秸稈腐熟菌劑的選擇與應用.ppt

2019/7/14,1,秸稈腐熟菌劑的選擇與應用 王 軍 主 講 河北農(nóng)業(yè)大學 河北保定市微成農(nóng)資技術服務有限公司,2019/7/14,2,關于秸稈直接還田問題,秸稈直接還田，既能有效地促進土壤肥力的提高，增加蓄水保墑能力，又能保障糧食作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機肥料堆制施用的必然趨勢，也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項重要技術措施。,2019/7/14,3,但由于部分農(nóng)民朋友對于秸稈還田的機理不清楚，造成個別地方秸稈還田后沒出現(xiàn)增產(chǎn)反而還有減產(chǎn)的情況，具體表現(xiàn)在部分秸稈還田后出現(xiàn)出苗率低，苗弱甚至死苗現(xiàn)象，為提高秸稈直接還田的效果，要注意以下幾點：,2019/7/14,4,1 秸稈預處理和配施氮磷鉀化肥,在土壤翻耕前，秸稈切斷或壓碎后的長度以1015cm為宜，由于秸稈本身碳氮比為601001，而適宜微生物活動的碳氮比為251，碳氮比較大，秸稈還田后，易與作物幼苗爭奪氮素，結果秸稈分解緩慢，幼苗因缺氮而黃化苗弱，生長不良。,2019/7/14,5,為此，生產(chǎn)上應配施適量氮磷鉀肥。如直接還田，每公頃用量為3750kg（250kg/畝）時，需配施225kg（15kg/畝）碳酸氫銨。玉米秸稈還田時，除配施225kg碳酸氫銨外，還可配施225300 kg（1520kg/畝）過磷酸鈣，硫酸鉀10kg。,2019/7/14,6,2 施用量和翻埋深度,秸稈施用量每公頃一般為30006000kg（200400kg/畝），翻埋深度一般為1520cm。在這個深度上土壤水分溫度和氧氣都比較適中，有利于秸稈的分解。如果翻埋過深，氧氣供應不足，不利于微生物的活動，秸稈分解速度就會減慢。,2019/7/14,7,3 翻耕時期,秸稈直接翻壓還田，一般是邊收割邊翻埋，特別是玉米秸稈，因收獲時，玉米秸稈含水量較高（30%40%），秸稈粉碎后再用旋耕機旋耕，將秸稈埋入土壤下層，及時翻埋有利于腐解。但以不影響后茬作物播種為宜。,2019/7/14,8,4 適時鎮(zhèn)壓澆水,由于秸稈還田后使土壤變得過松，大孔隙過多，導致土壤漏風跑風，土壤與種子不能緊密接觸，影響種子發(fā)芽生長，使幼苗扎根不牢，甚至出現(xiàn)吊根。因此，播種下茬作物后，用石碾鎮(zhèn)壓使土壤密實消除大孔洞，如果土壤商情太差，應及時灌水，促進秸稈腐解和養(yǎng)分的釋放。,2019/7/14,9,秸稈直接還田后，秸稈腐熟較慢，易與作物幼苗爭奪氮素，造成弱苗。所以在秸稈還田時（前）要加入秸稈腐熟菌劑，使秸稈在短時間內腐熟（播種前）。,2019/7/14,10,分解作物秸稈的微生物制劑,我國年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈達6億噸之多，用秸稈制作肥料，不僅可減少污染，還可變廢為寶。加之秸稈類的來源廣泛，可因地制宜，就地取材。 而常用的物理機械法和化學堿處理法，但都存在諸多缺點，秸稈的營養(yǎng)價值和利用價值都不高。,2019/7/14,11,所以，利用微生物的廣泛適應性和多功能性來轉化秸稈已日益受到國內外科學研究者重視，因為微生物在秸稈轉化中有用途多、營養(yǎng)價值高、周期短、可再生等優(yōu)點。,2019/7/14,12,用微生物學方法處理秸稈具有其它物化方法不可替代的優(yōu)點，作為利用秸稈資源的新途徑，有著廣闊的應有前景，將在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用。,2019/7/14,13,目前，研制開發(fā)理想的作物秸稈快速腐熟劑已成為微生物制劑的一個熱點。此類產(chǎn)品在我國農(nóng)業(yè)上的應用處于起步階段，雖然有些品種已應用了好幾年，也有效果好的產(chǎn)品，,2019/7/14,14,但多數(shù)產(chǎn)品仍存在許多要改進的地方，應用效果也還需要多點試驗的驗證，特別是在產(chǎn)品質量的技術指標、菌種組合和提高農(nóng)產(chǎn)品質量方面。,2019/7/14,15,秸稈腐熟的機理,秸稈腐熟是指在適宜的營養(yǎng)（特別是氮素）、溫度、濕度、通氣量和pH值條件下，通過微生物的繁殖，使秸稈分解，把碳、氮、磷、鉀和硫等分解礦化或形成為簡單的有機物和腐殖質的過程。,2019/7/14,16,纖維素（cellulose）是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。纖維素分布廣、含量高，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纖維素含量接近100%，為天然的最純纖維素來源。一般木材中，纖維素占4050%，還有1030%的半纖維素和2030%的木質素。,2019/7/14,17,秸稈中纖維素、半纖維素占極大的比例，由于結構特殊，因此有抵抗各種氧化劑的能力，只能被濃酸水解（化學方法）。微生物和對纖維素的作用，完全取決于微生物的功能和分解條件。,2019/7/14,18,好氣纖維分解菌能將纖維素完全分解，只產(chǎn)生CO2、一些色素和大量微生物細胞物質，3040分解的纖維素可以轉變成纖維素分解菌的細胞物質；嫌氣性纖維分解菌則發(fā)酵成各種有機酸（醋酸、丙酸、丁酸、蟻酸、乳酸和琥珀酸等）、醇類、二氧化碳和氫氣。,2019/7/14,19,木質素是復雜的植物物質，是具有某些側鏈的苯環(huán)結構，很難分解。一些細菌和高等真菌能把木質素的側鏈及芳香環(huán)氧化，進而裂解木質素。在堆肥中有相當數(shù)量的木質素形成腐殖質，它是植物營養(yǎng)的儲存庫，也是土壤肥力的基礎。,2019/7/14,20,半纖維素包括多種化合物，有多縮醣醛和多縮糖醛酸。在微生物的作用下，多糖水解成簡單的單糖類（C6H12O6、C5H10O5），多縮糖醛酸水解成糖醛酸或醣醛酸糖酸和糖的混合物。主要被真菌和細菌所分解。半纖維素也是微生物細胞物質（莢膜）的重要組成部分。,2019/7/14,21,由于秸稈的主要成分是纖維素（多糖類大分子物質）、半纖維素、木質素（高分子芳香族化合物）等大分子，這三者被稱為植物體的“三素”?！叭亍钡奶攸c是分子量大（幾萬至千萬）、結構緊密有序（有晶體和非晶體區(qū)）、抗分解力強（非常穩(wěn)定）。,2019/7/14,22,又因多數(shù)作物秸稈的表面還存在大量蠟質和硅質層，更增加了秸稈的分解難度。,可見，要使秸稈腐解的確是一件不易之事，需要能夠產(chǎn)纖維素酶、半纖維素酶、木質素酶的多種微生物共同參與，進行逐步有序的接力分解過程，才能完成秸稈“三素”的腐解。,2019/7/14,23,所以，在自然界中，秸稈的腐解通常需要一個長時間的作用過程，它是依靠自然界中存在的秸稈腐解的微生物所產(chǎn)生分解“三素”的酶，逐步作用才得以完成的多步驟過程。,2019/7/14,24,與秸稈復雜成分對應的分解“三素”的酶也非常復雜，表現(xiàn)在參與秸稈腐解的酶的種類多、功能專、協(xié)同互作等方面。如纖維素酶，它是指所有參與降解纖維素最終被轉化為葡萄糖的各種酶的總稱，它不是單種酶，而是起協(xié)同作用的一類多組分酶系，因此又被稱為纖維素酶系。,2019/7/14,25,從酶的性質角度分，纖維素酶系包括水解酶類、氧化酶類和磷酸化酶類。從酶的功能角度分，纖維素酶包括葡聚糖內切酶（也稱Cx酶、EG或CMC酶）、葡聚糖外切酶（也稱C1酶或CBH）、-葡萄糖苷酶（也稱CB酶或BG）三個主要成分組成。半纖維素酶和木質素酶也同樣復雜。,2019/7/14,26,處理秸稈的微生物種類,自然界中的許多菌類可以腐蝕和分解秸稈、樹葉及樹木等纖維物質，這些菌種包括一些霉菌（曲霉屬、木霉屬、青霉屬等）、細菌、食用菌類及白腐真菌等。,2019/7/14,27,細 菌,細菌是一類形狀細短，結構簡單，多以二分裂方式進行繁殖的原核生物，是在自然界分布最廣、個體數(shù)量最多的有機體，是大自然物質循環(huán)的主要參與者。,2019/7/14,28,細菌主要由細胞壁、細胞膜、細胞質、核質體等部分構成，有的細菌還有莢膜、鞭毛、菌毛等特殊結構。絕大多數(shù)細菌的直徑大小在0.5-5m之間?？筛鶕?jù)形狀分為三類，即：球菌、桿菌和螺形菌（包括弧菌、螺菌、螺桿菌）。,2019/7/14,29,真 菌,真菌（fungus；eumycetes）是具有真核和細胞壁的異養(yǎng)生物。種屬很多，已報道的屬達1萬以上，種超過10萬個。其營養(yǎng)體除少數(shù)低等類型為單細胞外，大多是由纖細管狀菌絲構成的菌絲體。真菌通常又分為三類，即酵母菌、霉菌和蕈菌（大型真菌）。,2019/7/14,30,放線菌,放線菌是一類呈菌絲狀生長，主要以孢子繁殖，革蘭染色為陽性的單細胞原核微生物，是細菌中的一種特殊類型。 放線菌在自然界分布廣泛，主要以孢子或菌絲狀態(tài)存在于土壤、空氣和水中，尤其是含水量低、有機物豐富、呈中性或微堿性的土壤中數(shù)量最多。土壤特有的泥腥味，主要是放線菌的代謝產(chǎn)物所致。,2019/7/14,31,已報道的降解秸稈的微生物,黑曲霉和綠色木霉： 黑曲霉和綠色木霉能產(chǎn)生纖維素酶，半纖維素酶，糖化酶，果膠酶，脂肪酶，蛋白酶等，有利于反芻動物對纖維素的消化和吸收。 黑曲霉和綠色木霉均為好氧菌，不能進行厭氧發(fā)酵。,2019/7/14,32,白腐菌： 目前已知的常見于白腐真菌的三類木質素降解酶是：木質素過氧化物酶（Lip）、錳依賴過氧化物酶（Mnp）、漆酶（Laccase）。木質素的降解也是與這些酶的產(chǎn)生密切相關。,2019/7/14,33,芽孢桿菌： 芽孢桿菌具有較高的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性，對木質素具有較強的降解能力。,2019/7/14,34,乳酸菌： 最常見的微生物發(fā)酵制劑是乳酸菌接種劑，能夠提高飼料的適口性和采食量（一般在20%左右），并且達到保護飼料的目的。 但乳酸不能破壞三種纖維物質的結合結構，因此消化率的改變不顯著。,2019/7/14,35,酵母菌,酵母菌本身不能產(chǎn)生分解纖維素的酶類，只能利用其他微生物分解秸稈產(chǎn)生的單糖，用以合成菌體蛋白，因此在生產(chǎn)實際中，多用于和其他微生物聯(lián)合使用。 酵母營兼性好氧生活，目前未知專性厭氧的酵母。在缺乏氧氣時，發(fā)酵型的酵母通過將糖類轉化成為二氧化碳和乙醇來獲取能量。,2019/7/14,36,酵母細胞一般含蛋白質50%55%，還有豐富的脂肪、維生素以及各種酵素、激素，是動物很好的精飼料。酵母菌在無氧條件下，可進行酒精發(fā)酵，使青貯、發(fā)酵飼料具有特殊的香味。,2019/7/14,37,秸稈腐熟菌劑的選擇與應用,在2006年開始實施的“土壤有機質提升試點補貼項目”中，其重點內容是農(nóng)作物秸稈就地還田以提升土壤的有機質含量。因此，如何秸稈腐熟劑的選擇與應用，成為項目實施取得效果的關鍵之一。,2019/7/14,38,選擇與使用秸稈腐熟菌劑目的是：通過此類產(chǎn)品中的微生物及其產(chǎn)生的酶來加速秸稈的腐解，以此實現(xiàn)秸稈還田快速腐解，提高土壤有機質和鉀氮等養(yǎng)分含量，培肥土壤。,2019/7/14,39,本文就秸稈腐熟劑的選擇和應用中涉及的產(chǎn)品菌種組成、質量要求、使用方式與效果評價等問題，以及目前我國腐熟菌劑的登記管理、生產(chǎn)現(xiàn)狀與研發(fā)方向等進行簡要闡述。,2019/7/14,40,一、秸稈的復雜成分，要求腐熟菌劑應由產(chǎn)秸稈腐解酶系的多種菌群組成,2019/7/14,41,微生物是產(chǎn)生“三素酶”的主要來源，在秸稈物質的降解過程中發(fā)揮了巨大的作用，但不同微生物產(chǎn)生的“三素酶”的能力差異很大。一般地，纖維素和半纖維素被細菌、放線菌和真菌所分解，木質素被真菌和細菌所分解。,2019/7/14,42,不同的土壤肥沃程度對纖維素分解菌的分布影響很大。貧瘠土壤中主要是真菌，較肥的土壤則以細菌為主。在有氧中溫條件下，強烈分解纖維素的真菌是木霉屬（Trichoderma）、青霉屬（Penicillium）和曲霉屬（Aspergillus）的一些種，其中尤以木霉屬受到充分重視。,2019/7/14,43,目前，進行研究的分解纖維素的細菌種類遠不如真菌多，但在土壤等環(huán)境中的數(shù)量卻不少，我國土壤中所含的分解纖維素的細菌為104g干土。分解能力較強的有食纖維菌（Cytophaga）、生孢食纖維菌（Sporocytophaga）、多囊纖維菌（Polyangium cellulosum）等。,2019/7/14,44,分解木質素通常在有氧條件下進行。用14C測定或在木質素上生長等方法研究表明，從麥秸中化學分離的木質素可被假單胞菌（Pseudomonas）等代謝達50%。一般而言細菌降解木質素的能力比真菌低得多。,2019/7/14,45,由于分解秸稈的“三素酶”是多酶體系，酶組分之間存在著明顯的協(xié)同作用，所以，要求多菌株的配合、相互補充，才能促進纖維素類物質的分解，尤其是細菌與真菌之間具有比較強的相互作用。纖維素分解菌與木質素分解菌對稻草和小麥的聯(lián)合分解能力明顯高于任何一個單一菌