水解酶活性在秸秆静态高温堆腐过程中变化的研究

来源 :西北农林科技大学 西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dabobo38
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农业废弃物的堆腐是在微生物作用下,通过发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程。在微生物分解有机物的过程中,不但可以生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物,还会合成新的高分子有机物—腐殖质。由于这一过程是在微生物分泌酶的作用下进行的酶促反应过程,研究酶活性变化可以从本质上揭示堆腐过程的生物作用与机理,对秸秆的有效利用有着重要的科学价值。本研究以小麦秸秆、玉米秸秆和尿素为堆腐材料,利用静态高温堆腐装置,系统性研究了堆腐过程纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶活性以及堆腐过程温度、含水率、电导率(EC)、pH值变化规律。以小麦秸秆为原料进行堆肥试验,分别进行添加葡萄糖活化菌剂(G+J)、添加菌剂(J)、不添加菌剂(CK)三种处理;以玉米秸秆为原料进行堆肥试验,进行添加微生物腐解菌剂(J)和不添加菌剂(CK)两种处理。实验结果表明:1.在以小麦秸秆和尿素为堆料的腐解试验中,G+J处理的纤维素酶活性峰值出现在第9d,达到334.37mg glucose(g.24h)-1,J和CK酶活性峰值较G+J滞后3d和6d出现,酶活性峰值分别为271.59mg glucose(g.24h)-1和236.67mg glucose(g.24h)-1,添加微生物菌剂使得堆体纤维素酶活性变化趋势发生很大变异;在以玉米秸秆和尿素为堆料的腐解试验中,J处理的纤维素酶活性峰值出现在第9d为352.11mg glucose(g.24h)-1,CK处理的酶活性峰值较J处理滞后3d,为285.51mg glucose(g.24h)-1,加入微生物菌剂后纤维素酶在堆腐过程中的变化趋势同CK处理基本一致。2.在以小麦秸秆和尿素为堆料的腐解试验中,G+J处理的蔗糖酶活性在第9d达到最高峰值,为1582.64 mg glucose(g.24h)-1,J在第12d达到峰值,为1455.18mgglucose(g.24h)-1,CK处理的蔗糖酶活性峰值出现在第15d,为625.06 mg glucose(g.24h)-1,G+J处理蔗糖酶活性峰值是CK处理的2.53倍,J处理蔗糖酶活性是CK处理的2.33倍,表明加入菌剂能够提高蔗糖酶活性,微生物菌剂可以加速农业废弃物的矿化;在以玉米秸秆和尿素为堆料的腐解试验中,堆腐中期4d到12d两个处理的温度和蔗糖酶活性变化趋势一致,随着温度的降低,蔗糖酶活性降低。3.在以小麦秸秆和尿素为堆料的腐解试验中,在堆腐23d后各处理脲酶活性均小于20.00mg NH3(g.24h)-1。3个处理整个堆腐过程脲酶活性的平均值分别为50.69±26.17 mgNH3(g.24h)-1、34.68±7.58 mg NH3(g.24h)-1和25.20±5.08 mg NH3(g.24h)-1,添加复合微生物菌剂可使G+J和J处理在整个堆腐过程中脲酶活性均高于不接菌的CK;在以玉米秸秆和尿素为堆料的腐解试验中,添加复合微生物菌剂后,整个堆腐过程中脲酶平均活性为(215.50±49.96)mg NH3(g.24h)-1,显著高于不接菌的CK(F=18.73,P<0.05)。可见接种复合微生物菌剂可以提高堆料堆腐过程中脲酶活性,加速酰胺化合物的转化。4.在以小麦秸秆和尿素为堆料的腐解试验中,温度在第2d迅速升高,而酶活性降低,可见高温对蛋白酶活性有抑制作用。在以玉米秸秆和尿素为堆料的腐解试验中,添加复合微生物菌剂后,整个堆腐过程中平均蛋白酶活性为(9.63±1.37)mg NH2(g.24h)-1,而不接菌的CK则为(8.38±0.98)mg NH2(g.24h)-1,变异系数分别为14.23%和11.69%,但是两个处理间差异不显著(P>0.05),原因可能是由于玉米秸秆本身粗蛋白质含量很少,因而诱导其分泌的底物含量少。5.小麦秸秆和尿素堆腐过程,G+J、J和CK处理的最高温度分别为66℃、67.1℃和59.5℃,整个堆腐过程温度大于50℃的时间为:G+J(240 h)>J(120 h)>CK(96 h);玉米秸秆和尿素堆腐过程,J和CK处理的最高温度分别为73.3℃、65.9℃,整个堆腐过程温度大于50℃的时间为:J(240 h)>CK(192 h);小麦秸秆、玉米秸秆和尿素整个堆腐过程含水率都呈下降趋势,;小麦秸秆和尿素堆腐起始阶段EC值上升,在堆腐12d 3个处理达到高峰值分别为2.69 ms/cm、2.32 ms/cm、2.30 ms/cm,随后EC值下降,玉米秸秆和尿素从堆腐第2d开始到结束,接菌处理的EC值均高于不接菌的对照CK,整个堆腐过程总的EC值分别为26.59ms/cm和23.26ms/cm;小麦秸秆和尿素堆腐过程pH值在第2d升高,在第4d下降,随后呈上升趋势,玉米秸秆和尿素堆腐过程变化趋势同小麦秸秆。两种不同物料加入微生物菌剂处理的pH值变化幅度较小,且pH值相对较低。
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