秸秆降解菌的筛选及其降解效果研究

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我国是传统的农业大国,粮食年产量位居世界首位,农作物秸秆焚烧及其环境问题已受到国内外关注。作物秸秆原位降解还田是秸秆资源化利用、改良土壤理化性质的一项重要措施,但秸秆在自然条件下腐解速度慢,影响耕作,限制了其推广应用。因此,筛选安全、高效的秸秆降解菌,明确降解效果对秸秆还田、提高土壤质量具有重要意义。本文进行了秸秆高效降解菌的筛选和鉴定,探究了菌株在液态发酵条件下对玉米秸秆的降解情况,确定了各优势菌株最佳生长条件,构建并明确了秸秆复合降解菌系降解效果。主要研究结果如下:1.通过平板划线法、刚果红培养基初筛法、滤纸条崩解试验复筛,从我国东北地区农村堆积腐烂已久的秸秆堆和新鲜牛粪样品中筛选出了秸秆高效降解菌5株,明确了菌株的最适生长pH(7.5-8.5之间)和最适生长温度(20℃-30℃)。其中菌株NF6可在4℃下保持生长状态良好,表现出其耐低温的特性,可应用于北方温差较大环境。2.通过玉米秸秆液体发酵实验明确了不同菌株对秸秆的降解能力。其中,菌株NX9对玉米秸秆总量和秸秆半纤维素降解能力最强,降解率分别为(15d秸秆失重率达)53.88%和48%;菌JZ8次之,降解率为44%;菌株JF3对秸秆纤维素降解能力较强,相同培养时间条件下纤维素降解效果显著大于其他菌株,总体呈先快后慢的趋势,在第6d-12d是下降速度最快,6天内纤维素减少了33%,直至培养结束,纤维素降解率达52.1%;相对于纤维素和半纤维素,5种菌株对木质素的降解率较低,速度也最慢,其中菌株NF6对木质素降解能力较强,整个培养过程中,木质素降解率为37.7%。经过形态学观察、生理生化鉴定和16SrDNA序列分析,鉴定最优菌株NX9为苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)。3.通过将液态培养条件下,对秸秆中三种组分降解能力最强的菌株(NX9、JF3、NF6)进行拮抗实验,发现3种菌株之间均不存在抑制生长现象,利用其构建复合菌系,命名为MJ1,通过秸秆田间腐解模拟实验,发现该复合菌系能够有效促进玉米秸秆降解,同时提高土壤中有机质、速效氮、磷、钾含量,起到培肥土壤的作用。金属Fe2+催化复合菌剂秸秆降解实验结果表明,复合菌系MJ1配施金属Fe2+处理能够显著加快秸秆降解速率,同时对土壤中有机质及土壤物化性质的增强作用显著高于其他处理,土壤有机质含量达9.2%,较CK高11%;土壤速效N、P、K含量分别为:103.18 mg/kg-1、128.19 mg/kg-1、108.91 mg/kg-1,分别较CK高:20.4%、34.8%、29.2%。4.研发并优化了秸秆微生物催化降解工艺:金属Fe2+强化复合菌系MJ1秸秆降解。利用复合菌剂与金属催化相结合的秸秆降解效果优于单独施用复合菌及处理优于空白处理,不仅能够加快秸秆还田腐解,提高土壤理化性质,同时能够提高土壤种子发芽率,在解决秸秆固废问题的同时,实现绿色、环保、健康的土壤良性循环,同时兼具经济效益与应用前景。
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