水解酶活性在秸秆静态高温堆腐过程中变化的研究

【摘要】： 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 NH_3(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 mgNH_3(g.24h)~(-1)、34.68±7.58 mg NH_3(g.24h)~(-1)和25.20±5.08 mg NH_3(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 NH_3(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 NH_2(g.24h)~(-1),而不接菌的CK则为(8.38±0.98)mg NH_2(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。 【关键词】：秸秆 静态高温堆腐 纤维素酶 蔗糖酶 脲酶 蛋白酶
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 文献综述12-27
• 1.1 农业废弃物产生及处置利用的现状12-14
• 1.1.1 农业废弃物来源、秸秆营养成分及其利用价值12-14
• 1.1.2 我国农业秸秆利用现状及存在的问题14
• 1.2 农业废弃物堆肥技术的研究及应用进展14-24
• 1.2.1 堆肥化定义、堆肥作用及用途14-16
• 1.2.2 堆肥的生化反应机理16
• 1.2.3 堆肥过程中的微生物研究16-17
• 1.2.4 堆肥过程影响因素研究17-19
• 1.2.5 堆肥过程及基本步骤19-20
• 1.2.6 堆肥系统及其特征研究20-21
• 1.2.7 评价堆肥腐熟度的指标21-23
• 1.2.8 国内外堆肥技术的研究及应用进展23-24
• 1.3 秸秆腐熟菌剂研究进展24-25
• 1.4 农业废弃物堆肥资源化利用存在的问题25-26
• 1.5 研究目的及意义26-27
• 第二章 纤维素酶活性在秸秆静态高温堆腐过程变化27-33
• 2.1 材料与方法27-29
• 2.1.1 堆腐材料27-28
• 2.1.2 试验方法28
• 2.1.3 堆腐装置28
• 2.1.4 测定项目与方法28-29
• 2.1.5 数据处理29
• 2.2 结果与讨论29-32
• 2.2.1 小麦秸秆和尿素堆腐过程纤维素酶活性的变化30-31
• 2.2.2 玉米秸秆和尿素堆腐过程纤维素酶活性的变化31
• 2.2.3 两种物料堆腐过程中纤维素酶活性的变化的比较31-32
• 2.3 小结32-33
• 第三章 蔗糖酶活性在秸秆静态高温堆腐过程中的变化33-37
• 3.1 材料与方法33-34
• 3.1.1 堆腐材料33
• 3.1.2 试验方法33
• 3.1.3 堆腐装置33
• 3.1.4 测定项目与方法33
• 3.1.5 数据处理33-34
• 3.2 结果与讨论34-36
• 3.2.1 小麦秸秆和尿素堆腐过程蔗糖酶活性的变化34-35
• 3.2.2 玉米秸秆和尿素堆腐过程蔗糖酶活性的变化35-36
• 3.2.3 两种物料堆腐过程中蔗糖酶活性的变化的比较36
• 3.3 小结36-37
• 第四章 脲酶活性在秸秆静态高温堆腐过程中的变化37-41
• 4.1 材料与方法37-38
• 4.1.1 堆腐材料37
• 4.1.2 试验方法37
• 4.1.3 堆腐装置37
• 4.1.4 测定项目与方法37-38
• 4.1.5 数据处理38
• 4.2 结果与讨论38-40
• 4.2.1 小麦秸秆和尿素堆腐过程脲酶活性的变化38-39
• 4.2.2 玉米秸秆和尿素堆腐过程脲酶活性的变化39
• 4.2.3 两种物料堆腐过程中脲酶活性的变化的比较39-40
• 4.3 小结40-41
• 第五章 蛋白酶活性在秸秆静态高温堆腐过程中的变化41-45
• 5.1 材料与方法41-42
• 5.1.1 堆腐材料41
• 5.1.2 试验方法41
• 5.1.3 堆腐装置41
• 5.1.4 测定项目与方法41-42
• 5.1.5 数据处理42
• 5.2 结果与讨论42-44
• 5.2.1 小麦秸秆和尿素堆腐过程蛋白酶活性的变化42-43
• 5.2.2 玉米秸秆和尿素堆腐过程蛋白酶活性的变化43
• 5.2.3 两种物料堆腐过程中蛋白酶活性的变化的比较43-44
• 5.3 小结44-45
• 第六章 温度、含水率、EC、PH值在秸秆静态高温堆腐过程中的变化45-55
• 6.1 材料与方法45-46
• 6.1.1 堆腐材料45
• 6.1.2 试验方法45
• 6.1.3 堆腐装置45
• 6.1.4 测定项目与方法45-46
• 6.2 结果与讨论46-53
• 6.2.1 堆腐过程温度变化46-50
• 6.2.2 堆腐过程含水率变化50-51
• 6.2.3 堆腐过程电导率变化51-52
• 6.2.4 堆腐过程pH值变化52-53
• 6.3 小结53-55
• 第七章 研究展望55-56
• 7.1 创新与特色55
• 7.2 研究展望55-56
• 参考文献56-65
• 致谢65-66
• 作者简介66

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