秸稈腐熟菌劑的選擇與應(yīng)用

秸稈腐熟菌劑的選擇與應(yīng)用第1頁/共48頁2023/4/212關(guān)于秸稈直接還田問題

秸稈直接還田，既能有效地促進(jìn)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(shù)措施。第2頁/共48頁2023/4/213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：第3頁/共48頁2023/4/2141

秸稈預(yù)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10～15cm為宜，由于秸稈本身碳氮比為60～100∶1，而適宜微生物活動的碳氮比為25∶1，碳氮比較大，秸稈還田后，易與作物幼苗爭奪氮素，結(jié)果秸稈分解緩慢，幼苗因缺氮而黃化苗弱，生長不良。第4頁/共48頁2023/4/215為此，生產(chǎn)上應(yīng)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225～300kg（15～20kg/畝）過磷酸鈣，硫酸鉀10kg。第5頁/共48頁2023/4/2162施用量和翻埋深度秸稈施用量每公頃一般為3000～6000kg（200～400kg/畝），翻埋深度一般為15～20cm。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(yīng)不足，不利于微生物的活動，秸稈分解速度就會減慢。第6頁/共48頁2023/4/2173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。第7頁/共48頁2023/4/2184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(dǎo)致土壤漏風(fēng)跑風(fēng)，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(yīng)及時灌水，促進(jìn)秸稈腐解和養(yǎng)分的釋放。第8頁/共48頁2023/4/219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(nèi)腐熟（播種前）。第9頁/共48頁2023/4/2110分解作物秸稈的微生物制劑

我國年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈達(dá)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(xué)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。第10頁/共48頁2023/4/2111所以，利用微生物的廣泛適應(yīng)性和多功能性來轉(zhuǎn)化秸稈已日益受到國內(nèi)外科學(xué)研究者重視，因為微生物在秸稈轉(zhuǎn)化中有用途多、營養(yǎng)價值高、周期短、可再生等優(yōu)點。第11頁/共48頁2023/4/2112用微生物學(xué)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(yīng)有前景，將在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用。第12頁/共48頁2023/4/2113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(yīng)用處于起步階段，雖然有些品種已應(yīng)用了好幾年，也有效果好的產(chǎn)品，第13頁/共48頁2023/4/2114但多數(shù)產(chǎn)品仍存在許多要改進(jìn)的地方，應(yīng)用效果也還需要多點試驗的驗證，特別是在產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)、菌種組合和提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量方面。第14頁/共48頁2023/4/2115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(zhì)的過程。第15頁/共48頁2023/4/2116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(xì)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40～50%，還有10～30%的半纖維素和20～30%的木質(zhì)素。第16頁/共48頁2023/4/2117秸稈中纖維素、半纖維素占極大的比例，由于結(jié)構(gòu)特殊，因此有抵抗各種氧化劑的能力，只能被濃酸水解（化學(xué)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。第17頁/共48頁2023/4/2118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(xì)胞物質(zhì)，30％～40％分解的纖維素可以轉(zhuǎn)變成纖維素分解菌的細(xì)胞物質(zhì)；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。第18頁/共48頁2023/4/2119木質(zhì)素是復(fù)雜的植物物質(zhì)，是具有某些側(cè)鏈的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，很難分解。一些細(xì)菌和高等真菌能把木質(zhì)素的側(cè)鏈及芳香環(huán)氧化，進(jìn)而裂解木質(zhì)素。在堆肥中有相當(dāng)數(shù)量的木質(zhì)素形成腐殖質(zhì)，它是植物營養(yǎng)的儲存庫，也是土壤肥力的基礎(chǔ)。第19頁/共48頁2023/4/2120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(xì)菌所分解。半纖維素也是微生物細(xì)胞物質(zhì)（莢膜）的重要組成部分。第20頁/共48頁2023/4/2121由于秸稈的主要成分是纖維素（多糖類大分子物質(zhì)）、半纖維素、木質(zhì)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”。“三素”的特點是分子量大（幾萬至千萬）、結(jié)構(gòu)緊密有序（有晶體和非晶體區(qū)）、抗分解力強（非常穩(wěn)定）。第21頁/共48頁2023/4/2122

又因多數(shù)作物秸稈的表面還存在大量蠟質(zhì)和硅質(zhì)層，更增加了秸稈的分解難度?？梢?，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(zhì)素酶的多種微生物共同參與，進(jìn)行逐步有序的接力分解過程，才能完成秸稈“三素”的腐解。第22頁/共48頁2023/4/2123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。第23頁/共48頁2023/4/2124與秸稈復(fù)雜成分對應(yīng)的分解“三素”的酶也非常復(fù)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(zhuǎn)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。第24頁/共48頁2023/4/2125從酶的性質(zhì)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(nèi)切酶（也稱Cx酶、EG或CMC酶）、葡聚糖外切酶（也稱C1酶或CBH）、β-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(zhì)素酶也同樣復(fù)雜。第25頁/共48頁2023/4/2126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(zhì)，這些菌種包括一些霉菌（曲霉屬、木霉屬、青霉屬等）、細(xì)菌、食用菌類及白腐真菌等。第26頁/共48頁2023/4/2127細(xì)菌細(xì)菌是一類形狀細(xì)短，結(jié)構(gòu)簡單，多以二分裂方式進(jìn)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(zhì)循環(huán)的主要參與者。第27頁/共48頁2023/4/2128細(xì)菌主要由細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、核質(zhì)體等部分構(gòu)成，有的細(xì)菌還有莢膜、鞭毛、菌毛等特殊結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)細(xì)菌的直徑大小在0.5-5μm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）。第28頁/共48頁2023/4/2129真菌真菌（fungus；eumycetes）是具有真核和細(xì)胞壁的異養(yǎng)生物。種屬很多，已報道的屬達(dá)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(xì)胞外，大多是由纖細(xì)管狀菌絲構(gòu)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）。第29頁/共48頁2023/4/2130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(xì)胞原核微生物，是細(xì)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。

第30頁/共48頁2023/4/2131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(jìn)行厭氧發(fā)酵。第31頁/共48頁2023/4/2132白腐菌：目前已知的常見于白腐真菌的三類木質(zhì)素降解酶是：木質(zhì)素過氧化物酶（Lip）、錳依賴過氧化物酶（Mnp）、漆酶（Laccase）。木質(zhì)素的降解也是與這些酶的產(chǎn)生密切相關(guān)。第32頁/共48頁2023/4/2133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(zhì)素具有較強的降解能力。

第33頁/共48頁2023/4/2134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(dá)到保護(hù)飼料的目的。但乳酸不能破壞三種纖維物質(zhì)的結(jié)合結(jié)構(gòu)，因此消化率的改變不顯著。

第34頁/共48頁2023/4/2135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(zhuǎn)化成為二氧化碳和乙醇來獲取能量。

第35頁/共48頁2023/4/2136酵母細(xì)胞一般含蛋白質(zhì)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(jìn)行酒精發(fā)酵，使青貯、發(fā)酵飼料具有特殊的香味。第36頁/共48頁2023/4/2137秸稈腐熟菌劑的選擇與應(yīng)用

在2006年開始實施的“土壤有機質(zhì)提升試點補貼項目”中，其重點內(nèi)容是農(nóng)作物秸稈就地還田以提升土壤的有機質(zhì)含量。因此，如何秸稈腐熟劑的選擇與應(yīng)用，成為項目實施取得效果的關(guān)鍵之一。第37頁/共48頁2023/4/2138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(zhì)和鉀氮等養(yǎng)分含量，培肥土壤。第38頁/共48頁2023/4/2139本文就秸稈腐熟劑的選擇和應(yīng)用中涉及的產(chǎn)品菌種組成、質(zhì)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(jìn)行簡要闡述。第39頁/共48頁2023/4/2140一、秸稈的復(fù)雜成分，要求腐熟菌劑應(yīng)由產(chǎn)秸稈腐解酶系的多種菌群組成第40頁/共48頁2023/4/2141微生物是產(chǎn)生“三素酶”的主要來源，在秸稈物質(zhì)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(xì)菌、放線菌和真菌所分解，木質(zhì)素被真菌和細(xì)菌所分解。第41頁/共48頁2023/4/2142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(xì)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。第42頁/共48頁2023/4/2143目前，進(jìn)行研究的分解纖維素的細(xì)菌種類遠(yuǎn)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(xì)菌為104／