不同配比腐熟剂降解水稻秸秆的效应研究

不同配比腐熟剂降解水稻秸秆的效应研究

目前，利用蝗虫资源的方法主要有：填充肥料、饲料、纤维、直接燃烧、生物源、造纸、生物建筑等。但是由于秸秆量大,运输不便,自然降解过程极其缓慢等诸多问题,大多数还是以堆积、荒烧等方式直接倾入到自然环境中,对自然环境造成污染,同时也是对秸秆资源的浪费。秸秆中纤维素的含量很高,而自然条件下的纤维素酶的酶活很低,使得纤维素降解缓慢。韩玮等对外源纤维素酶降解秸秆的速率进行了研究,结果表明,添加外源纤维素酶能够提高秸秆降解速率。将酶制剂直接使用作用单一,同时酶的作用不能持久保持。木霉菌不仅作为植物病害生物防治菌,而且还能对秸秆纤维素进行降解。目前国际上用于工业发酵生产纤维素酶的菌种也以木霉居多。有研究发现瑞士木霉(Trichodermareesei)具有降解纤维素和半纤维素的完全酶系,绿色木霉(Trichodermaviride)及其近缘菌株是产纤维素酶活性较高的真菌。康氏木霉(Trichodermakoningii)也是纤维素酶高产菌种之一。由于木霉菌的多功能性,因此使用木霉制作腐熟剂,不仅可以有效转化秸秆为肥料,同时木霉本身也可促进植物生长。针对农业生产过程中秸秆的收获时间通常比较集中,累积量大的现状,如何实现秸秆的快速降解已成为秸秆高效转化的技术难题。虽然木霉菌是产纤维素较高的真菌,但常规的以野生木霉菌为主要成分的腐熟剂降解速率仍不理想,因此,本研究选用经过限制性内切酶介导基因整合技术(REMI)构建的突变株,创制水稻作物秸秆快速腐熟剂,同时采用好氧发酵工艺,解决厌氧发酵高温对木霉菌活力的影响。本试验利用课题组前期工作已构建的秸秆腐熟剂(由木霉REMI突变株H6和TK-2R-14固体发酵制成),分析不同腐熟剂处理对水稻秸杆菌肥中纤维素酶活性、葡萄糖含量及N、P、K含量的影响,并考察秸秆菌肥对蔬菜生长的影响,为秸秆的资源化利用提供理论与实践依据。1材料和方法1.1供试水稻秸秆与番茄供试腐熟剂为深绿木霉(Trichodermaviride)REMI突变菌株H6和康氏木霉(Trichodermakoningii)REMI突变菌株TK-2R-14经过固体发酵获得,孢子含量为2×108个·g-1。供试水稻秸秆取自上海市奉贤区水稻田。供试番茄(Lycopersiconesculentum)品种为蒙特卡罗,黄瓜(CucumissativusL.)品种为黄帝。供试DNS(3,5-二硝基水杨酸)、无水葡萄糖、酒石酸钾钠、无水亚硫酸钠均购自国药集团化学试剂公司,氢氧化钠和苯酚购自中国医药(集团)上海化学试剂公司。1.2不同熟化剂处理的秸秆菌肥制备实验设计取经粉碎直径为1mm的水稻秸秆1kg,加入等量不同的腐熟剂后,再加水4L混合均匀。放置在堆肥发酵盘(70cm×50cm)中,秸秆堆肥堆制10cm厚,在温室条件下(25~27℃)腐熟20d后为所得秸秆菌肥,备用。以不加任何腐熟剂为对照(CK),试验共设7个不同腐熟剂处理,处理1(H6):只加含H6的腐熟剂;处理2(TKR14):只加含TK-2R-14的腐熟剂;处理3(HTK1):H6与TK-2R-14用量比为1:1;处理4(HTK2):H6与TK-2R-14用量比为1:2;处理5(HTK3):H6与TK-2R-14用量比为2:1;处理6(HTK4):前10d用TK-2R-14,后10d加入等量H6;处理7(HTK5):前10d用H6,后10d加入等量TK-2R-14。试验设4次重复。1.2.1织物上粗酶液和去酶剂的制备将秸秆菌肥30℃下烘干,用研钵研碎,按固体干重的10倍加入蒸馏水,40℃下180r·min-1振荡45min,过滤后4℃下4000r·min-1离心10min,取上清液作为粗酶液,测定降解纤维素的主要酶类滤纸酶(FPA)和羧甲基纤维素酶(CMC)酶活。1.2.2葡萄糖标准曲线的绘制取1mg·mL-1葡萄糖标准液0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5mL于试管中,用蒸馏水定容至0.5mL。摇匀后加入0.5mLDNS(显色剂)溶液,摇匀,沸水浴5min,取出冷却后加入4mL蒸馏水,充分混匀后在540nm波长下测定OD值。以葡萄糖含量为横坐标,以对应的光密度值为纵坐标,绘制葡萄糖标准曲线。将秸秆菌肥用蒸馏水浸泡1h后研磨,过滤、离心后取上清液装入试管,向试管中加入0.5mL葡萄糖提取液,再依次加入0.5mL的DNS。将试管置于沸水浴中5min,取出冷却后充分摇匀。各加入4mL蒸馏水,充分混匀。在540nm波长下测定OD值,并根据标准曲线计算算葡萄糖含量。1.2.4不同熟剂处理对试验设计的影响采用盆栽试验,将对照(不加任何腐熟剂处理的秸秆菌肥)和不同腐熟剂处理秸秆菌肥与基质混合(1:1),用于番茄和黄瓜播种基质。试验设4次重复,黄瓜每重复3株,番茄每重复8株。处理30d后分别测量黄瓜和番茄的株高、鲜重和干重。2结果与分析2.1不同的加工处理对水稻稻草菌纤维素酶活性的影响2.2g-1对由表图2可知,H6处理的秸秆菌肥葡萄糖含量最高,为17.14mg·g-1,与对照相比差异达极显著水平,比对照高29.6%;其他腐熟剂处理水稻秸秆菌肥中葡萄糖含量除TKR14处理略低于对照外,均略高于对照,但与对照差异未达显著水平。2.3氟6-氧处理对hs-7和5.9g/l由图3可知,各处理秸秆菌肥N、P的含量均高于对照,而钾的含量与对照相近。H6处理的氮含量最高,为1.88%;H6处理的磷含量明显高于其他各处理,为5.9g·kg-1;各处理的钾含量差异不显著。添加腐熟剂处理的N、P含量均比空白对照高,可见木霉菌所产生的纤维素酶对秸秆中N、P的释放有一定的促进作用。2.4对鲜重的影响由图4和图5可知,HTK4处理的番茄株高与对照间差异达显著水平;H6、TK、HTK2分别与对照间株高差异达极显著水平;TKR14、HTK4、HTK5处理的鲜重分别与对照间差异达显著水平;H6与对照间鲜重差异达极显著水平;H6处理的干重显著高于对照,其他处理与对照间差异不显著。除TKR14外,各黄瓜处理的株高与对照间差异达极显著水平;除TKR14外,各处理的鲜重与对照间差异达极显著水平;除TKR14外,各处理的干重与对照间差异达极显著水平。3对水稻秸秆菌肥的影响研究结果表明:H6菌株生产的腐熟剂的效果最好,秸秆菌肥CMC酶活为3.48U·g-1,FPA酶活为1.13U·g-1,葡萄糖含量为17.14mg·g-1,N、P、K含量分别为1.88%、5.9g·kg-1和20.4g·kg-1。除钾含量与其他处理相近外,其余各指标均明显高于其他腐熟剂处理。而且经H6菌株生产的腐熟剂处理的菌肥对番茄和黄瓜的株高、鲜重和干重均有促进作用,且明显高于其他处理。韩玮等采用室内培养法研究了外源纤维素酶对秸秆降解速率,发现外源纤维素酶可以提高秸秆的降解效率,还可以提高土壤中速效养分的含量。研究发现H6菌株固体发酵制成的腐熟剂处理水稻秸秆菌肥中纤维素酶酶活、氮和磷元素的含量在所有处理中最高。纤维素固态发酵降解过程中还原糖(葡萄糖)的变化是研究纤维素及半纤维素降解的重要方面。本试验中H6处理葡萄糖的含量最高,说明秸秆得到较好的降解,且在降解秸秆的过程中,酶活能够在较长的时间内保持较高水平,对秸秆的降解起到重要的作用。梁利宝等利用微生物制成秸秆菌肥,进行了油菜盆栽模拟试验,发现不同用量的秸秆菌肥对土壤中氮和有机质的含量均有促进作用。钾素的释放速率较快,由于本试验是在秸秆菌肥完全腐熟后进行的测定,因此可能在此之前,钾素已经大量释放出来,造成差异并不明显的情况。磷素的释放速率相对较慢,所以从差异上来看较为明显。毕建水等对微生物秸秆菌肥中不同菌株对黄瓜和番茄幼苗生长的影响进行了研究,结果表明,微生物肥料菌株对黄瓜和番茄幼苗生长具有一定的促进作用。本研究发现H6处理黄瓜和番茄幼苗的株高,鲜重及干重与对照相比均有显著的提高。一般水稻秸秆堆制成腐熟的肥料需要60~70℃,40~60d。本研究无论从降解速率和秸秆菌肥质量均超过了常规秸秆堆肥厌氧发酵的水平。1.2.3作物中氮、磷、钾的测定采用凯氏定氮法测定秸秆菌肥中氮的含量;采用磷钼蓝比色法测定磷的含量;采用火焰光度计法测定钾的含量。1.2.5htk3对fpa活性的影响试验所得数据采用DPS软件进行方差分析,差异性分析用Duncan新复极差法