河道淤泥和堆肥蛭石混合发酵制备基质及其育苗效果

农村河道清淤产生的淤泥,体量大、有机物浓度高,处置不当会造成二次污染。现代农业的工厂化育苗需求大量的营养土,就地取土导致耕地退化。该研究利用功能微生物发酵淤泥制备育苗基质,研究不同菌株发酵基质的物理和生物学性状,基质培育西瓜苗的生长、生理参数和抗逆性能。结果表明:微生物处理均能够提升淤泥基质物理和生物学性能,同时能够提升育苗质量。其中Trichoderma harzianum T83(T83)、Bacillus amyloliquefaciens IAE(BIAE)菌株发酵基质性能最好。相较于对照处理基质的最大持水量、总孔隙度、毛管孔隙度、通气孔隙度,T83处理分别增加了64.25%、52.65%、45.05%、56.11%;BIAE处理分别增加了101.17%、45.43%、61.43%、38.14%。相较于对照处理西瓜苗的株高、鲜质量、干质量、叶绿素含量、根系活力、根际真菌、细菌数量,T83处理分别增加了66.85%、52.07%、72.16%、43.13%、54.93%、110.62倍、1.63倍;BIAE处理分别增加了80.40%、57.34%、82.37%、54.88%、46.40%、67.26%、2.60倍、2.94倍。T83和BIAE处理西瓜苗叶片过氧化氢酶和超氧化物歧化酶酶活显著增加,根系丙二醛含量显著降低。真菌菌株T. harzianum T83和细菌菌株B. amyloliquefaciens IAE发酵淤泥,能够显著提升其农用品质,为淤泥高附加值化农用提供一条可行的途径。     

典型畜禽粪便配伍食用菌菌渣堆肥研究

研究3种典型畜禽粪便工厂化高温好氧堆肥过程中物理化学参数的动态变化规律,为典型禽畜粪便和食用菌菌渣废弃物有机肥料化提供理论依据。本研究分别以新鲜牛粪、猪粪和鸡粪配以2倍质量(DW)的食用菌菌渣进行堆肥试验,研究堆肥过程中温度、pH值、铵态氮、硝态氮和发芽指数等理化指标的动态变化规律。结果表明:堆肥过程中牛粪、鸡粪和猪粪处理在55℃以上的持续时间均超过15天,堆体温度均超过70℃。堆肥结束时,猪粪、鸡粪、牛粪处理的pH值分别为pH 7.59、7.81、7.48,符合腐熟堆肥pH 5.5~8.5的一般标准,种子发芽指数(GI)均大于80%,总养分(N+P_2O_5+K_2O)分别为4.31%、5.01%、4.57%,只有鸡粪处理满足有机肥养分标准(NY 525—2012)。堆肥过程中各处理铵态氮含量逐渐下降,硝态氮含量逐渐增加,至堆肥结束时牛粪、鸡粪和猪粪处理铵态氮的减少量分别为45.6%、29.2%、33.9%,而相应地硝态氮含量分别增加到2.59、2.57、2.15 g/kg。本研究结果可为适度规模养殖场的畜禽粪便进行堆肥处理提供一定的理论依据。     

养殖废弃物堆肥中抗生素和抗性基因的降解研究

抗生素的滥用及排放会造成细菌产生耐药性以及抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)的传播和扩散。畜禽粪便是导致环境中抗生素污染的主要来源之一。本文综述了四环素类、大环内酯类、喹诺酮类、β-内酰胺类、磺胺类和氨基糖苷类等在水土环境中广泛存在的抗生素及其环境残留水平和对动植物、微生物的影响,分析了当前利用堆肥技术降解畜禽粪便中抗生素和ARGs效果及机制的研究情况。总结得出,猪粪中抗生素残留量最高,其中四环素类残留量为1390~354 000 mg·kg^-1,磺胺类170.6~89 000 mg·kg^-1,氟喹诺酮类411.3~1 516.2 mg·kg^-1,硝基呋喃类85.1~158.1 mg·kg^-1,大环内酯类1.4~4.8 mg·kg^-1。堆肥对大部分抗生素具有好的降解效果,其中四环素类抗生素降解率为62.7%~99%,磺胺类为0~99.99%,对大环内酯类几乎可以完全降解,但是,堆肥无法降解喹诺酮类抗生素。养殖废弃物堆肥过程中,ARGs的降解情况同样因抗生素种类和堆肥方式而不同。已有的研究表明,除大环内酯类ARGs外,堆肥对其他ARGs均具有有效的降解效果,降解率为50.03%~100%。堆肥初期的优势菌门是厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门;堆肥结束后放线菌门成为最优势菌门。初始抗生素的浓度不影响堆肥结束时微生物的群落组成。温度和pH是影响抗生素降解的最主要因素,而ARGs的降解效果主要受温度影响。     

高温秸秆降解菌的筛选及其纤维素酶活性研究

筛选能在高温（55~75℃）好氧堆肥中高效降解纤维素的菌株，并评估其降解秸秆的能力与产纤维素酶的热稳定性。从高温期堆肥中采样，以水稻秸秆粉为唯一碳源，通过55、65℃和75℃连续高温传代驯化并分离筛选耐高温菌，结合水解圈和水稻秸秆崩解试验筛选不同高温下高效降解秸秆的目标菌株，采用16S rRNA测序和系统发育分析鉴定目标菌株分类地位，通过分析目标菌株纤维素降解相关酶在50~90℃之间的热稳定性，解析其高温适应性机制，评价其在实际生产中的应用潜力。高温驯化分离得到13株耐高温降解菌，其中B-5、B-6、B-7和B-11的纤维素和秸秆降解能力较强，而只有B-7和B-11在55~65℃和75℃具有高效降解水稻秸秆的能力，将其认定为目标菌株。系统发育分析表明B-7和B-11菌株与芽孢杆菌科高度相似，分别命名为短小芽孢杆菌B-7和嗜热脂肪芽孢杆菌B-11。酶活热稳定性分析发现B-7和B-11各纤维素酶活性在50~90℃之间先升高后降低，其最适温度范围不同，分别为55~65℃和70~80℃，其中B-11在85℃时的相对酶活仍高于60%。研究表明，菌株B-7和B-11是耐高温高效秸秆降解菌，其具有不同高温偏好性，纤维素酶热稳定性强，在秸秆高温好氧堆肥中具有潜在的应用前景。     

堆肥中不同氮素原位固定剂的综合比较研究

为综合比较磷酸+氧化镁(PMO)、过磷酸钙(SP)和磷酸(PA)等3种氮素原位固定剂在堆肥化过程中对氮素损失控制、温室气体排放、堆肥品质以及成本的差异,进而选择合适的氮素原位固定剂,试验以猪粪和玉米秸秆为原料,采用强制通风模式(通风率均为0.25 L·kg~(-1)DW·min-1),在60 L发酵罐中进行模拟堆肥。结果表明,PMO处理能降低55.4%的NH3排放,但对N2O和CH4排放无显著影响;PMO堆肥产品充分腐熟,最终产品的晶体中鸟粪石相对含量达到78.3%。SP处理能降低37.5%的NH3和76.4%的CH4排放,对N2O无显著影响;氮素主要以氨氮形式固定。SP处理的成本最低,计算固定营养元素的价值后可实现利润4.0元·t-1。PA的NH3挥发率最低,仅为初始总氮的12.4%,但因氨氮积累导致堆肥未能彻底腐熟。鸟粪石沉淀技术是控制堆肥化过程中氮素损失的重要技术,在未来的研究中应当寻找磷酸的替代材料,以降低该技术的成本。     

Isolation and identification of effective cellulolytic bacteria in composting process from different sources

Cellulolytic bacteria have a bio-activating role in the composting process. A study was carried out to isolate and identify cellulolytic bacteria from various sources. The isolates were cultured in the carboxymethyl cellulose (CMC) agar medium and incubated at 30°C for 3–7 days. Based on morphological characteristics of the isolates, maximum diameter of a clear zone around the colony and maximum cellulolytic activity, eight isolate were selected for further studies regarding composting experiments.

Molecular tests based on PCR amplification and sequencing of 16S rRNA gene of isolates showed the closest phylogenetic similarity with the species of Stenotrophomonas rhizophila DSM14405 (99.8%), Brevibacterium halotolerans DSM8802 (99.6%), Achromobacter marplatensis B2 (99.8%), Bacillus methylotrophicus CBMB205 (100%), Pseudomonas azotoformans IAM 1603 (99.7%), Bacillus sonorensis NBRC 101234 (99.8%), Bacillus subtilis KCTC 13429 (100%) and Ochrobactrum thiophenivorans DSM 7216 (99.3%). The study of the isolates impact on the composting of palm wastes in a randomized complete block design with 11 treatments in 3 replications showed that strain IB (B. methylotrophicus) caused a significant decrease in C:N ratio (58%). The increasing of microbial respiration compared with control after 30 days incubation at 37°C showed that the B. methylotrophicus strain IB with cellulolytic characteristics can be applied to hydrolysis of cellulosic biomass in the composting processes.     

畜禽粪便超高温堆肥产物理化性质及其对小白菜生长的影响

为考察超高温快速堆肥提高畜禽粪便处理效率的可行性及其产物农田施用效果,以鸡粪(chicken manure,CM)、猪粪(pig manure,PM)、奶牛粪(dairy manure,DM)和稻壳为发酵原料,监测其在85℃、发酵24 h前后的理化特性和嗜热微生物数量变化,并采用盆栽试验研究了鸡粪为主要原料的快速堆肥产物对小白菜出苗和生长的影响。结果表明,超高温发酵24 h后粪便中病原菌数量和含水率达到有机肥质量标准,70℃能生长的高温微生物数量提高2个数量级。超高温快速堆肥后,CM,PM,DM浸提液可溶性有机碳质量分数分别增加了46.5%、22.9%和42.6%,挥发性脂肪酸质量分数分别增加了37.2%,31.2%和56.8%。超高温快速堆肥对CM,PM,DM总氮、总磷、总钾含量影响不大,但游离氨基酸质量分数分别增加79.2%,58.1%,74.6%;总腐殖质质量分数分别增加了27.6%,3.4%,27.3%。CM,PM中铵态氮质量分数分别上升了114.6%,40.6%(P0.001),因而降低了种子发芽指数和小白菜出苗率。但出苗后,施用超高温快速堆肥产物的小白菜地上部生物量最高,分别比施用纯化肥、腐熟有机肥高出20.4%(P0.05)和51.9%(P0.05)。可见超高温快速堆肥(85℃,24 h)提高畜禽粪便处理效率是可行的,其产物施入土壤能减少无机氮肥的施用,但不宜用于育苗,施用时应根据土壤和作物类型,采用合理的施用量和施用方法。     

微生物和生物炭联用对猪粪堆肥后重金属Pb和Cd的钝化效果

为探讨微生物和生物炭联用对畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化效果的影响,该文研究生物炭(花生壳炭、木屑炭、玉米秸秆炭)与复合微生物菌剂联用对重金属Pb、Cd形态转化及钝化效果的影响。试验结果表明:9个处理高温期维持天数均达无害化卫生要求,生物炭添加比例对堆肥过程中温度变化影响显著。对Pb的钝化效果最优处理是24%花生壳生物炭和1%的菌剂(T9),可交换态分配率较堆前下降16.32%,钝化效率为74.60%。对Cd的钝化效果最优的处理是24%木屑炭和1.5%的菌剂(T3),交换态Cd与堆前相比下降7.96%,钝化效率为58.13%。统计分析结果表明,重金属Pb、Cd的钝化效果与堆肥过程中平均pH值呈显著正相关,重金属Pb的钝化效果与堆肥过程中温度平均值呈显著正相关,重金属Cd的钝化效果与有机质降解率呈显著正相关。     

城市林木枯落物与河道底泥不同配比的堆肥效果

为利用城市林木枯落物与河道底泥堆肥生产有机肥,设计城市林木枯落物和经加粉煤灰钝化处理的河道底泥5种不同比例(1∶1、1∶2、1∶3、2∶1和3∶1)的高温堆肥试验,测定堆肥过程中堆温、p H值、有机质和C/N的动态变化,以及这5种配方堆肥产物的种子发芽指数。结果显示,堆温和p H值均呈先升高后下降的趋势,3∶1的配比升温迅速、高温期维持时间(5 d)最长;堆肥结束时,各处理均达到腐熟,p H值在7.47~8.87,有机质分别下降了36%、38%、42%、33%和29%,城市林木枯落物比例增加有利于减少有机质损失;由于底泥的C/N较低,增加枯落物有助于提高堆肥效率;处理1、4和5的种子发芽率分别在26、18和19 d达80%以上,而处理2和3直至堆肥结束其种子发芽率仍小于80%。综合考虑堆肥质量和效率,底泥和城市林木枯落物3∶1的处理为规模化生产有机肥的适宜原料比例。     

功能膜覆盖好氧堆肥过程氨气减排性能研究

畜禽粪便高温好氧堆肥过程中氨气的排放不仅污染环境,而且会降低有机肥氮素含量。因此,控制好氧堆肥过程中氨挥发是降低氮损失及减少堆肥周边环境恶臭的关键。为研究膜覆盖对畜禽粪便好氧堆肥过程氨气挥发的影响,以猪粪和小麦秸秆为试验原料,采用具有选择渗透性的Gore膜作为覆盖材料,在实验室好氧堆肥反应器系统中进行了为期27 d的好氧堆肥试验。试验设置覆膜组和对照组,采用开启1 h、关闭1 h间歇通风方式,通风速率为3 L/min,重点监测堆肥过程堆体温度、氧浓度和NH3排放速率等。研究表明:覆膜组比对照组高温期持续时间略长,更有利于杀死堆体有害病原菌;相比于对照组,覆膜组NH3排放量减少18.87%;相比于温度峰值出现的时间,两组试验NH3峰值出现时间均延后,且覆膜组延后时间更长。