生活垃圾微生物强化堆肥对放线菌群落的影响

为了探讨微生物强化堆肥对生活垃圾好氧堆肥过程及堆肥过程中放线菌群落的影响,在堆肥过程中接种高效细菌复合菌剂和真菌复合菌剂,并以不接种的堆体为对照,对堆肥过程的温度变化和木质纤维素的降解效率进行了测定,并借助于PCR-DGGE方法对堆肥过程中放线菌群落的动态变化和种群多样性进行研究。结果表明：微生物强化堆肥能缩短堆体起爆时间,并能有效提高堆体降温期和二次发酵期的温度;和自然堆肥相比微生物强化堆肥使半纤维素、纤维素和木质素的降解率分别提高8.95%、12.72%和10.13%。DGGE图谱显示：2种堆肥方式的放线菌多样性指数表现出极显著差异,微生物强化堆肥能增加堆体中优势菌群的种类和数量,能有效提高腐熟期的放线菌群落多样性,有利于堆肥腐熟。优势条带测序结果表明：在接种堆肥过程中检测到了放线菌门的棒杆菌属、分支杆菌属、链霉菌属、热孢菌属、迪茨菌属、糖丝菌属和放线菌属。     

低温下复合发酵剂对牛粪与鸡粪混合堆肥有机氮变化的影响

从低温条件下牛粪、鸡粪混合堆肥过程中有机氮组分变化入手,研究接种不同的复合发酵剂对堆肥有机氮素形态转化的影响.结果表明,各处理全氮、酸水解有机氮、氨基酸态氮含量均呈先降低后升高的趋势;堆肥结束时接种复合发酵剂的处理全氮量较不接种的对照提高30.81%;接种含纤维素分解菌发酵剂的处理全氮量较接种复合发酵剂的处理提高6.54%.表明接种含纤维素分解菌的复合发酵剂能有效减少堆肥氮损失,提高产品肥效.     

利用PCR-DGGE方法研究添加复合菌剂对堆肥微生物群落的影响

为研究接种复合菌剂对堆肥微生物群落变化的影响,以奶牛粪便和稻草为原料进行堆肥试验,设添加复合菌剂BLD（由3株木质纤维素降解细菌组成,经测序鉴定分别为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、假单胞菌属中未鉴定种）和不加菌剂两个处理,利用传统平板培养与聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）方法相结合研究两种堆肥处理对微生物群落演替的影响。结果表明,基于传统培养方式,微生物数量呈升高-降低-升高-降低的趋势,且细菌数量明显大于真菌数量;DGGE图谱显示,两种堆肥处理的条带数呈现与传统培养相似的变化趋势。接种菌株在堆肥初期成功定殖,高温期成为优势菌株,降温期优势逐渐减弱。接种菌剂增加了堆肥中细菌数量,提高了堆肥微生物群落多样性,从而促进堆肥微生物群落演替,缩短堆肥腐熟时间。     

高效纤维素降解菌的筛选及复合菌系的构建

本研究旨在筛选高效纤维素降解菌,组建复合菌系,用于堆肥接种剂的开发。通过纤维素刚果红选择性培养基,从腐殖土、堆肥样品中分离高效纤维素降解常温菌和耐高温菌。经过羧甲基纤维素酶活(carboxymethyl cellulase,CMCase)、滤纸条崩解能力、对稻杆及苦参(Sophora flavescens Ait.)残渣在液态和固态发酵条件下的降解能力测定逐级淘汰,筛选高效菌株组建复合菌系。研究结果表明,通过拮抗作用、单一菌株在复合菌系中作用测定,最终构建了由3株细菌(弗留明拜叶林克氏菌(Beijerinckia fluminensis)、微杆菌(Microbacterium sp.)和芽胞杆菌(Bacillus sp.)),1株链霉菌(Streptomyces sp.)和1株毛壳菌(Chaetomium sp.)组成的木质纤维素降解高效复合菌系。供试菌株在液态发酵条件下对稻杆和苦参残渣的降解效果明显强于固态发酵,稻杆比苦参残渣更容易被大多数微生物降解,供试真菌在稻杆和苦参残渣的降解中普遍表现出较高的降解效果。筛选得到弗留明拜叶林克氏菌XM-3可以在48 h内将滤纸条完全崩解,复合菌系在固态发酵20 d后对苦参残渣和稻秆的降解率分别达到31.4%和63.1%。本研究对堆肥接种剂的开发具有参考和借鉴意义。     

沼液堆肥化与牛粪堆肥化的发酵特性及腐熟进程

为评价沼液作为堆肥含氮添加剂的应用效果,开发沼液的处理应用技术,以牛粪树叶堆肥为对照,将沼液和树叶混合堆制发酵,探讨其发酵特性与腐熟进程。研究结果表明,环境温度一直在10℃以下,沼液堆肥化和牛粪堆肥化均能经历35d以上的堆温超过50℃的高温发酵;而沼液堆肥化超过50℃的高温期持续时间比牛粪堆肥化少8d;经60d的发酵沼液堆肥化的半纤维素含量从发酵初期的12.14%下降到6.53%,纤维素含量由20.5%下降到9.8%;而牛粪堆肥化的半纤维素含量从12.8%下降到9.56%,纤维素含量由21.5%下降到15.9%。可见沼液堆肥化的分解更彻底。从C/N、温度、可溶性糖含量、含水量、种子发芽指数综合评价两种堆肥的腐熟度,沼液堆肥化进入腐熟状态约经30d,而牛粪堆肥化进入腐熟约需45d。     

氧浓度对复合菌系MC1纤维素降解能力的影响

堆肥系统内氧浓度一直是影响堆肥进程的重要因子,它决定了堆肥系统中微生物活动的强弱,从而影响堆肥中复杂有机物的分解速率.该文研究了氧浓度对纤维素降解复合菌系MC1功能的影响.通过不同封口方式与不同大小容器培养实验,揭示静置培养条件下复合菌系MC1在纤维素降解过程中,氧浓度对该复合菌系分解纤维素能力的影响.得出复合菌系MC1在微耗氧条件下(＜0.05 mg/L)分解纤维素,分解纤维素最佳的氧浓度范围在0.01～0.02 mg/L,氧浓度过高或过低均不利于纤维素的分解.特定氧浓度有利于复合菌系MC1执行分解功能.     

功能菌剂对堆肥中木质纤维素降解的影响

以鲜牛粪和稻草为材料进行好氧堆肥,主要研究了接种木质纤维素降解菌对堆肥过程中木质纤维素降解酶活性、木质纤维素降解菌数量动态及木质纤维素降解率变化的影响。结果表明,接菌处理使堆肥在第3 d进入高温期,并维持45℃以上高温长达20 d(自然堆肥为14 d)。接菌处理堆肥中的木质纤维素酶活性在各个时期均高于自然堆肥,其中羧甲基纤维素酶、滤纸酶和半纤维素木聚糖酶活性最大值分别为1 120、268、1 681 U/L,高出自然堆肥959、209、1 459 U/L;漆酶活性在第18和31 d出现两次峰值,分别为4 666和3 666 U/L,而自然堆肥的漆酶活性在第18 d出现一次明显峰值,仅为1 700 U/L。接菌处理的木质纤维素降解菌数量在堆肥各个时期均高于自然堆肥;堆肥结束时,接菌处理堆肥中木质素、纤维素和半纤维素的降解率分别高于自然堆肥14.33%、31.31%和19.57%。以上结果表明,加入木质纤维素降解菌可明显提高堆体温度,延长堆肥高温期,增加堆肥中木质纤维素降解菌数量,提高相关酶活性和木质纤维素降解率,可以考虑将其进一步应用于较大规模的牛粪堆肥处理或其他禽畜粪便的堆肥处理。     

堆肥过程中的微生物研究进展

堆肥是由群落结构演替非常迅速的多个微生物群体共同作用而实现固体废物资源化、无害化的动态过程.本文在综合国内外文献资料的基础上,结合本实验室的研究工作,从堆肥过程中微生物群落的演替、有机物降解菌的选育应用、变性梯度凝胶电泳(DGGE)在堆肥微生物研究中的应用等方面介绍了现代堆肥过程中微生物研究的进展及存在问题,并且指出堆肥过程中微生物菌系组成变化复杂和实验手段有限是限制本研究的主要因素,今后应重视利用分子生物学方法进行微生物的研究工作,并根据微生物之间的协同关系有目的地构建降解多种有机废弃物的高效稳定复合菌系,以适应复杂的堆肥环境.     

墙体材料及其组合对日光温室墙体保温性能的影响

堆肥是由群落结构演替非常迅速的多个微生物群体共同作用而实现固体废物资源化、无害化的动态过程。本文在综合国内外文献资料的基础上,结合本实验室的研究工作,从堆肥过程中微生物群落的演替、有机物降解菌的选育应用、变性梯度凝胶电泳(DGGE)在堆肥微生物研究中的应用等方面介绍了现代堆肥过程中微生物研究的进展及存在问题,并且指出堆肥过程中微生物菌系组成变化复杂和实验手段有限是限制本研究的主要因素,今后应重视利用分子生物学方法进行微生物的研究工作,并根据微生物之间的协同关系有目的地构建降解多种有机废弃物的高效稳定复合菌系,以适应复杂的堆肥环境。     

木质纤维降解复合菌剂促进堆肥腐熟研究

利用工厂化高温好氧堆肥方式,探究了具有高效降解木质纤维能力的微生物复合菌剂分别对纯秸秆和秸秆畜禽粪污混合物堆肥效率的影响。以纯秸秆和猪粪秸秆混合物为原料,设置空白对照、单菌处理和复合菌处理,评估堆肥过程中不同堆体温度、含水量、pH、有机质含量、发芽指数和养分等理化指标的变化对堆体腐熟效率的影响。结果表明,无论何种堆肥原料,相比空白和单菌处理,复合菌处理堆体均升温速率最快,高温期温度最高,后熟期降温最快。堆肥过程中,各处理p H无显著差异,变化趋势基本一致;各处理发芽指数(GI)不断提高,纯秸秆和秸秆粪污混合物为原料的接复合菌处理均在第25天高于接单菌处理,至堆肥结束时,接复合菌处理的发芽指数分别为93.45%和98.67%;随堆肥的进行,各处理有机质含量均处于下降趋势,至堆肥结束时,所有处理的有机质含量均高于450 g/kg;各处理的全氮、全磷、全钾含量在堆肥结束时比堆肥初始均有所增加,至堆肥结束时,以纯秸秆和秸秆粪污混合物为原料的接复合菌处理的总氮和总磷含量均显著高于其他处理。综上,相比于不添加外源菌和添加单一菌株,高效木质纤维降解复合菌剂的添加,能够有效促进堆肥的腐熟,提高堆肥效率。     

PLFA法和DGGE法分析堆肥细菌群落变化

同时采用PLFA（Phospholipid fatty acid）谱图分析法和DGGE（Denaturing gradient gel electrophoresis）法分析农业废物堆肥化过程中细菌群落的变化。结果表明：（1）单体PLFA数据显示样品之间的群落结构有明显差异,随着堆肥进程的进行,群落在不断演替,PLFA数据可以较为明确地表征微生物生物量的变化,但不能给出具体的物种变化信息;（2）DGGE分析显示堆肥过程中的样点和DGGE条带数据都存在3大主要类别,堆肥过程中细菌群落结构至少经历了3个阶段的演替,即嗜温细菌群落、高温细菌群落和腐熟期细菌群落。堆肥过程是微生物群落结构与堆肥温度相互制约的过程;（3）虽然两类方法显示的信息并不完全一致,但也因此说明了不同方法显示的信息并不是绝对的,采用各类方法组合研究堆肥微生物的信息变化是很有必要的。     

不同处理方式对奶牛粪细菌群落多样性及群落结构的影响

以腐熟牛粪、新鲜牛粪以及蚯蚓粪为材料,提取其微生物总DNA,利用细菌16SrDNAV3区扩增及变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）法,分析了3种材料中细菌的多样性以及细菌群落结构的相似性。结果表明,蚯蚓粪的细菌多样性最丰富,腐熟牛粪次之,新鲜牛粪的细菌多样性最小。蚯蚓粪和腐熟牛粪的细菌群落结构有40%的相似性;蚯蚓粪和新鲜牛粪的细菌群落结构的相似性为25%;新鲜牛粪和腐熟牛粪的细菌群落结构的相似性则为35%。     

菌剂DF-1对啤酒厂污泥与鸡粪堆肥的影响

为了探讨功能性菌剂对堆肥化进程的影响,并为加快啤酒厂污泥与鸡粪堆肥化进程和减少臭气提供理论依据,将自制菌剂DF-1接种至啤酒厂污泥与鸡粪的堆体中,以不接种堆体为参照,测定了堆肥化过程中各参数的变化及菌剂DF-1中优势微生物变化情况。结果显示：两个堆体废气中NH3浓度均呈现先上升后下降的变化趋势,H2S浓度则呈现持续下降的变化情形;不接种堆体NH3浓度至堆肥腐熟期仍为0.39 mmol/m3,而接种堆体第10天为1.25 mmol/m3,此后无法检出;不接种堆体中H2S浓度在堆肥第22天仍为0.7 mg/L;而接种菌剂堆体第10天为0.48 mg/L,此后无法检出。接种菌剂DF-1不但能降低堆体水分含量,而且其堆体腐熟期TN含量高于未接种菌剂DF-1的堆体,说明接种菌剂后不但能有效减少臭气,而且有利于堆肥产品后期烘干制粒和优质高效有机肥的产生。菌剂DF-1中优势菌种乳酸乳球菌、热带假丝酵母及绿色木霉在堆肥过程中存在交替演变。     

微生物菌剂对猪粪堆肥过程中堆肥理化性质和优势细菌群落的影响

  【目的】  掌握猪粪堆肥过程中微生物群落的演替规律与理化指标的相互关系，对提高猪粪堆肥营养品质和加速堆肥进程具有重要的意义。  【方法】  以猪粪和玉米秸秆 (质量比6∶1) 混合物为堆肥原料，耐高温菌剂主要含Acinetobacter pittii、Bacillus subtilis subsp. Stercoris和Bacillus altitudinis。堆体设接种菌剂 (MI) 和未接种 (对照，CK) 两个处理。常规监测堆肥温度和理化指标值，于堆肥开始后第4、12、24和32天采集样品，以16S rRNA高通量测序技术研究堆肥细菌群落的变化。用堆肥第4、12、24和32天采集的新鲜样品制备浸提液，进行紫花苜蓿种子发芽试验。堆肥结束时，测定全氮、全磷和全钾含量，并探讨微生物菌剂对堆肥理化指标和细菌群落演替的影响。  【结果】  接种微生物菌剂可使堆肥高温期提前2天出现，并且能延长高温期2天。堆肥浸提液的促生试验发现，在堆肥24天后紫花苜蓿种子发芽指数 (GI) 大于80%，且MI对幼苗主根的促生能力大于CK (P < 0.05)。随着发酵过程的进行，堆体体积不断缩小，CK和MI中全钾 (TK) 和全磷 (TP) 含量一直呈增加趋势，在堆肥第32天，CK和MI的全磷含量分别为2.28%和2.63%，处理间差异显著 (P < 0.05)，而全钾含量分别为1.81%和1.86%，全氮含量分别为2.65%和2.63%，pH分别为8.72和8.78，处理间差异均不显著。在整个堆肥过程中，MI和CK的pH变化范围分别为8.40～8.95和8.61～8.93；CK和MI中总有机碳 (TOC) 的降解速率在堆肥的4～12和24～32天均表现为MI大于CK，CK和MI的碳氮比 (C/N) 分别为13.28和15.26，差异显著 (P < 0.05)。堆肥过程中在门水平上占据主导地位的细菌群落主要包括 Proteobacteria、Actinobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes，在堆肥的高温期 (堆肥24天)，堆体CK和MI中Firmicutes的相对丰富度分别为17.4%和59.8%；在堆肥的升温期、高温期和腐熟期，优势门水平细菌群落Proteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria依次演替，且MI堆体中细菌群落的相对丰度均大于CK。属水平优势细菌为Acinetobacter、Lysinibacillus、Solibacillus、Pseudomonas和Flavobacterium，添加微生物菌剂可使Acinetobacter的丰度在堆肥第4天增加21.41%，此外，添加复合微生物可使堆肥第12天的Shannon和Observed species指数增加。相关性分析表明，温度、全N (TN)、TP、TK、TOC及GI与堆体中细菌组成具有显著相关性，而pH和细菌的相关性不显著。  【结论】  在堆体内接种微生物菌剂可显著提高并维持堆肥过程中优势门、属细菌群落的丰度，进而促进堆体升温并延长高温时期，缩短堆肥腐熟周期，加快总有机碳的分解，最终提高堆肥产品中有效磷的含量。复合微生物菌剂在堆肥升温期起主要作用的为Acinetobacter pittii，高温期为Bacillus subtilis subsp. Stercoris和Bacillus altitudinis，我们建议筛选耐高温细菌时应集中在厚壁菌门的芽孢杆菌属。     

Soil microbial biomass, dehydrogenase activity, bacterial community structure in response to long-term fertilizer management

This study describes the effects of balanced versus nutrient-deficiency fertilization on soil microbial biomass, activity, and bacterial community structure in a long-term (16 years) field experiment. Long-term fertilization greatly increased soil microbial biomass C and dehydrogenase activity, except that the P-deficiency fertilization had no significant effect. Organic manure had a significantly greater (P<0.05) impact on the biomass C and the activity, compared with mineral fertilizers. Microbial metabolic activity (dehydrogenase activity per microbial biomass C) was significantly higher (P<0.05) under balanced fertilization than under nutrient-deficiency fertilization. General bacterial community structure was analyzed by PCR-denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) targeting eubacterial 16S rRNA gene. Mineral fertilization did not affect the DGGE banding pattern, while specific DGGE band was observed in organic manure-fertilized soils. Phylogenetic analysis showed that the change of bacterial community in organic manure-fertilized soil might not be because of the direct influence of the bacteria in the compost, but because of the promoting effect of the compost on the growth of an indigenous Bacillus sp. in the soil. We emphasize the importance of balanced-fertilization, as well as the role of P, in maintaining soil organic matter, and promoting the biomass and activity of microorganisms.     

Environmental conditions rather than microbial inoculum composition determine the bacterial composition,microbial biomass and enzymatic activity of reconstructed soil microbial communities

The composition of microbial communities and the level of enzymatic activity in the soil are both important indicators of soil quality, but the mechanisms by which a soil bacterial community is generated and maintained are not yet fully understood. Two soil samples were collected from the same location, but each had been subjected to a different long-term fertilization treatment and was characterized by different microbial diversity, biomass and physicochemical properties. These samples were γ-sterilized and swap inoculated. Non-sterilized soil samples along with sterilized and inoculated soil samples were incubated for eight months before their nutrient content, microbial biomass, enzymatic activity and bacterial composition were analyzed. Total phosphorus, and potassium concentrations along with the overall organic matter content of the non-sterilized soil were all equal to those of the same soil that had been sterilized and self/swap inoculated. Additionally, the microbial biomass carbon concentration was not affected by the specific inoculum and varied only by soil type. The activities of catalase, invertase, urease, protease, acid phosphatase and phytase were smaller in the sterilized soils that had been inoculated with organisms from chemical fertilizer amended soil (NPK) when compared to sterilized soil inoculated with organisms from manure and chemical fertilizer amended soil (NPKM) and non-sterilized soil samples. Bacterial 16S rRNA examined by 454-pyrosequencing revealed that the composition of bacterial community reconstructed by immigrant microbial inoculum in the soil was mainly influenced by its physicochemical properties, although the microbial inoculum contained different abundances of bacterial taxa. For example, the pH of the soil was the dominant factor in reconstructing a new bacterial community. Taken together, these results demonstrated that both soil microbial composition and functionality were primarily determined by soil properties rather than the microbial inoculum, which contributed to our understanding of how soil microbial communities are generated and maintained.