朱雪峰，女，博士，中国科学院沈阳应用生态研究所特别研究助理。年毕业于辽宁师范大学生命科学学院，同年保送至中国科学院沈阳应用生态研究所，年6月获博士学位。硕博连读期间主要从事土地管理和利用方式对土壤微生物介导的有机碳动态影响的研究。曾获得本科、硕士与博士国家奖学金、中国科学院地奥奖学金、大连市优秀毕业生（年）、北京市优秀毕业生（年）等荣誉称号。本科及硕博在学期间曾在GlobalChangeBiology等国内外学术期刊以及中国科普博览等国内知名科普平台发表文章10余篇。年10月-年10月曾赴美国伊利诺伊大学厄本那香槟分校交流访问一年。
各位领导，专家、合作社的朋友们大家晚上好，我是来自中国科学院沈阳应用生态研究所的朱雪峰，硕博连读期间主要从事的是土壤微生物相关方面的研究工作，所以今天非常荣幸能够有机会跟大家一起来探讨交流一下土壤微生物在玉米秸秆分解和转化中的作用，题目乍一听起来好像科学性很强，但是实际都是咱们田间地头上长期摸索出的知识总结。所讲内容如有不妥之处也请大家多多包涵给予指正。秸秆我想大家都再熟悉不过了，它就是成熟农作物的茎秆，比如小麦秸秆，稻杆，玉米杆，辣椒杆，花生壳，棉花杆，油菜枝等等。我国秸秆数量巨大，近年来平均每年各类秸秆收获量能达到近7亿吨。且其中玉米秸秆占了近1/3。我总觉得秸秆像个“老实人”，平日里总能见到，长得也没啥新奇的样子，但是您可别小看这个能给社会带来巨大经济效应给土壤带来巨大福音的“老实人”，它可是个宝！它们怎么就成宝了呢？这主要还是归功于秸秆的化学构成。农作物需要通过光合作用来生长，在这个过程中就使得秸秆中含有大量的氮，磷，钾，镁，钙，有机物等，是一种具有多用途的可再生的生物资源，比如发酵产生沼气，能堆肥做肥料，制造纤维素乙醇燃料，造纸，甚至还能打造成工艺品。同时，由于秸秆富含粗纤维（30%-40%）和木质素，也可作为反刍动物牛、羊等牲畜的饲料。此外，由于农作物在光合作用时所吸收的近一半的碳都储存在了秸秆中，加上它富含那么多的养分元素，所以秸秆也能够作为外源有机物料归还到田地中，用来提高土壤有机质的含量，养肥土壤。合理利用秸秆，它在您手里就能变废为宝，点秆成金。说到这，可能心里有疑问了，你说秸秆是个宝，那秸秆怎么向土壤献宝的？什么是土壤有机质啊？玉米秸秆和土壤有机质长得应该不一样吧，秸秆是怎么变身的？变成土壤有机质了有啥用呢？别急，咱们逐个问题说一说。首先就来看看什么是土壤有机质。土壤有机质泛指以各种形态和状态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。包括土壤中的动物、植物以及微生物残体的不同分解、合成阶段的各种产物，主要成分也就是我们常说的腐殖质，是土壤肥力的基础，可以说没有土壤有机质就没有土壤肥力。土壤有机质含量丰富的，土壤就肥沃，土壤有机质缺乏的，土壤就相对贫瘠。这些被土壤微生物分解后的动植物残体碎渣因为含有棕色的胡敏酸和黑色的胡敏素，因此土壤有机质含量越高，土壤颜色越发黑，虽然其貌不扬，但是富含营养，可以为植物提供生长所需的养分。我们东北黑土地就是得益于较高的有机质含量，因此才能成为国家产量大户。以前经常有人说：捏把黑土冒油花，插双筷子也发芽。说的就是咱们黑土的肥沃。通过前面的了解我们已经发现秸秆和土壤有机质长得压根就不一样，那么秸秆又是怎样转化成土壤有机质的呢？没错，就是我们刚才也有提到的，依靠微生物的作用了。秸秆要向土献宝，微生物的帮助可少不了。秸秆变成有机质总共分两步，第一步，被微生物分解成小碎片，第二部被微生物转化成为有机质。讲到这，我们今天的另一个主人公，微生物就正式登场了。那什么是微生物呢？微生物顾名思义，是一类个体微小，肉眼很难看见的微小生物的总称，通常包括了细菌、真菌、古菌、藻类、原生动物以及病*等，因为微生物非常微小，所以通常情况下需要借助显微镜来观察识别。虽说地球上微生物诞生的时间可以追溯到35亿年前。然而，人类对于微生物的发现却属于“相见恨晚”型的。因为，直到年，荷兰贸易商也是科学家的列文虎克利用自制的简单显微镜观察了雨水、污水、血液和牙垢等之后，发现里面有很多活的小家伙儿，并把它们画下来，人们才首次意识到神奇微生物世界的存在，以至于后续短短几百年时间，开启了微生物学的研究热潮。但其实，在列文虎克通过显微镜观察到细菌之前，人类虽然并没有微生物的概念，但对微生物的利用却早已有着悠久的历史。早在九千多年以前，我国人民就发明了制曲酿酒的工艺，年，考古学家在我国河南贾湖遗址的陶器沉积物中发现了酒石酸成分，经碳-14年代测定距今有多年，说明当时人们已经开始通过发酵酿造技术制作酒了，而这都得益于酵母菌的帮助。只是当时人们还不知道酵母菌是谁罢了。公元6世纪，贾思勰在《齐民要术》中明确记载了制酱、造醋、腌菜等制作食品的方法。制醋就离不开醋酸杆菌、制酱过程需要曲霉菌帮助发酵，那么腌酸菜做酸奶中的这个酸味就是乳酸菌产生的风味。所以这些日常随处可见的食物也有微生物的参与。除了制作食品外，我国古代人民也很早就将微生物用于了农业生产和医疗中。在农业上，春秋战国时期，劳动人民从生产实践中发现腐烂在田里的杂草可以使庄稼长得茂盛，于是开始用腐烂的野草和粪作为肥料，前面提到的那本《齐民要术》也记载了制作堆肥和厩肥的完整技术，整个过程就是利用有机质在微生物的作用下腐解为简单的可供植物吸收的营养，类似我们今天提倡的有机农业。此外，我国西汉晚期的农学著作《氾胜之书》还曾提出利用瓜类和小豆间作的种植方法来提高作物产量，实际就是利用了根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用来提高土壤肥力。古代医书中也有许多防止病原菌侵染和治病的措施，比如《神农本草经》记载了白僵蚕(即感染白僵菌而僵死的家蚕幼虫)的功效与用法；《医宗金鉴》则详细记载了种痘防治天花的方法等等。此外，一些大型真菌类微生物也是大家耳熟能详的中药和食材，比如灵芝和各种蘑菇。当然除了我们国家之外，西方国家也同样有利用微生物的历史，如公元前年左右，古埃及人就首先掌握了制作发酵面包、酿制果酒的技术等等。尽管古时候的人们利用在生产实践中获得的经验巧妙利用微生物来改善了自己的生产和生活，但是他们还不知道这些背后的功臣就叫做微生物。那么究竟什么机缘巧合下酵母菌被发现了呢？大家都知道法国的葡萄酒业非常有名，但是啤酒和葡萄酒放久了以后会变酸。19世纪中叶，里尔的酿酒商就找到了法国著名的微生物学家兼化学家的巴斯德，向他请教如何防止酒变酸。巴斯德对酒发酵过程展开了研究，发现没变酸的酒里是圆球状的酵母细胞，当葡萄酒和啤酒变酸后，酒液里有了细棍似的乳酸杆菌，正是这帮小家伙儿在营养丰富的啤酒里繁殖，使啤酒变酸了。然后他发现，在60~65摄氏度加热半小时，就可以杀死酒里的乳酸杆菌，这就是著名的“巴氏杀菌法”，沿用至今。市场上出售的消*牛奶就是用这种办法消*的。但要注意的是，这种方法并没有将微生物全部杀死，仍保留了小部分无害或有益、较耐热的细菌或细菌芽孢，所以巴氏消*牛奶要在4℃左右的温度下保存，通常可以保存3～10天。后续也有很多微生物学家在微生物引发疾病和微生物研究的方法上做出了很多贡献，共同推动了微生物学早期的研究和发展。到了19世纪，工业革命逐渐提高了人们的生活水平，但细菌感染导致的死亡率也居高不下。在那个没有抗菌药物的时期，面对肆虐的疫情，人们束手无策。带来的恐慌要远大于如今的新冠疫情。年，英国细菌学家弗莱明(AlexanderFleming)意外发现了能抑制多种有害细菌的生长、但对人和动物却无*的青霉素，并在年将其研究结果发表在《英国实验病理学杂志》上，只可惜当时并未引起学术界的高度重视，且由于当时提取纯化条件所限，青霉素还没有能够用于临床治疗。直到20世纪40年代，弗莱明的论文被偶然发现，经过参考弗莱明的试验，青霉素被提取和纯化出来，并治愈了一位因划破了脸导致伤口感染而患了败血症的警察。随着第二次世界大战爆发，青霉素得以大规模生产和应用到战争伤员的治疗中，并逐步在公民医疗中使用，惠及全世界。青霉素也与原子弹、雷达并称为第二次世界大战的三大发明。现如今，因为一些微生物导致人类动物感染致病的事件频有发生，此外，真菌细菌也会给农作物带来病害，比如枯萎病、青枯病等等。所以很多人一说到微生物，会有些谈“菌”色变，闻“*”丧胆的感觉。但其实了解了前面所提到的微生物发展历程，我们发现，虽然微生物能给我们带来灾难，但同时也可以造福人类，这主要取决于科技的发展和我们对微生物性状功能的了解程度。在探索微生物的道路上，人类逐渐发现微生物可以帮助我们对抗疾病和提高生产效率。比如利用微生物代谢产物来生产抗生素，用减*或者灭活的致病微生物制作疫苗，利用微生物的发酵功能生产乙醇、采油冶金，给皮革脱毛等等，还可以利用微生物强大的分解功能降解环境里的污染物等等。近期大家主编：张学志
监制：李保国 王贵满
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