堆肥微生物种类及特点

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,堆肥微生物种类及特点,2011,级 环境科学,李姝,目录,一、堆肥研究背景,二,、,堆肥简介,三,、,堆肥过程中的微生物的种类和数量,四、堆肥过程中的各微生物特点,五、举例,好氧堆肥反应过程,六、小结,堆肥研究背景,人类为满足自身活动的需要，在生产和生活过程中会产生大量的有机固体废弃物。这些有机固体废弃物主要包括农作物秸秆、畜禽粪便、城市生活垃圾以及污水处理厂污泥。法国,1988,年,8000,个城市污水处理厂产生,600000 t,污泥,日本的公共污水处理系统一年产生,2200000 m3,污。在我国，年产各类作物秸秆,6,亿多吨,而预计至,2015,年年末，我国脱水污泥年产量将超过,2600,万吨。其处理处置已成为人类面临的重要问题之一。,堆肥是堆肥化过程的生物降解和转化产物，已被许多国家和地区所接受，成为处理有机固体废物的有效方法一。堆肥化的实质是,微生物,在适宜条件下的代谢作用。国内外学者对堆肥微生物学进行了广泛研究。微生物在堆肥过程中扮演着重要角色，不仅与,堆肥周期、堆肥质量,密切相关，还与,臭味控制、氮损失,紧密相关。因此，堆肥微生物种类及其特点的研究对开发堆肥微生物资源，加速堆肥过程，缩短堆肥周期等具有重要意义。,堆肥简介,堆肥是在,微生物,作用下，通过发酵使,有机物,矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机物的过程中，不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物，而且又合成新的高分子有机物,腐殖质,，它是构成土壤肥力的重要活性物质,根据处理过程起作用的微生物对氧气不同需求，可以把有机废弃物堆肥处理分为,：,好氧堆肥,：,在有氧条件下，好氧菌对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多生物体的过程。,厌氧堆肥：,在不通气的条件下，将有机废弃物进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废弃物无害化的过程。堆肥方式与好氧堆肥法相同，但堆内不设通气系统，堆温低，腐熟及无害化所需时间较长。,堆肥过程中的微生物的种类和数量,通过研究表明：细菌和霉菌是堆肥过程中的优势类群，芽孢杆菌和曲霉菌是优势种,细菌：,是中温阶段的主要作用菌群，对发酵升温起主要作用；,放线菌：,是高温阶段的主要作用菌群；,芽孢杆菌、链霉菌、小多孢菌,和,高温放线菌,是堆肥过程中的优势种,微生物种类繁多，大致分类如下,对,45,堆肥样品分离,5,次后，取得菌株,57,株，鉴定其中,12,株得到曲霉属,2,株、芽孢杆菌属,7,株、肠道杆菌属,1,株、假单胞菌属,1,株。,对,55,堆肥样品分离取得,32,株，鉴定其中,7,株得乳酸杆菌属,1,株、芽孢杆菌属,3,、假单胞杆菌属,1,株、链球菌属,1,株、小单孢菌属,1,株，并得出，在,45,所分离的各菌株，其蛋白酶活性均适宜于,4555,，,55,所分离的菌株，其蛋白酶活性最佳温度在,5565,。,研究发现堆肥过程中微生物群落结构的变化表明，微生物量先升后降，而微生物群落多样性一直连续增加。,例如：,革兰氏阳性菌,在堆肥起始阶段随着堆肥温度的上升而迅速增加，随后随着堆肥温度的下降而逐渐减少。,革兰氏阴性菌和真菌,在堆肥温度达到约,50,之前增加，但是，在高温期反而减少。当堆肥温度由高温降至,50,时，二者又出现增加。,堆肥过程中的各微生物特点,一、堆肥过程微生物菌种的变化,二、细菌特点,三、真菌特点,四、放线菌特点,一、堆肥过程微生物菌种的变化,堆肥物料中一般均含有大量的土著微生物群。当适宜条件时，微生物迅速生长繁殖，,中温微生物,数量快速增长，堆肥温度随之上升；当达到不适于中温微生物生长繁殖的温度时，尽管中温微生物数量还会进一步增长，但其生长繁殖速度减慢或结束。这时，,嗜热微生物,逐渐取代中温微生物。,二、细菌特点,细菌,凭借其大的比表面积，可快速利用可溶性物质，在数量上通常要比体积更大的微生物（如真菌）多得多。有些细菌，例如芽孢杆菌，芽孢杆菌属的一些种，如枯草芽孢杆菌（地衣芽孢杆菌和环状芽孢杆菌是堆肥高温阶段的代表性细菌，它们能形成很厚的孢子壁以抵抗高温、辐射和化学腐蚀等不良环境。,嗜温细菌,是堆肥系统中最主要的微生物。研究表明，在城市污泥堆肥过程的初始阶段，嗜温细菌最为话跃，其数量为,8.5,1085.8,109,g,干重样品，随着温度达到最大值，其种群数量达到最低；在降温阶段，嗜温细菌的数量又有所回升。,Beffa,等曾经在堆肥过程中的高温期筛选出嗜热菌属，这些细菌能够在,65,以上，甚至高达,82,的垛温下生长。,三、真菌特点,嗜温性真菌（地霉菌）,和,嗜热性真菌（烟曲霉）,是堆肥生料中的优势种群，其他一些真菌，如担子菌、子囊菌、橙色嗜热子囊菌也具有较强的分解木质纤维素的能力。但随着温度的升高，真菌的菌落数开始减少，在,64,时，所有的嗜热性真菌几乎全部消失。当温度下降到,60,以下时，嗜温性真菌和嗜热性真菌又都会重新出现在堆肥中。,研究表明，酵母菌和丝状真菌的数量在污泥堆肥进入高温期时开始下降，高温末期则显著降低。,四、放线菌特点,放线菌可以分解一些纤维素、溶解木质素，比真菌能够忍受更高的温度和,pH,值。放线菌降解纤维素和木质素的能力并没有真菌强，但它们在堆肥高温期是分解木质纤维素的优势菌群,在恶劣条件下，放线菌则以孢子的形式存活。诺卡氏菌、链霉菌（,Streptomyces,）、高温放线菌（,Thermoactinomyces,）和单孢子菌（,Micromonospora,）等都是在堆肥中占优势的嗜热性放线菌，它们不仅出现在堆肥过程中的高温阶段，同样也在降温阶段和熟化阶段出现。,好氧堆肥反应过程,好氧堆肥过程一般分为四个阶段即：,升温阶段,1540,高温阶段,6070,降温阶段,温度持续下降,腐熟阶段,40,左右,升温阶段,堆肥初期，堆层基本呈中温，,嗜温性微生物,较为活跃并利用堆肥中易降解的葡萄糖、脂肪等有机物旺盛繁殖。它们在转换和利用化学能的过程中，有一部分变成,热能,，由于堆料有良好的保温作用，温度不断上升。,高温阶段,堆肥材料中的复杂有机物质，如纤维素、半纤维素、果胶质等，也逐渐被微生物分解，并开始腐殖质的形成。在该阶段中，以,嗜热性微生物,占优势。常见的嗜热性真菌有嗜热真菌。常见的嗜热性放线菌有褐色嗜热链霉菌普通嗜热放线菌等。,温度升到,60,后，嗜热性真菌的活动几乎完全停止，取而代之，放线菌、嗜热性芽孢杆菌和梭菌的活动渐占优势。普通嗜热放线菌是放线菌的主要优势种之一。,由于微生物的旺盛活动，堆料的温度可,升到,70,以上。这时，,嗜热性微生物,大量死亡或进入休眠状态。但各种酶对有机质的分解仍在进行。随着酶活性的迅速衰退，产热量减少，堆肥温度开始下降。,当温度,下降到,70,以下时，处于休眠状态的嗜热性微生物重新恢复其分解活动，产热量再度增加。因此，堆料有一个自然调节且延续持久的高温期。它对堆料的快速腐熟起着重要作用。堆制得法的堆料有相当长的高温（维持在,50,以上）期，可在,几星期或,23,个月内,达到适于施用的腐熟状态。,降温阶段,当有机物基本降解完毕，嗜热菌因为缺乏养料而停止生长，产热随之停止，堆肥的温度逐渐下降，直到稳定在,40,左右，并且开始形成腐殖质。,腐熟阶段,堆体温度降低后，嗜温微生物又重新占优势，对残余较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化，此时堆肥即进入腐熟阶段。降温后，,需氧量,大大减少，,含水量,也降低，堆肥物,孔隙增大,，氧扩散能力增强，此时只需自然通风即可。,小 结,随着经济社会的发展，人类与自然界的矛盾逐渐加剧，堆肥作为一种有效的处理有机固体废弃物的方法，理应具有较高的地位。然而目前人们对堆肥的关注普遍在于其农用有机肥，对堆肥的机理和尤其是微生物的作用机理缺乏相应的研究，再加上检测条件的限制，使得对好氧堆肥过程中微生物的总类和反应过程的研究并不全面。我们应积极开发研究新的方法，提高有机质的含量等技术。,