牛粪堆肥中高效菌株的筛选与应用效果

为了探索牛粪快速腐熟原理及方法,以糖、淀粉、蛋白质、纤维素、油脂培养基为筛选培养基,以菌株增殖倍数、菌株性能等为筛选条件,从牛粪常温堆肥中筛选不同原料高效功能菌,并组成功能菌剂;以不同原料菌及单菌株发酵试验对发酵机制进行研究。结果表明,芽孢杆菌、假单胞菌、木霉及曲霉等为重要功能菌,组成功能菌剂发酵升温快,进入高温期仅需4 d,发酵腐熟时间可缩短至19~20 d;发酵及升温效果依次为糖原料功能菌淀粉原料功能菌蛋白质原料功能菌纤维素原料功能菌;芽孢杆菌、假单胞菌、木霉、曲霉利用糖、淀粉、蛋白质及纤维素能力强,升温及腐熟效果好。各菌株充分利用基质各成分,紧密协同生长及代谢,迅速进入高温期,是堆肥快速发酵及腐熟的主要作用机制。     

堆肥用微生物及其效果研究进展

通过查阅国内外有关堆肥常用微生物及其效果的文献资料,初步总结了不同原料堆肥常用的微生物菌剂以及作用效果,发现目前秸秆堆肥中常用的添加菌剂有纤维素分解菌、白腐菌以及链霉菌等;粪便堆肥中主要添加芽孢杆菌、假单胞菌、霉菌等;动物尸体堆肥中主要添加芽孢杆菌;城市生活垃圾以及其他原料的堆肥中由于原料种类复杂,所用的菌剂也比较复杂,如纤维素分解菌、芽孢杆菌、霉菌、固氮菌等;也有大量的研究采用商业复合菌剂运用于堆肥中,如群林发酵剂(主要由功能菌、丝状真菌、营养体复合而成)、RW酵素剂(主要由真菌、细菌、丝状菌、酵母菌等多种菌株及相关酶复配而成)、VT菌剂系列(富含纤维素分解菌、固氮菌等)等。添加微生物菌剂对提升堆肥质量的效果明显:能有效促进有机物的降解进而促进堆体升温,延长堆肥高温时间,减少堆肥所用时间,促进腐殖质形成;能减少堆肥植物毒性,提高堆肥种子发芽率;能改善堆体的微生物结构及多样性;施肥后,对土壤质量改良效果明显等。     

城市污泥与调理剂混合堆肥过程中有机质组分的变化

【目的】研究城市污泥堆肥过程中各项有机质组分及碳、 氮在堆肥过程中的形成与转化,以期改善堆肥的生物有效性,促进其土地利用。【方法】在工厂规模化下,以城市污泥、 蘑菇渣锯末以及返混料按照6∶3∶1的质量比混合形成堆肥物料,辅以强制通风措施和翻抛,进行为期18 d的高温堆肥试验。堆肥期间定期采样,测定指标包括温度、 C/N值、 pH、 含水率、 有机质降解率、 水溶性组分、 半纤维素、 纤维素和木质素,研究堆肥期间不同阶段堆肥物料中有机质组分的动态变化。【结果】堆体温度随着发酵时间的延长呈现先升高后降低的趋势,最高温度达到71.3℃; 含水率由60.7%降低到51.4%,pH呈现先升高后降低的趋势,总体处于6.0~7.5之间; 总有机碳含量持续下降,氮素含量表现为高温期持续下降随后呈上升的趋势; 初始阶段,堆肥物料中四种成分含量分布为: 水溶性组分纤维素半纤维素木质素,至堆肥结束变化为: 纤维素水溶性组分木质素半纤维素,经过堆肥之后水溶性组分及半纤维素含量分别由39.5%和20.1%下降为27.9%和14.4%,纤维素含量由初始的21.8%上升至29.5%,木质素含量相对稳定不变。物料经过堆肥化处理后达到腐熟标准,水溶性组分和半纤维素含量分别降低了38.6%和38.8%,纤维素和木质素含量在高温期分别降解了11.7%和18.5%; 物料总量降低了9.8%。水溶性组分的主要降解阶段为高温期,期间降解部分占总降解量的65.5%; 半纤维素的主要降解阶段为稳定期,稳定期降解部分占总降解量的69.1%,且有继续降解的趋势; 纤维素和木质素仅在高温期有少量降解; 氮素则表现为高温期铵态氮的损失及稳定期硝态氮的积累。【结论】堆肥化处理在实现污泥减量化基础上,污泥中有机质得到了稳定化,有利于城市污泥的土地利用。     

添加腐熟猪粪对猪粪好氧堆肥效果的影响

为明确添加腐熟猪粪对猪粪好氧堆肥启动期和高温期微生物数量及酶活性变化规律,探讨微生物影响堆肥温度的机制,揭示影响畜禽粪便堆肥持续高温的主要微生物,该研究比较了猪粪自然堆肥与添加腐熟猪粪(质量分数3%)堆肥过程中有机质降解及嗜温、嗜热微生物数量和脱氢酶、蛋白酶、纤维素酶活性变化特征。结果表明,24 h内添加腐熟猪粪堆肥温度比自然堆肥高出5℃,但高温期平均温度较自然堆肥低8℃,高温（＞50℃）期比自然堆肥短4 d。自然堆肥和添加腐熟猪粪堆肥嗜温菌数量先高后低,嗜热菌数量随着温度的升高而上升。添加腐熟猪粪堆肥升温期嗜温、嗜热细菌和纤维素降解菌增殖速度较快,且数量分别比自然堆肥高出12.2%、152.6%、60.3%。添加腐熟猪粪堆肥脱氢酶、纤维素酶活性高峰提前,并使蛋白酶活性增加4.9%。但高温期后,嗜热纤维素降解菌数量比自然堆肥少22.5%,纤维素酶活性及有机质损失率也分别比对照低25.8%、6.1%。以上结果表明,在猪粪高温好氧堆肥中添加腐熟猪粪可以加快堆肥初期升温速度,但由于高温期嗜热纤维素降解菌数量减少,纤维素酶活性降低,不能促进猪粪堆肥持续高温。该研究为猪粪堆肥菌剂的筛选及适宜的接种时间提供依据。     

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。     

盐含量对餐厨垃圾好氧堆肥腐殖化过程及微生物演变的影响

含盐量过高会对堆肥有机质腐殖化过程产生抑制作用,但作用规律仍不清楚。该研究以餐厨垃圾为研究对象,以不添加盐分的处理为对照,设置添加食用盐的处理作为试验组（添加质量分数分别为0.5%、1%和1.5%）,进行好氧堆肥,研究不同盐分含量对基本腐熟度指标、有机质组成、腐殖质（Humus,HS）的影响,并结合微生物群落结构和相关性统计分析阐明其作用规律。结果表明,4个处理温度、碳氮比（C/N）、有机质组成等达到腐熟要求,但盐分添加提高了堆体电导率（Electrical Conductivity,EC）,添加比例达到1.5%时,高温期缩短至13 d,种子发芽指数（seed Germination Index,GI）降低至65.5%,总有机物降解率降低6.5%,有机质腐殖化过程受到限制。高通量测序和相关性分析的结果表明,添加1.5%盐分主要通过抑制高温双岐菌（Thermobifida）、糖单孢菌（Saccharomonospora）和曲霉（Aspergillus）、毛孢子菌（Trichosporon）的活性,降低总糖、木质纤维素等有机物质的降解和后续HS形成,从而限制餐厨垃圾堆肥过程中腐殖化效果的提升。本研究将为餐厨垃圾等农村有机废弃物处理技术应用提供理论指导。     

畜禽粪便堆肥快速升温除臭多功能复合菌剂及其应用

采用多重筛选方法相结合,从土壤、秸秆、堆肥等不同来源样品中分离得到4株具有较强纤维素降解能力细菌A531、A422、B622和C631,该4株菌株同时具有使堆肥快速升温和有效除臭潜力。经菌体形态观察、生理生化分析及16S rDNA鉴定,其中两株分别为蜡状芽孢杆菌(A531)、白色芽孢杆菌(C631),菌株A422和B622须进一步鉴定。将该4株菌与本实验室保藏的1株氨氧化细菌(新型耐热芽孢杆菌Aliibacillus thermotolerans)BM62按照不同比例配制成复合菌剂进行堆肥功能验证,结果表明,菌株A531、A422、B622、C631和BM62按照1∶1∶1∶1∶1的比例混合进行堆肥,与对照堆肥相比,添加菌剂的堆肥中纤维素降解率提高19.83%,总氮损失率降低10%,NO_2~-含量增加46.6%,NH_3挥发率降低35.5%;将此复合菌剂各菌株比例调整为2∶2∶1∶1∶1的堆肥结果为,纤维素降解率提高了21.73%,总氮损失率减少8.1%,NO_2~-含量增加39.7%,NH_3挥发减少23.1%;将此复合菌剂各菌株比例调整为1∶2∶1∶2∶1的堆肥结果为,纤维素降解率提高了18.86%,总氮损失率减少了11.2%,NO_2~-含量增加了49.1%,NH_3挥发减少42.6%。以上结果表明,此复合菌剂可以明显降低堆肥过程不愉快气味,降低堆肥中氮素损失,快速有效分解纤维素等有机物质,具有很好的应用价值和社会意义。     

接种高温嗜热菌剂加快牛粪秸秆堆肥发酵进程

  【目的】  探究添加高温嗜热菌剂对牛粪堆肥的发酵效率、木质纤维素降解和堆肥品质的影响。  【方法】  以牛粪和玉米秸秆为原料进行堆肥。添加嗜热菌剂处理(GLL)的菌剂主要由普通高温放线菌(Thermoactinomyces vulgaris)、地尿素芽孢杆菌(Ureibacillus terrenus)和嗜热脱氮芽孢杆菌(Geobacillus thermodenitrificans)组成,以分别添加两个市售有机肥发酵菌剂的处理(A、B)为对照,同时设不接种菌剂的空白对照(CK),发酵试验为期30天。在堆肥第0、3、7、12、16、23、30天取样,烘干样用于测定堆肥木质纤维素含量,鲜样用于测定含水率、pH、电导率（EC）值、种子发芽率指数(GI)和细菌群落结构。  【结果】  GLL处理在堆肥第2天迅速升温至超高温期(85.8℃),超高温期持续5天;CK、A和B处理在堆肥第3天内进入高温期(分别为56.3℃、59.2℃和57.6℃),高温期分别持续了10、11和13天。接种GLL显著降低了堆肥水分含量,堆肥结束时含水量下降至34.3%,而CK、A和B处理的含水量分别下降至45.4%、43.8%和44.6%,未能满足产品水分标准。GLL处理半纤维素、纤维素和木质素在堆肥后比初始值分别下降81.6%、65.2%和53.7%,对木质纤维素的降解能力明显高于CK、A和B处理。在GLL处理堆肥高温期及超高温期,厚壁菌门细菌相对丰度增加到46.6%。接种GLL菌剂发酵后的堆肥产物的有机质、总养分、机械杂质质量分数及酸碱度、GI值等均满足NY/T 525—2021的要求。  【结论】  接种高温嗜热菌剂能够显著提高堆肥温度,延长高温期持续时间,实现超高温堆肥,降低水分含量,提高木质纤维素的降解效果,快速获得满足NY/T 525—2021要求的堆肥产品。     

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。     

木质纤维素降解菌剂DN-1促进堆肥腐熟度的评估

为提高堆肥中木质纤维素降解效率,促进堆肥腐熟进程,主要采用红外光谱法(FTIR),同时结合堆肥温度、种子发芽率及木质纤维素含量变化,研究了添加木质纤维素降解菌剂DN-1对堆肥腐熟的促进作用。结果表明,加入菌剂使堆肥在45℃以上高温期持续20 d,比自然堆肥高温期延长6 d;堆肥结束时,添加菌剂堆肥的种子发芽指数为93.3%,自然堆肥仅为56.7%;菌剂堆肥中木质素、纤维素和半纤维素的降解率分别为42.54%、62.57%和67.14%,分别高出自然堆肥14.33、31.31、19.57个百分点。红外光谱变化反映了堆肥过程中木质纤维素、多糖、脂肪和酰胺等成分的减少及芳香结构成分的增加,为菌剂DN-1促进堆肥中有机成分的转化和腐熟进程提供了有力的直接证据。菌剂DN-1具有很好地促进堆肥中木质纤维素降解和提高堆肥腐熟度的潜力,可以将其进一步应用于较大规模的堆肥处理。