分阶段接菌对中药残渣堆肥腐熟度及微生物多样性的影响

堆肥通常用于处理有机固体废弃物,可通过接种木质纤维素降解功能菌群提高堆肥进程及产品品质.然而,堆肥过程中传统的功能菌群一次性添加方式,不仅造成了堆肥过程中较低的堆肥效率,而且堆肥产品品质也并不稳定.为了探究基于不同接种方法对堆肥过程腐熟度和品质的影响,设置M0（不接菌）、M1（分阶段接菌）及M2（一次性接菌）3个好氧堆肥处理,考察各处理堆肥过程中理化性质变化、木质纤维素降解及微生物群落多样性.结果表明:M1处理下,堆肥至第20天,堆体温度达到51.2℃且拥有最高的嗜热温度（67.8℃）;堆肥至第67天,发芽指数达到83.61%.此外,M1处理下腐殖质增长率、总有机碳降解率、纤维素降解率和木质素降解率均最高,分别为50.20%、53.86%、59.87%和40.61%,远高于其他2个处理.变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析显示,在嗜热期,真菌种群对于木质纤维素生物降解的作用比细菌种群更加突出,并且受到总磷含量、pH、碱解氮含量和碳氮比的显著影响.研究显示,分阶段接菌可以显著提高堆体温度及堆体中木质纤维素降解酶活性,促进堆体腐熟进程及堆肥产品中腐殖质等养分积累.      

堆肥嗜热纤维素分解菌的筛选鉴定及其强化堆肥研究

对采集于农业堆肥高温期的微生物样品进行30d的高温驯化,驯化完成后从中筛选得到15株嗜热纤维素分解菌,经形态学特征、生理生化反应及16S rDNA序列同源性比对鉴定为:Bacillus sp3株,Paenibacillus sp1株,Bacillus licheniformis3株,Bacillus subtilis4株,Brevibacillus borstelensis1株,Bacillus coagulans3株.将筛选得到的菌种添加至高纤维素含量的堆体进行效果验证,结果表明添加嗜热纤维素分解菌对堆肥pH变化无显著影响,但可提高堆肥高温期温度、延长高温期并显著地降低堆肥产品的C/N和有机质含量,显著降低纤维素和半纤维素含量,加快堆肥腐熟.堆体有机质降解动力学结果表明,堆体接菌和不接菌处理的有机质最大降解度分别为62.5481%和61.7101%,速率常数分别为0.1250d-1和0.1051d-1,接菌处理的堆肥比对照堆肥提前6d达到稳定.研究表明,添加筛选的嗜热纤维素分解菌能缩短堆肥周期.     

高效纤维素分解菌在蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中的应用

以滇池流域典型的蔬菜废物和花卉秸秆为堆肥原料,以本实验室筛选、保存的17株纤维素降解菌和1株购买的产黄纤维单胞菌(Cellulomonas Flavigena)为复合接种剂,对不同接种条件和控温条件下的联合堆肥中试进行了研究.实验结果表明,在一次发酵的初始阶段,以体积分数0.5%的接种量向堆肥中接种纤维素降解复合菌剂可有效提高发酵过程堆料中纤维素降解菌的种群密度,并使其迅速成为优势菌群,尤其是当堆体处于控温55℃的工况条件时,其菌群密度可保持在3.84×10⁹～1.80×10¹⁰CFU/g;在二次发酵的初始阶段,以体积分数1%的接种量接种,可有效提高二次发酵阶段堆温的回升.对堆料中木质素和纤维素含量以及堆肥终产物的粒径分布指标--过筛率的检测表明,接种的复合纤维素降解菌可有效地降解堆料中的木质纤维素,接种处理中纤维素的降解率比不接种处理高23.64%,接种处理堆肥终产物的过筛率(2.0 cm)比不接种处理高18.28%.研究表明,用纤维素降解复合菌剂进行二次接种二次发酵,能够有效地促进蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中物料的纤维素组分的降解,达到加快堆肥进程,提高堆肥品质的目的.     

抗生素降解菌剂对猪粪堆肥腐熟和细菌群落演替的影响

接种抗生素降解菌可促进畜禽粪便中抗生素去除,但相关污染物降解菌对堆肥进程及土著微生物群落演替的影响研究甚少.分析一种以抗生素降解菌种为核心的复合微生物菌剂在猪粪抗生素去除中的作用,探究接种菌剂对猪粪堆肥理化进程以及细菌群落演替的影响.结果表明,抗生素降解菌剂接种处理猪粪中抗生素去除率达81.95%,与对照相比,其抗生素残留总量下降42.18%.在堆肥条件下,接种抗生素降解菌剂促进了猪粪堆肥升温,加速了堆体水分去除,降低了堆肥中氨气和硫化氢累积排放量,使得堆肥产物中氮磷钾总养分含量和萝卜种子发芽指数分别提高6.80%和68.33%,同时堆肥产物中稳定性有机质含量增加,纤维素和半纤维素等难分解物质含量下降.细菌群落结构分析指出,接种菌剂提高了堆肥中放线菌门和厚壁菌门细菌的相对丰度,其中与堆体升温正相关的嗜热菌丰度显著增加（P<0.01）,而致病细菌相对丰度下降.细菌群落共现网络分析表明,接种菌剂改变堆肥土著细菌群落互作模式,降低了细菌群落网络的复杂度和连通性,优化了有益细菌与其他菌群的生态关系,为建立新的和更加健康的堆肥细菌群落奠定了基础,可为抗生素降解菌剂在堆肥中的应用开发提供了科学依据.     

复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响

秸秆资源化利用对于农业环境保护和可持续农业发展具有重要意义.利用实验室分离获得的15株高效纤维素降解菌,筛选出可有效降解秸秆的复合菌剂JFB-1,研究了复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响.结果表明,接种该复合菌剂能将秸秆堆肥的单个发酵周期缩短1~2 d,堆肥中有机质含量达到403.5~515.1 g·kg-1,C/N比降低至15.30~10.53.盆栽试验发现,施用水稻秸秆堆肥的效果总体好于相应的芦笋秸秆堆肥.与水稻秸秆对照堆肥比较,施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥150 g·kg-1时,土壤中有机质和全氮含量分别提高33.5%和7.3%,土壤脲酶和纤维素酶活性分别提高16.7%和30.8%;与不施肥处理比较,施用秸秆堆肥可改善土壤微生物群落结构,增加微生物多样性指数.当施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥100 g·kg-1时,栽培30 d的普通白菜生物量比水稻秸秆对照堆肥提高46.4%,表明复合菌剂JFB-1在秸秆堆肥中具有很大的应用潜力.     

堆肥反应器中2种微生物接种剂的堆肥效果研究

在严格控制堆肥条件的情况下,以鸡粪为堆肥基本原料,选用单一微生物巨大芽孢杆菌和复合微生物VT菌为接种剂,通过研究堆肥过程中的温度、氧气浓度、C/N、WSC(水溶性碳)、发芽指数(GI)以及脱氢酶和纤维素酶的活性动态变化来反映这2种微生物接种剂对堆肥效果的影响.结果表明,接种复合微生物菌剂VT的处理在堆肥升温和保持高温效果明显,接种微生物菌剂的2个处理的堆体内氧气浓度都较CK低,其中最低的为接种复合微生物菌剂VT的处理.接种微生物菌剂,C/N下降速度快,WSC浓度相对高,GI值上升速度明显加快,有利于加快堆肥腐熟进程,其中接种复合微生物菌剂VT的效果较单一微生物菌剂巨大芽孢杆菌好.接种微生物菌剂有利于堆肥升温期脱氢酶和纤维素酶活性增加,促进堆肥的氧化还原反应和纤维素的分解,且接种复合微生物VT的效果明显.     

复合微生物菌剂对污泥堆肥的作用效果研究

为了研究复合微生物菌剂对污泥堆肥的作用效果,以消化污泥、锯末和回流堆肥为原料,接种不同剂量（0、0．2％、0．5％）的复合微生物菌剂进行室外露天堆肥,分析了温度、含水率、pH值、全碳（TC）、全氮（TN）、种子发芽指数（germination index,GI）的动态变化,结果表明：各堆体温度保持在50℃以上的时间均超过7d,满足堆肥卫生标准;接种复合微生物菌剂的堆体升温速率和温度最高值均大于未接种堆体,接种复合微生物菌剂有利于增加堆体水分散失量,加快堆体有机质降解速度,降低堆体氮的损失量,提高GI值;其中微生物菌剂接种量为0．5％的堆体,接种处理对水分散失、氮损失的控制和GI值的增加效果较明显。     

土霉素降解菌TJ-1在猪粪无害化处理中的作用

利用普通理化分析结合Biolog微平板技术研究了土霉素高效降解菌Staphylococcus sp.TJ-1在新鲜猪粪无害化处理中的作用.结果表明,土霉素高效降解菌的接种能显著提高猪粪中土霉素的降解效率(p＜0.05),21d堆肥结束时可将土霉素降解率从62.7％提升至82.0％.堆肥结束后,不接种降解菌的普通堆肥工艺和接种降解菌的高效堆肥工艺中NH+4-N含量分别为189.34、42.36 mg·kg-1,NO-3-N含量分别为439.38、238.06 mg·kg-1.Biolog结果显示,土霉素降解菌TJ-1对土霉素中碳源的代谢有利于堆体中氨基酸类及芳香族化合物等氮源的降解,缓解了堆体中有毒有害物质对其他微生物的损伤,保证了微生物群落的多样性和活性,对维护堆体生态系统的稳定性具有良好作用.因此,接种高效降解菌进行堆肥是一种良好的消除抗生素残留的猪粪无害化工艺.     

高温好氧菌群用于接种垃圾堆肥的实验研究

采用混合筛选的方法筛选驯化了高温好氧菌群。进行人工接种堆肥实验。通过对堆肥过程中的温度监测．C／N比分析以及堆肥过程中总菌数的分析．比较了处理组与对照组的堆肥效果。实验结果表明。接种高温好氯菌群可使前发酵堆肥高温时间提前．高温持续时间长。从而加快了堆肥过程中有机质降解。缩短堆肥周期。     

添加纤维素降解菌对牛粪堆肥特性的影响

在实验室规模的牛粪和木薯杆堆肥中,筛选出能降解纤维素的混合菌,经在平板培养基中分离纯化和进一步筛选,得到对纤维素降解效果较好的纯菌株CE5,将其在液体培养基中富集后添加到相同的堆肥原料中,研究接种CE5对堆肥特性的影响。结果表明:接种CE5的试验组堆体温度在堆肥过程中均高于未接种对照组;堆肥结束时,实验组的C/N低于对照组,种子发芽指数、全氮和有效氮含量均高于对照组,水溶性有机碳和有机质含量相当,说明实验组的腐熟情况好于对照组,通过扫描电镜对堆肥结束后样品检测,可以看出试验组中木薯杆的降解效果优于对照组,证明接种CE5提高了有机肥的品质。     

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。     

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。     

应用新型好氧堆肥反应器连续投加处理人粪便的研究

针对间歇式堆肥反应器处理效率低、不便移动、单次投加所需物料量大等不足,以及为更有效地处理分散型人粪便,使人粪便资源化,开发了梨形筒式好氧堆肥反应器。在获得该反应器的最佳通风与搅拌频率分别为3.0 L/min,5 min/h以及最佳m（粪便）︰m（锯末）为1︰2.5的条件下进行连续投加人粪便好氧堆肥。在不接种微生物的30 d堆制过程中,升-降温周期为36 h,平均温度为51.44℃,第15天时COD降解率达到63.99%并趋于稳定,TN损失率第17天时达到56.68%,GI于第21天时达到106.25%,堆肥完全腐熟,稳定期处理效率为23.81 g/（L·d）。接种土著菌种时,升-降温周期缩短至24 h,平均温度为53.96℃,COD降解率8 d可达65.28%,TN 损失率仅为25.75%,GI于第8天达到108.22%,稳定期处理效率可达35.71 g/（L·d）,比不接种时提高1.5倍,同时节约能耗50%。     

外源添加剂对富磷餐厨废弃物堆肥磷素活化的影响

针对餐厨废弃物堆肥速效磷含量低、添加低品位磷矿粉的活化效率有限的问题,在富磷餐厨废弃物堆肥(添加磷矿粉处理,CP)基础上,分别添加表面活性剂(CSP)、解磷菌(CMSP)、生物炭(CBMSP),探究不同外源添加剂对餐厨废弃物富磷堆肥磷素转化的影响。结果表明:1)经过35 d的好氧堆肥,CSP、CMSP、CBMSP处理较CP速效磷增量分别提升2.00%、9.00%、39.00%,解磷菌与生物炭、表面活性剂共同添加显著促进难溶性磷活化效率(P<0.05),达到16.00%;2)CMSP处理堆肥产品中细菌数量较CP处理显著提升(P<0.05),增加至CP的1.85倍,生物炭添加进一步提高了餐厨废弃物堆肥产品放线菌和真菌丰度,分别达到CP的1.56,10.66倍,说明表面活性剂、生物炭与解磷菌共同添加有助于改善堆肥微生物生长环境,促进微生物生长;3)相关性分析表明,微生物量磷(MBP)与速效磷、真菌丰度均在CMSP和CBMSP中呈显著相关(P<0.01),表面活性剂、解磷菌接种和生物炭协同添加可通过强化微生物量磷累积促进难溶性磷矿粉的活化。该成果可为提升堆肥养分资源和难溶性磷利用效率提供有效途径。     

外接菌种对污泥堆肥效能及堆体细菌群落的影响

以污泥、锯末、蘑菇渣为堆肥原料,分阶段添加高温复合菌和白腐真菌,通过测定温度、pH、有机质、水溶性有机碳、含水率、总氮、NH_4~+-N、NO_3~--N和种子发芽率,比较了外接菌种对堆肥效能的影响.利用高通量测序技术,研究了污泥堆肥过程中细菌群落结构变化及外接菌种对细菌群落的影响.结果表明,外接菌种可以延长堆体高温持续时间,降低氮损失,加快堆体腐熟脱毒.在整个堆肥过程中,细菌群落结构发生了较大的演变,同一堆肥的不同阶段的细菌群落结构相似性较低,同一时期不同堆肥的细菌群落结构相似性较高.外接菌种提高了堆体中细菌群落的丰富度,增加了高温期优势菌的所占比例,但未改变优势菌的种类.典型对应分析(CCA)表明pH对细菌群落结构的影响最大,温度主要与9个菌属呈正相关关系.     

不同物料堆肥腐熟度评价指标的变化特性

为探讨工厂化好氧堆肥的堆肥周期及腐熟度评价体系,提高工厂堆肥效率,选取上海地区不同来源典型的9种物料,采用工厂化工艺进行堆肥试验,对堆体的温度、含水率、pH、C/N、w(OM)、ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(DOC)、ρ(DOC)/ρ(DON)及GI(种子发芽指数)腐熟度评价指标变化规律进行研究. 结果表明:堆肥腐熟度受多方面因素影响,T〔(C/N)终点/(C/N)起点)〕与w(OM)、ρ(NH₄+-N)、GI、ρ(DOC)/ρ(DON)之间相关性显著,T、ρ(NH₄+-N)、GI 3个指标能准确有效地判断堆肥腐熟情况,堆肥结束后T在0.50~0.59之间,ρ(NH₄+-N)为301~346 mg/L,GI为81.31%~91.03%. 不同物料堆肥腐熟难易程度不同,通过聚类分析将9种物料分为5类:第1类,厨余、杂草、生活垃圾、园林垃圾;第2类,果蔬、污泥;第3类,秸秆;第4类,鸡粪;第5类,猪粪. 厨余、杂草、生活垃圾、园林垃圾、污泥、秸秆堆肥成分复杂较难腐熟,需要35 d达到腐熟标准;鸡粪及猪粪堆肥结构简单较易腐熟,29 d即可达到腐熟标准. 据此可适当将工厂化堆肥周期缩短为35 d.      

生活垃圾好氧堆肥微生物接种的初步研究

对城市生活垃圾高温好氧堆肥的人工接种试验进行了初步研究,利用恒温培养箱模拟堆肥中心的温度,筛选出堆肥各个阶段的优势菌种,单独培养后混合加入到城市生活垃圾的高温好氧堆肥中,通过温度变化和微生物数量变化考察了不同堆肥条件下垃圾降解效果的差异。结果表明,利用恒温培养箱模拟堆肥中心的温度是可行的;主发酵阶段进行微生物接种不能造成所加菌种的优势地位,且加菌的效果不明显,但在后发酵中接种降解纤维素活性高的霉菌很容易达到优势地位,因此可以利用所加霉菌提高堆肥的温度,加速降解的速度,以此为下一步菌群的筛选工作提出了方向。     

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.