堆肥中具有纤维素降解功能的菌株筛选及其应用效果评价

作     者：李林超 

作者单位：山东农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高峥

授予年度：2020年

学科分类：090101[农学-作物栽培学与耕作学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：玉米秸秆 好氧堆肥 发芽指数 纤维素降解菌 纤维素酶活 

摘      要：我国是农业生产大国,随着农业生产水平不断的提高,农作物秸秆的产生量也逐年增加,随之带来了因农作物秸秆资源的不合理利用所造成的环境污染等问题。好氧堆肥作为一种处理农作物废弃物并使之资源化、无害化的有效手段,被广泛的应用和研究。近几年好氧堆肥堆肥主要通过接种有益菌剂来促进堆肥升温,加快堆肥腐熟速度,并一定程度上改善堆肥品质。因为不同堆肥原料不同,其组成和性质也不一样,所以各种堆肥中所添加的微生物菌剂也存在差异。目前农作物秸秆堆肥有许多与腐熟时间和堆肥质量有关的问题仍然没有得到解决。本研究从玉米秸秆堆肥中筛选能够高效降解纤维素的菌株,并对其进行菌种鉴定以及纤维素相关酶活的定量测定,以玉米秸秆、大白菜为堆肥原料,将秸秆、大白菜按照C/N约为57,含水量约为73%的标准进行调节,并进行了为期12天的菌种复接堆肥实验,设置接种所筛选3种菌株的等体积混合菌液的处理组和不添加菌液的对照组实验,每组3个重复。并通过菌种复接堆肥实验中的各种参数指标的变化来评价菌株对堆肥过程的影响,反映接种菌株对堆肥的应用效果,主要研究结果如下:（1）以玉米秸秆堆肥高温期样品,利用刚果红染色法初步获得43个具有纤维素降解功能的分离物。通过纤维素降解圈的测量和滤纸崩解实验,优选获得3株具有纤维素降解功能的菌株,分别编号为C31、C37、GD16。（2）菌株C31革兰氏染色结果为阳性,系统发育分析显示C31与链霉菌（Streptomyces drozdowiczii）相似性最高,达到99.36%;菌株C37革兰氏染色结果为阴性,系统发育分析显示其与黄麻链霉菌（Streptomyces corchorusii）亲缘关系较近,相似性达到99.28%;菌株GD16革兰氏染色呈阳性,孔雀绿染色显示产芽孢,GD16经鉴定与类芽孢杆菌（Paenibacillus pabuli）亲缘关系较近,相似性达99.54%。（3）根据DNS法测定纤维素酶活,实验结果显示,在37℃培养条件下,菌株C31的纤维素酶活最高,可达到4.8 U/mL。在滤纸酶酶活中,C31的滤纸酶酶活最高,可达到3 U/mL。在木聚糖酶酶活中GD16的木聚糖酶酶活性最高,可高达23 U/mL。（4）堆肥复接实验结果显示,向堆肥中接种3种菌株的等体积混合菌液可以加快堆肥腐熟速度,缩短堆肥周期。接种菌液后,接菌后的处理组在第一天达到最高温度66℃,而相同时间下,对照组的堆体温度为57℃,两个处理组相差8℃。接菌的处理组在高温期（50℃以上）维持时间比没有接菌的对照组增加了1天;堆肥pH比对照组更快的达到了稳定值并维持pH在8.5左右;与对照相比,堆肥后期处理的有机质含量（OM）下降较快。处理组接种后第12天OM含量均明显低于对照（P0.05）;处理组的种子发芽指数（GI）要比对照组上升的快,其中接菌的处理组的GI在第4天达到了80%,而对照组的GI则在第6天达到80%;到堆肥结束时接菌的处理组的GI值达到118%,而CK的GI为103%,处理组的GI值比CK高出了15.0%。（5）堆肥过程中堆肥样品的纤维素和半纤维素测定结果显示,处理组样品纤维素降解率为21.1%,半纤维降解率为7.2%,对照组纤维素降解率为10.9%,半纤维降解率为3.2%。最终堆肥产品中接种菌液的处理组比对照组纤维素降解率提高了10.2%,半纤维素降解率提高了4.0%。（6）在堆肥完成时,堆肥样品中的全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）等养分指标虽然没有达到显著差异水平,但是与对照组相比处理组的最终堆肥产品中全氮增加了4.94 g/kg,最终处理组养分含量比对照组有所提高。综上所述,在本研究中,通过将从堆肥材料中分离的纤维素降解菌C31、C37和GD16再次复接到堆肥中可显著提高堆肥温度,加快堆肥的启动,并延长堆肥高温期,最终缩短堆肥周期并改善了堆肥品质。