沼渣微生物菌剂对土壤微生物数量、酶活及谷子生长的影响

毕少杰等

摘要：采用小区试验，研究沼渣微生物菌剂和龙疆微生物菌剂对土壤中细菌、放线菌和真菌数量及土壤酶活性的影响，测定菌剂施用后谷子株高和产量性状。结果表明，2种菌剂的施用均可提高谷子抽穗期根际土壤中细菌和放线菌的数量，降低真菌的数量，增强谷子抽穗期根际土壤中脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶的活性，促进谷子拔节期、抽穗期、成熟期株高，提高谷子的穗长、穗粒重和产量。与龙疆菌剂相比，沼渣菌剂对谷子抽穗期根际土壤中细菌和真菌数量，对抽穗期根际土壤中蛋白酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，对谷子的穗长、穗粒重和千粒重的影响均无差异。但当施用量达112.5 kg/hm2时，沼渣菌剂处理的谷子产量显著低于龙疆菌剂处理的谷子产量。可见，在微生物菌剂常规施用范围内，沼渣菌剂可代替龙疆菌剂中的载体用于微生物菌剂的生产，沼渣微生物菌剂可显著促进谷子产量的提高。

关键词：沼渣；微生物菌剂；微生物数量；土壤酶活；谷子

中图分类号：S141.9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）16-3868-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.16.009

Effect of Biogas Residue Biological Agents on Soil Microbial Quantity， Soil Enzyme Activity and the Growth of Millet

BI Shao-jie1， HONG Xiu-jie2， WANG Guo-xing1， ZHANG Yu-zhu1， FENG Hong-shan1， WANG Yan-jie1

（1. College of Life Science and Technology， Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing 163319， Heilongjiang， China；

2. Daqing Agricultural Technology Promotion Center， Daqing 163411， Heilongjiang， China）

Abstract： Plot experiments were conducted to investigate the effects of biogas residue biological agents （BA） and Longjiang biological agents （LA） on the quantity of bacteria， actinomycetes and fungi in the soil. Soil enzyme activity， plant height and yield of millet were measured under different biological agents. Results showed that the addition of BA and Longjiang biological agents （LA） could increase the number of bacteria and actinomycetes， decrease the number of fungi， improve activity of rhizosphere soil enzyme （urease， protease， invertase， phosphatase and catalase） in the millet heading stage， increase the millet height at the stage of jointing， heading and maturity， and improve the millet spike length， grain weight and yield. Compared with LA， BA had no significant difference on the number of bacteria and fungi， the activity of urease， protease， invertase， phosphatase， the millet spike length and grain weight. But when application of biological agents reached to more than 112.5 kg/hm2， the millet yield treated by BA was lower than that treated by LA. The correlation analysis showed that BA can significantly promote the yield of millet in conventional application of microbial agents range， and biogas residue can be used as LA carriers for the production of microbial agents.

Key words： biogas residues； biological agents； amount of microorganism； soil enzyme activity； millet

厌氧发酵的剩余物沼渣是由没有完全分解的原料及新产生的部分微生物菌体和代谢产物组成。原料的不同造成沼渣营养成分差异较大。厌氧发酵原料一般60%以上转化成生物气，35%滞留于沼渣中，其余留存于沼液中。沼渣中氮、磷、钾等营养成分的含量高于沼液。另外，沼渣通过厌氧消化处理，病菌和虫卵的生长受到抑制或被杀死，是一种相对卫生的肥料。中国建设起来的大中型沼气工程多为国家扶持项目，重在建设，轻视运行；重在产气量，忽视发酵剩余物的有效处理，这种现象在一定范围内存在。沼渣一般作为厌氧发酵后的一个副产品来对待，而不是作为生态农业中的一个重要环节来考虑。重视农业资源化利用的国家已把厌氧发酵处理作为实现农业废弃物循环利用的一个重要途径[1]。另外，沼渣肥的应用还缺乏规范的指导，沼渣肥一般称为沼渣有机肥，而其有机质含量不足10%[2]，达不到中国要求的有机肥料中有机质含量要达到45%的标准[3]。而沼渣肥的施用方式主要是直接做基肥或追肥[4，5]，施用时需要开沟或翻埋，而相应的施肥设备研制相对落后，致使施肥时需要投入较多的劳动力。沼渣肥施用过程中的脏、累和效率低等问题影响了农户应用沼渣肥的积极性。

生物肥是一类含有特定功能微生物的制品，通过微生物的活动，直接提供养分或活化土壤养分从而促进作物生产，提高产量和改善品质，主要包括微生物菌剂、复合微生物肥料及生物有机肥。生产生物肥的原料多为腐熟的畜禽粪便及农副产品加工废弃物。其中微生物菌剂所用的载体主要要求达到无害化[6]，而对所用的有机质含量无要求。因此，以沼渣作为微生物菌剂的载体材料，在资源化利用沼渣的同时，还可生产出优质的农用微生物菌剂产品。本文采用牛粪与餐厨垃圾混合厌氧发酵后的沼渣白黏土与微生物菌液混合制成农用微生物菌剂，以市售农用微生物菌剂产品为对照，研究供试微生物菌剂对谷子生长的影响，探索利用沼渣的新途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试谷子品种为金谷1号，早熟品种，抗病、抗旱、抗倒伏。适宜黑龙江省第一、第二积温带和第三积温带上限地区种植。播种前用清水漂洗，去除漂浮在上层的瘪谷及杂质，自然晾干后播种。沼渣为餐厨垃圾与牛粪混合发酵剩余物充分沉降后的沉淀物，经自然风干后备用。

沼渣微生物菌剂（沼渣菌剂）所用菌种为Pseudomonas pulida和Enterobacter cloacae，系黑龙江省科技厅国际交流合作项目引进菌种；所用载体为沼渣和白黏土（质量比为8.5∶1.5）。将沼渣和白黏土按比例充分混合后，加入Pseudomonas pulida和Enterobacter cloacae的发酵菌液，采用挤压造粒技术生产出粒径为2.0～4.0 mm、有效活菌数≥1.0 亿/g的颗粒菌剂。市售的农用微生物菌剂产品为龙疆恩地农用微生物菌剂（龙疆菌剂），由黑龙江省牡丹江农垦龙疆肥业有限公司提供，有效活菌数≥1.0 亿/g的颗粒菌剂，所用载体主要为鸡粪、腐殖酸和白黏土，菌种同沼渣菌剂。

1.2 试验设计

试验在黑龙江省肇东市尚家镇农户家的耕地进行，前茬为玉米，地势平坦，肥力均匀，施掺混肥375 kg/hm2做底肥一次性施入。土壤性质为有机质27.1 g/kg，全氮0.48 g/kg，速效磷32.6 mg/kg，速效钾193.2 mg/kg。小区面积19.5 m2（行长5 m、行距65 cm、6行区），另设保护行两垄。沼渣菌剂及市售菌剂均以基肥施入，施用量分别为37.5、75.0和112.5 kg/hm2，以不施微生物菌剂处理作对照，每处理3次重复。采用豁沟浇水宽播的方法，全生育期内除草、中耕等按当地大田生产标准方式进行管理。

1.3 测定指标及方法

在谷子抽穗期，采用5点混合法，用铁锹取谷子根部，用抖土法收集根部土壤，分别装入无菌塑料袋，其中部分新鲜样品用于土壤微生物数量的测定，剩余土壤样品在避光通风处风干土壤用于酶活性的测定。土壤脲酶、磷酸酶、蛋白酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性的测定分别采用奈氏比色法、磷酸苯二钠法、茚三酮比色法、3，5-二硝基水杨酸比色法和高锰酸钾滴定法[7]。根际土壤微生物数量的测定采用常规稀释平板法，细菌采用混菌法接种，真菌和放线菌采用涂抹法接种[8]。

2 结果与分析

2.1 2种菌剂对抽穗期根际土壤微生物数量的影响

土壤微生物主要由细菌、真菌和放线菌组成，其数量与活性直接影响着土壤腐殖质的合成与有机物的分解。从表1可见，与对照相比，供试菌剂处理量达到75.0 kg/hm2时，细菌的数量显著增加；供试菌剂施用量达到37.5 kg/hm2时，真菌的数量显著低于对照；在沼渣菌剂和龙疆菌剂的施用量分别达到112.5和37.5 kg/hm2时，放线菌的数量显著高于对照。

2种菌剂相比，在供试施用量范围内，细菌和真菌数量差异不显著；当供试菌剂施用量达到37.5 kg/hm2以上时，沼渣菌剂处理的放线菌数量显著低于龙疆菌剂的处理。

2.2 2种菌剂对抽穗期根际土壤酶活性的影响

土壤酶活性是土壤能量代谢、物质转化和土壤质量高低的一个重要生物指标。

脲酶是土壤中氮素转化必需的一种酶，土壤的供氮能力可以用脲酶的活性来表示[9]。由表2可以看出，沼渣菌剂施用量在75.0 kg/hm2以上的处理可显著提高脲酶的活性，供试龙疆菌剂的所有处理均可显著提高脲酶的活性。2种菌剂相比，施用量在112.5 kg/hm2的处理，沼渣菌剂处理的脲酶活性显著低于龙疆菌剂的处理。

土壤蛋白酶是以蛋白质为底物进行水解，水解产生短肽，短肽水解产生氨基酸，水解的产物作为植物氮源被利用，因此土壤蛋白酶的活性高低可以体现出土壤氮素的营养状况[10]。蔗糖酶也称为转化酶，其活性可以反映土壤中氮素的转化情况，促进土壤中易溶性物质的增加，是体现土壤肥力的一个重要指标[11]。磷酸酶在土壤中有机磷化合物的水解过程中起重要作用，可以促进有机磷脱磷，将无效磷转化为植物可吸收的有效磷。2种菌剂的施用量在37.5 kg/hm2以上的供试处理均可显著提高土壤蛋白酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性。2种菌剂相比，在供试施用量的处理范围内土壤蛋白酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性差异不显著。

过氧化氢酶是一种保护酶，参与土壤微生物的呼吸代谢及一些氧化还原反应，消除有害的过氧化氢。过氧化氢酶活性与土壤微生物数量、活性及土壤肥力有关[12]。与对照相比，2种菌剂的施用量在37.5 kg/hm2以上的供试处理均可显著提高土壤过氧化氢酶的活性。2种菌剂相比，在供试施用量范围内，施用量37.5 kg/hm2以上时龙疆菌剂处理的土壤过氧化氢酶的活性显著高于沼渣菌剂的处理。

2.3 2种菌剂对不同生育期谷子株高的影响

从表3可知，2种菌剂对谷子苗期株高没有影响。在拔节期，沼渣菌剂的施用量在75.0 kg/hm2、龙疆菌剂的施用量在37.5 kg/hm2以上的处理的株高均显著高于对照。2种菌剂的施用量在37.5 kg/hm2以上的处理均可显著提高抽穗期和成熟期的株高。

供试的2种菌剂相比，只有施用量达到112.5 kg/hm2的处理，在谷子的成熟期和抽穗期，沼渣菌剂处理的株高显著低于龙疆菌剂的处理。供试的其他生育期和施用量，2种菌剂处理的株高相比差异不显著。

2.4 2种菌剂对谷子产量性状的影响

2种菌剂对谷子产量性状的影响见表4。与对照相比，2种菌剂不同施用量的处理均可显著提高谷子的穗长和穗粒重，对千粒重无影响。2种菌剂的施用量在37.5 kg/hm2时，谷子的产量显著提高；随施用量的增加，沼渣菌剂处理的产量不再增加，而龙疆菌剂的施用量达到112.5 kg/hm2时，谷子的产量显著高于其他施用量的处理。2种菌剂相比，在供试施用量范围内，2种菌剂处理的穗长、穗粒重和千粒重均无差异；在施用量为112.5 kg/hm2时，龙疆菌剂处理的谷子产量显著高于沼渣菌剂的处理。

3 小结与讨论

微生物菌剂是以畜禽粪便、农副产品加工废弃物等为载体，含有功能微生物的生物肥料。将其施入土壤中可以起到“接种”的作用，为土壤提供一定的有益微生物菌源[13]。土壤微生物的群落结构和活性对保持土壤肥力具有重要意义。土壤微生物的组成会受到施肥模式[14]、耕作方式[15]的影响。有研究表明，施加农用微生物菌剂可以使作物根际微生物的类群发生改变[16，17]。通过对根际微生物数量的研究表明，2种菌剂均可提高细菌和放线菌的数量，并呈现随应用剂量的提高而增加的趋势。细菌可促进土壤养分的转化；放线菌可促进土壤有机质的转化，还可以产生具有一定拮抗土传病害的抗生素。2种菌剂处理可显著降低土壤中真菌的数量。而真菌的数量减少可以降低真菌病害发生的风险[18]。在供试菌剂施用量处理范围内，沼渣菌剂处理的放线菌数量显著低于龙疆菌剂的处理，而2种菌剂处理的细菌和真菌数量无差异。放线菌数量的差异可能与2种菌剂所含有机质含量不同有关。土壤中放线菌的数量与有机质的施用量直接相关[19]，而沼渣菌剂的有机质含量低于龙疆菌剂，可能与龙疆菌剂中含有相对较高的有机质促进了放线菌的生长有关。

植物根系和土壤微生物的分泌产生土壤酶[20]，其活性是土壤肥力的一个标志，也是有机养分在土壤中进行转化的一个重要影响因素[21]。土壤中碳、氮和磷等的转化与土壤中脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的活性密切相关[22]。过氧化氢酶的活性随土壤有机质含量的提高而升高[23]。本研究中发现供试2种菌剂可显著提高土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性。2种菌剂相比，龙疆菌剂施用量在112.5 kg/hm2的处理，沼渣菌剂处理的脲酶活性显著低于龙疆菌剂的处理；而龙疆菌剂处理在较低的施用量37.5 kg/hm2时，过氧化氢酶活性显著高于沼渣菌剂处理。表明相对沼渣菌剂处理，龙疆菌剂处理对脲酶和过氧氢酶的活性的影响更明显。

农用微生物菌肥中含有分解磷、钾或具有促生作用的微生物菌体，可以促进有机质的分解，使无效养分有效化，有的微生物菌种还可以分泌一些促进作物生长的激素类物质。本研究中供试的2种微生物菌剂所有的菌种为Pseudomonas pulida和Enterobacter cloacae，前期研究利用2种菌制作的生物肥对水稻生长的影响，结果表明生物菌肥不仅可以促进水稻的生长，还可以解除残留量为0.03 ？滋g/kg氯嘧磺隆对水稻生长的抑制[24]。本研究中2种菌剂的施用均可促进谷子拔节期、抽穗期和成熟期谷子的株高；在施用量达到112.5 kg/hm2时，龙疆菌剂对谷子株高的促进作用要显著高于沼渣菌剂的处理。2种菌剂的处理对谷子千粒重没有显著的影响，而显著促进了穗长和增加了穗粒重。在施用量为37.5和75.0 kg/hm2时，2种菌剂对谷子增产效果无差异。2种菌剂的应用可显著提高谷子的产量，但随着沼渣菌剂施用量的增加，产量增加不显著；龙疆菌剂的处理在施用量达到112.5 kg/hm2时产量最高。

综上所述，以沼渣作为微生物菌剂的载体材料，在资源化利用沼渣的同时，生产优质的农用微生物菌剂产品是可行的。

参考文献：

[1] BERGLUND M， B？魻RJESSON P. Assessment of energy performance in the life-cycle of biogas production[J]. Biomass and Bioenergy， 2006， 30（3）： 254-266.

[2] 黄惠珠.沼肥营养成分与污染物分析研究[J].福建农业学报，2010，25（1）：86-89.

[3] NY 525-2012，中华人民共和国有机肥农业行业标准[S].

[4] 武志峰，杨 春，张艳丽，等.田间沼渣肥力效果的试验研究[J].湖北农业科学，2014，53（21）：5139-5141.

[5] 赵 玲，刘庆玉，张 敏，等.干旱胁迫下沼渣对基质特性及草莓植株PSⅡ光化学活性的影响[J].可再生能源，2011，29（6）：110-114.

[6] GB 20287-2006，中华人民共和国国家标准[S].

[7] 周礼恺.土壤酶学[M].北京：科学出版社，1987.

[8] 中国科学院南京土壤研究所微生物室.土壤微生物研究法[M].北京：科学出版社，1985.

[9] 孙瑞莲，赵秉强，朱鲁生，等.长期定位施肥对土壤酶活性的影响及其调控土壤肥力的作用[J].植物营养与肥料学报，2003，9（4）：406-410.

[10] 孙传范，戴延波，曹卫星.不同施氮水平下增铵营养对小麦生长和氮素利用的影响[J].植物营养与肥料学报，2003，9（1）：33-38.

[11] 解媛媛，谷 洁，高 华，等.微生物菌剂酶制剂化肥不同配比对秸杆还田后土壤酶活性的影响[J].水土保持研究，2010， 17（2）：233-238.

[12] 黄继川，彭智平，于俊红，等.施用玉米秸杆堆肥对盆栽芥菜土壤酶活性和微生物的影响[J].植物营养与肥料学报，2010， 16（2）：348-353.

[13] 吕 军，文庭池，郭刊亮，等.酒糟生物有机肥和微生物菌剂对土壤微生物数量及高粱产量的影响[J].农业现代化研究，2013，34（4）：502-506.

[14] CHEN S K， SUBLER S，EDWARDS C A.Effects of agricultural bio-stimulants on soil microbial activity and nitrogen dynamics[J]. Applied Soil Ecology， 2002， 19（3）：249-259.

[15] BRIAR S S， FONTE S J， PARK I， et al. The distribution of nematodes and soil microbial communities across soil aggregate fractions and farm management systems[J]. Soil Biology and Biochemistry， 2011， 43（5）： 905-914.

[16] CHEN S N， GU J， GAO H， et al. Effect of microbial fertilizer on microbial activity and microbial community diversity in the rhizosphere of wheat growing on the Loess Plateau[J]. African Journal of Microbiology Research，2011，5（2）：137-143.

[17] ZHANG H H， TANG M， CHEN H， et al. Effects of inoculation with ectomycorrhizal fungi on microbial biomass and bacterial functional diversity in the rhizosphere of Pinus tabulaeformis seedlings[J]. European Journal of Soil Biology， 2010， 46（1）： 55-61.

[18] 张鸿雁，薛泉宏，早光辉，等.放线菌制剂对人参生长及根域土壤微生物区系的影响[J].应用生态学报，2013，24（8）： 2287-2293.

[19] 张云伟，徐 智，汤 利，等.不同有机肥对烤烟根际土壤微生物的影响[J].应用生态学报，2013，24（9）：2551-2556.

[20] TADANO T， OZAWA K， SAKAI H， et al. Secretion of acid phosphatase by the roots of crop plants under phosphorus-deficient conditions and some properties of the enzyme secreted by lupin roots[J]. Plant and Soil， 1993，155-156（1）：95-98.

[21] BURNS R G. Enzyme activity in soil： Location and possible role in microbial ecology[J]. Soil Biology and Biochemistry， 1982， 12： 423-427.

[22] 刘恩科，赵秉强，李秀英，等.长期施肥对土壤微生物量及土壤酶活性的影响[J].植物生态学报，2008，32（1）：176-182.

[23] 隋跃宇，焦晓光，高崇生，等.土壤有机质含量与土壤微生物量及土壤酶活性关系的研究[J].土壤通报，2009，40（5）：1036-1039.

[24] 王彦杰，左豫虎，荆瑞勇，等.生物肥对氯嘧磺隆残留的降解及对水稻生长的影响[J].中国生态农业学报，2010，18（4）：852-855.