[发明专利]土壤碳循环实验中细菌对秸秆分解效率的验证装置

说明书

土壤碳循环实验中细菌对秸秆分解效率的验证装置，属于土壤监测治理技术领域，由反应缸（1）和增深缸（4）组成，其特征在于：所述的反应缸（1）为玻璃质，整体呈圆柱形，包括反应缸座（2）、取料窗（3）、反应缸体（24）、基底土层（6）、秸秆层（7）、覆土层（8）、反应缸贴签区（5）、反应缸体积刻度（9）、反应缸壁（10）和反应缸腔（11）；反应缸腔（11）从下到上根据功能的不同依次为基底土层（6）、秸秆层（7）、覆土层（8）；秸秆层（7）是由人为截断成的一定长度的秸秆竖立排在基底土层（6）上方，填满该处的反应缸腔（11）所形成的一层。该装置制作简单，可操作性强，成本低廉，效果明显。

技术领域

本发明涉及一种土壤碳循环实验中细菌对秸秆分解效率的验证装置，属于土壤监测治理技术领域。

背景技术

秸秆是成熟农作物茎叶穗部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其他农作物通常为粗粮在收获籽粒后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源，秸秆也是一种粗饲料。中国农民对作物秸秆的利用有着悠久的历史，只是由于从前农业生产水平低、产量低，秸秆数量少，秸秆除少量用于垫圈、喂养牲口，部分用于堆沤肥外，大部分都作染料烧掉了。随着农业生产的发展，中国自20世纪80年代以来，粮食产量大幅提高，秸秆数量也多，加之省柴节煤技术的推广，烧煤、用电和使用液化气的普及，使农村中有大量富余秸秆，很多农民为了省事，又不愿意深化利用秸秆，就在田间就地焚烧，于是在入冬季节，焚烧秸秆产生的大量浓烟严重污染空气，特别是人群密度较大的城市，几乎每年都会形成严重的雾霾天气。焚烧秸秆对环境造成了严重的污染。秸秆不烧的话该怎么利用，很多人首先想到的就是就地打碎还田，这种办法在一定程度上确实解决了空气污染的问题，但是调查发现，长期高频率的秸秆还田，对农业生产本身，也产生了一些不利的影响。目前我国各类秸秆年产量约为10亿吨，其中小麦和玉米秸秆占主要部分。随着秸秆综合利用的推进，我国秸秆平均利用率已经达到了70%。但是这当中有一半采取的都是就地打碎还田的利用方式。但每年都将大量的秸秆一次性直接还田，其实很难全部分解掉。经过多年的还田，掺杂着大量农作物秸秆的土壤层厚度普遍已经达到了40厘米。以前一亩地只需要撒20斤麦种，而现在需要撒三四十斤才能达到相同的产量。此外为了杀灭秸秆中附带的虫卵，并加速分解过程，还需要增加农药和化肥的使用量。这不仅不利于土壤的改良，也额外增加了农民的负担。农业专家认为，秸秆还田采取的是物质自然循环的方式。但我国的农业生产已经是大规模商业化的产业，每年如此大量的农作物秸秆要想一次性完成分解，单靠土地的自然分解能力是远远不够的。要想处理掉这些过量的秸秆，还需要寻找替代办法。为此，很多农业科学家着手对微生物处理秸秆的方法和技术进行深入的研究，比如东北农业大学的谢桂林团队，从冻土土壤中分离得到几种细菌，在室内实验过程中，能够在2个月内将秸秆分解88.73%，在大田实际实验中，水稻田内的秸秆被分解的无影无踪。微生物中可作为秸秆处理菌源的菌很多，如酵母菌、乳酸菌、真菌、放线菌、光合菌、食用菌等，其在自然界中普遍存在并且生命力极强，处理秸秆的条件要求不苛刻，且易操作，投资少，效益高。作物秸秆所含有的乳酸菌数量及种类都是有限的，在秸秆中添加乳酸菌，可加快秸秆的乳酸发酵，抑制和杀死其它有害微生物，在青贮中添加乳酸菌可达到长期酸贮的目的。乳酸菌（Lacticacid bacteria）还可作为益生菌添加到饲料中，主要包括嗜酸乳杆菌、乳杆菌属、链球菌属、双歧杆菌属等。是饲料中应用最早、最广泛的益生菌。酵母菌（Saccharomycetes）是第一种人类家养的微生物，该菌及其发酵产品大大改善和丰富人类的生活，在现代发酵工业中用途极为广泛。主要发酵产物有乙醇、乙酸、琥珀酸、乳酸等，它可以利用糖分和无机盐在极短时间内合成与动物性蛋白相近的蛋白质，另外还可产生维生素、未知促生长因子等。酵母菌生长繁殖快，培养条件和培养基简单，生产能力高，具有分泌和糖基化外源蛋白的能力。芽孢杆菌（Bacillus）主要有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌等。它是一种可以产生芽孢的耐酸碱、耐高温和耐压的有氧细菌，在加工过程中不易死亡，对产品的运输和保藏技术要求不高。它在机体里产生的代谢产物有很强的产蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶活性，促进动物机体分解饲料中的物质并合成动物体自身的成分，提高动物营养物质的代谢及其对饲料的降解，维持动物肠道平衡。真菌是分解秸秆的主要力量，侧耳菌（Pleurotus sp）为白腐真菌（White rot fungi）、子囊菌纲（Ascomycetes），侧耳菌常用于处理秸秆饲料，有较强分解粗纤维能力。侧耳是食用菌中生长速度较快的菌种，可利用多种木质纤维物质生长且栽培容易，是目前处理秸秆饲料的主要菌种之一。它可破坏秸秆的细胞壁结构，降解秸秆中不易被动物直接消化的木质素，使纤维素和半纤维素充分的暴露出来，改善秸秆营养价值，提高反刍动物对其利用率（央视网）。经过实验，很多专家都从不同的角度，找到了对秸秆具有不同分解效率的微生物，但是他们的所有实验几乎都是在实验室内完成的，很多结果一旦应用到实际农田，则再也看不到预想的结果。因此如何设计一种装置能够验证在土壤碳循环实验中寻找到的微生物在实验室内有效且在实际农田中也有效成为急需解决的一大难题，所以土壤碳循环实验中细菌对秸秆分解效率的验证装置利用圆柱形的反应缸填入秸秆和土壤，添加细菌等微生物，模拟土壤实际环境，人为制造野外大田环境，来验证细菌对秸秆的分解效率，从而达到在实验室内即可验证在土壤碳循环实验中寻找到的微生物在实验室内有效且在实际农田中也有效的目的，发明一种土壤碳循环实验中细菌对秸秆分解效率的验证装置是必要的。