高效纤维素分解菌的分离及秸秆降解生物效应

秸秆还田可以改善土壤肥力、保护生态环境、促进农业可持续发展,土壤微生物特别是与纤维素降解有关的微生物在秸秆还田过程中起关键性作用。从长期堆放农业秸秆的土壤中采用羧甲基纤维素固体培养基平板稀释法和赫奇逊滤纸条液体培养基富集法分离纤维素分解菌;刚果红染色法和CMC酶活力测定法筛选高效纤维素分解菌;采用培养特性、形态特征和分子生物学方法对菌种进行鉴定;通过测定秸秆失重率和纤维素、半纤维素和木质素的含量及降解率研究其降解玉米秸秆的效果;并测定其处理的玉米秸秆粉末对紫苏和油菜生长的影响。结果在分离到的16种纤维素分解菌中筛选出高效纤维素分解菌菌株HLF4和YDL3。HLF4和YDL3菌株分别鉴定为栗褐链霉菌(Streptomyces badius)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。HLF4和YDL3及混合菌株处理的玉米秸秆分解能力与对照相比均显著提高;其中HLF4+YDL3混合菌株处理效果优于单菌株,其玉米秸秆失重率、半纤维素降解率、纤维素降解率以及木质素降解率分别比对照高52.00%、46.65%、42.11%和31.19%。用纤维素分解菌酵解的秸秆还田处理的紫苏和油菜叶片的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(hydrogen peroxidase,CAT)活性和叶绿素含量以及生长指标均显著高于对照;特别是用HLF4+YDL3混合菌株处理的各项指标显著高于单菌株处理。筛选的HLF4和YDL3菌株分解纤维素能力较强,且其混合菌株的分解纤维素能力更强,可作为高效纤维素分解菌用于田间种植。     

秸秆纤维素分解菌的分离筛选

利用纤维素分解菌生产发酵饲料是当前饲料业的一个发展方向,它可将纤维素分解为牲畜可利用的糖。此项试验从各种土壤及饲料中分离到12株能分解纤维素的菌株。分别测定滤纸分解度、CMC酶活、FPA酶活和天然纤维素酶活,筛选出6株对天然秸秆纤维素有较强降解能力的菌株。通过改变其培养基中天然纤维素的含量,发现随着培养基中天然纤维素含量的增加,酶活力也随之升高。     

生物表面活性剂在堆肥中的研究进展

介绍堆肥的原理、生物表面活性剂的特点及其研究进展,重点说明生物表面活性剂在堆肥中的作用机理和应用实例,并提出存在的问题和发展前景.     

堆肥中生物表面活性剂产生菌的筛选及培养条件优化

[目的]筛选堆肥中生物表面活性剂产生菌,优化其培养条件。[方法]采用富集培养、菌种纯化等方法从农业好氧堆肥中筛选出能产生生物表面活性剂的菌株,并采用正交试验对菌株的培养条件进行优化。[结果]从农业好氧堆肥中筛选出1株能产生生物表面活性剂的菌株BS-2,该菌株能将发酵液的表面张力降到40mN／m以下,在温度20—100℃和pH值6．0～9．5条件下,其表面张力始终保持在40mN／m以下,具有良好的表面活性及对堆肥环境的稳定性。该菌株的最佳培养条件为：可溶性淀粉25．0g/L、NH4NO3 8．0g／L、KH2PO4 2．0g／L、K2HPO42．5g／L、KCl 1．1g／L、NaCl 1．1g／L、MgSO4 0．15g／L、FeSO4·7H2O 5．0×10^-5g／L、EDTA 1．0g／L、酵母浸膏0．2g／L、初始pH值为7．0、温度为30℃、摇床转速为150r／min、发酵培养时间为3d。在该条件下,发酵液的表面张力最低,为29．3mN／m。[结论]菌株BS-2初步鉴定为枯草芽孢杆菌。     

高效纤维素分解菌生物强化技术在工厂化好氧堆肥中的应用初探

以从堆肥中筛选、分离并保存的17株纤维素降解菌为复合接种剂,以滇池流域主要蔬菜废物和花卉秸秆为堆肥底物,在4.5m×8.0m×3.5m的工厂化好氧发酵仓内,对相同控温条件下不同接种剂量的生物强化技术对堆肥进程的影响进行了试验研究。结果表明,在一次发酵的第5d,以0.4%(质量比)的接种量向堆肥中接种纤维素降解复合菌剂,可使其迅速成为堆肥优势菌群,有效提高降解速率;而二次发酵初期同剂量的二次接种能有效促进二次发酵阶段堆温的回升,提高木质纤维素等难降解物质降解程度,优化堆肥终产物物理性状,表现为接种处理的堆肥终产物的筛过率(孔径2.0cm)比不接种处理高20%以上,在相同腐熟度下可缩短堆肥周期约20d。     

嗜热纤维素分解菌的筛选及混合发酵研究

从高温阶段堆肥样品、腐熟肥料、牛粪和土壤等含有纤维素降解菌的样品中筛选出145株能较好降解纤维素的菌株,对它们进行了单独与混合发酵培养.经过初筛、复筛,选出降解纤维素能力较强的8株菌株,包括细菌3株、霉菌3株、放线菌2株.将各菌株按不同的接种比例混合培养,构建了6组由3 株细菌、3株霉菌、2株放线菌组成的复合微生物菌系,采用液体发酵培养、固体发酵培养、滤纸条失重试验对复合菌系进行研究.综合分析表明,组合2分解纤维素能力明显强于其他几个组合,且复合菌系中不同微生物及其产生的纤维素酶之间有协同作用,考虑到固体发酵和堆肥的发酵条件接近,组合2更适合作为堆肥菌剂.     

纤维素分解菌复合系WDC2分解小麦秸秆的特性及菌群多样性

为了加快小麦秸秆资源的资源转化,提高小麦秸秆的生物分解率,从小麦秸秆堆肥中筛选到一组高效的小麦秸秆分解菌复合系WDC2。研究表明,WDC2在PCS培养基中以小麦秸秆作为唯一碳源,60℃培养15 d,对小麦秸秆的分解率达到64.47%,其中纤维素分解44.7%,半纤维素分解13.61%,木质素减少3.85%,pH由初始的8.3迅速下降,60 h下降到6.6,而后逐渐回升接近初始值。羧甲基纤维素酶(CMCase)随小麦秸秆的分解而升高,在15 d达到0.372 U/mL。GC-MS分析WDC2分解小麦秸秆不同阶段的培养液,检测到乙醇、乙酸、乙二醇、丙酸、2-甲基丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、2-甲基丁酸、丙三醇共9种挥发性有机酸。其中,除乙醇在分解初期出现后消失外,其他产物在培养的第7～15天的含量都较高。菌群结构分析显示,WDC2菌群中主要含有11种细菌,大部分为不可培养菌株,其中Clostridium thermocellumCTL-6为厌氧培养细菌,是WDC2中具有高效的纤维素分解能力的菌株。     

高效纤维素分解菌复合系的筛选构建及其对秸秆的分解特性

选以高温期的堆肥样品为材料,经过多代淘汰及不同系之间的组配,最终筛选构建了一组木质纤维素分解菌复合系,在分别以滤纸、脱脂棉、稻秸和锯末为碳源时,该复合系对天然纤维素含量高的滤纸和脱脂棉分解活性强,对纤维素含量较低、木质素含量相对高的锯末分解率最低。对稻秸的分解试验结果表明,该复合菌系在发酵初期对可溶性糖和淀粉的分解利用率远远高于对纤维素和半纤维素的分解,在整个发酵过程中,稻秸重量的变化与发酵液的pH变化有很大的一致性,发酵前5d内复合系对纤维素的分解活性最高。到发酵结束时,纤维素和半纤维素含量分别降低了7．39％和43．76％,而木质素在整个发酵过程中几乎不分解。     

纤维素分解菌剂对水稻秸秆田间降解效果的研究

在水稻-西瓜轮作模式中研究纤维素分解菌剂对水稻秸秆田间降解效果的影响。结果表明水稻秸秆还田中应用纤维素分解菌剂可以显著降低水稻秸秆的强度，增加土壤转化酶、脲酶、多酚氧化酶和纤维素酶的活性。应用纤维素分解菌剂在不同时期可以增加秸秆的降解率5．5％～10．7％，增加下季作物西瓜产量60％～10．0％和糖度9．1％～11．9％。秸秆应用纤维素分解菌剂还田是合理利用秸秆资源，用地养地，促进农业可持续发展的重要途径，是解决秸秆问题的根本出路。     

猪粪添加稻草对高温堆肥腐熟进程及物质变化的影响

以猪粪和水稻秸秆为材料,采用发酵槽内堆置,分别设置低量秸秆、高量秸秆和纯猪粪三个处理,分析堆肥33天过程中的物理、化学和纤维素类等指标的变化,探讨堆肥过程中添加不同比例的水稻秸秆对堆肥特性的影响。结果表明,添加高量秸秆堆肥处理的升温速率最佳,纯猪粪处理的水分散失率大于其他两个处理。堆肥结束时,各处理的p H值为8.46-8.66,电导率稳定在1.4-2.4 ms/cm,E4/E6降至3.12-3.37,堆肥达到了腐熟;高量秸秆处理的(终点C/N)/(初始C/N)介于0.53-0.72,其堆肥效果较好、腐熟程度较高。各处理堆肥产品的全磷含量均有提高;纯猪粪处理的纤维素、木质素和半纤维素的总降解率均高于其他两个处理。整体来说,添加高量秸秆处理腐熟速度较快,且效果较好,这可为猪粪快速资源化利用和猪粪堆肥产品质量的提高提供科学依据。     

稻草还田应用秸秆腐熟剂效果研究

进行秸秆腐熟剂应用于水稻秸秆还田试验研究,结果表明：施用秸秆腐熟剂可加速水稻秸秆腐烂,腐熟剂处理的水稻叶片生长嫩绿,苗期分蘖快,产量较高,分别比清水处理和未加腐熟剂处理增产6.8％和8.8％.     

水稻秸秆预处理对猪粪高温堆肥过程的影响

通过预处理技术打破秸秆中的木质纤维素复杂结构,能够有效加速秸秆的分解过程。为了探讨不同秸秆预处理方法对秸秆与畜禽粪便混合堆肥效率的影响,通过添加秸秆腐熟剂(B)和氢氧化钙(C)分别对水稻秸秆进行10 d(B1、C1)和20 d(B2,C2)的预处理静态堆置,以无预处理的秸秆为对照(CK),与猪粪按比例混合后进行好氧堆肥。运用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)对预处理前后的水稻秸秆进行了分析,并通过比较不同处理堆肥过程中温度、p H、水溶性铵态氮/水溶性硝态氮(NH+4-N/NO-3-N)、电导率(EC)、T值[(C/N)终点/(C/N)起点]和种子发芽率(GI)的变化来研究不同预处理方法对堆肥腐熟过程的影响,通过对比堆肥产物总养分含量来进一步确定最优的秸秆预处理方式。结果显示,秸秆腐熟剂预处理能够有效破坏水稻秸秆细胞壁和复杂的纤维结构,使其内部组织暴露、出现大量的孔隙和微孔道。氢氧化钙预处理也能对水稻秸秆结构产生破坏,但其内部组织暴露较少,几乎没有微孔;秸秆腐熟剂对水稻秸秆进行预处理,其破坏性强于氢氧化钙处理,且处理时间越长效果越好。相比对照,秸秆腐熟剂处理后能够缩短堆肥高温期8~13 d。堆肥结束后,所有秸秆预处理的堆体p H均降至8.5以下;B1、B2、C2的NH+4-N/NO-3-N小于0.5,符合腐熟评价标准,但CK和C1未达到腐熟标准;除B2外各处理T值均低于0.6,所有处理的GI均在堆肥第28 d达到50%。秸秆预处理后的堆体总养分含量均高于CK(CK、B1、B2、C1、C2的总养分分别为11.09%、11.49%、13.29%、11.75%、11.37%),其中B2总养分含量显著高于其他处理。总体来看,秸秆预处理可以加快堆体的腐熟过程,提高堆肥产物质量,其中采用秸秆腐熟剂预处理20 d的效果最为明显。     

纳米银对秸秆腐解过程中元素和成分含量的影响

试验以玉米秸秆为材料,采用静态培养方法,对添加过不同浓度纳米银溶液的玉米秸秆腐解过程中元素和物质成分含量的变化进行了分析,研究纳米银对秸秆腐烂的影响。结果表明,与对照相比,添加纳米银溶液的处理碳元素和木质纤维素含量降低的速率明显减缓,氮元素含量升高速率显著降低,说明纳米银对环境中的微生物具有明显的抑制作用,纳米银在防止秸秆腐烂方面具有重要作用。     

秸秆腐熟剂品种筛选试验

为验证不同秸秆腐熟剂的应用效果,研究不同秸秆腐熟剂对秸秆腐烂程度和早稻生长发育及产量的影响。试验结果表明,秸秆腐熟剂可以加速还田秸秆的腐烂,提高土壤有机质的含量,同时具有显著的增产效果。     

基于近红外光谱法快速测定秸秆堆腐过程中纤维素、半纤维素和木质素含量的研究

探索建立秸秆化学成分的近红外快速准确检测模型,将有助于秸秆腐熟程度判定及秸秆利用产业在线控制。本研究利用添加堆腐剂对小麦秸秆进行腐熟试验,以腐熟过程中的小麦秸秆样品为研究对象,利用NIRS构建快速检测秸秆主要成分含量的定量检测模型。研究结果显示,可以通过NIRS在短时间内精准检测小麦秸秆腐解过程中纤维素、半纤维素、木质素的含量,定标相关系数Rc分别为0.976 7、0.980 5和0.984 8,矫正相关系数分别为0.984 1、0.987 2和0.989 8,全交互验证相关系数为0.979 8、0.989 2和0.987 3,RPD值分别为4.84、6.57和5.75均3.0,定标效果良好。     

Nitrogen release and re-adsorption dynamics on crop straw residue during straw decomposition in an Alfisol

Returning crop straw to the field not only improves the nitrogen(N) supplying capacity and N retention of soil but also decreases the amount of rural organic waste and prevents air pollution. Therefore, understanding the mechanisms of the N release and re-adsorption dynamics on crop straw residue during straw decomposition in agricultural soil is important, and this understanding can help us strengthen N fertilizer management during the crop growth period. An on-farm incubation experiment was conducted in the Jianghan Plain in Central China under flooded conditions using the nylon mesh bag method. Results showed that the decomposition rate of crop straw was much faster at the beginning of the incubation stage, whereas it was steady during the later stage with no observed differences among the three types of crop straw. After 120 d of incubation, the cumulative decomposition proportion of rice straw, wheat straw and rape straw was 72.9, 56.2, and 66.9%, respectively. The proportion of N that released from the three crop straws was 52.0, 54.4 and 54.9%, respectively. The zeta potentials and Brunauer, Emmett and Teller(BET) surface area of the rice, wheat and rape straw residues increased gradually as the decomposition period progressed. The water adsorption capacity of the rice straw was significantly affected during the decomposition period. The saturated water adsorption capacity of rice straw was the highest at 30 d of decomposition(4.17 g g~(–1)) and then decreased slightly. The saturated water adsorption of wheat and rape straws reached the lowest value at 30 d and then gradually increased and became stable. All the results demonstrated that crop straw and straw residue can re-adsorb NH_4~+ ions from the surrounding solution. The re-adsorption was affected by the decomposition period and concentration of exogenous NH_4~+ and was independent of the crop species via the combined efforts of physical and chemical adsorption, ion exchange and water retention on residue surfaces. Future studies will focus on straw returning and N fertilizer application at different levels of moisture content of the soil reduce potential negative effects such as water-logging and excess N caused by the straw substrate.     

不同调理剂对秸秆沼渣堆肥的影响

为了解不同调理剂对秸秆沼渣堆肥的影响,分别选择木屑、花生秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、芦苇秸秆和水稻秸秆作为调理剂,与秸秆沼渣以1∶5(以鲜质量计)的比例均匀混合,进行30 d的好氧堆肥,研究加入不同调理剂后,沼渣堆肥过程中物理、化学、生物学性质的变化。结果表明,木屑、花生秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、芦苇秸秆和水稻秸秆均可作为秸秆沼渣堆肥的调理剂促进堆体快速升温,且可达到无害化要求。秸秆处理可延长高温(≥55℃)持续时间,好于木屑处理,但木屑处理可降低堆肥体系中可溶性盐的含量。以大豆秸秆为调理剂,可提高堆体温度,最高可达到68℃,可提高多酚氧化酶活性,促进腐殖质的形成。以水稻秸秆作为调理剂时,可降低堆肥体系的pH值,提高NO^-₃-N含量和纤维素酶活性,利于纤维素的降解。以大豆秸秆和水稻秸秆作为调理剂时,两者的堆肥产品可促进种子根的生长,种子发芽指数分别达到137.06%和138.26%,提高了堆肥的品质。     

原茬地免耕覆秸播种机寒地秸秆腐解特性研究

基于玉米-大豆轮作模式,分析2BMFJ原茬地免耕覆秸大豆播种机北方寒地玉米秸秆覆盖还田腐解周期。在自然条件下,168 d试验周期内,应用秸秆残余应力法与多重比较法结合研究地表覆盖秸秆腐解规律,秸秆不同部位腐解规律,增施有机肥对秸秆腐解影响。结果表明,地表覆盖秸秆可自然腐解,阶段性明显,经机械剪切未被撕裂秸秆降解率56.3%,撕裂后秸秆降解率62.4%;不同部位玉米秸秆降解率差异显著(P<0.05),秸秆自顶部至底部降解率呈线性降低;增施有机肥对秸秆腐解具有促进作用(P<0.05)。研究结果揭示2BMFJ原茬地免耕覆秸播种机北方寒地玉米秸秆覆盖还田腐解特性;填补北方寒地玉米-大豆大田轮作模式下,经机械剪切后覆盖在地表不同形态秸秆腐解规律空白;为原茬地免耕覆秸精量大豆播种机械化技术在北方寒地推广应用提供理论支持。     

好气和厌氧条件下小麦秸秆的腐解特征研究

采用网袋培养法,研究在好气和厌氧条件,小麦秸秆腐解过程中碳、氮释放及纤维素、半纤维素和木质素的变化规律。结果表明:小麦秸秆在好气和厌氧条件的残留质量、碳和氮残留量均随培养时间的延长而降低,且呈前期(0~3个月)降解较快,而后(3~12个月)逐渐减缓的趋势。用一级动力学方程y=y0+a·e-kt对小麦秸秆在好气和厌氧条件的残留质量随时间变化进行拟合(决定系数R2均大于0.957),质量腐解半衰期分别为72.8和121.9d,腐解速率常数(k)分别为0.022 0和0.014 0/d。在好气条件,小麦秸秆中碳和氮元素释放速率常数分别是其在厌氧条件的1.79和1.67倍,小麦秸秆中碳和氮元素的释放率分别是其在厌氧条件的4.39和1.40倍,且在培养至1个月时处理之间呈显著性差异(P0.05)。小麦秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素残留量均随培养时间延长总体呈下降趋势。以上结果表明,好气条件更有利于小麦秸秆碳氮元素的释放及纤维素、半纤维素和木质素的降解,从而更有利于小麦秸秆的降解。