论文部分内容阅读
我国玉米秸秆资源非常丰富,但目前对其利用很不充分。秸秆还田可以提高土壤养分,实现农业生产的可持续发展。但在我国北方春玉米区秋收后低温等气候因素限制还田秸秆的当季腐解,秸秆在土壤中腐解转化的时间较长,不仅不能作为当季作物的肥源还会影响后季作物播种质量。为加快原位还田玉米秸秆的分解速率,提高腐解质量,本研究从低温(年平均气温-7℃-8℃)生态环境中采集长年秸秆还田土壤、牛羊粪、腐烂树叶等样品为菌源材料,通过富集培养、碳源限制性继代培养与低温驯化等过程,筛选低温条件(4℃～10℃)下高效降解玉米秸秆的复合菌系,并明确其秸秆分解特性、菌种组成特性、稳定性和适应性以及应用效果,为北方地区低温条件(4℃～10℃)下玉米秸秆快速、高效腐解以及合理利用提供理论依据,并提供菌株资源。主要研究结果如下：1.玉米秸秆低温高效降解复合菌系的筛选：利用富集培养、限制性继代培养、低温逐代驯化等技术对128份采集于高寒地区玉米秸秆还田土壤、牛羊粪、腐烂树叶等菌源材料进行筛选,获得7个低温(10℃)、中温(15℃)双高效型菌系和20个低温(10℃)高效型菌系。进一步通过对不同代数菌系玉米秸秆降解率及纤维素酶活性动态分析,最终获得一组可在低温条件(4℃～10℃)下高效产纤维素酶,并稳定降解玉米秸秆的复合菌系GF-20,其在接种后12h内进入对数生长期,分泌纤维素酶,分解玉米秸秆成简单酯类或烃类。在10℃低温条件下培养15d,玉米秸秆降解率达到32.29%,较对照复合菌系No.8(本研究小组2013年筛选,温度15℃条件下降解率为22.02%)高出10.27%。2.玉米秸秆低温高效降解复合菌系菌种组成多样性：复合菌系GF-20由22种细菌和4种真菌组成。细菌组成分别为Azonexus hydrophilus、Azospira oryzae、Variovorax boronicumulans、Hydrogenophaga caeni、Herbaspirllum frisingense、Arcobacter cloacae、 Pseudomonas fuscovaginae、Cellvibrio mixtus subsp.mixtus、Seleniivibrio woodruffii、 Rhodococcus qingshengii、Terribacillus saccarophilus、Planococcus antarcticus、Bacillus licheniformis、Bacillus tequilensis、Clostridium populeti、Clostridium xylanolyticum、 Paludibacter propionicigenes、Pedobacter agri、Sphingobacterium cladoniae和Uncultured bacterium等。真菌主要为Lotharella globosa、Trichosporon sp.、Trichosporon loubieri和Chlamydomonas leiostraca。3.玉米秸秆低温高效降解复合菌系稳定性及适应性：复合菌系GF-20在分解玉米秸秆过程中区系变化较稳定,关键菌株稳定存在；在不同温度(4℃-30℃)和pH值(6.0-9.0)条件下继代培养、在变温条件(0℃-40℃)下连续培养,复合菌系性质、功能与组成均保持稳定,具有较强的稳定性和适应性；碳源为玉米秸秆、氮源为硫酸铵时复合菌系GF-20菌种组成更稳定,诱导复合菌系产纤维素酶,促进底物分解；复合菌系GF-20的临界稀释梯度为1014倍。4.玉米秸秆低温高效降解复合菌系应用：在接种量10%、pH值6.5、玉米秸秆和硫酸铵添加比40：1、温度10℃、渗透压浓度2.0%条件下发酵制成的腐解菌剂GF-20具有良好的促分解效果。在4℃、10℃和30℃条件下腐解60d,玉米秸秆降解率分别为29.00%、36.75%和59.47%,较对照绿康菌剂高出7.21%、9.78%和10.26%；碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量分别增加0%-5.32%、5.26%-14.17%、2.07%-3.57%和0.44%～2.94%；显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、B-葡萄糖苷酶和纤维素酶活性；增加土壤微生物丰富度指数与多样性指数,新增Candidatus saccharibacteria和Planctomycetia等微生物类群,促进Herbaspirillum lusitanum、Bacillus sp.、Cellvibrio fibrivorans和Melanocarpus albomyces等功能微生物数量的增加,且菌剂GF-20对玉米种子发芽率无影响。玉米秸秆低温高效降解复合菌系GF-20具有稳定的玉米秸秆分解活性和菌种组成稳定性,能在低温条件(4℃～10℃)下有效加快秸秆分解进程,提高土壤速效养分含量及酶活性,增加土壤微生物群落多样性,具有良好的开发潜力和应用前景。