微生物復(fù)合菌肥在普通土壤中的應(yīng)用研究

微生物復(fù)合菌肥在普通土壤中的應(yīng)用研究

微生物及其產(chǎn)物中國是一個農(nóng)業(yè)大國，肥料的需求每天都在增加。過度使用化肥會導(dǎo)致土壤硬化和污染。而發(fā)酵工廠污水處理產(chǎn)生的活性污泥未得到充分利用,因此利用活性污泥為原料發(fā)酵生產(chǎn)微生物復(fù)合菌肥可以改善土壤肥力、降低發(fā)酵成本。具有解磷、解鉀和固氮功能的微生物能將N2及土壤中的難溶磷、鉀轉(zhuǎn)化為可為植物根系直接吸收和利用的速效氮、磷、鉀,從而利于作物的營養(yǎng)生長。國內(nèi)外學(xué)者對此做了大量工作:如Sackett等將一些難溶復(fù)合物施入土壤可以形成磷源,并從該土壤中篩選出36株可在平板上形成溶磷圈的菌;用P.bilaii制成的解磷菌劑已在加拿大商品化生產(chǎn);張志群等利用細(xì)黃鏈霉菌,以農(nóng)業(yè)廢物為基質(zhì)堆肥發(fā)酵制備有機(jī)復(fù)合肥料,可使蘿卜外形合格率由32%提高至51%。目前國內(nèi)微生物菌肥技術(shù)尚未成熟,利用活性污泥發(fā)酵微生物菌肥還處于空白階段。本文通過篩選強(qiáng)效固氮、解磷、解鉀功能菌種,以活性污泥為底物進(jìn)行混合發(fā)酵制成復(fù)合菌肥,從而提高土壤中氮、磷、鉀的含量。1實(shí)驗(yàn)部分1.1紫外/可見分光光度計(jì)活性污泥,河南蓮花味精廠提供;土樣,取自北京化工大學(xué)花圃;糖蜜,北京海昌鑫霖科技發(fā)展有限公司;蛋白胨,北京欣經(jīng)科生物技術(shù)有限公司;其他試劑均為國產(chǎn)分析純。UV-3000紫外/可見分光光度計(jì),日本Shimadzu;101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱,福建省泉州宇博電子廠;TDL-5-A型臺式離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠;PH-HJ90BpH計(jì),北京宏昌信科技有限公司。1.2培養(yǎng)基配方牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、阿須貝固氮菌培養(yǎng)基、解鉀菌培養(yǎng)基、解磷菌培養(yǎng)基配方參照文獻(xiàn),若固體培養(yǎng)基則再加入15g/L瓊脂,于121℃下滅菌20min備用。1.3菌種的培養(yǎng)采集土樣,用無菌水配制成土壤懸液,稀釋10倍,30℃振蕩培養(yǎng)30min后靜置,將上清液再稀釋103～105倍,80℃水浴15min,保存較耐熱的菌種。分別取200μL涂布于阿須貝固氮菌培養(yǎng)基、解磷菌培養(yǎng)基、解鉀菌培養(yǎng)基平板上,30℃恒溫箱中培養(yǎng)2d。挑取不同形態(tài)的菌落在牛肉膏蛋白胨平板上劃線分離純化。在解磷菌培養(yǎng)基上,挑選解磷值大的菌落;在解鉀菌培養(yǎng)基上,挑選菌落大、生長快、透明且凸起高、粘著而有彈性的菌株;在固氮菌培養(yǎng)基上,挑選較大的菌落。1.4芽孢染色染色觀察菌落形態(tài),分別進(jìn)行菌株革蘭氏染色和芽孢染色。以《伯杰細(xì)菌鑒定手冊》為依據(jù),對菌株進(jìn)行淀粉水解實(shí)驗(yàn)、油脂水解實(shí)驗(yàn)、吲哚實(shí)驗(yàn)、甲基紅實(shí)驗(yàn)和伏-普實(shí)驗(yàn)。1.5解磷和解鉀菌種子液的制備挑取固氮菌接入阿須貝固氮培養(yǎng)基,30℃160r/min搖床培養(yǎng)18h得到固氮菌種子液;將解磷菌種接入解磷菌液體培養(yǎng)基,30℃180r/min搖床培養(yǎng)18h得到解磷菌種子液;將解鉀菌種接入解鉀菌培養(yǎng)液中,30℃150r/min搖床培養(yǎng)18h得到解鉀菌種子液。稱取45g活性污泥,并加入10g糖蜜和45g水,121℃下滅菌20min。將固氮、解磷和解鉀菌的種子液等體積混合均勻,取5g混合菌液加入上述污泥中,30℃180r/min條件下發(fā)酵2d。再加入5g草炭,混合均勻后將污泥菌肥低溫干燥并制成粉末。1.6微生物復(fù)合菌肥肥效果的測定1.6.1各樣品中全氧生物酶檢測取0.5g待測樣,充分溶解于4.5mL水中,10000r/min離心15min,分別用堿解擴(kuò)張法、鉬藍(lán)比色法、火焰光度法測定樣品液中速效氮、速效磷、速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù),以每kg土壤中含氮、磷、鉀計(jì),mg。1.6.2高效活菌數(shù)測定取10g上述微生物菌肥,利用干重、濕重之差測其含水量并利用平板計(jì)數(shù)法測定有效活菌數(shù)。向每1m2普通土壤中分別施用30g上述微生物菌肥,然后每隔10d對上述3種土樣進(jìn)行速效氮、速效磷、速效鉀含量的測定。1.6.3微生物菌肥的制備將小西紅柿幼苗植株種于普通土壤中,一次性施用30g/m2的微生物菌肥,經(jīng)數(shù)月培養(yǎng),以施滅菌處理的活性污泥為對照,測量成熟小西紅柿植株的株高、莖粗、根長、20株的總產(chǎn)量及果實(shí)中含糖量。2結(jié)果與討論2.1菌株篩選及分離在土地耕作過程中,常會遇到高溫環(huán)境,因此本實(shí)驗(yàn)在篩選前對菌種進(jìn)行80℃高溫處理,殺死不耐熱的菌株,篩選出具有較強(qiáng)耐熱,并可以固氮、解磷、解鉀的功能菌種;在篩選過程中,大菌落中所含有的微生物生長較快,且具有較為優(yōu)良的固氮、解磷、解鉀能力。挑選這樣的菌落有利于整體提高菌肥中微生物的固氮、解磷、解鉀能力,間接的提高肥效。通過菌種篩選和分離純化,實(shí)驗(yàn)獲得具有較強(qiáng)能力的1株固氮、2株解磷和1株解鉀菌種,分別標(biāo)號為A、B、C、D,其菌體菌落形態(tài)如表1和圖1所示。該4株菌的生理生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示,初步的對各菌種進(jìn)行了鑒定。根據(jù)《伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊》,鑒定結(jié)果是:A為固氮菌屬菌種(Azotobactersp.1),B、C、D分別為芽孢桿菌屬菌種(Bacillussp.1,Bacillussp.2和Bacillussp.3)。2.2微生物復(fù)合菌的肥料質(zhì)量和肥料效果的分析2.2.1微生物菌肥的有效活菌數(shù)有效活菌數(shù)是衡量菌肥品質(zhì)優(yōu)劣最重要的指標(biāo)。根據(jù)GB20287—2006農(nóng)用微生物菌劑產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)規(guī)定,對于固體粉末菌肥有效活菌數(shù)為大于2億g-1。經(jīng)檢測,本文所制備的粉末狀微生物復(fù)合菌肥有效活菌數(shù)大于3億g-1,所制備的微生物復(fù)合菌肥的有效活菌數(shù)已經(jīng)大于國家標(biāo)準(zhǔn)有效活菌含量30%,較大程度上延長了制備完成至菌肥過期失效的總時間,從一定程度上保證了菌肥的質(zhì)量。對于固體劑型的菌肥,國家規(guī)定其水分應(yīng)低于35%。經(jīng)檢測,本文所制備的粉末狀微生物復(fù)合菌肥含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%,使得菌肥中大部分微生物處于休眠狀態(tài),利于較長時間保藏菌體存活,進(jìn)而延長了微生物菌肥的保質(zhì)期。所以本文制備的微生物菌肥的上述兩項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到了農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)。2.2.2單次用藥前后各帶地域各帶年耗的質(zhì)量分?jǐn)?shù)d以活性污泥作為空白對照組,考察了施用微生物復(fù)合菌肥后土壤營養(yǎng)各成分的增長情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,施用微生物復(fù)合菌肥后,土壤的品質(zhì)得到了明顯的改善,土壤中的速效氮、磷、鉀含量有著顯著增加。施用50d后,其速效氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)58.4mg/kg,比施用前速效氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高27.1mg/kg,增長率約為91%;速效磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)26.7mg/kg,比施用前速效磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高16.5mg/kg,增長率約為160%;速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)64.3mg/kg,比施用前速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高31.9mg/kg,增長率約為95%。利用廢棄活性污泥為基質(zhì)生產(chǎn)微生物復(fù)合菌肥,不僅充分利用了廢棄的活性污泥資源,大大降低了原料成本,同時也克服了施用化學(xué)肥料的缺點(diǎn),符合綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展目標(biāo),經(jīng)濟(jì)效益突出。2.3不同微生物復(fù)合菌肥對小西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響利用滅活的活性污泥、糖蜜為空白組,對所制備的微生物復(fù)合菌肥對小西紅柿生長的各個指標(biāo)的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和觀察,從而排除了活性污泥和糖蜜中所含特有化學(xué)成分對小西紅柿生長的影響。通過2個平行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),施用微生物復(fù)合菌肥的植株比空白組植株在各個指標(biāo)上均有不同幅度的改善。如表3和圖3所示,2組20株總產(chǎn)量在26.44～34.21kg之間,以實(shí)驗(yàn)組即施用復(fù)合菌肥的20株總產(chǎn)34.21kg為最高,與空白組20株產(chǎn)量26.44kg相比增產(chǎn)29.39%。相對于空白組的小西紅柿而言,實(shí)驗(yàn)組中的小西紅柿平均株高增長了8.90cm、莖粗增長了0.09cm、根長增長了1.50cm,其株高、莖粗和根長的增長率分別為12.8%、7.0%、22.1%。研究結(jié)果表明,微生物復(fù)合菌肥可以提升小西紅柿的品質(zhì)。施用微生物復(fù)合菌肥后,小西紅柿的總糖含量有了一定程度的提高。施用復(fù)合菌肥后,總糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)3.12%,與對照組相比,總糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升了1.26%。3復(fù)合菌肥型(1)利用發(fā)酵工廠污水