馮海萍 ,楊冬艷,丁志強,白生虎,楊志剛,劉曉梅
(1.寧夏農林科學院 種質資源研究所, 銀川 750002;2.寧夏隆德縣農牧局,寧夏隆德 756300;3.寧夏固原原州區(qū)農業(yè)技術推廣中心,寧夏固原 756000)
苦豆子莖稈粉基質發(fā)酵中碳素及氮素的變化
馮海萍1,楊冬艷1,丁志強2,白生虎3,楊志剛2,劉曉梅3
(1.寧夏農林科學院 種質資源研究所, 銀川 750002;2.寧夏隆德縣農牧局,寧夏隆德 756300;3.寧夏固原原州區(qū)農業(yè)技術推廣中心,寧夏固原 756000)
苦豆子莖稈;基質發(fā)酵;基質碳素;基質氮素
苦豆子是豆科槐屬基部木質化成亞灌木植物,在中國主要分布于新疆、內蒙古、陜西、山西、寧夏、甘肅、西藏等省區(qū),寧夏苦豆子資源集中分布在鹽池、靈武、陶樂縣(市)境內,零星分布于紅寺堡、同心、中寧和中衛(wèi)縣,生長區(qū)分布面積為213 829 hm2,其來源豐富、可再生[1]。目前,關于苦豆子綜合利用在生物農藥[2]、醫(yī)學臨床[3]、飼料[4]上已有相關研究,在醫(yī)學臨床和生物農藥開發(fā)也已進行了應用,但是苦豆子味微苦和莖易木質化,影響其作為飼料的適口性和消化率,經檢測苦豆子莖稈粉氮質量分數為16.17 g/kg,磷質量分數為0.94 g/kg,鉀質量分數為2.52 g/kg,養(yǎng)分含量高,其在基質開發(fā)方面具有可利用價值。基質化發(fā)酵是制作無土栽培基質的關鍵環(huán)節(jié)之一,目前,有關棉稈[5]、木薯莖稈[6]、花生殼[7]、醋糟[8]、枸杞枝條[9]、檸條粉[10]等基質化發(fā)酵的研究報道較多,但采用苦豆子莖稈粉發(fā)酵作為栽培基質的研究鮮見報道。添加外源微生物菌劑一方面可增加發(fā)酵原料中的微生物數量,促使堆體快速升溫,另一方面則可更加有效和徹底地降解有機物,在短時間內實現有機廢棄物資源化利用的目標[11-12]。氮源是基質發(fā)酵的核心問題之一,無機氮源易被微生物利用,有機氮源有利于持續(xù)被微生物利用,如雞糞、尿素、復合肥等。如何通過發(fā)酵將苦豆子莖稈粉轉化成栽培基質是該研究的探索方向,微生物菌劑和氮源是快速基質化的關鍵因子,因此,本試驗將外源微生物和氮源應用于苦豆子莖稈基質發(fā)酵中,研究苦豆子莖桿基質化發(fā)酵中碳素及氮素的變化,為苦豆子莖稈基質的生產和應用提供理論和實踐依據。
1.1 試驗材料
于2014-2015年在寧夏農科院試驗基地進行試驗,原料有苦豆子、雞糞、粗纖維降解菌(粉劑,有效活菌總數≥109cfu/g),其基本性質見表1。
表1 物料基本性質Table 1 Basic properties of materials
1.2 試驗設計
將粉碎(長度0.5 cm左右)苦豆子莖稈粉裝入發(fā)酵池(1 m3),將水分含量調節(jié)至60%左右,試驗采用單因素隨機區(qū)組設計,設置5個處理,分別為:凈苦豆子莖稈粉(T1),苦豆子莖稈粉+粗纖維降解菌(T2),苦豆子莖稈粉+有機肥+粗纖維降解菌(T3)、苦豆子莖稈粉+尿素+粗纖維降解菌(T4)、苦豆子莖稈粉+有機肥+尿素+粗纖維降解菌(T5),以T1為對照,每個處理設3次重復,粗纖維降解菌劑按0.5 kg/m3苦豆子莖稈粉添加,分2次加入,第1次在發(fā)酵剛開始時加入,第2次在發(fā)酵10 d時結合翻料的同時加入,之后覆蓋塑料薄膜進行發(fā)酵。
1.3 測定指標及方法
于發(fā)酵中第0、25、50天對發(fā)酵堆體進行取樣,取每個重復的上中下物料混合約250 g,裝入無菌袋,鮮樣用于銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的測定,晾干用于總碳、總氮測定,方法參照鮑士旦[13]中的測定。其中全氮采用凱氏定氮法測定,有機碳用重鉻酸鉀法測定。
溫度:采用數顯溫度計測定,每2 d 測1 次上層(距堆體頂端25 cm 處)、中層(距堆體頂端50 cm 處)和下層溫度(距堆體頂端75 cm 處),平均為中心溫度,同時監(jiān)測環(huán)境溫度。
1.4 數據處理方法
采用DPS 7.05和Microsoft Office Excel 2003對試驗數據進行處理,采用DPS 7.05進行方差分析和多重比較。
2.1 苦豆子莖稈粉基質化發(fā)酵中堆體溫度變化
由圖1可以看出,不同處理堆體溫度均表現先升高后下降的趨勢,雖然在第15天、25天、35天、45天翻堆后溫度又上升,但均沒有達到之前各處理的最高溫度,且最高溫度逐漸降低,各處理均從第2天開始迅速升溫,其中T4溫度上升的速度最快,于第7天溫度就超過60 ℃,達63.8 ℃,其次是T5,達62.5 ℃,以T1處理溫度最低,這可能與發(fā)酵初期添加微生物菌、有機肥、尿素及尿素更易被微生物利用有關。通過對苦豆子莖稈基質化發(fā)酵期間溫度檢測和統(tǒng)計,5個處理堆溫度保持50 ℃以上的時間依次為4、8、10、9、10 d,保持55 ℃以上的時間依次為1、4、6、5、6 d,說明接種粗纖維素降解菌和添加氮源提前并延長了堆體發(fā)酵的高溫期,處理T5和T3堆腐效果較好。
圖1 不同處理堆體溫度的變化Fig.1 Changes of composting temperature under different treatments
2.2 苦豆子枝條粉基質化堆體碳素變化
由圖2可以看出,不同處理碳素隨著發(fā)酵的進行而逐漸降低,但降低的速度不同,各處理的降解速度均快于T1,至堆體腐熟后,以T5處理總有機碳和碳氮比值降解速度最快,較T1分別降低12.20%、27.76%,其次是T3處理,分別較T1降低10.83%、25.24%,顯著快于其他處理,且兩處理間無顯著差異,T2處理降解速度最慢。說明隨著發(fā)酵的進行和物料逐漸腐熟,添加微生物菌、有機肥、尿素有利于苦豆子粉基質堆料碳素的降解。相較而言,以添加有機肥+尿素+微生物菌和有機肥+微生物處理的有機碳分解現象較其他處理明顯。
圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05),下同。 Different lowercase letters means significant difference among treatments(P<0.05),the same as below.
2.3 苦豆子莖稈粉基質化發(fā)酵中堆體氮素變化
圖3 不同處理對基質堆體全氮的影響Fig.3 Effects of different treatment on total nitrogen
圖4 不同處理對基質堆體硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的影響Fig.4 Effects of different treatments on substrate pile N-N and NH4+-N
溫度是堆肥過程的一個關鍵控制指標,其變化反映堆肥過程中微生物活性[14]。這種變化與堆肥中可被氧化分解有機質的含量呈正相關。無論何種物料的堆肥,其溫度通常在開始的3~5 d 從環(huán)境溫度迅速上升至 60~70 ℃的高溫,并在這一水平持續(xù)一段時間后逐漸下降[15-16]。本試驗從苦豆子粉基質化堆體溫度來看,添加有機肥+尿素+接種微生物菌和添加有機肥+接種微生物處理堆體升溫速度快,堆體高溫期提前到來,高溫持續(xù)時間較長(高于50 ℃,均達10 d,高于55 ℃,均達6 d),加速苦豆子莖稈粉腐熟,縮短腐熟的時間,這與伍琪等[17]研究相似。說明添加氮源和微生物菌加速了苦豆子莖稈粉腐熟,且在加入一定量雞糞、微生物菌的基礎上添加尿素能影響苦豆子莖稈粉的發(fā)酵進程,在一定程度上促進物料腐熟,但差異不顯著。
堆肥過程中的一切生物化學變化,都是在微生物及各種酶的參與下進行的[18]。碳源和氮源是微生物利用的能源和營養(yǎng)物質,在發(fā)酵過程中,碳源被消耗,轉化成二氧化碳和腐殖質物質,氮以氨氣的形式散失,或變?yōu)橄跛猁}和亞硝酸鹽、或是由生物體同化吸收[19-20]。堆肥進程酶及微生物都與碳、氮等基礎物質代謝密切相關,分析碳素和氮素變化趨勢可以反映堆肥的演替過程。本試驗從苦豆子粉基質化堆體碳素和氮素變化來看,添加有機肥+尿素+接種微生物菌和添加有機肥+接種微生物處理降低堆料的有機碳和C/N值,增加堆料的總氮、硝態(tài)氮質量分數,均顯著高于T1及其他處理,這與前人研究一致。說明添加氮源和微生物菌加速了苦豆子莖稈粉碳素的降解和氮素的轉化,保證腐熟后的肥力,且在加入一定量雞糞、微生物菌的基礎上添加尿素對苦豆子莖稈粉的有機碳分解現象和氮素的轉化較明顯,在一定程度上提高堆肥產品質量,但差異不顯著。
綜合考慮,添加氮源和接種微生物菌對加快苦豆子粉基質腐熟具有促進效果,添加有機肥+尿素+接種微生物菌和添加有機肥+接種微生物這2個處理效果顯著,因此,可以在這2種處理下進一步細化研究,對其作為基質進行園藝作物育苗及栽培的效果還需進一步研究。
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(責任編輯:史亞歌 Responsible editor:SHI Yage)
《西北農業(yè)學報》入選中國科學引文數據庫(CSCD)核心庫
近日,中國科學引文數據庫(Chinese Science Citation Database,簡稱CSCD)來源期刊正式公布,2017-2018年度CSCD共收錄來源期刊1229種,其中核心庫885種(以備注欄中C為標記),擴展庫344種(以備注欄中E為標記)。《西北農業(yè)學報》入選2017-2018年度CSCD核心庫,這也是《西北農業(yè)學報》首次入選CSCD核心庫。
CSCD始創(chuàng)于1989年,現已成為我國規(guī)模最大、最具權威性的科學引文索引數據庫,是目前我國高等院校和科研機構等進行項目申報、成果評估、人才選拔及文獻計量的主要依據之一。CSCD來源期刊每兩年遴選一次,《西北農業(yè)學報》自1997年被其收錄至擴展庫(E),此次入選CSCD核心庫(C),標志著《西北農業(yè)學報》已經得到我國最具權威性的科學引文數據庫的認可。
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
國家自然科學基金(31501803);寧夏農林科學院科技創(chuàng)新先導資金項目(NKYQ-16-05)。 第一作者:馮海萍,女,碩士,助理研究員,研究方向為蔬菜生理及無土栽培。E-mail:fenghaiping2005@163.com
S141.4
A
1004-1389(2017)06-0926-06
網絡出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170605.1728.032.html