鸡粪作为微生物肥料载体的研究

鸡粪作为微生物肥料载体的研究

微生物肥料也称为营养化肥料，是由特定微生物和养分基质混合而成的生物化学产品。常用的微生物肥料有固氮菌肥(如根瘤菌,固氮菌)、分解难溶矿物质菌肥(如钾细菌,磷细菌)和抗菌素菌肥(如枯草芽孢杆菌)等。过去传统农业过分依赖化肥和农药,导致土壤微生物种类和数量减少、土壤结构被破坏、农作物品质下降、病虫害增加,被迫又增加化肥和农药使用量,如此恶性循环加剧了对土壤环境的破坏。而微生物肥料进入土壤生态系统后,在适当的湿度、温度、酸碱度条件下,与土著有益微生物共同形成优势菌群,促进土壤生态系统的修复,提高土壤微生物数量,通过固氮、解钾、解磷等途径来提高土壤肥力,从而提高农产品产量或改善农产品品质,可大大减少化肥和农药的使用量,符合“绿色种植”的时代需求。早期的微生物肥料产品中仅含有微生物和有机成分,存在养分低、见效慢等不足。而在市场选择或农民使用中,希望将不同种类肥料的优点集于一体,达到减少化肥用量、增产、改善品质、保护环境等目的。复合微生物肥料正是肥料行业中新发展起来的值得研究、生产和推广应用的新型无公害生物肥料。它以有机肥为载体,将功能微生物菌种添加到载体上制成,常用载体有蛭石、珍珠岩、泥炭及一些腐熟的有机肥等,其中以泥炭(煤渣)最为普遍。寻找一种经济有效的载体成了微生物肥料生产的关键。惠州规模化养鸡场较多,鸡粪产生量大,如果鸡粪未经过充分处理就排放会增加环境负担。目前大部分鸡粪通过堆肥腐熟处理后直接用作农业有机肥,在一定程度上增加了土壤的氮素来源,但养分不全面。本试验探讨用鸡粪作微生物肥料的载体,以固氮菌、解磷解钾菌和抗生菌为功能微生物,开发新型的复合微生物肥料,并探讨影响肥料有效期的因素。1材料和方法1.1材料与培养基菌株:固氮芽孢菌(Bacillusazotofixans),硅酸盐细菌(Bacillusmucilaginosus),解磷巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium),枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)。鸡粪:取自惠州市河桥村附近的养鸡场,其鲜鸡粪中含有较多的锯木屑,理化性质为:含水率54%,pH值6.9,干基有机质含量34.0%。煤渣:石煤渣球磨成0.125~0.085mm的成品,由惠州瑞亨康力肥业有限公司馈赠。培养基:(1)LB培养基:蛋白胨10.0g、酵母膏5.0g、NaCl10.0g、蒸馏水1000mL。(2)Ashby无氮培养基:甘露醇10.0g、CaCO35.0g、KH2PO40.2g、MgSO4·7H2O0.2g、NaCl0.2g、CaSO4·2H2O0.2g,(固体)琼脂15.0g,蒸馏水1000mL。(3)解磷菌培养基:葡萄糖10.0g、(NH4)2SO40.5g、NaCl0.3g、KCl0.3g、MgSO4·7H2O0.3g、FeSO4·7H2O0.03g、MnSO4·4H2O0.03g、Ca3(PO4)210.0g,琼脂15.0g,蒸馏水1000mL。(4)硅酸盐细菌培养基:蔗糖5.0g、CaCO30.1g、Na2HPO42.0g、MgSO4·7H2O0.5g、FeCl3·6H2O5mg、CaSO4·2H2O0.2g,(固体)琼脂18.0g,蒸馏水1000mL。上述培养基均用NaOH调节pH值至7.0~7.2,液体培养基不加琼脂,121℃灭菌30min后备用。1.2操作处理和制备微生物肥料1.2.1紫外辐射处理鸡粪将收集的新鸡粪摊放在干净的地方,随时翻动利用阳光自然晒干,去臭,过筛除去沙石、羽毛等杂物,粉碎后将鸡粪摊开,在紫外灯下辐射处理1h,以达到鸡粪杀虫、灭菌和除臭等目的。放置在干燥处保存备用。1.2.2堆肥熟化率测定采用高温好氧堆肥法对新鲜鸡粪进行发酵,翻堆2次后约25d料堆温度基本稳定,即堆肥腐熟,符合腐熟堆肥标准的pH值为8.0~9.0。同上进行粉碎和辐照处理,保证粉剂松散,无恶臭味,无腐败味。1.2.3芽孢杆菌的分离纯化分别用Ashby无氮培养基、硅酸盐细菌培养基、解磷菌培养基和枯草杆菌选择培养基对固氮菌、硅酸盐细菌、解磷巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌进行分离纯化,扩大培养均采用LB液体培养基。在恒温摇床28℃、150r/min振荡培养到对数期,菌悬液在600nm波长下测定OD值(OD值>0.5可认为活菌数>108CFU/mL),用无菌水调节使各组菌悬液的OD值相同。按100g载体10mL菌液的比例将菌液与载体充分拌匀,即成微生物肥料。1.3有效活菌数和杂菌率的测定将自然干燥鸡粪和堆肥处理的鸡粪粉碎后,设紫外线辐照与不辐照的对比处理,平板菌落计数法测磷菌肥保存3个月后的有效活菌数和杂菌率,优化鸡粪用作载体的处理方法。有效活菌数和杂菌率的测定按照中华人民共和国农业行业标准复合微生物肥料(NY/T7982004)中5.3.2的规定进行。除样品有效菌外,其他菌均为杂菌(包括霉菌)。杂菌率(%)=杂菌数/(杂菌数+有效活菌数)×100。1.4微生物肥料稳定性试验1.4.1活菌数测定将配制好的微生物肥料保存在阴凉避光通风处,在保存0、3、6、9、12个月后用平板菌落计数法分别测定各组的有效活菌数和杂菌率,以推断微生物肥料的保质期。1.4.2光照对微生物肥料稳定性的影响将配制好的肥料分别放在阳光直射处、室内有散射光处和室内暗处保存3个月,模拟微生物肥料在销售流通环节的保存环境,通过平板菌落计数法测有效活菌数,分析光照对微生物肥料稳定性的影响。1.4.3温度对活菌数的影响将配制好的微生物肥料分别放置在15、20、25、30、35、40℃保存3个月,测定各试验组肥料的有效活菌数,分析温度对微生物肥料稳定性的影响。1.4.4不同ph值下的稳定性将堆肥腐熟并辐照处理的鸡粪制作的磷细菌肥pH值分别调至5、6、7、8、9,保存3个月后测定各组肥料的有效活菌数和杂菌率。2结果与分析2.1堆肥熟化后再辐照作用效果将处理好的鸡粪粉碎,辐照或不辐照处理制备磷细菌肥料,保存3个月时测定有效活菌数和杂菌率,结果见表1。从表1可以看出,堆肥腐熟后再辐照组的有效活菌数最高,杂菌率最低,表明堆肥腐熟处理的鸡粪优于自然干燥的鸡粪,可能与该试验采用的好氧堆肥温度较高,能杀死部分病原菌和寄生虫有关。煤渣对照组的有效活菌数较低,杂菌率高,提示鸡粪作微生物肥料的载体优于煤渣。2.2微生物肥料的稳定试验2.2.1复合微生物肥料及助剂的筛选将配制好的肥料保存在阴凉避光通风处,分别在保存0、3、6、9、12个月后测定有效活菌数和杂菌率,结果见表2。据复合微生物肥料(NY/T798-2004)的技术指标要求粉剂的有效活菌数(CFU)≥0.2亿/g,杂菌率≤30.0%。固氮菌肥和硅酸盐细菌肥料的保质期为6个月,磷菌肥和枯草杆菌肥的保质期为9个月,符合复合微生物肥料保质期≥3个月的要求。2.2.2阳光透射处菌肥的培养周期将配制好的肥料分别放在阳光直射处、室内有散射光处和室内暗处保存3个月,测定有效活菌数和杂菌率,结果见表3。从表3可以看出,阳光直射处保存的菌肥有效活菌数急剧下降,杂菌率上升,各种菌肥的保质期不够3个月;而阴凉避光保存效果最好。2.2.3肥料有效活菌数测定将制备好的微生物肥料分别放置在15、20、25、30、35、40℃保存3个月,测定各组肥料的有效活菌数,结果见表4。从表4可以看出,当超过30℃时有效活菌数随保存温度上升而下降,而杂菌率逐渐上升;当保存温度超过35℃时有效活菌数或杂菌率难以达标;而低于20℃保存则达标率高。2.2.4肥料的有效活菌数和杂菌率将各种微生物肥料的pH值分别调至5、6、7、8、9,保存3个月后测定各组组肥料的有效活菌数和杂菌率,结果见表5。从表5可以看出,将pH值调至7时有利于提高有效活菌数,而过酸或过碱对有效菌的活性都有影响,4种功能细菌喜欢在中性偏碱环境中生长。但偏酸杂菌率较高,主要是霉菌污染,与霉菌喜酸有关。3复合微生物肥料的制备方法根据中华人民共和国农业行业标准(NY/T798-2004)复合微生物肥料的规定,要求使用的菌种安全有效,产品剂型分液体、粉剂和颗粒型。本实验室分离的固氮菌、解磷芽孢杆菌、硅酸盐细菌和枯草芽孢杆菌经生理生化实验鉴定,分别具有固氮、解磷、解钾和抗病等功能,下一步将进行菌种安全性评价的研究。4种功能菌都有芽孢,从试验结果可见枯草芽孢杆菌和解磷巨大芽孢杆菌具有较好抗逆性,较能耐热、抗太阳光辐射、耐酸碱等,能耐受生产工艺的高温处理,有利于把微生物肥料加工成粉剂或颗粒。固氮菌和硅酸盐细菌虽有芽孢,但同时有胞外多糖包裹,导致单位体积有效活菌数较低,抗逆性能不佳。选育抗逆性好的芽孢杆菌是生产微生物肥料的关键,只要配以合理的工艺,将微生物菌种(芽孢状态)与有机肥一起造粒,或配之于少量无机肥,可实现复合微生物肥料的促、稳、速的大三元要求,满足目前微生物肥料的市场需求。选鸡粪做载体制备微生物肥料有两大优势:一是鸡粪本身含丰富的有机质,肥力好;二是鸡粪能为微生物菌种提供生长繁殖的场所,不受土壤类型的限制,拓宽了肥料的使用范围。堆肥发酵的鸡粪比自然干燥的鸡粪作载体更有优势,可较长时间保持有效活菌数,杂菌污染率较低,这可能与堆肥过程中温度升高,杀死部分寄生虫和病原菌有关。干燥或堆肥腐熟的鸡粪再经辐照处理而制备的微生物肥料,杂菌率更低,这符合生物有机肥的行业标准规定的禽畜粪便须经无害化处理、腐熟的