玉米秸秆低温高效降解复合菌系GF-20的温度和pH适应性研究

【目的】研究不同条件下复合菌系的秸秆分解能力和酶活性,评价该复合菌系的功能稳定性及适应性,为进一步完善该复合菌系的筛选技术及其应用提供理论依据。【方法】以复合菌系GF-20为研究对象,在不同温度和pH值条件下连续继代培养,测定所得复合菌系的滤纸分解特性、玉米秸秆降解率、发酵液pH值、纤维素酶和半纤维素酶活性,以评价复合菌系的功能稳定性。【结果】在温度4~30℃、pH 6.0~9.0时,经过15代的继代培养,复合菌系GF-20在培养的108~140h可分解滤纸纤维素,玉米秸秆降解率保持在30%以上,发酵液pH值随发酵时间的延长趋近于中性,pH调节能力良好,纤维素酶活性为1.22~2.34 U/mL,半纤维素酶活性为12.82~14.23U/mL。【结论】复合菌系GF-20可在较大的温度和pH范围内保持较高的纤维素和半纤维素酶活性,能发挥秸秆降解作用,具有良好的开发潜力和应用前景。     

玉米秸秆低温高效降解复合菌系GF-20的菌种组成及降解稳定性

【目的】探索不同温度及pH条件对玉米秸秆低温高效降解复合菌系的玉米秸秆分解稳定性及菌群结构稳定性的影响,完善菌系培养方法,促进其应用开发利用。【方法】以低温高效降解复合菌系GF-20为研究对象,在10℃条件下连续继代培养45代、不同温度和pH条件下连续继代培养15代,分别获得多组不同代数（F）、不同温度（T）和pH（P）条件下的菌系。测定各复合菌系发酵液pH、玉米秸秆降解率及纤维素酶活,评价复合菌系的玉米秸秆分解稳定性;利用PCR-DGGE技术结合主成分分析法对菌群组成结构的稳定性进行研究。【结果】在10℃条件下经连续继代培养40代和在温度4-30℃、pH 6.0-9.0条件下继代培养获得的不同复合菌系发酵液pH均随发酵时间的延长趋近中性;玉米秸秆降解率在27.59%-32.53%,除F40显著高于F5外,其余无显著差异;纤维素酶活性呈高代菌系大于低代菌系,温度4-10℃和pH 6.0-9.0条件下,对复合菌系产酶有促进作用,纤维素酶活为1.34-1.84 IU·mL^-1;复合菌系的纤维素酶在较低的温度和较宽的pH范围内具有良好的温度和pH稳定性,酶促反应温度15-30℃和pH 4.0-9.0内仍保持80%以上的纤维素酶活力;复合菌系F5-F45、T4-T30和P6.0-P9.0的DGGE条带差异不显著,表明菌系的菌种组成稳定;而在偏酸（pH=4、5）和偏碱性（pH=10）条件下继代培养,复合菌系秸秆降解率和纤维素酶活均显著降低,菌种组成发生变化,进而影响性质与功能稳定性。PCR-DGGE共检测到18个条带,其中关键菌株分别为Bacillus licheniformis、Azonexus hydrophilusd、Azospira oryzae、Arobacter cloacae、Cellvibrio mixtus、Bacillus tequilensis、Clostridium populeti subsp. Mixtus和Clostridium xylanolyticum。【结论】复合菌系GF-20在温度4-30℃、pH 6.0-9.0条件下经过多代继代培养,仍然保持了较高的玉米秸秆分解活性和菌种组成稳定性,具有良好的应用前景。     

玉米秸秆深翻还田土壤细菌群落16SrDNA-PCR-DGGE分析

以秸秆深翻还田土壤为研究对象,利用嵌套式PCR和DGGE电泳技术对细菌16SrDNA V3～V5区进行扩增和产物分离,分析3个秸秆深翻处理下春玉米各生育期土壤细菌群落变化,探索高寒灌溉农区春玉米秸秆深翻还田中细菌群落结构特征。结果初步表明,秸秆还田处理细菌多样性高于常规旋耕无秸秆还田处理,这种多样性同时受玉米生育期和不同秸秆还田处理的影响。3个处理相同生育期DGGE条带数有明显的变化,玉米秸秆深翻还田两年处理（SF-II）条带数最多,其次是玉米秸秆深翻还田1年处理（SF-I）,常规旋耕无秸秆还田（CK）最少;在成熟期,SF-II条带数为12,是CK处理的两倍。玉米全生育期一直存在数种优势菌群,但各时期细菌的种类不同,整体表现为随着玉米的生长细菌种类逐渐增加,成熟期减少。秸秆深翻还田能丰富土壤微生物多样性,玉米生长中期土壤微生物多样性较丰富。     

不同尿素含量培养条件下复合菌系GF-20菌种组成及功能差异

为明确复合菌系GF-20在不同尿素含量培养条件下的菌种组成及功能差异,提高复合菌系的应用性及适用性,以复合菌系GF-20为研究对象,采用16S rDNA扩增子测序技术研究其菌种组成及代谢通路丰度。结果表明:不同尿素含量培养条件下复合菌系菌种组成较为相似,主要由纤维素弧菌属、黄杆菌属、纤维单胞菌属、假单胞菌属和无色杆菌属等功能菌组成,但其丰度存在显著差异。在N2条件下,复合菌系的alpha多样性指数较其他处理高,其物种组成更加丰富和多样。不同处理复合菌均注释到较多的碳水化合物代谢和氨基酸代谢;对N1(硫酸铵氮源)和N6(尿素氮源)处理间碳水化合物代谢通路注释丰度差异比较发现,戊糖和葡萄糖醛酸酯的相互转化、磷酸戊糖途径、半乳糖代谢、果糖和甘露糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、淀粉和蔗糖代谢和抗坏血酸盐和藻酸盐代谢等代谢通路丰度呈N1显著高于N6。综上所述,复合菌系GF-20在不同尿素含量培养条件下具有良好的菌种组成及功能稳定性,可适用于原位秸秆还田实践,促进北方高寒地区玉米秸秆降解速率。     

生物炭配施氮肥对土壤物理性质及春玉米产量的影响

在包头和通辽试验点,设0、8、16、24 t/hm^2生物炭水平及0、150、300 kg/hm^2施氮水平,研究生物炭配施氮肥对土壤物理性质及春玉米产量的影响。结果表明,在0~20 cm土层,生物炭能够显著降低土壤容重,增加土壤孔隙度,且与氮肥存在交互作用。0~20 cm和21~40 cm土层,生物炭和氮肥均可显著提高土壤含水量和蓄水量,土壤持水性随生物炭量增加呈先增后减的趋势。生物炭和氮肥均可有效降低土壤三相比偏离值。炭氮配施可显著提高春玉米产量和氮效率,包头和通辽均以8 t/hm^2生物炭配施150 kg/hm^2氮为最大值,较单施氮肥增产20.07%和15.59%。     

腐解菌剂对玉米秸秆降解效果的研究

【目的】研究施用秸秆腐解菌剂对玉米秸秆的促分解效果、养分释放规律及土壤理化特性、养分含量、腐殖质组成和土壤酶活性的影响,为低温地区秸秆快速、高效腐熟以及有机废弃物合理利用提供理论依据和技术参考。【方法】以玉米秸秆作为供试材料,选用低温复合菌剂GF-20、中农绿康秸秆型有机物料腐熟剂(以下简称绿康菌剂)、世明生物发酵菌种(以下简称世明菌剂)作为试验菌剂,设置5个处理,分别为:对照1(CK),土壤+玉米秸秆+不施用菌剂;对照2(B),土壤+无玉米秸秆+不施用菌剂;GF,土壤+玉米秸秆+菌剂GF-20;LK,土壤+玉米秸秆+绿康菌剂;SM,土壤+玉米秸秆+世明菌剂,采用室内培养试验,在10℃黑暗条件下培养60d,测定不同处理玉米秸秆降解率、养分释放率以及土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量和腐殖质成分与土壤酶活性,最后对添加秸秆腐解菌剂后土壤酶活性与速效养分含量的相关性进行了分析。【结果】在10℃黑暗培养条件下,与CK相比,施用3种秸秆腐解菌剂后均在一定程度上促进了玉米秸秆的分解,加快了秸秆养分的释放,提高了土壤速效养分含量与土壤酶活性,其中以添加低温复合菌剂GF-20的效果最好。秸秆腐解60d后,处理GF的秸秆降解率达36.75%,较处理LK、SM和CK高出9.78%,9.92%和16.38%。处理GF明显提高了土壤酶活性,促进土壤物质转化,碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为94.10,14.95和38.36mg/kg,明显高于其他处理;处理GF腐殖质碳含量为21.99g/kg,较其他处理增加1.76~3.68g/kg;处理GF的HI(胡敏酸与胡敏素含量比值)为1.43,较其他处理高0.14~0.45。相关性分析结果显示,添加秸秆腐解菌剂后,土壤酶活性与速效养分含量呈显著或者极显著相关。【结论】在10℃黑暗培养条件下,低温复合菌剂GF-20能更有效促进秸秆分解进程,加快玉米秸秆腐解速率及养分释放,提高土壤速效养分含量及酶活性。     

玉米秸秆低温降解复合菌系GF-20的促分解作用及对土壤微生物多样性的影响

在10℃黑暗条件下进行室内土培接种实验,评价玉米秸秆低温降解复合菌系GF-20对玉米秸秆的促分解作用及对土壤微生物群落多样性的影响。在接种后15、30、45和60 d分别测定GF-20及对照菌剂LK和SM的玉米秸秆降解率及土壤微生物群落结构。结果表明,与未施菌剂对照(CK)相比,施用菌剂在一定程度上加快玉米秸秆的分解,以低温高效菌剂GF-20效果最佳,可明显加快秸秆分解进程。利用16Sr DNA-PCR-DGGE技术检测土壤微生物群落的多样性,与未施菌剂对照(CK)和无秸秆无菌剂的空白对照(B)相比,施用菌剂对土壤细菌群落结构产生较大的影响,可显著提高土壤细菌富度(S)和多样性指数(H),表现为GF-20LKSMCKB;各处理之间的种群均匀度指数(E)差异不显著。玉米秸秆添加促腐解菌剂,可有效加快秸秆分解,增加土壤微生物群落多样性。     

玉米秸秆低温高效降解复合菌系GF-20的粉剂配方及其降解效果研究

为明确不同配方对复合菌系GF-20活性的影响,提高复合菌系的保存稳定性和施用便利性,以复合菌系GF-20为对象,采用滤纸条法研究不同载体及其不同负载量对生物相容性的影响,采用失重法测试粉剂产品的秸秆降解效果。结果表明：采用硅藻土做载体时,菌剂的滤纸降解能力最高,进一步研究发现其最佳负载比为2:1（菌液体积：载体质量,mL: g）,在此条件下制成的菌剂在低温(10℃)下的玉米秸秆降解率比对照高9.5%,且二者之间存在显著差异,从显微镜观察发现,菌剂处理后秸秆表皮出现明显缺刻和断裂。以上研究表明复合菌剂GF-20粉剂在低温条件下具有较好的秸秆降解能力,可促进北方高寒地区玉米秸秆降解速率。     

玉米秸秆深翻还田土壤氨氧化细菌amoA基因多样性分析

以常规旋耕无秸秆还田(对照)、1年秸秆深翻还田、2年秸秆深翻还田土壤总DNA为模板,采用氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的氨单加氧酶α亚基(amo A)基因特异性引物扩增AOB amo A基因,构建amo A基因文库。运用BLAST程序进行序列比较发现,玉米秸秆深翻还田土壤中分布有亚硝化弧菌属(Nitrosovibrio)、亚硝化螺菌属(Nitrosospira)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)微生物菌群,秸秆深翻还田土壤AOB amo A基因序列主要与保护性耕作、长期施肥、间作、温室和植被恢复土壤中的amo A基因序列相似;常规旋耕无秸秆还田土壤AOB amo A基因序列主要与秸秆焚烧大田土壤和内蒙古草原土的amo A基因序列相似。玉米秸秆深翻还田2年处理(SF-Ⅱ)AOB amo A基因多样性指数最高,其次是玉米秸秆深翻还田1年处理(SF-I),常规旋耕无秸秆还田(CK)最低。     

低温高效降解玉米秸秆复合菌系发酵条件优化及腐解菌剂的研究

为解决北方低温条件下玉米秸秆降解难的问题,利用筛选于锯末的一组玉米秸秆降解复合菌系GF-S72,通过单因素、正交试验及载体生物相容性试验,研究了复合菌系的发酵条件、菌剂载体类型、用量及保存条件。结果表明,复合菌系GF-S72最佳发酵条件为:尿素0.1%、碳氮比20∶1、培养温度10℃、初始p H为8.0、装液量18 m L/150 m L、培养时间6 d、接种量2%。基于试验选取硅藻作为最佳载体,在菌液∶载体=3∶1、菌剂与秸秆配比为0.05 g/2 g,制备低温高效降解玉米秸秆复合型菌剂。试验结果还表明,p H值为8.2、含水量为1.42%、保藏湿度为10%、保藏温度为15℃时,复合型菌剂降解玉米秸秆的效率最高。