高温解磷菌对堆肥所添加难溶性磷素转化的试验研究

为提高堆肥产品中可利用磷素含量,采用不接种解磷菌剂、不添加磷矿粉处理(CK),不接种解磷菌剂、添加磷矿粉处理(CP),接种解无机磷菌剂、添加磷矿粉处理(CMP)3种处理进行了堆肥试验,并对堆肥不同时期样品中磷组分的动态变化进行分析.结果表明,与CK比较,在堆肥不同时期, CMP、CP处理有机态磷、水溶性磷、速效磷均呈不同程度的增加.堆肥结束后, CP、CMP处理有机态磷、水溶性磷、速效磷与CK比较的增加值分别为2049.8、4188.6mg/kg,264.2、648.7 mg/kg,954.0、3576.4mg/kg,其中CMP处理分别是CP处理的2.04、2.46、3.75倍.试验结果证明,采用高温解无机细菌接种,可明显促进堆肥中添加难溶性磷矿粉的转化效率,提高堆肥产品中植物可利用磷素含量.     

解磷微生物强化堆肥磷组分转化研究进展

好氧堆肥是有机废弃物资源化的有效途径之一,但堆肥产品的供磷肥力较化肥相差甚远,使得有机废弃物堆肥产品在市场上存在竞争短板,因此,调控堆肥磷素资源有效性和磷组分转化具有重要意义。针对堆肥过程中可促进难溶性磷活化的解磷微生物,利用微生物强化和微生境调控手段,提高磷转化相关功能微生物在堆肥中的相对丰度和活性,能够显著改善堆肥过程磷组分形态,提升有效磷含量,但该过程易受到物料来源、堆肥过程工艺条件、微生物种间关系等多重因素影响。因此,综述了堆肥磷素转化规律及堆肥解磷微生物动态特征,阐述了外源接种解磷菌剂和堆肥添加生物炭等内源调控堆肥微环境的解磷微生物强化方法,讨论了堆肥内源、外源解磷微生物调控的关键限制因子(温度、C/N、含水率等),以期为探索堆肥磷素定向转化调控技术、开发富磷堆肥产品提供理论依据。     

生活垃圾堆肥对难溶性磷有效性的影响

生活垃圾在堆肥过程中将产生有机酸类物质,这些酸性物质对难溶性磷具有较强的溶解能力.本研究在生活垃圾堆肥过程中,加入难溶性磷矿粉,系统探讨堆肥对难溶性磷的转化及堆肥产品对磷素有效性的影响.研究表明,速效磷在堆肥中后期达到最大值,并在堆肥的后期相对稳定,堆肥结束后,扣除磷矿粉本身含有的速效磷对堆肥的影响,与不加磷矿粉堆肥相比,P₁、P₂堆肥处理方式速效磷含量增加值分别为0.87 g·kg^-1、0.76 g·kg^-1.电镜观察表明,堆肥结束后,磷矿粉表面棱角消失,呈蜂窝状.堆肥产品培肥后,富磷垃圾肥在作物生育期内,土壤速效磷含量、酸性磷酸酶活性均高于垃圾肥、腐熟鸡粪及化肥.     

耐高温解无机磷菌解磷条件的优化

为提高堆肥中添加难溶性磷的转化效率,对筛选于高温堆肥中的耐高温解无机磷菌株(BL161)解磷条件进行优化研究. 利用正交设计表L₂₅(56)选择培养时间,温度,pH,磷矿粉添加量和菌剂接种比例作为参考因素,对该菌株进行发酵培养. 结果表明:该菌株的最佳解无机磷条件是培养基pH为4.5,磷矿粉添加量与接种量分别为9.0 g/L和7%,于38 ℃下培养25 d,解磷总量(274 mg/L)达到最大;对温度指标分析显示,该菌株的温度耐受范围较广,在34～50 ℃下均能进行解无机磷活动,38 ℃为最适解无机磷培养温度;该菌株的耐热性较高,在50 ℃下能够很好地定植和解无机磷,发酵液中ρ(磷矿粉)随着培养时间的增加呈上升趋势,并于培养的第25天达到209 mg/L;极差分析显示,发酵时间对解磷总量的影响最大(R_时间152.2),其他各因素对解磷总量的影响大小依次为pH＞温度＞磷矿粉添加量＞接种量.      

好氧堆肥对难溶性磷转化的影响

在牛粪进行工厂化堆肥过程中,加入难溶性磷矿粉,探讨堆肥对难溶性磷转化能力的影响.结果表明,加入磷矿粉可使堆肥中活性有机磷、中等活性有机磷、中稳性有机磷、高稳性有机磷含量均有不同程度的提高;磷矿粉加入量为牛粪干重4%(P1DM)和8%(P2DM)的处理与未加磷矿粉的处理相比各形态磷含量分别增加120.99%、125.32%,34.86%、38.64%,27.74%、30.84%,21.38%、20.06%;P2DM和P1DM处理之间的差异分别为4.33%,3.78%,3.10%,-1.32%.电镜观察显示,堆肥后磷矿粉典型的矿物特征消失,表面呈蜂窝状.研究结果表明,通过堆肥生产富磷粪肥可为解决中国磷素资源缺乏、化学磷肥利用率低等问题提供一条生物学途径.     

不同有机物料施用对菜地磷累积和转化的影响

当前以土壤有机质提升为核心的耕地质量提升是保证粮食安全的基础,但在有机质提升过程中土壤磷素的累积和转化特征仍不清楚.在等碳施用条件下,研究对比不同有机物料投入对菜地不同土层土壤磷的累积、转化和迁移规律,以期同步实现有机质提高和磷肥高效管理.试验设置对照（不施肥）、农户传统施肥、生物炭、鸡粪、餐厨废弃物和玉米秸秆施用这6个处理,于辣椒收获期测定各处理下不同土层有效磷（Olsen-P）和水溶性磷（CaCl₂-P）含量、土壤磷组分、有机质（SOM）和pH等指标.在0~5 cm和5~10 cm土层中,农户传统施肥处理有效磷含量最高,4种有机物料处理下有效磷顺序依次为：秸秆>生物炭>鸡粪>餐厨废弃物,秸秆和生物炭处理较餐厨废弃物分别增加59.6%~67.3%和29.1%~36.9%.秸秆处理最易于提升土壤活性磷库,0~5 cm土层土壤活性磷较鸡粪和餐厨废弃物处理分别增加47.3%和35.1%.随着土层深度增加鸡粪处理的有效磷降低比例最少,20~30 cm土层有效磷占表土层的55.9%,而在其他3种物料处理下仅占16.0%~34.0%.和农户传统施肥相比,有机物料施用后pH显著升高0.18~0.36个单位,鸡粪和餐厨废弃物处理的pH显著高于生物炭和秸秆（P<0.05）.生物炭处理下SOM含量相比其他3种有机物料显著增加7.7%~17.6%.4种有机物料中,秸秆提高土壤活性磷库的效果最佳,有利于快速提升植物可利用磷;鸡粪处理下磷素最易向下迁移;在基于土壤地力提升的农田管理下,施用生物炭既有利于改善土壤酸碱度和提高SOM,也可避免磷素在耕层过量积累,降低环境风险.     

耐高温解磷菌的筛选及解磷能力研究

以高温堆肥为原料,通过无机磷培养基筛选、耐高温驯化得到5株耐高温解磷菌,命名为P1～P5.各菌株最佳生长温度为40～50 ℃,其中P1可在35～53 ℃生长,P2～P5在35～50 ℃生长.通过50 ℃高温摇床发酵培养,分别测定了耐高温解磷菌P1～P5的发酵液中ρ(水溶性磷),ρ(微生物量磷),总解磷量和pH.结果表明,在50 ℃下摇床振荡培养耐高温解磷菌P1～P5,7 d后发酵液中ρ(水溶性磷)为30.9～47.6 mg/L,ρ(微生物量磷)为116.4～164.4 mg/L,总解磷量为152.1～201.6 mg/L,发酵液pH明显为酸性,但其与菌株解磷能力没有显著的相关性.在解磷方面,ρ(微生物量磷)明显高于ρ(水溶性磷),因此ρ(微生物量磷)是分析解磷菌解磷能力不可忽视的重要部分.5株解磷菌均具有良好耐高温能力及解无机磷的生理生化功能.      

发酵培养法筛选堆肥中产表面活性物质的菌种

微生物在城市生活垃圾堆肥中起着重要的作用 ,而某些微生物在一定条件下产生的生物表面活性剂有望改善堆肥的微环境 ,提高堆肥的效率。从不同温度的堆肥过程中 (45℃和 55℃ )筛选产生物表面活性剂的细菌 ,生物表面活性剂的产生通过测定其发酵液的张力值来判断。实验结果表明 ,堆肥过程中的确存在产生物表面活性剂的细菌 ,枯草芽孢杆菌是其主要菌之一。实验通过一系列培养条件的优化 ,使所筛选到的细菌产生活性较强、浓度较高的生物表面活性剂     

生物炭缓解餐厨垃圾厌氧消化酸化的效果及机制

研究了在高有机负荷(30 g VS/L,VS为挥发性固体含量)下生物炭缓解餐厨垃圾厌氧消化酸化,促进产甲烷的效应及机制。结果表明:碱性多孔生物炭在最优添加量下(1 g/g VS),反应20 d时,累积产甲烷量达到312.40 mL/(g·VS),与对照组相比提升了101.7%,同时产甲烷停滞期缩短62%。并在酸化最严重时挥发性脂肪酸(VFA)含量降低1151.28 mg/L。研究结果表明:生物炭的多孔结构是促进挥发性脂肪酸分解的关键因素,碱度和营养物质可以起到促进作用。高通量测序结果表明:最佳添加量下甲烷丝菌属(Methanothrix)、拟杆菌(Bacteroidales)、梭菌(Clostridiales)的相对丰度分别由26.12%、43.08%和9.95%提高到46.05%、56.25%和12.20%。生物炭缓解餐厨垃圾消化酸化的机制是为微生物提供反应场所,增强了微生物间的电子传递,提高了厌氧微生物的呼吸速率。     

生物炭添加对猪粪堆肥过程碳素转化与损失的影响

堆肥是最合适的处理农业废弃物的技术之一,但在堆肥过程中,碳素的损失及温室气体的大量排放引起越来越多的关注.因此,如何减少堆肥过程中碳素损失成为堆肥面临的重要问题.本研究以猪粪等为原料,利用强制通风反应箱研究了生物炭添加对堆肥过程中碳素转化及碳素损失的影响.结果表明,在堆肥过程中总有机碳呈下降趋势,添加生物炭处理的总有机碳含量提高了6.69%~20.60%;可溶性有机碳的变化规律与总有机碳相似.腐殖质碳含量呈先下降后上升的变化趋势,添加生物炭处理的腐殖质碳含量下降了0.39%~14.97%;腐殖化系数(胡敏酸/富里酸)与生物炭添加量成正比,说明生物炭添加有利于堆肥的腐熟.至堆肥结束,堆料干物质失重率为23.51%~30.91%,碳素损失率为20.71%~28.85%,添加3%生物炭的处理干物质失重率与碳损失率均最高,添加9%生物炭处理均最低.     

添加剂对厨余垃圾堆肥中H_2S和NH_3排放的影响

以大类粗分后的厨余垃圾为研究对象,玉米秸秆作为调理剂,以不添加菌剂的处理作为对照(CK),以添加腐熟堆肥、鼠李糖脂和固体专用菌剂为3个处理,研究菌剂添加对厨余垃圾堆肥过程中H_2S和NH_3排放的影响。研究结果表明:菌剂添加促进了堆肥腐熟;添加腐熟堆肥更能有效地降低厨余垃圾堆肥过程中H_2S排放,而鼠李糖脂的添加更能有效控制NH_3的排放。从恶臭气体控制、堆肥腐熟并结合H_2S和NH_3的检知嗅阈,优选腐熟堆肥作为厨余垃圾堆肥过程中实现H_2S和NH_3同时减排的添加剂。     

添加辅料对污泥堆肥产品的生物肥效的影响

为探讨添加辅料对好氧共堆肥效果的影响,设置分别添加木屑、蘑菇渣、微生物发酵菌和酸化生物质炭进行好氧共堆肥实验研究。通过正交实验,以堆体最高温度和>50 ℃天数为基准,得出最佳堆肥质量配比为:污泥66.9%、微生物发酵菌0.1%、木屑20%、蘑菇渣8%和生物质炭5%。该条件下,堆肥第4天,堆体最高温度达到69 ℃,温度高于50 ℃的天数为15 d,满足堆肥无害化指标要求;TKN、TP和TK养分含量较高,分别达到3.76,0.65,1.08 g/kg,发芽指数GI随着堆肥时间的延长逐渐增长,GI值最高达到156%;将堆肥产品用于土壤改良,并通过种植海芋发现经过土壤改良后的荒地,海芋的存活率更高。检测堆肥产品和改良土壤样品浸出液中的重金属浓度均低于1 mg/L,说明堆肥产品中重金属在施用中不易进入自然环境中造成二次污染。     

张红玉,张玉冬,顾军,李国学,袁京

为了降低厨余垃圾堆肥过程中H₂S和NH₃这2种恶臭物质的排放,通过向堆肥原料中添加玉米秸秆、木本泥炭和木屑3种调理剂,同时以厨余垃圾单独堆肥作为对照,研究调理剂添加对H₂S和NH₃排放的影响.结果表明,3种调理剂的添加均促进了有机物的降解和堆体的快速升温,与对照相比,使堆肥进入高温期的时间提前了3~4d;从电导率和发芽率指数来看,添加玉米秸秆处理的堆肥产品达到完全腐熟的要求,而添加木本泥炭和木屑处理的堆肥产品只是达到了无害化的要求;3种调理剂的添加均不同程度减少了厨余垃圾堆肥中H₂S和NH₃的排放,与对照相比,添加玉米秸秆、木本泥炭和木屑使厨余垃圾堆肥中H₂S的累积排放量分别降低了78.7%,50.3%和89.8%,NH₃的累积排放量分别降低了53.8%、87.7%和63.9%,可见木屑更能有效控制H₂S的排放,而木本泥炭更能有效控制NH₃的排放.     

耐热复合菌系强化全程高温堆肥快速处理餐厨垃圾

为进一步提升全程高温堆肥效率,经筛选和高温驯化,获得高有机质降解效率的耐热复合菌系（TMC）,设置全程高温接种TMC堆肥组（T1）、全程高温堆肥组（T2）和常温堆肥组（T3）,通过理化指标、粗脂肪和粗蛋白含量、GI等指标的检测和优势细菌演替规律分析,以揭示TMC对全程高温堆肥工艺的影响。结果显示:堆肥结束后有机质含量、C/N、粗脂肪和蛋白含量降幅顺序均为T1>T2>T3（P<0.05）,且两两处理之间均具有显著性差异,证明TMC可缩短全程高温堆肥进程。堆肥第14天,T1、T2处理的GI值分别为110%和99%,T3处理仅为80%,表明全程高温堆肥可加速植物毒性物质降解,显著提高堆肥品质,而TMC接种可进一步促进堆肥无害化。PCR-DGGE结果表明:T1、T2处理均显著提高了耐热细菌和耐热木质纤维素降解菌多样性,且并未降低嗜中温木质纤维素降解菌多样性;2类降解菌协同配合实现木质纤维素的更快降解,有利于缩短堆肥进程。综上所述,TMC接种可显著提高全程高温堆肥效率、提升堆肥品质。     

碳氮比对厨余垃圾堆肥腐熟度的影响

以厨余垃圾和玉米秸秆作为堆肥原料,采用好氧堆肥的方法,探讨了不同C/N比对堆肥腐熟度的影响。结果表明:从温度、pH、电导率(EC)、腐植酸光学特性(E4/E6)、固相C/N和发芽率指数(GI)来看,只有C/N为21(T4)的处理没有达到无害化和腐熟的要求,其余3个处理均达到腐熟;建议采用C/N为17的方案,厨余垃圾和秸秆按照湿基质量9∶1的比例进行堆肥;如果秸秆资源比较丰富,可采用C/N为19的方案,此时厨余垃圾和秸秆湿基比例为5.7∶1。     

不同碳源农林废弃物与厨余垃圾协同堆肥对腐熟度和臭气排放的影响

针对北京市生活垃圾分类后厨余垃圾含水率高,在堆肥过程中存在酸化严重、升温慢、渗滤液产率高、产品品质差和臭气排放严重等问题,研究了玉米秸秆、园林剪枝和西瓜秧作为外加碳源对厨余垃圾堆肥腐熟度和臭气排放的影响,其中3种辅料添加比例均为15%,采用机械强制连续通风,通风速率为0.5 L/（kg DM·min）。堆肥周期为16 d,每4 d翻堆1次。结果表明:纯厨余垃圾单独堆肥酸化严重,未升温,添加辅料高温期（>55℃）持续时间超过10 d。碳源辅料影响有机质降解难易程度,西瓜秧添加在堆肥前期升温迅速,园林剪枝在堆肥中期温度较高,玉米秸秆在堆肥中后期温度较高。添加玉米秸秆、园林剪枝和西瓜秧可分别减少95%、39%和17%的渗滤液生成。秸秆和西瓜秧处理的种子发芽率指数（GI）第12天达到100%,比园林剪枝缩短4 d。与西瓜秧相比,添加秸秆减少了66.6%硫化氢（H₂S）和86.3%甲硫醚（Me₂S）排放,园林剪枝减少了82.3% Me₂S排放。影响厨余垃圾堆肥腐熟度和臭气排放的主要理化因素为pH和温度。