谷糠和堆肥作为微生物菌剂载体的研究

赵 旭，王改兰，陈春玉，王硕林 (湖南农业大学资源环境学院，湖南长沙 410128)

微生物肥料是指一类含有活性微生物的特定制品，被应用于农业生产，能够获得特定的肥料效应。在这种效应的产生中，制品中活性微生物起着关键作用［1］。微生物肥料不但应用效果好，而且生产成本低，施用后能减少化肥用量和提高农产品质量，对于发展绿色农业(生态农业)、生产安全、无公害绿色食品以及降低农民投入、保护环境等具有十分重要的作用［2］。

微生物肥料质量控制一直是最突出的问题，其中载体是一个关键因素［3］。目前微生物肥料载体主要有蛭石、草炭及菌糠等，其中草炭应用较普遍［4］。但是，草炭是一种短期不可再生性的天然矿产资源，长期开采会对生态环境造成极大破坏，并且成本较高［5］。现今微生物肥料生产关键因素之一就是能否找到一种既满足微生物菌剂保存要求，又改善土壤生态环境、提供养分的载体。理想的载体应具有大量有序排列的微孔、比表面积大、吸附性强等特征，同时载体必须有利于菌种的生存和功能的发挥，可重复稳定生产，对作物和土壤无毒、无害［6］。畜禽粪便堆肥具有来源广泛、供应稳定、易腐熟、成本低、腐熟后细度高、吸附性能好且氮、磷、钾及有机质养分适宜等优点，不仅能给微生物提供良好的生活环境，而且可使微生物在堆肥内繁殖生长［7］。该研究利用堆肥为功能微生物的载体，减少草炭的用量，节约资源，探讨堆肥代替草炭作为功能微生物载体的可行性。

关于堆肥和微生物菌剂结合方式，印度学者用不灭菌的堆肥直接吸附哈茨木霉(Trichoderma harzianum)［8］，但更多的研究是在堆肥中添加促进腐熟的微生物菌剂［9-11］。席北斗等［12］研究发现，堆肥本身所含微生物对外来微生物的影响很大，当堆肥中微生物数量约为108cfu/g时，所接种的外来微生物不增殖，菌数迅速下降，并且当堆肥的含水量太高时，不但吸附能力差，而且易滋生霉菌，不利于外来微生物存活［13］。因此，堆肥必须完全腐熟，并且在含水量降低后才能作为微生物菌剂吸附载体。

该研究以不同比例配合的猪粪堆肥、谷糠和草炭为堆肥材料，风干后吸附具有解磷、解钾和拮抗作用的功能微生物混合菌剂，重点检微生物数量和pH的变化，以期为以堆肥作为吸附载体、生产高质量生物肥料提供理论依据，对提高肥效、促进微生物肥料行业发展具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1．1 试验材料 猪粪堆肥原料为农户家新鲜猪粪，然后实验室发酵堆制。将猪粪粪便发酵完全腐熟［14］的有机堆肥从发酵池中取出，放在通风处自然风干，直到含水量低于15%，自然风干后全 N、全 P、全 K 含量分别为 13．66、29．31、14．75 g/kg，有机质含量 203．00 g/kg，含水量 13．70%，pH 7．29，C/N 20．14。草炭为从市场购买的成品，其中有机质含量≥45%，氮磷钾含量≥5%，pH 6．5。谷糠收购于湖南当地农户，主要成分为油脂14% ～24%，蛋白质13% ～18%，无氮浸出物32% ～53%，灰分7% ～12%。猪粪堆肥、谷糠和草炭自然风干后过2 mm筛(10目)，备用。

该试验所用的菌种包括解磷细菌(P7)巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、解钾细菌(K8)胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)、阿佐联(A)(俄罗斯科学院乌发科研中心生物所研发，专利号No．2224791)。在3种菌种中，解磷细菌(P7)和解钾细菌(K8)筛选自湖南省邵东市牛马司煤矿复垦区土壤中，阿佐联(A)由山西农科院提供。

1．2 试验方法

1．2．1 液体微生物混合菌剂的制备。将活化好的菌种分别单独接种于LB液体培养基中，28℃，180 r/min振荡培养24～36 h，当菌含量在3×108cfu/ml以上时结束培养。采用比浊法调整各菌液浓度，使各菌液浓度处于同一水平，保证不同菌液中菌株含量接近，然后将各菌液等比例混合，制备成微生物混合菌液。

1．2．2 试验载体的制备。将谷糠、堆肥和草炭按表1比例混合，用报纸包好，高压蒸汽灭菌(121℃，2 h，2次灭菌，每次1 h［15］)，备用。

表1 不同载体混合比例 %

将液体微生物菌剂与载体按75%(V/W，液体/载体)吸附，保证载体湿润不结块，袋内没有水滴，制备样品。

先将载体放入封口袋内，再按照比例加入“1．2．1”制备的混合菌液，将两者在袋内混匀。混匀后将袋子封口，并在封口袋上部用针扎若干小孔。完成后，将封口袋放入恒温培养箱，30 ℃培养保存，在0．5、2．0、12．0、22．0 d 取样测定。

1．3 测定项目与方法 采用稀释涂平板法，用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基检测微生物数量［16］。pH测定采用电位法(水肥比 10∶1)。

1．4 数据处理 用Excel 2003和dps7．05软件进行统计分析。

2 结果与分析

2．1 堆肥、谷糠和草炭中微生物数量的影响

2．1．1 堆肥、谷糠和草炭中微生物数量的变化。由表2可知，草炭中微生物数量最高，其次是堆肥，但平板上观察堆肥的细菌种类最多。

表2 堆肥、谷糠和草炭中微生物数量的变化 ×107cfu/g

培养2 d，草炭、谷糠和堆肥中微生物数量都减少，表明微生物的减少量大于其增加量。可能的原因是在加入菌剂一段时间后，微生物对新环境有一个适应的过程，并且还未能充分利用载体里的能量物质大量合成新的微生物。之后，由于利用载体中的能量物质又大量合成微生物，微生物数量明显上升。

在不同取样测定时间，草炭中微生物数量均稍高于堆肥，但草炭和堆肥之间差异不显著。对于谷糠，微生物数量低于草炭和堆肥，可见谷糠对微生物的生长有一定的影响。

2．1．2 堆肥、谷糠和草炭不同组合方式中微生物的变化。处理②、③、④和处理⑥、⑦、⑧分别是在猪粪堆肥中添加不同比例的草炭和谷糠。由表3可知，随着添加草炭量的减少，处理②、③、④微生物数量增多，处理①中微生物数量比处理②、③多，但少于处理④，可能是微生物在较稳定的单一环境下更易生存和生长，并且堆肥中微生物可利用能量较多，经过一段时间后微生物大量繁殖。处理⑥、⑦、⑧微生物数量均明显高于处理⑤，处理⑦、⑧微生物数量高于处理⑨。这是由于处理⑤中只含有谷糠，在保存过程中谷糠发酵产酸，使得微生物急剧减少，但添加适量谷糠会使堆肥更加蓬松，比表面积增大，又有利于微生物的生长。

表3 堆肥、谷糠和草炭不同组合方式中微生物的变化 ×107cfu/g

2．2 堆肥、谷糠和草炭不同组合方式对载体pH的影响 由表4可知，处理①、②、③、④pH变化不大，草炭和堆肥组合在保存过程中没有明显的酸或碱的产生;只含有谷糠的处理⑤中pH明显低于其他处理，可能是由于谷糠水解产生草酸，导致pH降低，影响微生物生长环境;处理⑥、⑦、⑧、⑨随着谷糠比例的减少，pH升高，进一步证实pH的变化与谷糠有关，谷糠比例越大，pH越低。

表4 堆肥、谷糠和草炭不同组合方式中载体pH的变化

2．3 堆肥、谷糠和草炭不同组合方式的其他感官指标评定

2．3．1 湿度。研究表明，处理①～④与处理⑨较开始培养时略有下降;处理⑤～⑧湿度较高，并且从处理⑤到处理⑧湿度依次递减。风干后的堆肥仍存在一定的发酵过程，而谷糠更加明显，所以温度较高。

2．3．2 颜色。研究表明，各处理颜色与开始培养时差异不大。

2．3．3 气味。研究表明，处理①无特殊气味;处理②有轻微有机肥(猪粪)味道，并从处理②到处理④加重;处理⑤有酸败气味，可能是由于谷糠氧化产生草酸，处理⑤到处理⑧酸败气味依次降低，处理⑧有轻微有机肥(猪粪)味道;处理⑨有机肥(猪粪)味道明显。

2．3．4 物理状态。研究表明，处理①～④与处理⑧、⑨仍为过筛后的颗粒状，处理⑤结块现象严重，从处理⑤到处理⑦结块现象依次减少。

3 结论与讨论

草炭含有较丰富的能量物质，并且疏松多孔的物理特性也是作为微生物菌剂的理想载体，在保存过程中也能保持较稳定的性状。但是，草炭是短期不可再生性的天然矿产资源，成本较高，不能长期作为载体来使用，不符合可持续发展的理念。

而湖南当地猪粪和谷糠较多，尝试用猪粪堆肥来代替草炭作为微生物载体材料。堆肥中不仅含有较高的腐殖质，而且有丰富的有益微生物，与草炭相比具有较高的抑病效果［17-19］，且抑病效果持久［20］。同时，添加谷糠作为填充材料，在保证堆肥效果和不影响微生物生长的前提下，增加堆肥的蓬松性和比表面积，有利于微生物的存活和生长，也能在一定程度降低生产成本。将畜禽粪便和谷糠作为载体材料，风干后吸附功能微生物，对保护环境、提高肥效以及促进微生物肥料行业的发展具有重要意义。

研究表明，草炭虽然是最常用的载体材料，但不具有长期性，并对环境造成破坏，而堆肥完全可以作为其替代品。在堆肥、谷糠和微生物菌剂不同组合效果中，以75%堆肥+25%谷糠中微生物数量最高，并且具有无明显异味、物理性状稳定、不产生高温、成本较低等优点，可以选该配比作为载体材料。

［1］陈华癸，樊庆笙．微生物学［M］．北京:农业出版社，1985:90-91．

［2］葛诚．微生物肥料生产应用基础［M］．北京:中国农业科技出版社，2000:5-12．

［3］李永兴，匡柏健，李久蒂．不同载体对微生物菌剂质量的影响［J］．土壤肥料，1999(6):30-32．

［4］GEORGAKOPOULOS D G，FIDDAMAN P，LEIFERT C，et al．Biological control ofcucumber and sugar beet damping-off caused by Pythium ultimum with bacterial and fungal antagonists［J］．Journal of Applied Microbiology，2002，92:1078-1086．

［5］刘雯雯，姚拓，孙丽娜，等．菌糠作为微生物肥料载体的研究［J］．农业环境科学学报，2008，27(2):787-791．

［6］章淑艳．粉煤灰在硅酸盐菌剂中的应用［J］．河北省科学院学报，2006，23(3):30-33．

［8］SHARMA P K，SAHU K K．Farm production of T-64 using different organic materials from hilly zones of Chhattisgarh［J］．Advances in Plant Sciences，2008，21:39-41．

［9］徐同宝，李吕木，甄长丰，等．不同微生物对猪粪堆肥过程及其养分状况的影响［J］．农业工程学报，2008，24(11):217-221．

［10］王伟东，刘建斌，牛俊玲，等．堆肥化过程中微生物群落的动态及接菌剂的应用效果［J］．农业工程学报，2006，22(4):148-152．

［11］章淑艳．粉煤灰在硅酸盐菌剂中的应用［J］．河北省科学院学报，2006，23(3):30-33．

［12］席北斗，孟伟，刘鸿亮，等．三阶段控温堆肥过程中接种复合微生物菌群的变化规律研究［J］．环境科学，2003，24(2):152-154．

［13］梁东丽，谷洁，秦清军，等．接种菌剂对猪粪高温堆肥中酶活性的影响［J］．农业工程学报，2009，25(9):243-248．

［14］汤江武，吴逸飞，薛智勇，等．畜禽固弃物堆肥腐熟度评价指标的研究［J］．浙江农业学报，2003，15(5):293-296．

［15］SHERIDAN B A，CURERAN T P，DODD V A．Assessment of the influence of media particle size in the bio-filtration of odorous exhaust ventilation air from a piggery facility［J］．Bioresource Technology，2002，84(2):129-143．

［16］李阜棣，喻子牛，何绍江，等．农业微生物学实验技术［M］．北京:中国农业出版社，1996:69-74．

［17］YOGEV A，RAVIV M，KRITZMAN G，et al．Suppression of bacterial canker of tomato by composts［J］．Crop Protection，2009，28:97-103．

［17］ROCA P L，MARTÍNEZ C，MARCILLA P，et al．Composting rice straw with sewage sludge and compost effects on the soil-plant system［J］．Chemo-sphere，2009，75:781-787．

［18］NTOUGIAS S，PAPADOPOULOU K K，ZERVAKIS G L，et al．Suppression of soil-borne pathogens of tomato by composts derived from agro-industrial wastes abundant in Mediterranean regions［J］．Biology and Fertility of Soils，2008，44:1081-1090．

［19］ESCUADRA G M E，AMEMIYA Y．Suppression of Fusarium wilt of spinach with compost amendments［J］．Journal of General Plant Pathology，2008，74:267-274．

［20］KOSTOV O，LYNCH J M．Composted sawdust as a carrier for Bradyrhizobium，Rhizobium and Azospirillum in crop inoculation［J］．World Journal of Microbiology and Biotechnology，1998，14:389-397．