生物数量的变化? ? 根据图3可知，放线菌数量随堆肥时间的变化与细菌呈现大致相同的趋势。在堆肥高温期，细菌和放线菌数量均显著增加，而真菌数量明显减少，其中细菌数量最高达到1.60×109 cfu·g-1，真菌与放线菌数量分别为1.28×104和3.25×105 cfu·g-1 ;在第15d，3大类群微生物的数量趋于稳定，其中细菌数量为1263×105 cfu·g-1，真菌数量为8.5×103 cfu·g-1，放线菌数量仅3.38×105cfu·g-1。 在堆肥过程中，3大类群微生物数量后期均高于前期。

    如图4所示在整个堆肥的第10d，两个处理中细菌数量都高于真菌和放线菌，玉米秸秆堆肥中的微生物数量始终高于小麦秸秆堆肥中的微生物数量。

    2.3? 酶活性

    2.3.1? 脲酶活性变化? ? 堆肥不同处理方式对脲酶活性的影响存在一定差异。玉米秸秆在堆肥初期，脲酶酶活随温度升高而下降，在堆肥第6d降到最低，为1.88×102mgN-NH3·g-1·d-1，小麦秸秆脲酶酶活最低值出现在第10d，为4.80×102 mgN-NH3·g-1·d-1，随后酶活逐渐上升，接菌最高酶活出现在第 15d，小麦秸秆和玉米秸秆的最高酶活分别为8.46×102、7.14×102 mgN-NH3·g-1·d-1。

    小麦秸秆脲酶活性在堆肥初期有小幅度的上升，随后酶活开始下降，在升温期，脲酶的活性处在一个较低的水平，进入降温和腐熟期后，脲酶活性逐渐升高。由于脲酶活性与微生物生化活动密切相关，高温期微生物数量减少，脲酶活性下降，而随着后期堆肥温度下降，微生物数量逐渐回升，脲酶活性亦开始增加。总体而言，小麦秸秆堆肥的脲酶活性要高于玉米秸秆堆肥。

    2.3.2? 过氧化氢酶活性变化? ? 过氧化氢酶酶活在堆制开始后逐渐升高，总体呈先上升后下降的趋势，不同堆肥处理对过氧化氢酶活性的影响差异不大。在堆肥第 6d时接菌过氧化氢酶酶活达到最高，玉米秸秆过氧化氢酶活为0.144mL（0.1mol/L KMnO4·g-1·h-1），小麦秸秆过氧化氢酶活为0.123mL（0.1mol/L KMnO4·g-1·h-1）。进入高温期后过氧化氢酶酶活显著降低，小麦秸秆过氧化氢酶酶活降到最低为0.0615mL（0.1mol/L KMnO4·g-1·h-1），这与脲酶活性变化的原因类似，可能是由于高温导致微生物种群、数量发生变化，从而影响了过氧化氢酶的活性。在第15d玉米秸秆和小麦秸秆过氧化氢酶活分别为0.103、0.0820ml（0.1mol/L KMnO4·g-1·h-1）且都高于初始值。在整个堆肥过程中玉米秸秆过氧化氢酶酶活变化较平缓，酶活性基本上都高于小麦秸秆，从整体看，过氧化氢酶活性和温度变化方向相反，表明高温对过氧化氢酶活性有抑制影响。

    3? 讨论

    堆肥温度的变化是堆体中微生物生理代谢活动的宏观反映，代表了微生物生理活动及堆肥物质转化的整体速率。

    堆肥过程中，有机物的降解与堆肥产热，细菌是起主要作用的微生物種群，它可对淀粉与蛋白质类物质起到分解作用，也参与纤维素的分解。本研究以秸秆为原料进行大棚堆肥试验，共设置2个处理：接种粗纤维降解菌的玉米秸秆组和接种粗纤维降解菌的小麦秸秆组。通过对堆肥过程中的3种腐熟度指标进行跟踪监测，结果表明，小麦秸秆堆肥中微生物数量呈现基本一致的变化规律，即升高-稳定。而玉米秸秆堆肥中细菌和放线菌呈升高—降低—升高趋势，玉米秸秆堆肥中微生物总数明细高于小麦秸秆处理。堆肥结束时两处理中微生物总数均明显升高。脲酶活性在初期较低， 随后逐渐上升，小麦秸秆组和玉米秸秆组的最终酶活分别为845.55、714.12mgN-NH3·g-1·d-1。小麦秸秆组过氧化氢酶活性变化趋势为升高—降—升高。玉米秸秆组过氧化氢酶酶活变化较平缓，呈升高—降低的趋势。且玉米秸秆组过氧化氢酶活性基本上都高于小麦秸秆组。玉米秸秆组的各项腐熟度指标与小麦秸秆组相比，均具有明显的优势。

    参考文献：

    [1] 杨文钰，王兰英.作物秸秆还田的现状与展望[J].四川农业大学学报，1996，17（2）：211-216.

    [2] 余媛媛.城市生活垃圾堆肥处理及其前景展望[J].有色冶金设计与研究，2000，21（1）：52- 55.

    [3] 张夫道，张树清，王玉军，等.有机物料高温快速连续发酵除臭技术研究[J].农业环境科学学报，2004， 23（4）：796-800.

    （编辑：李晓琳）