微生物在秸稈還田中的應用研究進展

段杰 崔俊濤

（吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院 吉林長春 130118）

微生物在秸稈還田中的應用研究進展

段杰 崔俊濤

（吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院 吉林長春 130118）

秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種重要的生物資源，是唯一可再生的能源。秸稈有效利用關(guān)系著農(nóng)田資源再利用和環(huán)境保護等重大問題。目前大量的秸稈被焚燒處理，既浪費資源又污染環(huán)境。利用微生物加快還田秸稈降解是目前利用秸稈行之有效的方法。本文闡述了微生物在秸稈還田中的應用研究進展，以期為解決合理利用秸稈資源這一現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的重大難題提供支持。

秸稈；還田；微生物；降解

秸稈是一種生物質(zhì)能源[1]，是當今世界僅次于煤炭、石油和天然氣的第四種能源[2]，是唯一可再生的能源[3]。據(jù)不完全估計，我國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為6～7×108t，列世界之首。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，秸稈多被焚燒處理，不僅浪費能源，而且?guī)砹艘幌盗械沫h(huán)境問題。在全球資源日益減少的情況下，秸稈憑借其可再生性，已成為科研的熱點之一[4]。

秸稈還田不僅能夠有效緩解焚燒帶來的環(huán)境問題，還能改善土壤物化性狀，增加土壤團粒結(jié)構(gòu)，增加土壤有機質(zhì)含量，改良土壤，培肥地力，提高土壤中微生物活性和酶活性。因此提高秸稈還田的利用率有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[5-7]。然而，由于直接還田，秸稈不易腐爛，容易浮出土面，不僅影響下茬播種[8]，還容易引起作物爛根和病害[9]，所以，加快還田秸稈的腐解速度，是解決秸稈還田的關(guān)鍵。

1 微生物在秸稈還田中應用的優(yōu)勢

利用微生物加快還田秸稈的腐解是當前行之有效的方法。選擇降解秸稈“三素”的微生物，能夠加快秸稈的降解。微生物降解木質(zhì)素的產(chǎn)物，可作為為土壤腐殖質(zhì)芳香環(huán)的重要來源，促進形成土壤腐殖質(zhì)。微生物降解纖維素產(chǎn)生有機酸，可作為土壤中固氮菌的碳源，這在一定程度上不僅消除了有機酸對纖維素分解菌代謝的抑制作用，還可為纖維素分解菌的生長繁殖提供氮源。基于土壤中各微生物種群間形成的這一循環(huán)模式，不僅能夠有效解決秸稈快速腐解的問題，還有利于提高土壤微生物的活性，對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率意義重大。

2 降解秸稈的酶及相關(guān)微生物

2.1 降解秸稈的酶類

微生物降解木質(zhì)素的酶主要有三種：木質(zhì)素過氧化物酶、Mn (Ⅱ)過氧化物酶和醌還原酶，產(chǎn)生C1C2，C3片段、氫醌等[10]；降解纖維素的酶是一種復合酶，包括C1酶、Cx酶 (又叫β-1，4葡聚糖酶)和β-葡萄糖苷酶，三種酶共同作用將纖維素降解成葡萄糖；降解半纖維素的酶也有三種酶：內(nèi)切酶、外切酶和糖苷酶，這三種酶將半纖維素降解為糖醛酸和單糖[11]。

2.2 降解秸稈的微生物

2.2.1 降解秸稈的細菌

假單胞菌屬(Pseudomones)、芽胞桿菌屬(Bacillus)、類芽胞桿菌(Paenibacillus)等。這些細菌都可以分解纖維素，假單胞菌屬還能能分解木質(zhì)素[2]。

2.2.2 降解秸稈的真菌

青霉(Penicillium)、木霉屬(Trichoderma)、曲霉屬(Aspergillus)等[12]，這些真菌能分解纖維素和半纖維素，而且在有氧中溫下作用最強。白腐真菌、洋蘑(Psalliota)、鬼傘菌(Coprinus)等能降解木質(zhì)素。最近研究較多是白腐真菌，目前發(fā)現(xiàn)它是能同時分解植物聚合物的少數(shù)微生物之一。

2.2.3 降解秸稈的放線菌：

鏈霉菌屬(Streptomyces)、分枝桿菌(Mycobacterium)、諾卡氏菌(Nocardia)、小單孢(Micromonospora)等，這些放線菌能降解秸稈中的纖維素。

3 研究展望

秸稈還田對現(xiàn)代持續(xù)農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有舉足輕重的意義。秸稈焚燒帶來的環(huán)境問題、土壤肥力下降、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境被破壞等問題，將是人類面臨的不堪設(shè)想的災難。因此,秸稈還田已經(jīng)迫不及待地提到議事日程上來。通過微生物的作用，加快秸稈還田的有效實施和推廣，關(guān)系著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的未來與發(fā)展,具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的發(fā)展前景。

[1]日本能源學會編.生物質(zhì)和生物能源手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006:1-24.

[2]陳子愛,鄧小晨.微生物處理利用秸稈的研究進展[J].中國沼氣. 2006,24(3):31-35.

[3]康銀林,景煒明,袁虎林,呂金倉,曹小麗.應用秸稈生物反應堆技術(shù)注意事項.西北園藝(蔬菜專刊)[J].2007,(9):7.

[4]林昌虎,林紹霞,何騰兵,唐志堅,張清海.以秸稈綜合利用為紐帶的農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式[J].貴州農(nóng)業(yè)科學.2008,36(5):162-165.

[5]趙明文.纖維分解菌群對水稻秸稈田間腐熟效果的研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2001,(1):51-53.

[6]區(qū)惠平,何明菊,黃景,等.稻田免耕和稻草還田對土壤腐殖質(zhì)和微生物活性的影響[J].生態(tài)學報,2010,(24):6812-6820.

[7]陳冬林,易鎮(zhèn)邪,周文新,等.不同土壤耕作方式下秸稈還田量對晚稻土壤養(yǎng)分與微生物的影響 [J].環(huán)境科學學報,2010,30(8): 1722-1728.

[8]劉朝香.秸稈綜合利用的幾種方式[J].農(nóng)村能源,2008,(11):43.

[9]張文樸.加強秸稈綜合利用研究促進農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展[J].中國資源綜合利用,2008,26(10):19-21.

[10]A.N.格拉澤(美)，二介堂弘.微生物生物技術(shù)-應用微生物學基礎(chǔ)原理[M].北京:科學出版社,2002:243-246.

[11]任南琪,馬方.污染控制微生物學[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,2002.

[12]曾青蘭,黃小羅，洪玉枝.產(chǎn)中性纖維素酶真菌的鑒定及其酶學性質(zhì)的初步研究 [J].華中農(nóng)業(yè)大學學報,2008,27(5): 621-624.

段杰（1988.08—），男，山西朔州人，吉林農(nóng)業(yè)大學碩士研究生在讀，研究方向為環(huán)境工程微生物。