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秸秆其研究多集中在还田方式上 |
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农作物秸秆含有丰富的氮、磷、钾及微量元素等，但利用指数不高，大部分被焚烧，造成对环境的严重污染，影响航空和高速公路运输，同时也大大减少了土壤有机质的投入，严重影响着土壤的可耕性。充分合理利用纤维素类物质，特别是早稻秸秆的合理利用，已是一项急切而艰巨的任务。将秸秆直接还田，配合有效的方法，使秸秆既可以腐熟为当季作物利用，又不危害作物的生长，是对秸秆资源有效利用和适应生态农业发展需要的较佳途径[2].但是秸秆中C/N值较高，一般在（6080）∶1，使秸秆在土壤中分解缓慢，微生物与作物“争氮”，影响苗期生长，进而影响后期产量[3，4].秸秆生物腐熟剂的施用，能够促进早稻秸秆的腐熟，部分解决由此而引起的不良影响。纤维素强分解菌的筛选，是研制秸秆腐熟剂的一项重要工作。笔者对此进行了研究，现将结果报道如下。
1材料与方法1.1材料纤维素分解菌分离供试材料采自湖南农业大学附近和湖南宁乡县不同生态环境下有机质含量较高的土壤，具体分别采自畜牧场、浏阳河堤、淤水沟、大田、鱼塘、菜地等。
培养基为改良查氏培养基[5]：NaNO31g，（NH4）2SO41g，K2HPO41g，KCl0.5g，MgSO4？7H2O0.5g，FeSO4？7H2O0.01g，CMC-Na1g，H2O1L，pH7.07.4，加琼脂20g即为固体改良查氏培养基，腐解时间（d）CK处理用于好气性纤维素分解菌的分离纯化、酶活性的摇床筛选及液体菌种的制备。
1.2方法1.2.1纤维素分解菌的分离和纯化好气性纤维分解菌的分离和纯化采用改良查氏培养基，用稀释平板分离法[5]进行。在37℃下培养23d，挑取菌落大而肥厚的纤维素分解菌进一步纯化，并在斜面上保存。
1.2.2纤维素分解菌的摇床培养挑选保存的好气性纤维分解菌2环接种到装有50mL改良查氏液体培养基的300mL三角瓶中，在150r/min，37℃恒温摇床中培养36h，进行纤维素酶活的测定或用做腐解接种剂。
1.2.3尿素对纤维素酶活性的影响将纤维素酶活性较高的好气性纤维素分解菌接种在以尿素做N源的改良查氏培养基中，尿素含量分别为0.05，0.1，0.2，0.5，1，2，150r/min，37℃恒温摇床培养36h，测定酶活，设3次重复。
1.2.4纤维素分解菌腐解稻草试验称取500g早稻秸秆装入尼龙袋中，然后按稻草∶水（质量比）=1∶15进行浸泡，并按水的质量加入0.1的尿素，接种1的液体菌种，在35℃的恒温箱中进行腐解，每隔24h取1次水样，测定纤维素酶活性、还原糖含量以及pH值，腐解19d后，将稻草连袋取出用流水洗净。以不接纤维素分解菌作对照。
1.2.5还原糖的测定还原糖的测定用DNS比色法[6]进行。
1.2.6羧甲基纤维素酶活力测定纤维素CMC酶活测定用DNS比色法[6].取发酵液10mL，2000r/min离心5min，取1mL上清液加入0.5的CMC-Na1mL，50℃水浴60min，加入1.5mLDNS试剂在100℃显色5min，在520nm处测定OD值，以沸水中加热5min灭活酶液作对照。以1mL酶液1min产生1μmol还原糖所需酶量定义为1个酶活性单位。
1.2.7稻草失重率的测定稻草干重的测定在105110℃烘至恒重时进行。失重率=（腐解前稻草质量－腐解后稻草质量）/腐解前稻草质量×100.
2结果与分析2.1纤维素分解菌的分离从28份土壤样品中分离出能产生纤维素酶的细菌75株，经过复筛，获得酶活性均大于1U的菌株19个，其中酶活力大于3U的细菌2株。笔者以其中1株CMC-Na活性为3.2U的好气性革兰氏阳性杆菌（编号为CB101）作为出发菌株进行稻草腐解试验。
2.2尿素对纤维素酶活性的影响尿素是目前主要的农用氮肥。菌株CB101在不同尿素含量下的酶活结果列于表1.从表1可以看出，使用0.1尿素做N源时纤维素酶活性，然后随着尿素含量的不断增加，纤维素酶活性降低，当尿素含量为2时，纤维素酶活性又有所增加。
表1尿素含量对纤维素酶活的影响Table1Theeffectofureacontentoncellulose‘sactivityN源用量0.050.10.20.512酶活/U2.943.543.052.602.242.332.3纤维素分解菌对稻草的腐解效果2.3.1纤维素分解菌腐解稻草过程中还原糖的变化由图1可以得知，处理样品的还原糖含量呈现出由低到高的变化趋势，而对照样品的还原糖量在第1天比第210天都要高，这是由于稻草上的糖溶于水后，微生物还没来得及利用。在稻草腐解初期（第312天），处理的还原糖含量要高于对照，主要是处理中的微生物分解纤维素生成的糖所造成。到12d之后，对照的还原糖含量要高于处理的还原糖含量，说明对照稻草样品的纤维素在此时才开始被微生物分解，证明处理样品中的稻草比对照样品中的稻草分解得要快一些。
2.3.2纤维素分解菌腐解稻草过程中纤维素酶活的变化由图2可以得知，处理和对照的纤维素酶活性都呈现出由低到高的变化趋势。而处理在14d左右达到值，对照在18d左右达到值，并且处理的纤维素酶活性值大于对照的值。说明加菌能够加速稻草的腐解，并且腐解能力有所增强。
图2稻草腐解过程中纤维素酶活的变化Fig.2Celluloseactivity‘schangesduringricestraw’sdecomposition2.3.3纤维素分解菌腐解稻草过程中pH值的变化由图3可知，13d内腐解液的pH值处于上升阶段，且对照的pH值上升快一些，这主要由于尿素的分解使得pH值上升。而处理中加入了较多的微生物，分解产生的少量NH3被微生物利用，而对照中的NH3没来得及被利用。随后pH开始下降，并且对照的pH下降得快一些。到腐解末期，微生物逐渐衰亡，细胞自溶释放出大量蛋白质，微生物以蛋白质为氮源释放出氨气，pH值又逐渐上升。
图3稻草腐解过程中pH值的变化Fig.3pHchangesduringricestraw‘sdecompositionbycellulosedecomposingbacteria2.3.4纤维素分解菌腐解稻草的效果纤维素分解菌在19d内对稻草的腐解外观效果如图4.加菌腐解后的稻草分散度明显比对照要好。失重率的分析表明，对照的失重率为52.53，而处理的失重率为56.97，比对照提高了4.44.
图4纤维素分解菌对稻草的腐解效果（19d）Fig.4Decomposingeffectofcellulose-decomposingbacteriaonricestrawin19days3讨论纤维素酶是1种复合酶，包括C1酶、CX酶和β-葡萄糖苷酶[2].前人对纤维素分解菌的分离，曾采用一些方法[7～9]，但在使获得的纯种仍保持纤维素分解活力方面都还存在一些问题。如采集的样品在滤纸上富集培养，降解滤纸的能力强，而且分解速率也快，但在分离纯化成单菌落后，利用纤维素的能力会大大下降。有人通过筛选不同菌株组合在一起，可以提高纤维素的分解能力[10]，如将木霉和芽孢杆菌混合在一起来分解稻草，4d后稻草的失重率为38.82[11].笔者分离到的纤维素酶活性较高的菌株，能够在稻草保持自身携带菌系的情况下较好地分解稻草，19d的失重率为56.97.如果能够另外筛选出1株与本菌株混合在一起更好地协调降解稻草的菌株，将大大提高降解速率，这有待于进一步研究。
由于秸秆利用的重要性，国内外科研人员对秸秆的利用作了大量的工作。国内目前推行将秸秆直接还田来养地培肥，其研究多集中在还田方式上，进展不是很大。秸秆直接还田虽能够避免因焚烧对大气造成的影响，但是存在着另外的环境污染[12]，即产生大量的还原性气体破坏臭氧层，引起温室效应。在配合秸秆还田的制剂方面，日本的酵素菌、EM，国内的腐秆灵，其腐熟效果都不佳，特别是在腐解速率上。同时，国内外研究者为了加快腐解速率，研制了一些促进微生物生长的产品，取得了一定的效果。笔者筛选到了1株对稻草腐解效果较好的纤维素分解菌，为相关制剂的研制与应用奠定了基础。秸秆还田能促进真菌和细菌的大量繁殖，提高土壤中微生物的数量[13，14].这类制剂施到土壤中后能否发挥作用，以及如何使用该菌来快速腐解稻草用于生产[15]还有待于进一步研究。
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