李國平　楊鷺生　王宇晴　趙林艷　湯婉君

摘 要 以芒萁秸稈為材料，采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了4種微生物菌劑對(duì)芒萁秸稈發(fā)酵腐熟過程中腐殖質(zhì)形成的影響。結(jié)果表明：發(fā)酵30 d后4種微生物菌劑處理均顯著降低發(fā)酵物全碳量、提高胡敏酸含量、降低胡敏素含量，使PQ值和HA/EA比值顯著提高，說明微生物菌劑處理對(duì)芒萁秸稈腐殖質(zhì)形成和組分有顯著影響，其中木霉菌處理的效果最為顯著，適宜作為芒萁秸稈的腐熟菌。

關(guān)鍵詞 微生物菌劑；腐殖質(zhì)形成；芒萁

中圖分類號(hào) S151.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

腐殖質(zhì)（Humic substances，Hs）是土壤有機(jī)質(zhì)的主要部分，是影響土壤肥力，土壤結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和植物生長的重要因素[1]。腐殖質(zhì)的形成與微生物活動(dòng)密切相關(guān)，真菌在腐殖質(zhì)形成中起重要作用，一些放線菌和細(xì)菌也可參與腐殖質(zhì)的形成[2-3]。植物秸稈的主要成分為木質(zhì)纖維素，秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳含量及腐殖質(zhì)各組分變化有顯著影響[4]，許多研究表明不同微生物對(duì)秸稈腐殖質(zhì)形成、轉(zhuǎn)化和結(jié)構(gòu)特征有重要作用[5-7]。芒萁（Dicranopteris dichotoma）屬于蕨類植物里白科芒萁屬，廣泛分布于中國長江以南濕潤地區(qū)，是酸性土壤的指示性植物，具有水土保持及改良土壤的作用。至今尚未見到有關(guān)微生物菌劑對(duì)芒萁秸桿腐熟及其腐殖質(zhì)形成作用的研究報(bào)道，本研究以芒萁秸稈為材料，通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了幾種微生物菌劑處理對(duì)腐殖質(zhì)各組分含量的影響，初步篩選出芒萁秸稈腐熟的菌劑，為進(jìn)一步研究芒萁秸稈降解形成土壤腐殖質(zhì)的機(jī)制提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試秸稈 采集自武夷學(xué)院蘭圃周邊山地，將其剪成約10 mm長后烘干，備用。

1.1.2 微生物發(fā)酵劑 “農(nóng)富康”秸稈發(fā)酵劑（河南農(nóng)富康生物科技有限公司生產(chǎn)）、“益加益”秸稈發(fā)酵劑（鄭州益加益生物科技有限公司生產(chǎn)）、EM菌種（百益寶生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)），分別按產(chǎn)品說明書進(jìn)行菌種活化，將發(fā)酵原液分別稀釋成含有效活菌數(shù)為8.2×108個(gè)/mL的處理菌液備用；木霉菌液（自制菌劑，菌株分離自武夷學(xué)院校園內(nèi)馬尾松+芒萁群落土壤表層腐殖土）：以察氏液體培養(yǎng)基（NaNO3 2.0 g、K2HPO4 1.0 g、KCl 0.5 g、MgSO4 0.5 g、FeSO4 0.01 g、水1 000 mL、pH自然）擴(kuò)培，制成處理菌液，有效活菌數(shù)為8.2×108個(gè)/mL。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在武夷學(xué)院科技樓進(jìn)行。先將經(jīng)粉碎的芒萁秸稈各1 kg放置于塑料桶內(nèi)，加蒸餾水至飽和含水量的60%，并加尿素調(diào)節(jié)至C/N值25 ∶ 1左右。采用單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)5個(gè)處理：T1，接種“農(nóng)富康”秸稈發(fā)酵劑；T2，接種“益加益”秸稈發(fā)酵劑；T3，接種EM菌液；T4，接種木霉菌液；CK，不加菌劑，作為對(duì)照。每處理3次重復(fù)，每重復(fù)各接種菌劑100 mL，接后充分拌勻。塑料桶加蓋并覆蓋保溫被，在（30±2）℃賺氣條件下培養(yǎng)，培養(yǎng)期間定期補(bǔ)充損失的水分。分別在發(fā)酵當(dāng)天和5、10、l5、20、25、30 d時(shí)進(jìn)行取樣，55 ℃下烘干，研磨，并通過0.149 mm篩孔，裝于廣口瓶中備用。

1.2.2 測(cè)定方法及內(nèi)容 芒萁秸稈發(fā)酵物中腐殖質(zhì)（HS）由可提取腐殖酸（Extractable humus，HE）和存在于殘?jiān)械暮羲兀℉M）等組成?？商崛「乘幔℉E）由胡敏酸（HA）、富里酸（FA）組成。胡敏素含碳量則由腐殖質(zhì)全碳量減去腐殖酸含碳量算出。腐殖質(zhì)全碳量的測(cè)定參照標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1237-1999《森林土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定及碳氮比的計(jì)算》，用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定[8]；腐殖質(zhì)各成分的測(cè)定參照標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1238-1999《森林土壤腐殖質(zhì)組成的測(cè)定》[9]，采用焦磷酸鈉浸提-重鉻酸鉀氧化法測(cè)定。PQ值為可提取腐殖物質(zhì)中胡敏酸的相對(duì)比例，即PQ=HA/HE。HA/FA比值為胡敏酸與富里酸的比值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析處理和制圖采用office Excel 2003和SPSS 16.0軟件，采用獨(dú)立樣本T-檢驗(yàn)法和方差分析（LSD法）比較各處理腐殖質(zhì)組成含量的顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微生物菌劑處理對(duì)芒萁秸稈發(fā)酵物全碳量的影響

不同處理不同發(fā)酵時(shí)間芒萁秸稈發(fā)酵物全碳量的動(dòng)態(tài)變化見圖1。由圖1可見，添加了菌液的各處理全碳量初始值（0 d）均比CK的高，這是由于處理菌液本身有機(jī)碳數(shù)量較高所致。隨著培養(yǎng)時(shí)間的推移，除對(duì)照組CK外，接種菌劑的各處理中秸稈發(fā)酵物全碳量總體呈降低趨勢(shì)。秸稈發(fā)酵物全碳量的減少是由于微生物的呼吸作用致使發(fā)酵物中碳素以CO2形式釋放，微生物的數(shù)量越多、代謝活性越強(qiáng)則全碳量的損失越大[10]。培養(yǎng)30 d后，不接種菌劑的CK組培養(yǎng)前后全碳量無顯著差異（p>0.05），T1、T2、T3、T4處理的全碳量較各自初始值分別減少11.2%、8.3%、10.4%、31.8%，經(jīng)T-test，差異達(dá)顯著水平（p<0.05）；全碳量損失率T4>T1>T3>T2>CK，LSD多重比較結(jié)果表明，除T1與T3處理間無顯著差異（p>0.05）外，其它處理間全碳量損失率差異達(dá)極顯著水平（p<0.01），T4處理的全碳量損失率最大，說明T4處理中木霉菌更有利于芒萁秸稈的降解。

2.2 不同微生物菌劑處理對(duì)芒萁秸稈腐熟過程中腐殖質(zhì)組成的影響

2.2.1 發(fā)酵物可提取腐殖酸含量的動(dòng)態(tài)變化 不同處理芒萁秸稈發(fā)酵物可提取腐殖酸含碳量的變化情況見圖2，培養(yǎng)第30天，T1、T2、T4處理組的腐殖酸含量分別較各自初始值（0 d）減少7.4%、7.8%、3.6%，而CK、T3處理組的腐殖酸含量分別較初始值（0 d）增加13.3%、17.6%，除T1與T2處理間無顯著差異（p>0.05）外，其它處理間可提取腐殖酸變化率差異達(dá)極顯著水平（p<0.01）。腐殖酸由有機(jī)質(zhì)經(jīng)過微生物的分解、轉(zhuǎn)化而成，這一過程受多種因素影響，新合成的腐殖酸也會(huì)被微生物重新降解而導(dǎo)致總量的動(dòng)態(tài)變化。相對(duì)于接種菌劑的處理，CK處理的腐殖酸含量變化較平穩(wěn)，培養(yǎng)期間腐殖酸含量增加可能與原料自身攜帶有微生物有關(guān)。

2.2.2 發(fā)酵物胡敏酸含量的動(dòng)態(tài)變化 胡敏酸是組成腐殖質(zhì)的重要成分，其含量是評(píng)價(jià)有機(jī)物腐熟質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。不同處理芒萁秸稈發(fā)酵物中胡敏酸含碳量動(dòng)態(tài)變化情況如圖3，除CK處理外，接種菌劑的各處理中胡敏酸含量總體呈“升高-降低-升高”的趨勢(shì)，培養(yǎng)第30天，CK處理的胡敏酸含量與初始值（0 d）無顯著差異（p>0.05），T1、T2、T3、T4處理的胡敏酸含量較各自初始值（0 d）分別增加253.1%、223.6%、131.4%、286.9%，經(jīng)T-test，差異均達(dá)極顯著水平（p<0.01）；發(fā)酵物胡敏酸量增加率T4>T1>T2>T3，LSD多重比較結(jié)果表明， 除T1與T2處理間差異達(dá)顯著水平（p<0.05）外，其它各處理間胡敏酸含量變化率差異達(dá)極顯著水平（p<0.01），T4處理的胡敏酸含量增加最多，可見，木霉菌降解芒萁秸稈和轉(zhuǎn)化形成胡敏酸的能力最強(qiáng)。

2.2.3 發(fā)酵物胡敏素含量的動(dòng)態(tài)變化 胡敏素是腐殖質(zhì)的成分之一，其含量以芒萁秸稈發(fā)酵物提取腐殖酸后殘?jiān)械暮剂勘硎荆捎贑K全碳量初始值（0 d）較其它各處理的低，故CK的初始胡敏素含量也比其它處理的低。不同處理芒萁秸稈發(fā)酵物中胡敏素含量動(dòng)態(tài)變化情況如圖4所示，在整個(gè)培養(yǎng)過程中胡敏素含量總體呈降低的趨勢(shì)，培養(yǎng)第30天，CK、T1、T2、T3和T4處理的胡敏素含量較各自初始值（0 d）分別降低8.6%、13.6%、8.6%、29.1%和50.4%，T2處理與CK處理間沒有顯著差異，其它各處理間的差異達(dá)極顯著水平（p<0.01），胡敏素含量降低最多的也是接種木霉菌液的T4處理。胡敏素含量降低是由于秸稈中碳素被微生物降解利用，致使殘?jiān)泻剂繙p少，說明木霉菌較其它菌劑更能有效降解芒萁秸稈。

2.2.4 發(fā)酵過程中PQ值的動(dòng)態(tài)變化 PQ值為可提取腐殖酸中胡敏酸所占的比例，可作為腐殖化程度的指標(biāo)，也可以用來描述腐殖質(zhì)的構(gòu)成和HA、FA相互轉(zhuǎn)化情況。各處理中PQ值隨培養(yǎng)時(shí)間的變化情況如圖5所示，總體上，除CK處理外，其它各處理PQ值隨培養(yǎng)時(shí)間推移呈動(dòng)態(tài)上升趨勢(shì)，各處理的變化曲線有所不同，說明芒萁秸稈腐熟過程中HA、FA消長情況因不同菌劑處理而異，但除T3處理外，其它接種菌劑的處理中HA呈積累狀態(tài)，這可能是由于芒萁秸稈腐熟過程中FA較快轉(zhuǎn)化為HA，或FA因微生物分解而大量減少。經(jīng)T-test，培養(yǎng)第30天，CK處理的PQ值與初始值（0 d）無顯著差異，其它處理的PQ值均與各自初始值有極顯著差異（p<0.01），PQ值增加率排序?yàn)門4>T1>T2>T3；LSD多重比較結(jié)果表明，培養(yǎng)第30天，接種菌劑的各處理PQ增加率均與CK存在極顯著差異（p<0.01），T4與T1間、T4與T2間的PQ增加率差異顯著（p<0.05）、而T1與T2間無顯著差異（p>0.05），T4處理的PQ值增加最多，說明木霉菌處理對(duì)芒萁秸稈腐熟過程中HA、FA消長變化影響最大。

2.2.5 發(fā)酵過程中HA/FA的動(dòng)態(tài)變化 胡敏酸與富里酸比（HA/FA）也是描述秸稈腐熟過程中腐殖質(zhì)組成和性質(zhì)變化的重要指標(biāo)。如圖6所示，不同處理組中HA/FA比值隨時(shí)間變化情況與PQ的變化（圖5）類似，培養(yǎng)第30天，接種菌劑的各處理中HA/FA比值均較CK有極顯著的提高（p<0.01），HA/FA比值增加率排序?yàn)門4>T1>T2>T3，除T1與T2處理間外，其它各處理間HA/FA增加率差異顯著（p<0.05），HA/FA比值增加最大的也是T4處理組，說明木霉菌處理能夠更好促進(jìn)芒萁秸稈的腐解，提高腐解物中胡敏酸含量。

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)初步研究了4種微生物菌劑處理對(duì)芒萁秸稈腐熟過程中腐殖質(zhì)組成的影響，結(jié)果表明：4種微生物菌劑處理對(duì)腐殖質(zhì)全碳量、HE、HA、HM以及PQ、HA/FA比值均有顯著影響；隨腐解過程進(jìn)行，接種菌劑的各處理中腐殖質(zhì)全碳量、HM總體呈逐漸降低趨勢(shì)，HA、PQ值和HA/EA比值逐漸升高，說明微生物菌劑處理對(duì)芒萁秸稈降解和腐殖物質(zhì)的形成有積極作用，這與王菊花[7]、劉艷麗[5]、來航線等[11]、王帥等[12]、李慧敏[13]、張晉京等[14]的研究結(jié)果基本一致。

不同微生物菌劑處理對(duì)芒萁秸稈腐殖質(zhì)中HA、FA、HM以及PQ值、HA/EA比值的影響不同，其中接種木霉菌液的T4處理組在培養(yǎng)結(jié)束后HA、PQ值和HA/FA比值增幅最大，F(xiàn)A和HM降幅最大，其變化率與CK以及接種其它菌劑的T1、T2、T3處理均存在極顯著差異（p<0.01），說明木霉菌降解芒萁秸稈和轉(zhuǎn)化形成胡敏酸的能力較其它復(fù)合菌劑強(qiáng)，有利于腐殖質(zhì)積累。本研究結(jié)果與來航線等[11]、王帥等[12]的研究結(jié)論一致，據(jù)王帥等[12]報(bào)道，3類真菌（木霉、黑曲霉和青霉）及混合菌在液體培養(yǎng)條件下對(duì)玉米秸稈類腐殖質(zhì)形成和轉(zhuǎn)化有顯著影響，其中木霉利用和轉(zhuǎn)化HM的能力最強(qiáng)，HA所占比例最大，HA的復(fù)雜程度最高；來航線等[11]將不同C/N比的植物秸稈加入滅菌后的土壤中，接種培養(yǎng)細(xì)菌、真菌和放線菌的純菌株，結(jié)果表明真菌中的木霉形成HA的含量高，HA/FA比值最大。

芒萁秸稈由葉柄和小羽片組成，以葉柄為主，木質(zhì)化程度高，主要成分是木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。根據(jù)瓦克斯曼學(xué)說[2]，木質(zhì)素是構(gòu)成腐殖質(zhì)的基本原料，不同微生物在降解木質(zhì)素、形成腐殖質(zhì)中所扮演的角色不同，真菌在腐殖質(zhì)形成中起關(guān)鍵作用，而細(xì)菌、放線菌起輔助作用[15]。“農(nóng)富康”秸稈發(fā)酵劑、“益加益”秸稈發(fā)酵劑和“百益寶”EM菌劑主要由光合菌、乳酸菌、酵母菌、醋酸菌、雙歧桿菌、芽孢桿菌、放線菌和絲狀真菌等復(fù)合而成，在本試驗(yàn)條件下細(xì)菌類為優(yōu)勢(shì)菌；T4處理中接種的木霉菌，分離自馬尾松+芒萁群落土壤表層腐殖土，可能具有更強(qiáng)的分解木質(zhì)纖維素物質(zhì)的能力，更有利于促進(jìn)芒萁秸稈腐熟過程中HS形成，提高HA含量，所以認(rèn)為T4處理優(yōu)于其它處理，木霉菌更適合作為芒萁秸稈的腐熟菌。

本文初步研究了4種微生物菌劑處理對(duì)芒萁秸稈腐殖質(zhì)形成的影響，對(duì)于腐殖質(zhì)各成分的光學(xué)性質(zhì)、形成和相互轉(zhuǎn)化機(jī)制有待進(jìn)一步研究；本試驗(yàn)中不同微生物菌劑處理之間有明顯差異，有待進(jìn)一步探討不同微生物在有效降解芒萁秸稈中的作用。芒萁秸稈是栽培食用菌優(yōu)質(zhì)培養(yǎng)料[16]，也是植物無土栽培的潛在植料資源，本研究可為探討芒萁秸稈腐殖質(zhì)形成及其綜合利用提供參考資料。