苦豆子茎秆粉基质发酵中碳素及氮素的变化

冯海萍 ，杨冬艳，丁志强，白生虎，杨志刚，刘晓梅

(1.宁夏农林科学院 种质资源研究所， 银川 750002；2.宁夏隆德县农牧局，宁夏隆德 756300；3.宁夏固原原州区农业技术推广中心，宁夏固原 756000)

苦豆子茎秆粉基质发酵中碳素及氮素的变化

冯海萍1，杨冬艳1，丁志强2，白生虎3，杨志刚2，刘晓梅3

(1.宁夏农林科学院 种质资源研究所， 银川 750002；2.宁夏隆德县农牧局，宁夏隆德 756300；3.宁夏固原原州区农业技术推广中心，宁夏固原 756000)

苦豆子茎秆；基质发酵；基质碳素；基质氮素

苦豆子是豆科槐属基部木质化成亚灌木植物，在中国主要分布于新疆、内蒙古、陕西、山西、宁夏、甘肃、西藏等省区，宁夏苦豆子资源集中分布在盐池、灵武、陶乐县(市)境内，零星分布于红寺堡、同心、中宁和中卫县，生长区分布面积为213 829 hm2，其来源丰富、可再生[1]。目前，关于苦豆子综合利用在生物农药[2]、医学临床[3]、饲料[4]上已有相关研究，在医学临床和生物农药开发也已进行了应用，但是苦豆子味微苦和茎易木质化，影响其作为饲料的适口性和消化率，经检测苦豆子茎秆粉氮质量分数为16.17 g/kg，磷质量分数为0.94 g/kg，钾质量分数为2.52 g/kg，养分含量高，其在基质开发方面具有可利用价值。基质化发酵是制作无土栽培基质的关键环节之一，目前，有关棉秆[5]、木薯茎秆[6]、花生壳[7]、醋糟[8]、枸杞枝条[9]、柠条粉[10]等基质化发酵的研究报道较多，但采用苦豆子茎秆粉发酵作为栽培基质的研究鲜见报道。添加外源微生物菌剂一方面可增加发酵原料中的微生物数量，促使堆体快速升温，另一方面则可更加有效和彻底地降解有机物，在短时间内实现有机废弃物资源化利用的目标[11-12]。氮源是基质发酵的核心问题之一，无机氮源易被微生物利用，有机氮源有利于持续被微生物利用，如鸡粪、尿素、复合肥等。如何通过发酵将苦豆子茎秆粉转化成栽培基质是该研究的探索方向，微生物菌剂和氮源是快速基质化的关键因子，因此，本试验将外源微生物和氮源应用于苦豆子茎秆基质发酵中，研究苦豆子茎杆基质化发酵中碳素及氮素的变化，为苦豆子茎秆基质的生产和应用提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2014-2015年在宁夏农科院试验基地进行试验，原料有苦豆子、鸡粪、粗纤维降解菌(粉剂，有效活菌总数≥109cfu/g)，其基本性质见表1。

表1 物料基本性质Table 1 Basic properties of materials

1.2 试验设计

将粉碎(长度0.5 cm左右)苦豆子茎秆粉装入发酵池(1 m3)，将水分含量调节至60%左右，试验采用单因素随机区组设计，设置5个处理，分别为：净苦豆子茎秆粉(T1)，苦豆子茎秆粉+粗纤维降解菌(T2)，苦豆子茎秆粉+有机肥+粗纤维降解菌(T3)、苦豆子茎秆粉+尿素+粗纤维降解菌(T4)、苦豆子茎秆粉+有机肥+尿素+粗纤维降解菌(T5)，以T1为对照，每个处理设3次重复，粗纤维降解菌剂按0.5 kg/m3苦豆子茎秆粉添加，分2次加入，第1次在发酵刚开始时加入，第2次在发酵10 d时结合翻料的同时加入，之后覆盖塑料薄膜进行发酵。

1.3 测定指标及方法

于发酵中第0、25、50天对发酵堆体进行取样，取每个重复的上中下物料混合约250 g，装入无菌袋，鲜样用于铵态氮和硝态氮的测定，晾干用于总碳、总氮测定，方法参照鲍士旦[13]中的测定。其中全氮采用凯氏定氮法测定，有机碳用重铬酸钾法测定。

温度：采用数显温度计测定，每2 d 测1 次上层(距堆体顶端25 cm 处)、中层(距堆体顶端50 cm 处)和下层温度(距堆体顶端75 cm 处)，平均为中心温度，同时监测环境温度。

1.4 数据处理方法

采用DPS 7.05和Microsoft Office Excel 2003对试验数据进行处理，采用DPS 7.05进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 苦豆子茎秆粉基质化发酵中堆体温度变化

由图1可以看出，不同处理堆体温度均表现先升高后下降的趋势，虽然在第15天、25天、35天、45天翻堆后温度又上升，但均没有达到之前各处理的最高温度，且最高温度逐渐降低，各处理均从第2天开始迅速升温，其中T4温度上升的速度最快，于第7天温度就超过60 ℃，达63.8 ℃，其次是T5，达62.5 ℃，以T1处理温度最低，这可能与发酵初期添加微生物菌、有机肥、尿素及尿素更易被微生物利用有关。通过对苦豆子茎秆基质化发酵期间温度检测和统计，5个处理堆温度保持50 ℃以上的时间依次为4、8、10、9、10 d，保持55 ℃以上的时间依次为1、4、6、5、6 d，说明接种粗纤维素降解菌和添加氮源提前并延长了堆体发酵的高温期，处理T5和T3堆腐效果较好。

图1 不同处理堆体温度的变化Fig.1 Changes of composting temperature under different treatments

2.2 苦豆子枝条粉基质化堆体碳素变化

由图2可以看出，不同处理碳素随着发酵的进行而逐渐降低，但降低的速度不同，各处理的降解速度均快于T1，至堆体腐熟后，以T5处理总有机碳和碳氮比值降解速度最快，较T1分别降低12.20%、27.76%，其次是T3处理，分别较T1降低10.83%、25.24%，显著快于其他处理，且两处理间无显著差异，T2处理降解速度最慢。说明随着发酵的进行和物料逐渐腐熟，添加微生物菌、有机肥、尿素有利于苦豆子粉基质堆料碳素的降解。相较而言，以添加有机肥+尿素+微生物菌和有机肥+微生物处理的有机碳分解现象较其他处理明显。

图中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。 Different lowercase letters means significant difference among treatments(P<0.05),the same as below.

2.3 苦豆子茎秆粉基质化发酵中堆体氮素变化

图3 不同处理对基质堆体全氮的影响Fig.3 Effects of different treatment on total nitrogen

图4 不同处理对基质堆体硝态氮和铵态氮的影响Fig.4 Effects of different treatments on substrate pile N-N and NH4+-N

3 结论与讨论

温度是堆肥过程的一个关键控制指标，其变化反映堆肥过程中微生物活性[14]。这种变化与堆肥中可被氧化分解有机质的含量呈正相关。无论何种物料的堆肥，其温度通常在开始的3～5 d 从环境温度迅速上升至 60～70 ℃的高温，并在这一水平持续一段时间后逐渐下降[15-16]。本试验从苦豆子粉基质化堆体温度来看，添加有机肥+尿素+接种微生物菌和添加有机肥+接种微生物处理堆体升温速度快，堆体高温期提前到来，高温持续时间较长(高于50 ℃，均达10 d，高于55 ℃，均达6 d)，加速苦豆子茎秆粉腐熟，缩短腐熟的时间，这与伍琪等[17]研究相似。说明添加氮源和微生物菌加速了苦豆子茎秆粉腐熟，且在加入一定量鸡粪、微生物菌的基础上添加尿素能影响苦豆子茎秆粉的发酵进程，在一定程度上促进物料腐熟，但差异不显著。

堆肥过程中的一切生物化学变化，都是在微生物及各种酶的参与下进行的[18]。碳源和氮源是微生物利用的能源和营养物质，在发酵过程中，碳源被消耗，转化成二氧化碳和腐殖质物质，氮以氨气的形式散失，或变为硝酸盐和亚硝酸盐、或是由生物体同化吸收[19-20]。堆肥进程酶及微生物都与碳、氮等基础物质代谢密切相关，分析碳素和氮素变化趋势可以反映堆肥的演替过程。本试验从苦豆子粉基质化堆体碳素和氮素变化来看，添加有机肥+尿素+接种微生物菌和添加有机肥+接种微生物处理降低堆料的有机碳和C/N值，增加堆料的总氮、硝态氮质量分数，均显著高于T1及其他处理，这与前人研究一致。说明添加氮源和微生物菌加速了苦豆子茎秆粉碳素的降解和氮素的转化，保证腐熟后的肥力，且在加入一定量鸡粪、微生物菌的基础上添加尿素对苦豆子茎秆粉的有机碳分解现象和氮素的转化较明显，在一定程度上提高堆肥产品质量，但差异不显著。

综合考虑，添加氮源和接种微生物菌对加快苦豆子粉基质腐熟具有促进效果，添加有机肥+尿素+接种微生物菌和添加有机肥+接种微生物这2个处理效果显著，因此，可以在这2种处理下进一步细化研究，对其作为基质进行园艺作物育苗及栽培的效果还需进一步研究。

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(责任编辑：史亚歌 Responsible editor:SHI Yage)

《西北农业学报》入选中国科学引文数据库(CSCD)核心库

近日，中国科学引文数据库(Chinese Science Citation Database，简称CSCD)来源期刊正式公布，2017-2018年度CSCD共收录来源期刊1229种，其中核心库885种(以备注栏中C为标记)，扩展库344种(以备注栏中E为标记)。《西北农业学报》入选2017-2018年度CSCD核心库，这也是《西北农业学报》首次入选CSCD核心库。

CSCD始创于1989年，现已成为我国规模最大、最具权威性的科学引文索引数据库，是目前我国高等院校和科研机构等进行项目申报、成果评估、人才选拔及文献计量的主要依据之一。CSCD来源期刊每两年遴选一次，《西北农业学报》自1997年被其收录至扩展库(E)，此次入选CSCD核心库(C)，标志着《西北农业学报》已经得到我国最具权威性的科学引文数据库的认可。

Changes of Carbon and Nitrogen Activity ofSophoraalopecuroidesStalks Substrate for Fermentation

FENG Haiping1,YANG Dongyan1,DING Zhiqiang2,BAI Shenghu3， YANG Zhigang2and LIU Xiaomei3

(1.Institute of Germplasm Resources,Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Science,Yinchuan750002,China；2. Ningxia Agriculture and Animal Husbandry,Longde Ningxia 756300,China；3.Guyuan Yuanzhou District Agricultural Technology Promotion Center,Guyuan Ningxia 756000,China)

Sophoraalopecuroidesstem; Fermentation; Matrix carbon ; Matrix nitrogen

2016-04-10 Returned 2016-06-14

National Natural Science Foundation of China(No.31501803);Pilot Project for Technology Innovation of Ningxia Academy of Science(No.NKYQ-16-05).

FENG Haiping,female,master,assistant researcher.Research area:vegetable physiology and soilless cultivation.E-mail: fenghaiping2005@163.com

日期：2017-06-05

2016-04-10

2016-06-14

国家自然科学基金(31501803)；宁夏农林科学院科技创新先导资金项目(NKYQ-16-05)。 第一作者：冯海萍，女，硕士，助理研究员，研究方向为蔬菜生理及无土栽培。E-mail:fenghaiping2005@163.com

S141.4

A

1004-1389(2017)06-0926-06

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170605.1728.032.html