堆肥过程中纤维素降解菌的筛选及N素原位保全技术研究

摘要

秸秆和畜禽粪便资源化利用一直是科研工作者关注的热点问题。纤维素作为秸秆主要成分，是地球上数量最大的可再生资源之一，利用微生物进行秸秆纤维素降解已成为目前较有效且更接近自然生态的一种方法。畜禽粪便用于发酵堆肥处理时普遍存在氮素损失问题，降低了有机肥料养分含量，同时造成环境污染。本研究旨在从以猪粪和秸秆为原料的堆肥中筛选具有纤维素降解能力的菌株，以期加速堆肥发酵进程缩短发酵周期。同时利用筛选的高效纤维素降解菌和实验室保存菌种（除臭脱硫菌）与化学调理剂（氯化钙）结合，设置3个处理组，分别为:处理1（猪粪+秸秆）、处理2（猪粪+秸秆+氯化钙）和处理3（猪粪+秸秆+氯化钙+混合菌），用于猪粪与秸秆堆肥发酵，以期为控制氮素损失提供可靠的堆肥方案，为提高堆肥质量提供科学依据。本研究得出以下结论:
　　(1)通过刚果红培养基和滤纸条降解试验作为初筛，并进行液体发酵培养测定酶活力，得到羧甲基纤维素(CMC)酶活和滤纸(FPA)酶活均很高的2株菌，通过一系列的鉴定可知:1号菌为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），7号菌为隐球酵母菌（Cryptococcus flavescens）。并对其进行产酶特性研究，结果表明，在pH值6.5，培养时间48h的条件下，1号和7号菌株的CMC酶活封闭额达26.82、31.28U/mL，FPA酶活达20.32、30.82U/mL。
　　(2)堆肥过程中堆温＞50℃天数:处理1(22d)＜处理2(27d)＜处理3(30d)，满足粪便无害化卫生标准，各处理组pH值、水分含量变化趋势相近。添加菌剂的处理组3可加快有机碳(TOC)的分解和全氮(TN)、全钾(TK)和全磷(TP)含量增加。试验结束时，各处理组堆体的T＜0.6，已达到了完全腐熟。
　　(3)堆体内加入不同类型的调理剂可不同程度减少臭气产生，减少N素流失。各处理组能闻到臭味的时间分别为:26、16和10d。试验组的NH3和H2S释放量均表现为:处理组1＞处理组2＞处理组3。外加CaCl2和菌剂对堆体内臭气挥发存在明显减弱作用。堆体内加入不同类型调节剂对堆体中N素含量影响为:随着堆肥进行，TN逐渐增加，NH4+-N先增加后减少且逐渐转化为NO3--N，堆肥结束时，试验组NO3--N含量分别为:1200、1560和1580mg/kg。
　　(4)堆肥过程中N素转化关键微生物菌群变化特征为，氮化细菌数量先上升后降低，硝化细菌、反硝化细菌与固氮菌数量均为逐渐增加趋势。处理组3中4种N素转化关键微生物数量均高于其它处理。氨化细菌与NH3、NH4+-N极显著正相关关系;硝化细菌与NH3和NH4+-N为负相关关系，而与NO3--N呈正相关关系;反硝化细菌与NH3为负相关，NO3--N为显著正相关。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究目的和意义

1．2 研究背景

1．3 国内外研究动态

1．3．1 畜禽粪便污染现状

1．3．2 畜禽粪便资源化利用现状

1．3．3 畜禽粪便堆肥的参数控制

1．3．4 堆肥中除臭技术研究

1．3．5 堆肥中保氮技术研究

1．4 研究内容

1．5 技术路线

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 试验设计

2．2．1 纤维素降解菌筛选

2．2．2 堆肥过程中除臭及N素原位保全试验

2．3 测定项目与方法

2．3．1 纤维素降解菌筛选方法

2．3．2 堆肥过程中除臭及N素原位保全试验方法

2．4 主要仪器设备与药品试剂

2．5 数据处理

3 结果与分析

3．1 菌株筛选、鉴定和酶学特性研究

3．1．3 滤纸条降解效果及酶活力

3．1．4 菌株产酶条件优化

3．1．5 菌株分子生物学鉴定

3．2 堆肥过程中除臭及N素原位保全技术的研究

3．2．1 堆体理化性质变化

3．2．2 堆肥过程中除臭效果

3．2．3 堆肥过程中保氮效果

3．2．4 堆肥过程中N素转化关键菌群的动态变化

4 讨论

4．1 菌株筛选、鉴定及酶学特性

4．2 堆肥过程中除臭及N素原位保全技术研究

4．2．1 堆体理化性质变化

4．2．2 堆肥过程中除臭效果

4．2．3 堆肥过程中保氮效果

4．2．4 堆体N素转化关键菌群的动态变化

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文