细菌微生物对高分子缓控释化肥降解性能的影响

杨斌华;郭桂珍;孙友谊;王燕;刘亚青

【摘 要】[目的]研究细菌微生物对高分子缓控释化肥降解性能的影响.[方法]以尿素、甲醛、磷酸二氢钾为原料,制备出高分子缓控释化肥.通过在淤泥中分离培养细菌微生物,同时与高温灭菌土做对比.[结果]与高温灭菌土相比,高分子缓控释化肥在细菌微生物的作用下,具有更快的养分释放速度和更高的失重率,80d后分别达到98％和88％;SEM照片显示,在微生物的作用下,高分子缓控释化肥表面产生很多孔洞.[结论]该高分子缓释肥是一种可生物降解肥,是一种绿色化肥.%[ Objective ] The research aimed to study the effects of microbes on the degradation of the slow controlled-release fertilizer. [ Meth-od ] A polymer slow controlled-release fertilizer was prepared using urea, formaldehyde, and potassium dihydrdgen phosphate as raw materials.Microbes in silt were isolated and cultured, and the high-temperature sterilization of the soil was compared with at the same time. [ Result ]Compared with the high-temperature sterilization of the soil, on the effect of the bacterial microorganism, the polymer slow controlled-release fertilizer had the faster speed of nutrient release and the higher weightlessness,reached 98% and 88% respectively in 80. Days. SEM showedthat there were a lot of holes on the surface. [ Conclusion ] The fertilizer is a kind of biodegradable fertilizer and green fertilizer.

【期刊名称】《安徽农业科学》 【年(卷),期】2012(040)009

【总页数】3页(P5278-5280) 【关键词】细菌;缓控释肥;降解

【作 者】杨斌华;郭桂珍;孙友谊;王燕;刘亚青

【作者单位】中北大学,山西省高分子复合材料工程技术研究中心,山西太原030051;中北大学材料科学与工程学院,山西太原030051;中北大学,山西省高分子复合材料工程技术研究中心,山西太原030051;中北大学材料科学与工程学院,山西太原030051;中北大学,山西省高分子复合材料工程技术研究中心,山西太原030051;中北大学材料科学与工程学院,山西太原030051;中北大学,山西省高分子复合材料工程技术研究中心,山西太原030051;中北大学材料科学与工程学院,山西太原030051;中北大学,山西省高分子复合材料工程技术研究中心,山西太原030051;中北大学材料科学与工程学院,山西太原030051 【正文语种】中 文 【中图分类】S154.3

化肥的施用极大地促进了我国农业的发展［1］。但是，由于化肥用量增长过快和施用结构不合理，肥料应用及其他相关技术研究滞后，带来了一系列问题如资源浪费、农业生产成本增加、环境污染、农产品品质下降［2］。目前国内外广泛使用的速效化肥普遍存在利用率低、环境污染严重等问题。因此，各国均在研究肥料效果好、环境污染少、经济效益高的新型肥料，例如缓释/控释肥料、稳定肥料、长效肥料、多功能肥料等，其中最受人们青睐的是缓释/控释肥料。人们在重视研究长期施肥对土壤物理与化学性质影响的同时［3－5］，长期施肥对土壤生物学特性影响的研究也在不断加强［6－8］。

施肥是影响土壤质量及其可持续利用最重要的农业措施之一。施肥制度不同，土壤微生物种群、数量和活性不同，导致土壤生物肥力不同［9］。但是，高的施肥量会造成土壤养分过剩，加剧环境的污染［10－14］。而土壤是一个充满生机的生态系统，土壤微生物是土壤生态系统中极其重要和最为活跃的部分［15］。随着对微生物在农田生态系统中重要功能认识的不断深入，用土壤微生物参数来评价土壤的健康和质量越来越受到人们的关注［16］。而将肥料与微生物相结合的生物肥料也是当前研究的热点。这类肥料施入土壤后，大量活的微生物在适宜条件下积极活动，与肥料相互作用。因此，研究微生物对肥料降解性能的影响，提高肥料的利用率显得很有意义。笔者合成了一种含有氮、磷、钾的高分子缓控释化肥，并以该缓控释肥为唯一碳源，从淤泥中分离得到对其有降解能力的细菌。通过养分释放率、失重情况，研究了该细菌对缓控释肥降解的影响，为以后研究生物缓释肥提供了理论基础。 1 材料与方法

1.1 培养基的制备 称量 1.00 g(NH4)2SO4、1.50 g KH2PO4·3H2O、1.50 g K2HPO4、0.20 g MgSO4·7H2O、0.10 g NaCl和0.05 g FeSO4·7H2O溶解于1 000 ml蒸馏水中，即为富集培养基。称量3 g牛肉膏、10 g蛋白胨、5 g氯化钠和20 g琼脂，溶解于1 000 ml蒸馏水中，待完全溶解后，倒入培养皿中，冷却凝固后即为固体分离培养基。

1.2 高分子缓释肥的制备 在三口烧瓶中加入42.5 g尿素，当温度升至80℃时，加入22 g甲醛，5 min后加入10 g磷酸二氢钾和5 ml水，继续搅拌。反应2 h后，将所得的产物倒入培养皿中，在烘箱(60℃)烘干后取出，用打孔器把烘干的样品制成颗粒状。

1.3 微生物的培养 称取5 g淤泥和1 g缓释肥，加入100 ml富集培养基中，在摇瓶中反复振荡富集培养。经过5次循环富集，取富集液制备成稀释倍数为106的

菌悬液，吸取1 ml稀释倍数为106的菌悬液涂布于固体分离培养基，倒置于30℃恒温恒湿箱培养48 h，即得所需菌种。

1.4 高分子缓控释化肥的降解 试验所用土过筛后高温灭菌，称取100 g土，加入培养的细菌微生物。准确称取颗粒状化肥样品5 g，用纱布包裹，将其埋在土壤中，加入占土重15%的水，放入25℃的恒温恒湿箱中，前20 d每隔5 d测定一次，20 d后每隔10 d测定一次。设3次重复。测定时，将包有化肥的纱布袋取出，测定失重率。同时，称取5.0 g土，用溶液浸提，分别测定浸提液中N、P、K的含量。然后，研究高分子缓释肥在高温灭菌土壤中的养分释放情况。 失重率的计算公式为:

式中，m0为埋入土壤中缓释肥的原始质量(g);m1为在土壤中降解一定时间后缓释肥的质量(g)。

1.5 指标测定与方法 养分氮含量的测定采用Nessler试剂法;养分磷含量的测定采用钼锑抗比色法;养分钾含量的测定采用火焰光度计法。 2 结果与分析

2.1 细菌微生物在固体分离培养基上的生长情况 在固体分离培养基上涂布培养液，在生化培养箱中培养48 h。由图1可知，在该培养基上长出了白色的细菌菌落。培养可降解微生物最常用的途径是以目标化合物为唯一的或主要的碳源培养微生物。细菌的生长以高分子缓释肥为唯一碳源，从而获得可以降解高分子缓释肥的高效降解菌。

2.2 缓控释肥的养分释放情况 由图2可知，缓释肥的养分在加有细菌土壤中80 d的释放率均达到98%左右，说明该肥料在细菌微生物的作用下逐渐降解，加速了养分的释放;缓释肥的养分在灭菌土壤中80d的释放率只达到90%左右，比加有细菌的土壤中养分的释放要慢。由此可知，细菌微生物在高分子缓释肥降解过程中起

到促进作用。该缓释肥是一种可生物降解的肥料。 图1 细菌微生物的生长情况

图2 缓控释肥在土壤中的N、P、K释放率注:a.加有细菌的土壤;b.高温灭菌的土壤。 2.3 缓控释肥的失重率 由图3可知，缓控释肥在加有细菌的土壤中的失重率在培养80 d时达到88%，在高温灭菌的土壤中培养80 d时失重率只达到45%。这更进一步说明细菌微生物对高分子缓释肥的降解起到加速的作用。该高分子缓释肥是一种可生物降解的肥料，其降解过程分为3个阶段。第1阶段是由小分子物质的降解或溶出所致;第2阶段是剩余的大分子物质属于难溶的成分，导致降解速率较低;第3阶段养分释放速度逐渐加快持续到降解完全。这一阶段是剩余的大分子物质在细菌微生物作用下，大分子物质既有大分子链端的降解，又有从大分子链中间的降解。2种降解方式的叠加加速了养分的释放。

2.4 缓控释肥降解前后的表面形貌 从图4可知，降解前的高分子缓释肥表面比较平整;降解30 d后的试样表面出现较多孔洞，是由高分子缓释肥侧链降解所致;降解第60天试样表面出现大量孔洞和纤维状物质，是由高分子缓释肥主链降解所致;而在高温灭菌土壤中第60天试样表面孔洞较小，说明该肥在细菌微生物的作用下降解加速。另外，高分子缓释肥降解后产生的养分释放到土壤中，使土壤中养分充足，降解菌更易增长。 图3 缓控释肥的失重率 3 结论

该研究制备了高分子缓控释化肥，并培养了缓释肥高效降解菌，系统研究了生物降解菌对高分子缓控释化肥的缓释与降解性能的影响。研究表明，高分子缓释肥养分在细菌微生物的作用下有80 d的缓释放周期，失重率达到88%。细菌微生物对该缓释肥料的降解起到促进的作用。该高分子缓释肥是一种可生物降解肥，可以通过控制微生物种类与数量来控制高分子缓释肥养分缓释周期，而且它完全降解，对土

壤无污染。它是一种绿色化肥，可为农业可持续发展奠定基础。

图4 缓控缓释肥扫描电镜注:a.降解前的高分子缓释肥;b.降解30 d后的试样;c.降解第30天试样;d.高温灭菌土壤中第30天试样。 参考文献

［1］刘宝存，徐秋明.新型可调控s型缓释肥料研制与开发［J］.中国农资，2005(10):43－44.

［2］吕庆淮，张学金.控释型多元肥－化肥工业的发展方向［J］.浙江化工，2001，32(S1):45 －46.

［3］LEIGH R A，JOHNSTON A E.Long-term experiments in agricultural and ecological sciences［C］//Proceeding of a Conference to Celebrate the 150th Anniversary of Rothamsted Experimental Station.Cambridge:the UK at University Press，1994:14 －17.

［4］林葆，林继雄，李家康.长期施肥的作物产量和土壤肥力变化［J］.植物营养与肥料学报，1994，1(1):6 －18.

［5］赖庆旺，李茶苟，黄庆海.红壤性水稻土无机肥连施与土壤结构特性的研究［J］.土壤学报，1992，29(2):168 －174.

［6］SHEN S M，HART P B S.The nitrogen cycle in the Broadbalk wheat experiment:15N-kabelled fertilizer residues in soil and in the soil microbial biomass［J］.Soil Biology and Biochemistry，1989，21(4):529 －533. ［7］李东坡，武志杰，陈利军，等.长期培肥黑土微生物量磷动态变化及影响因素［J］.应用生态学报，2004，15(10):1897 －1902.

［8］李东坡，陈利军，武志杰，等.不同施肥黑土微生物量氮变化特征及相关因素［J］.应用生态学报，2004，15(10):1891 －1896. ［9］ABBOTT L K，MURPHY D V.Soil Biological Fertility

［M］.Netherlands:Kluwer Academic Publishers，2003.

［10］SPALDING R F，EXNER M E.Ocurrence of nitrate in groundwater—A review［J］.Journal of Environmen，1986，22(3):392 －402.

［11］武志杰，周健民.我国缓释、控释肥料发展现状、趋势及对策［J］.中国农业科技导报，2001，3(1):73 －76.

［12］FEIGIN A，HALEVY J.Irrigation-fertilization-cropping management for maximum economic return and minimum pollution of ground water［R］.Israed:Research Report Inst Soil Water，ARO，The Volcano Center Get Dagan，1989:122 －125.

［13］KUHLMANN H，ENGELS T.Nitrogen utilization in relation to N-fertilization［J］.The Fertilizer Society of London，1989，287:28 －43. ［14］SIMS J T.Phosphoms soil testing Innovations for water puality protection［J］.Commun，Soil Sci Plant Anal，1998，29(11/14):1471 －1489.

［15］JENKINSON D S，LADD J N.Microbial biomass in soil:Measurement and turnover［M］//PAUL V E A，LADD J N.Soil Biochenistry.New York:Marcel Dekker，1981:415 －471.

［16］HATFIELD J L，STEWART B A.Soil Biology:Effects on Soil Quality［M］.The United Staten of Americn:CRC Press，1994.

［17］YI Y M，HUANG W Y，ZHANG C X.Amelioration of salt stress on wheat plants growth in coastal saline soil by a phosphate solubilizing bacterium Enterobacteria sp.EnHy-401［J］.Agricultural Science ＆ Technology，2010，11(6):141 －146.

［18］张建飞，李巧贤.畜牧业生产中细菌素取代抗生素的发展趋势［J］.畜牧与

饲料科学，2008，29(1):50 －52.

［19］CHEN J G，ZHANG R R，YANG J F，et al.Screening and identification of amylase-producing strain from arctic ocean and

optimization of enzyme producing conditions［J］.Agricultural Science ＆ Technology，2010，11(8):24 －27，52.

［20］王玲娜，李雪琼，张宏斌，等.光合细菌的分离鉴定及其应用于水产饲料添加剂的研究［J］.畜牧与饲料科学，2008，29(4):6 －8.

［21］LI S Y，SU Y L，ZHOU Y Q，et al.Effects of heavy metal stress on the growth curves of two sepcies of bacteria［J］.Agricultural Science ＆ Technology，2010，11(8):149 －152.

［22］韩文雄，曹贵方.细菌人工染色体技术研究进展［J］.畜牧与饲料科学，2008，29(5):33 －36.