一种多功能复合型微生物菌肥的生产与肥效试验

袁 洋，郭玉玲，袁培博，王广照

（1.临沂市中磷生物肥料研究所，山东 临沂 276700；2.临沭县土肥站，山东 临沂 276700）

0 引言

当前农业发展面临着两个问题：一是集约化养殖产生的大量畜禽粪便丢弃以及农作物秸秆焚烧导致的水源污染和环境恶化已严重影响生态农业的可持续发展；二是长期过量不合理施用化肥导致土壤质量下降和退化，影响粮食安全和农田生态环境、土壤理化性状和土壤微生物区系、农产品品质等。

随着微生物领域科学技术进步，利用微生物技术，结合农业种植结构，研发构建以良性农田生态循环体系和作物营养综合体系为框架的功能型新生物肥料，成为环保、可持续农业发展研究的重点。

1 多功能复合型微生物菌肥的作用机制与产品功能设计

多功能复合型微生物菌肥是根据根际土壤微生态学和植物营养生理学原理，充分考虑微生物之间的拮抗、协调共生关系，农田生态环境、土壤理化性状和土壤微生物区系的关系与相互影响过程、作用机制，以特定的、相容的功能微生物活性菌为核心，采用内生芽孢杆菌应用技术，经过单独培植、联合发酵、科学复配，研发生产的具有修复土壤、防治污染功能的生态绿色微生物肥料。

利用微生物技术开发功能肥料，需掌握农田生态环境、土壤理化性状和土壤微生物区系的关系与相互影响过程、作用机制。土壤中微生物的种类较多，数量庞大，其生命活动过程中分泌的有机酸及酶类等物质可将土壤中钝化的磷、钾等矿物营养元素合成和转化为可被植物直接吸收利用的形态，还具有固氮、防病、促进生长的作用；其分泌的抗生素类物质可抑制病原微生物繁殖及土壤团粒结构形成。微生物生命代谢产物和死亡残体的化学组成及其分配、周转和稳定机制，具有调节植株微生态平衡、提供植物营养、提升作物品质和提高植物抗逆性的综合作用，其分解物质是土壤的重要组成部分。掌握土壤微生物的作用与肥效原理，为研究开发生产多功能复合型微生物肥料提供了理论基础。

2 微生物菌株的筛选、复配

微生物菌肥发挥肥料作用主要是靠菌种，多功能复合型微生物菌肥产品生产实施的关键是菌株的筛选、优化、培植和复配技术。

2.1 微生物菌株的筛选

通过查阅文献、标准和大量的试验示范，筛选培育了如下安全增产的微生物高效菌株。

（1）枯草芽孢杆菌，为土壤促生菌，产生的抗生素对病原菌有抑制作用；（2）地衣芽孢杆菌，可改善作物根际环境，促进作物根系生长，增强作物抗逆能力；（3）胶质芽孢杆菌，可通过分泌有机酸、氨基酸、多糖及多种酶，分解土壤中钝化的钾、硅、磷；（4）胶冻样芽孢杆菌，可提高作物抗逆性，抑制土传病害；（5）光合细菌，能增强作物光合作用，增加叶绿素含量，降解土壤中的有毒化合物；（6）哈茨木霉菌，可预防由腐霉菌、立枯丝核菌、镰刀菌、黑根霉、柱孢霉、核盘菌等病原菌引起的植物病害；（7）酵母菌，可产生促进细胞分裂的活性化物质，分解、转化营养物质。

2.2 微生物菌株的复配

菌剂复配，菌的种类并不是越多越好，而是要看复配后的菌剂微生物在其生命活动中产生的代谢产物是否抑制其他微生物的生长繁殖，掌握微生物种群之间的相互作用是菌剂复配的关键。种群之间相互作用包括中立生活、偏利作用、协同作用、互惠共生、寄生、捕食、偏害作用、竞争8 个方面。选择具备协同作用（是一种非专性的松散的联合）和互惠共生（是一种专性的和紧密的结合）的2种或2种以上微生物菌株复配，以提高种群优势。同时根据不同植物的特性，科学策划菌剂功能与植物生长周期特性适用性，选择针对性菌种制定复配生产方案。

微生物菌株复配采用具有协调共生关系的内生枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌与哈茨木霉菌、酵母菌、复合酶等物质，其中，单一菌剂含有效活菌数不低于200 亿/g。按试验成功的设定比例，在洁净干燥的空间内，接种并混合于经特殊处理的基质上，复配后的复合菌剂的有效总菌数达到5亿/g。

图1 多功能复合型菌剂生产工艺流程

3 多功能复合型微生物菌肥的生产试验

2018 年5—6 月，在山东临沂市临沭县曹庄进行禽畜粪便与玉米秸秆腐熟示范试验。

3.1 试验设计

试验设2 个处理：灭菌对照（I），对有机物料腐熟剂进行高温蒸汽灭菌，121.6 ℃灭菌30 min；发酵过程中使用多功能复合型微生物菌剂（Ⅱ）。每个处理设3个重复。

3.2 试验方法

预处理：将畜禽粪便与玉米秸秆切断成长度为2～4 cm，以10 t禽畜粪便与玉米秸秆为单元进行制堆，料堆的规格为长30 m、宽2 m、高1.2～1.5 m。对于处理I，于121.6 ℃采用高温蒸汽灭菌30min。对于处理Ⅱ，20 cm 厚为一层，逐层分别洒泼上多功能复合型微生物菌剂，菌剂使用量为禽畜粪便与玉米秸秆质量的5‰。调节碳氮比，并均匀加水，使得物料w（固）控制在65%左右，堆料完毕后用塑料薄膜封堆。

发酵管理：每天定时测气温和堆料温度，当堆料温度升高到40 ℃以上时第一次翻堆；当料温升高到60 ℃以上时，维持高温腐熟5～7 d，第二次翻堆；依次进行上述过程，直到料温不继续升高为止。

3.3 结果与分析

1） 多功能复合型微生物菌剂对禽畜粪便和玉米秸秆发酵温度和腐熟周期的影响

按照试验方法和设计要求，对不同条件下的预处理物料进行了发酵腐熟试验。分别测定了不同处理条件下料温变化动态，根据每个处理3个重复的料温平均值绘制发酵动力学曲线，结果见图2、图3。

图2 在起始温度5 ℃时秸秆、粪便预处理物料发酵曲线

图3 在起始温度20 ℃时秸秆、粪便预处理物料发酵曲线

从图2 可以看出，在环境温度为5 ℃时，多功能复合型微生物菌剂能够较快地启动发酵过程，升温快，高温阶段持续时间长，腐熟周期短。料温在4 d内就能达到40 ℃以上；经过第一次翻堆后，料温能够快速上升到50 ℃以上，而且高温阶段可以维持5～7 d 的时间。经4～5 次翻堆后，发酵基本结束。而经过灭菌处理的对照试验则不能启动发酵过程。

从图3可以看出，在环境温度为20 ℃时，使用多功能复合型微生物菌剂的处理，料温在1 d内就能达到40 ℃以上。经过第一次翻堆后，料温能够快速上升到60 ℃，而且高温阶段可以维持4 ～ 5 d 的时间。经过3～4次翻堆后，发酵基本结束，发酵周期为24 d左右。而灭菌对照发酵周期为40 d以上。

2） 多功能复合型微生物菌剂对畜禽粪便与玉米秸秆腐熟发酵质量的影响

物料松散度：使用多功能复合型微生物菌剂发酵后的物料变得疏松，手握为粉体感觉；而经过灭菌处理的物料在30 d后秸秆强度仍然较大。

经检测分析发现，多功能复合型微生物菌剂加速了纤维素、半纤维素和木质素等大分子有机物质的分解转化，腐熟后物料中氮、磷、钾等速效养分质量分数提高35%以上，w（H2O）小于10%；有效活菌数大于5 亿/g，蛔虫死亡率在95%以上，未检出大肠菌群，产品符合GB 20287—2006《农用微生物菌剂》以及NY 884—2012《生物有机肥》要求。腐熟后的物料腐殖化率显著提高，腐殖质稳定。

结果表明，多功能复合型微生物菌剂可有效缩短禽畜粪便与玉米秸秆的发酵腐熟周期，提高腐熟度，发酵过程启动加快，20 ℃发酵时60 ℃以上高温阶段持续时间达14 d，能大幅度降低粪便与秸秆中的虫卵数量，复壮抑病及营养菌群。

4 多功能复合型微生物菌肥的施用效果

2018年8月—2019年2月，为验证多功能复合型微生物菌肥的应用效果，在灌南县李集镇番茄上进行试验。

4.1 材料与方法

试验土壤为潮土，地势平坦，肥力均匀，土壤理化性状见表1。

表1 土壤理化性状

供试肥料：多功能复合型微生物菌肥。

供试品种及栽培方式：番茄，早丰，温棚栽培。

处理1，常规施肥；处理2，常规施肥+供试肥料基施；处理3（CK），常规施肥+供试肥料灭活基质基施；处理4，常规施肥+等量清水；

常规施肥：基肥以有机肥为主，每公顷施有机肥30 000 kg，硫酸钾型复合肥料（15-15-15）750 kg/hm2；在番茄挂果后追施硫酸钾型水溶肥料（15-25-15）300 kg/hm2；第二穗果、第四穗果膨大期分别追施水溶肥料（10-10-30），每次追施300 kg/hm2。

基施供试肥料：移栽前按30 m2用量450 g（150 kg/hm2）将供试肥料与10 kg 细土拌匀，采用沟施的方式施入栽植沟内。

基施供试肥料灭活基质：移栽前按30 m2用量450 g（150 kg/hm2）将供试肥料灭活基质与10 kg细土拌匀，采用沟施方式施入栽植沟内。

基施等量清水：移栽前将与供试肥料等量清水施入栽植沟内。

其余田间管理4个处理均一致。

4.2 结果与分析

4.2.1 不同处理对番茄生物学性状的影响

番茄基施供试肥料，植株健壮，叶色浓绿，供试肥料处理与供试肥料灭活基质处理相比，分枝数增加0.4个，单株结果数增加0.9个，单果质量增加5 g（见表2）；果实着色好，商品性好。

(4)现场验证结果表明，BP人工神经网络预测模型在实际生产中的应用效果较为理想，其平均相对误差仅为2.10%，利用此模型可对天然气脱硫装置MDEA溶液吸收能力进行准确预测。

表2 不同施肥处理番茄生物学性状

4.2.2 供试肥料对番茄产量的影响。

根据实际采摘情况计算产量，不同施肥处理统计结果见表3。

表3 不同施肥处理小区产量统计

施用供试肥料处理较基施供试肥料灭活基质处理增产7.0%。

4.2.3 经济效益分析

不同施肥处理的效益情况见表4。

表4 不同施肥处理经济效益分析

由表4可以看出，番茄施用供试肥料处理较基施供试肥料灭活基质处理每公顷纯增收17 553 元，投入产出比为1∶9。

5 试验结论

多功能复合型微生物菌肥在番茄上的增产效果显著，施用供试肥料处理较基施供试肥料灭活基质的处理增产6 667 kg/hm2，增产率为7.0%。该产品的使用能减少化学肥料使用量，改善土壤环境，提高作物品质，促进农业增收节支，是发展生态农业的有效途径。