枯草芽孢杆菌CY1固态发酵生产生物有机肥工艺优化及其生物学效应研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hquyuer
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生物有机肥作为环境友好型肥料,兼具有机肥和菌肥的肥料效应,可增进土壤肥力、促进作物生长、提高作物产量和改善农产品品质,在可持续农业发展中至关重要。然而目前大多数生物有机肥的生产采用将具有特定功能的微生物与有机肥直接混合即为生物有机肥的简单工艺,造成了生物有机肥有效活菌数低和功能不稳定等问题。针对上述问题,本研究从微生物生长繁殖规律和代谢产物累积特点角度出发,以本实验室保存的生防枯草芽孢杆菌CY1为功能菌株,以腐熟的猪粪有机肥为发酵基质,以有效活菌数为观测评价指标,采用单因素及多因素发酵试验设计,优化枯草芽孢杆菌CY1固态发酵生产生物有机肥的工艺参数,旨在提高枯草芽孢杆菌CY1的活菌数和生物有机肥的功能稳定性。此外,本研究以番茄为研究对象,研究了枯草芽孢杆菌CY1生产的生物有机肥对番茄植株生长发育、土壤养分特征及根际微生物群落结构功能的影响,分析了土壤-植物体系中生物有机肥及其重要组分对番茄的促生及增产机制,为高品质生物有机肥的生产奠定了理论基础。本研究取得的主要结果和结论如下:(1)在单因素试验的基础上,选取猪粪基质、辅料质量比8:2,其中辅料麸皮、豆粕、玉米粉质量比15:1:4,枯草芽孢杆菌CY1接种量5%。采用响应面分析优化固态发酵工艺,优化后的最佳工艺参数为:初始p H 7.51、KH2PO4含量0.75%、Mg SO4含量0.15%、Mn SO4含量0.15%、发酵温度36.10℃、葡萄糖含量6.00%、(NH4)2SO4含量0.75%、含水量26.33%,该条件下二次固态发酵产物有效活菌数最大,为4.57×1010 CFU/g。(2)单施菌剂、单施有机肥及生物有机肥均促进了番茄不同生育期的生长,增加了番茄地上部及地下部分生物量,增强了番茄植株花期的光合性能,提高了成熟期番茄果实的产量及品质,但是对果实的外形并没有改善。施用生物有机肥对收获期株高、地上干重、根干重、产量及维生素C含量有显著影响,与对照相比,分别提高了14.11%、3.60%、49.61%、49.06%及48.96%。因此,施用生物有机肥促进了番茄植株生长发育及生产力。(3)单施菌剂、单施有机肥及生物有机肥均显著影响了番茄两个生育期的土壤理化特性及胞外酶活性,其中,施用腐熟猪粪有机肥是提高土壤养分的主要驱动因素,施用枯草芽孢杆菌CY1菌剂是提高土壤胞外酶活性的主要驱动因素。施用生物有机肥对不同生长阶段土壤有机质、全氮、速效磷、β-1,4-葡萄糖苷酶活性及磷酸酶活性有显著影响,与对照相比,花期分别提高了123.91%、103.59%、111.75%、163.85%及250.37%,收获期分别提高了130.64%、125.52%、122.38%、100.35%及117.44%。因此,施用生物有机肥促进了根际土壤养分周转。(4)施用枯草芽孢杆菌CY1菌剂及猪粪堆肥有机肥均能提高番茄根际土壤细菌的多样性;施用猪粪堆肥有机肥显著的降低了番茄根际土壤真菌的多样性,枯草芽孢杆菌CY1菌剂对真菌多样性无显著影响。不同施肥处理对土壤微生物群落结构具有显著影响,其中有机肥是根际土壤微生物群落多样性及组成变化的主要驱动因素,分别解释了细菌和真菌群落变异的40.47%和54.26%。此外,基于指示种分析及“edge R”检验共检测出243个施肥敏感细菌及61个施肥敏感真菌,作为施肥措施对土壤微生物群落的“效应大小”的近似,它们分别占土壤群落总序列的19.94%和48.99%。(5)施用生物有机肥通过改变根际群落组成,显著提高了根际土壤好氧-化学异养功能、烃类降解能力、发酵功能及硝酸盐还原功能,降低了几丁质降解能力及硝化作用。外源枯草芽孢杆菌CY1可以通过招募变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门和芽单胞菌门影响施肥敏感微生物,且这些微生物在根际微生物互作网络中具有较高的共现度。此外,施肥敏感微生物群落物种组成与土壤理化性质及土壤胞外酶活性均具有显著的正相关,除绿弯菌门及担子菌门外,这些施肥敏感微生物门水平的相对丰度与番茄产量有显著的强相关。因此,施用生物有机肥会通过作用于具有关键功能的根际土壤微生物类群(即施肥敏感微生物)改变根际微生物群落互作模式,进而提高番茄作物产量。
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