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堆肥微生物種類及特點(diǎn)堆肥微生物種類及特點(diǎn) 20112011級(jí)級(jí) 環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué) 李姝李姝 目錄 一、堆肥研究背景 二、堆肥簡(jiǎn)介 三、堆肥過程中的微生物的種類和數(shù)量 四、堆肥過程中的各微生物特點(diǎn) 五、舉例好氧堆肥反應(yīng)過程 六、小結(jié) 堆肥研究背景 人類為滿足自身活動(dòng)的需要，在生產(chǎn) 和生活過程中會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)固體廢棄 物。這些有機(jī)固體廢棄物主要包括農(nóng)作物 秸稈、畜禽糞便、城市生活垃圾以及污水 處理廠污泥。法國(guó)1988年8000個(gè)城市污水 處理廠產(chǎn)生600000 t 污泥,日本的公共污 水處理系統(tǒng)一年產(chǎn)生 2200000 m3 污。在 我國(guó)，年產(chǎn)各類作物秸稈6億多噸,而預(yù)計(jì) 至2015年年末，我國(guó)脫水污泥年產(chǎn)量將超 過2600萬(wàn)噸。其處理處置已成為人類面臨 的重要問題之一。 堆肥是堆肥化過程的生物降解 和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，已被許多國(guó)家和地區(qū) 所接受，成為處理有機(jī)固體廢物的 有效方法一。堆肥化的實(shí)質(zhì)是微生 物在適宜條件下的代謝作用。國(guó)內(nèi) 外學(xué)者對(duì)堆肥微生物學(xué)進(jìn)行了廣泛 研究。微生物在堆肥過程中扮演著 重要角色，不僅與堆肥周期、堆肥 質(zhì)量密切相關(guān)，還與臭味控制、氮 損失緊密相關(guān)。因此，堆肥微生物 種類及其特點(diǎn)的研究對(duì)開發(fā)堆肥微 生物資源，加速堆肥過程，縮短堆 肥周期等具有重要意義。 堆肥簡(jiǎn)介 堆肥是在微生物作用下，通過發(fā)酵 使有機(jī)物礦質(zhì)化、腐殖化和無(wú)害化而變 成腐熟肥料的過程，在微生物分解有機(jī) 物的過程中，不但生成大量可被植物吸 收利用的有效態(tài)氮、磷、鉀化合物，而 且又合成新的高分子有機(jī)物腐殖質(zhì) ，它是構(gòu)成土壤肥力的重要活性物質(zhì) 根據(jù)處理過程起作用的微生物對(duì)氧氣不同 需求，可以把有機(jī)廢棄物堆肥處理分為： 好氧堆肥：在有氧條件下，好氧菌對(duì)廢物進(jìn)行 吸收、氧化、分解。微生物通過自身的生命活 動(dòng)，把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡(jiǎn)單的無(wú) 機(jī)物，同時(shí)釋放出可供微生物生長(zhǎng)活動(dòng)所需的 能量，而另一部分有機(jī)物則被合成新的細(xì)胞質(zhì) ，使微生物不斷生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生出更多生物體 的過程。 厭氧堆肥：在不通氣的條件下，將有機(jī)廢棄 物進(jìn)行厭氧發(fā)酵，制成有機(jī)肥料，使固體廢棄 物無(wú)害化的過程。堆肥方式與好氧堆肥法相同 ，但堆內(nèi)不設(shè)通氣系統(tǒng)，堆溫低，腐熟及無(wú)害 化所需時(shí)間較長(zhǎng)。 堆肥過程中的微生物的種類和數(shù)量 通過研究表明：細(xì)菌和霉菌是堆肥過程 中的優(yōu)勢(shì)類群，芽孢桿菌和曲霉菌是優(yōu)勢(shì)種 細(xì)菌：是中溫階段的主要作用菌群，對(duì)發(fā)酵 升溫起主要作用； 放線菌：是高溫階段的主要作用菌群； 芽孢桿菌、鏈霉菌、小多孢菌和高溫放線菌 是堆肥過程中的優(yōu)勢(shì)種 微生物種類繁多，大致分類如下 n 對(duì)45堆肥樣品分離5次后，取得菌株57 株，鑒定其中12株得到曲霉屬2株、芽孢桿 菌屬7株、腸道桿菌屬1株、假單胞菌屬1株 。 n 對(duì)55堆肥樣品分離取得32株，鑒定其 中7株得乳酸桿菌屬1株、芽孢桿菌屬3、假 單胞桿菌屬1株、鏈球菌屬1株、小單孢菌 屬1株，并得出，在45所分離的各菌株， 其蛋白酶活性均適宜于4555，55所分 離的菌株，其蛋白酶活性最佳溫度在 5565。 n 研究發(fā)現(xiàn)堆肥過程中微生物群落結(jié)構(gòu)的 變化表明，微生物量先升后降，而微生物 群落多樣性一直連續(xù)增加 。 n例如：革蘭氏陽(yáng)性菌在堆肥起始階段隨著 堆肥溫度的上升而迅速增加，隨后隨著堆 肥溫度的下降而逐漸減少。 n 革蘭氏陰性菌和真菌在堆肥溫度達(dá)到 約50之前增加，但是，在高溫期反而減 少。當(dāng)堆肥溫度由高溫降至50時(shí)，二者 又出現(xiàn)增加。 堆肥過程中的各微生物特點(diǎn) 一、堆肥過程微生物菌種的變化 二、細(xì)菌特點(diǎn) 三、真菌特點(diǎn) 四、放線菌特點(diǎn) 一、堆肥過程微生物菌種的變化 堆肥物料中一般均含有大量的土著微生 物群。當(dāng)適宜條件時(shí)，微生物迅速生長(zhǎng) 繁殖，中溫微生物數(shù)量快速增長(zhǎng)，堆肥 溫度隨之上升；當(dāng)達(dá)到不適于中溫微生 物生長(zhǎng)繁殖的溫度時(shí)，盡管中溫微生物 數(shù)量還會(huì)進(jìn)一步增長(zhǎng)，但其生長(zhǎng)繁殖速 度減慢或結(jié)束。這時(shí)，嗜熱微生物逐漸 取代中溫微生物。 二、細(xì)菌特點(diǎn) 細(xì)菌 憑借其大的比表面積，可快速利用 可溶性物質(zhì)，在數(shù)量上通常要比體積更 大的微生物（如真菌）多得多。有些細(xì) 菌，例如芽孢桿菌，芽孢桿菌屬的一些 種，如枯草芽孢桿菌（地衣芽孢桿菌和 環(huán)狀芽孢桿菌是堆肥高溫階段的代表性 細(xì)菌，它們能形成很厚的孢子壁以抵抗 高溫、輻射和化學(xué)腐蝕等不良環(huán)境 。 嗜溫細(xì)菌是堆肥系統(tǒng)中最主要的微 生物。研究表明，在城市污泥堆肥過程 的初始階段，嗜溫細(xì)菌最為話躍，其數(shù) 量為8.51085.8109g干重樣品， 隨著溫度達(dá)到最大值，其種群數(shù)量達(dá)到 最低；在降溫階段，嗜溫細(xì)菌的數(shù)量又 有所回升。Beffa等曾經(jīng)在堆肥過程中的 高溫期篩選出嗜熱菌屬，這些細(xì)菌能夠 在65以上，甚至高達(dá)82的垛溫下生 長(zhǎng)。 三、真菌特點(diǎn) 嗜溫性真菌（地霉菌）和嗜熱性真菌（ 煙曲霉）是堆肥生料中的優(yōu)勢(shì)種群，其 他一些真菌，如擔(dān)子菌、子囊菌、橙色 嗜熱子囊菌也具有較強(qiáng)的分解木質(zhì)纖維 素的能力。但隨著溫度的升高，真菌的 菌落數(shù)開始減少，在64時(shí)，所有的嗜 熱性真菌幾乎全部消失。當(dāng)溫度下降到 60以下時(shí)，嗜溫性真菌和嗜熱性真菌 又都會(huì)重新出現(xiàn)在堆肥中。 研究表明，酵母菌和絲狀真菌的數(shù)量在 污泥堆肥進(jìn)入高溫期時(shí)開始下降，高溫 末期則顯著降低。 四、放線菌特點(diǎn) 放線菌可以分解一些纖維素、溶解木 質(zhì)素，比真菌能夠忍受更高的溫度和pH 值。放線菌降解纖維素和木質(zhì)素的能力 并沒有真菌強(qiáng)，但它們?cè)诙逊矢邷仄谑?分解木質(zhì)纖維素的優(yōu)勢(shì)菌群在惡劣條件 下，放線菌則以孢子的形式存活。諾卡 氏菌、鏈霉菌（Streptomyces）、高溫 放線菌（Thermoactinomyces）和單孢子 菌（Micromonospora）等都是在堆肥中 占優(yōu)勢(shì)的嗜熱性放線菌，它們不僅出現(xiàn) 在堆肥過程中的高溫階段，同樣也在降 溫階段和熟化階段出現(xiàn)。 好氧堆肥反應(yīng)過程 好氧堆肥過程一般分為四個(gè)階段即： n升溫階段 1540 n高溫階段 6070 n降溫階段 溫度持續(xù)下降 n腐熟階段 40左右 升溫階段 n 堆肥初期，堆層基本呈中溫，嗜 溫性微生物較為活躍并利用堆肥中易 降解的葡萄糖、脂肪等有機(jī)物旺盛繁 殖。它們?cè)谵D(zhuǎn)換和利用化學(xué)能的過程 中，有一部分變成熱能，由于堆料有 良好的保溫作用，溫度不斷上升。 高溫階段 堆肥材料中的復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)，如纖維 素、半纖維素、果膠質(zhì)等，也逐漸被微生 物分解，并開始腐殖質(zhì)的形成。在該階段 中，以嗜熱性微生物占優(yōu)勢(shì)。常見的嗜熱 性真菌有嗜熱真菌。常見的嗜熱性放線菌 有褐色嗜熱鏈霉菌普通嗜熱放線菌等。 溫度升到 60 后，嗜熱性真菌的活 動(dòng)幾乎完全停止，取而代之，放線菌、嗜 熱性芽孢桿菌和梭菌的活動(dòng)漸占優(yōu)勢(shì)。普 通嗜熱放線菌是放線菌的主要優(yōu)勢(shì)種之一 。 由于微生物的旺盛活動(dòng)，堆料的溫度可 升到 70以上。這時(shí)，嗜熱性微生物大量 死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)。但各種酶對(duì)有機(jī)質(zhì) 的分解仍在進(jìn)行。隨著酶活性的迅速衰退 ，產(chǎn)熱量減少，堆肥溫度開始下降。 當(dāng)溫度下降到 70 以下時(shí)，處于休眠 狀態(tài)的嗜熱性微生物重新恢復(fù)其分解活動(dòng) ，產(chǎn)熱量再度增加。因此，堆料有一個(gè)自 然調(diào)節(jié)且延續(xù)持久的高溫期。它對(duì)堆料的 快速腐熟起著重要作用。堆制得法的堆料 有相當(dāng)長(zhǎng)的高溫（維持在 50 以上）期 ，可在幾星期或23個(gè)月內(nèi)達(dá)到適于施用的 腐熟狀態(tài)。 降溫階段 n 當(dāng)有機(jī)物基本降解完畢，嗜熱菌因 為缺乏養(yǎng)料而停止生長(zhǎng)，產(chǎn)熱隨之停 止，堆肥的溫度逐漸下降，直到穩(wěn)定 在40左右，并且開始形成腐殖質(zhì)。 腐熟階段 n 堆體溫度降低后，嗜溫微生物又 重新占優(yōu)勢(shì)，對(duì)殘余較難分解的有機(jī) 物作進(jìn)一步分解，腐殖質(zhì)不斷增多且 穩(wěn)定化，此時(shí)堆肥即進(jìn)入腐熟階段。 降溫后，需氧量大大減少，含水量也 降低，堆肥物孔隙增大，氧擴(kuò)散能力 增強(qiáng)，此時(shí)只需自然通風(fēng)即可。 小 結(jié) 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類