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苦参提取残渣的堆肥化处理及防控土传病害研究

王海滨  
【摘要】:近年来,随着植物源农药、中药及日化产业的快速发展,植物提取残渣已成为生产实践中亟待解决的问题。目前,这些残渣大多作为废弃物通过焚烧、填埋等方式处理,既污染了环境又造成了资源的浪费,如何对这些残渣进行再利用成为一个新的科学命题。为此,本研究通过将植物提取残渣的处理与植物营养及作物保护相结合,探讨了植物提取残渣资源化利用的新途径。首先从自然界筛选构建了一组木质纤维素降解复合菌系作为堆肥接种剂,以苦参提取残渣为材料,对其进行快速堆肥化处理,制备为生物有机肥;然后将腐熟堆肥与生防菌混合发酵,探讨了制备生物药肥的可行性;同时通过利用不同碳源对堆肥茶中微生物的强化,得到了制备高活性堆肥茶的较优碳源和影响因素,进一步丰富了堆肥的有效利用方式。通过上述研究主要取得以下结果:(1)采用纤维素刚果红选择性培养基从采自杨凌、渭南、天水等地的腐殖土、堆肥样品中分离筛选得到具有较强纤维素酶活性的常温菌216株,耐高温菌23株。将这些菌株通过纤维素酶活力、滤纸条崩解能力、对苦参残渣和稻秆在液态及固态条件下的降解能力、拮抗作用及单一菌株在复合菌系中的作用测定等系统筛选,最终构建了一组由5株菌组成的高效木质纤维素降解复合菌系。该复合菌系固态发酵20 d对苦参残渣和稻秆的降解率分别达到了31.4%和63.1%。(2)将所构建的复合菌系接种于苦参残渣进行堆肥发酵处理,测定了堆肥发酵过程中多种理化指标及生物学指标的变化,以评价复合菌系对堆肥发酵的促进作用。结果表明,复合菌系处理可以显著提高堆体的温度和高温持续时间,有效促进堆肥物料中木质纤维素的降解,缩短堆肥发酵周期,提高堆肥腐熟度。堆肥发酵30 d后,复合菌系处理对堆肥物料中纤维素、半纤维素和木质素的降解率比对照分别提高了7.6%、11.2%和22.9%;堆肥发酵15 d后,复合菌系处理的种子(黄瓜)发芽指数达到最高值133.2%,而对照的种子发芽指数在堆肥发酵30 d后才达到最高值125.7%;发酵结束时,复合菌系处理和对照的铵态氮/硝态氮比值分别为0.16和0.20,C/N分别为15.88和17.77。(3)将腐熟后的堆肥(生物有机肥)和两株链霉菌混合,通过测定其对辣椒生长的促进作用及对辣椒立枯病的防治效果来探究将两者结合制备生物药肥的可行性。结果表明,堆肥和链霉菌结合可以显著促进辣椒的生长、提高辣椒的产量(P0.05),显著提高其对辣椒立枯病的防效(P0.05)。堆肥和链霉菌联合处理可以显著促进辣椒的根重、株高、茎粗及鲜重(P0.05),相比堆肥处理分别提高了33.2%、36.5%、40.8%和32.8%,相比链霉菌处理分别提高了213.3%、89.4%、63.4%和204.1%。堆肥和链霉菌处理均可以显著降低辣椒立枯病的发病率(P0.05),对相同的菌剂处理,在添加堆肥基质中的发病率要显著低于以土壤为基质的处理(p0.05);堆肥和两株链霉菌联合处理对辣椒立枯病的防治效果最好,防效达到78.7%,比堆肥或链霉菌单独处理分别提高了49.9%和41.0%。小区试验结果表明,生物药肥处理可以显著提高辣椒的株高、茎粗及叶绿素含量(p0.05),显著提高辣椒的单果重和产量(p0.05),相比对照,单果重和产量分别提高了11.8%和24.7%。大田试验结果表明,生物药肥处理可以显著降低草莓根腐病的发生,防效可达77.4%。同时,生物药肥处理可以显著提高草莓的株高、叶柄长度及根茎粗(p0.05),相比对照,单株平均产量提高了20.9%。(4)利用含不同碳源的培养基驯化两种堆肥茶(ct1和ct2)中所含的微生物,测定了驯化菌液中各种理化性质、生物学指标及对黄瓜猝倒病的防治效果。试验结果表明,不同碳源处理可以引起驯化后菌液理化性质及微生物群落结构的改变,表现出对黄瓜猝倒病不同的防控效果。葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉处理均导致了驯化菌液ph值的降低,特别是葡萄糖处理导致了ct1和ct2的ph分别从起始的7.5降到了3.34和3.07,而几丁质、纤维素和麦秆处理均导致了驯化菌液ph和电导率的显著上升。纤维素和几丁质处理分别显著提高了驯化菌液的纤维素酶和几丁质酶活力(p0.05)。不同处理驯化菌液中的细菌、酵母菌及真菌的种类及数量呈现显著差异(p0.05),纤维素处理中细菌数量最多,而葡萄糖可以选择性强化酵母菌和真菌;麦秆处理的ct1和ct2中细菌的种类数最多,而葡萄糖处理的细菌种类数最低。葡萄糖、蔗糖和淀粉处理对黄瓜猝倒病的防治效果显著比纤维素、几丁质和麦秆处理低(p0.05);葡萄糖处理的ct1和ct2对黄瓜猝倒病的防效最差,分别为12.0%和7.3%,而麦秆处理的ct1和ct2防效最高,分别为59.5和70.1%。在测定的各因素中,细菌种类数和细菌数量在两种堆肥茶中均表现出和防效的显著正相关(p0.05),在ct1和ct2中的相关系数分别为0.840和0.648,0.764和0.708。(5)根据形态学、生理生化、16srdna及its区序列比对等方式对组建复合菌系的5株菌及用于生物防治的2株菌进行了初步鉴定。菌株xm-3初步鉴定为弗留明拜叶林克氏菌(beijerinckiafluminensis);ts-3鉴定为微杆菌属(microbacteriumsp.),其与氧化微杆菌的同源性达到98%;g-13鉴定属于芽胞杆菌属(bacillussp.)。3株放线菌均属于链霉菌,其中菌株yc-8属于链霉菌中的绿色类群,菌株ga-5和ls-12均属于链霉菌中的灰褐类群。真菌slt-12初步鉴定为嗜热毛壳菌(chaetomiumthermophlilum)。综上,本研究通过堆肥化处理成功将苦参提取残渣制备成了腐熟的生物有机肥。通过在堆肥发酵中接种木质纤维素降解复合菌系有效加速了堆肥发酵进程,缩短了堆肥发酵周期,提高了堆肥腐熟度。将堆肥和生防链霉菌结合显著提高了其对辣椒和草莓生长的促进作用及对辣椒立枯病和草莓根腐病的防治效果。在堆肥茶制备过程中通过添加几丁质、纤维素、麦秆等碳源有效优化了堆肥茶中所含微生物群落,增强了其对黄瓜猝倒病的防控。本研究表明将植物提取残渣的处理和植物营养及作物保护相结合,通过生物有机肥、生物药肥、堆肥茶等形式进行植物提取残渣的资源化利用是可行的,从而为植物提取残渣的处理及土传病害的防治提供了一条有效途径,为生物药肥及高活性堆肥茶的制备提供了一定的理论依据。


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