馮海萍 ，楊冬艷，丁志強(qiáng)，白生虎，楊志剛，劉曉梅

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 種質(zhì)資源研究所， 銀川 750002；2.寧夏隆德縣農(nóng)牧局，寧夏隆德 756300；3.寧夏固原原州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，寧夏固原 756000)

苦豆子莖稈粉基質(zhì)發(fā)酵中碳素及氮素的變化

馮海萍1，楊冬艷1，丁志強(qiáng)2，白生虎3，楊志剛2，劉曉梅3

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 種質(zhì)資源研究所， 銀川 750002；2.寧夏隆德縣農(nóng)牧局，寧夏隆德 756300；3.寧夏固原原州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，寧夏固原 756000)

苦豆子莖稈；基質(zhì)發(fā)酵；基質(zhì)碳素；基質(zhì)氮素

苦豆子是豆科槐屬基部木質(zhì)化成亞灌木植物，在中國主要分布于新疆、內(nèi)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(nèi)，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(guān)于苦豆子綜合利用在生物農(nóng)藥[2]、醫(yī)學(xué)臨床[3]、飼料[4]上已有相關(guān)研究，在醫(yī)學(xué)臨床和生物農(nóng)藥開發(fā)也已進(jìn)行了應(yīng)用，但是苦豆子味微苦和莖易木質(zhì)化，影響其作為飼料的適口性和消化率，經(jīng)檢測苦豆子莖稈粉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.17 g/kg，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.94 g/kg，鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.52 g/kg，養(yǎng)分含量高，其在基質(zhì)開發(fā)方面具有可利用價值?；|(zhì)化發(fā)酵是制作無土栽培基質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，目前，有關(guān)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(zhì)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(zhì)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(shù)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(jī)物，在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物資源化利用的目標(biāo)[11-12]。氮源是基質(zhì)發(fā)酵的核心問題之一，無機(jī)氮源易被微生物利用，有機(jī)氮源有利于持續(xù)被微生物利用，如雞糞、尿素、復(fù)合肥等。如何通過發(fā)酵將苦豆子莖稈粉轉(zhuǎn)化成栽培基質(zhì)是該研究的探索方向，微生物菌劑和氮源是快速基質(zhì)化的關(guān)鍵因子，因此，本試驗(yàn)將外源微生物和氮源應(yīng)用于苦豆子莖稈基質(zhì)發(fā)酵中，研究苦豆子莖桿基質(zhì)化發(fā)酵中碳素及氮素的變化，為苦豆子莖稈基質(zhì)的生產(chǎn)和應(yīng)用提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2014-2015年在寧夏農(nóng)科院試驗(yàn)基地進(jìn)行試驗(yàn)，原料有苦豆子、雞糞、粗纖維降解菌(粉劑，有效活菌總數(shù)≥109cfu/g)，其基本性質(zhì)見表1。

表1 物料基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(diào)節(jié)至60%左右，試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)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(jī)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(jī)肥+尿素+粗纖維降解菌(T5)，以T1為對照，每個處理設(shè)3次重復(fù)，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(jié)合翻料的同時加入，之后覆蓋塑料薄膜進(jìn)行發(fā)酵。

1.3 測定指標(biāo)及方法

于發(fā)酵中第0、25、50天對發(fā)酵堆體進(jìn)行取樣，取每個重復(fù)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(jī)碳用重鉻酸鉀法測定。

溫度：采用數(shù)顯溫度計(jì)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(shù)據(jù)處理方法

采用DPS 7.05和Microsoft Office Excel 2003對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用DPS 7.05進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦豆子莖稈粉基質(zhì)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(xiàn)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(dá)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(dá)63.8 ℃，其次是T5，達(dá)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(jī)肥、尿素及尿素更易被微生物利用有關(guān)。通過對苦豆子莖稈基質(zhì)化發(fā)酵期間溫度檢測和統(tǒng)計(jì)，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(zhì)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(jìn)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(jī)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(jìn)行和物料逐漸腐熟，添加微生物菌、有機(jī)肥、尿素有利于苦豆子粉基質(zhì)堆料碳素的降解。相較而言，以添加有機(jī)肥+尿素+微生物菌和有機(jī)肥+微生物處理的有機(jī)碳分解現(xiàn)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(zhì)化發(fā)酵中堆體氮素變化

圖3 不同處理對基質(zhì)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(zhì)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

3 結(jié)論與討論

溫度是堆肥過程的一個關(guān)鍵控制指標(biāo)，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(jī)質(zhì)的含量呈正相關(guān)。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(yàn)從苦豆子粉基質(zhì)化堆體溫度來看，添加有機(jī)肥+尿素+接種微生物菌和添加有機(jī)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(dá)10 d，高于55 ℃，均達(dá)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(chǔ)上添加尿素能影響苦豆子莖稈粉的發(fā)酵進(jìn)程，在一定程度上促進(jìn)物料腐熟，但差異不顯著。

堆肥過程中的一切生物化學(xué)變化，都是在微生物及各種酶的參與下進(jìn)行的[18]。碳源和氮源是微生物利用的能源和營養(yǎng)物質(zhì)，在發(fā)酵過程中，碳源被消耗，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和腐殖質(zhì)物質(zhì)，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(jìn)程酶及微生物都與碳、氮等基礎(chǔ)物質(zhì)代謝密切相關(guān)，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(yàn)從苦豆子粉基質(zhì)化堆體碳素和氮素變化來看，添加有機(jī)肥+尿素+接種微生物菌和添加有機(jī)肥+接種微生物處理降低堆料的有機(jī)碳和C/N值，增加堆料的總氮、硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，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(zhuǎn)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(chǔ)上添加尿素對苦豆子莖稈粉的有機(jī)碳分解現(xiàn)象和氮素的轉(zhuǎn)化較明顯，在一定程度上提高堆肥產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)腐熟具有促進(jìn)效果，添加有機(jī)肥+尿素+接種微生物菌和添加有機(jī)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(jìn)一步細(xì)化研究，對其作為基質(zhì)進(jìn)行園藝作物育苗及栽培的效果還需進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯：史亞歌 Responsible editor:SHI Yage)

《西北農(nóng)業(yè)學(xué)報》入選中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD)核心庫

近日，中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)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(biāo)記)，擴(kuò)展庫344種(以備注欄中E為標(biāo)記)。《西北農(nóng)業(yè)學(xué)報》入選2017-2018年度CSCD核心庫，這也是《西北農(nóng)業(yè)學(xué)報》首次入選CSCD核心庫。

CSCD始創(chuàng)于1989年，現(xiàn)已成為我國規(guī)模最大、最具權(quán)威性的科學(xué)引文索引數(shù)據(jù)庫，是目前我國高等院校和科研機(jī)構(gòu)等進(jìn)行項(xiàng)目申報、成果評估、人才選拔及文獻(xiàn)計(jì)量的主要依據(jù)之一。CSCD來源期刊每兩年遴選一次，《西北農(nóng)業(yè)學(xué)報》自1997年被其收錄至擴(kuò)展庫(E)，此次入選CSCD核心庫(C)，標(biāo)志著《西北農(nóng)業(yè)學(xué)報》已經(jīng)得到我國最具權(quán)威性的科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫的認(rèn)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(xué)基金(31501803)；寧夏農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新先導(dǎo)資金項(xiàng)目(NKYQ-16-05)。 第一作者：馮海萍，女，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)槭卟松砑盁o土栽培。E-mail:fenghaiping2005@163.com

S141.4

A

1004-1389(2017)06-0926-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170605.1728.032.html