禽粪便及废弃物好氧堆肥中氮转化细菌的研究

摘要

好氧发酵作为粪便无害化处理的有效措施，已得到普遍的推广和应用。但粪便及垃圾等废弃物好氧发酵过程中存在着严重的氮素损失现象，不仅污染环境，还在很大程度上降低了肥料中的养分含量.因此如何有效控制氮素损失的问题，己成为制约粪肥发酵技术继续发展的核心所在，而明确发酵过程中的氮素运动规律及其作用机理，又是进行氮素损失控制的基础。微生物是发酵过程中物质转化的真正执行者，氮素转化也势必由相应的氮转化微生物来完成。但迄今为止，人们对于粪肥发酵过程中氮转化微生物的类群及其作用规律仍了解不多。发酵过程的氮素转化是一个相对完整的体系，它基本上涵盖了自然界所有氮素循环步骤，包括氨化作用、铵盐同化作用、硝化作用、硝酸盐还原作用、反硝化作用等，其作用发挥是相辅相成、互相促进的，但归根结底这些具体的氮素转化步骤又是由氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌、反硝化细菌四类氮转化细菌共同完成的。因此，必须全面了解这四类菌的种类、特性及在发酵过程中的作用，才有可能发现隐藏在氮素运动规律内部的微生物作用机理。同时，鸡粪好氧发酵是一个高有机物浓度、高C/N、高氧分压的环境，即好氧的异养环境。所以，该条件下发挥亚硝化、硝化作用的微生物应该不是经典理论中的自养菌类，而是异养的亚硝化、硝化细菌及好氧的反硝化细菌。本研究对鸡粪好氧发酵全程四类氮转化细菌进行了深入的研究，首先在自然堆肥条件下，就堆肥全程各阶段氮转化细菌进行分离、纯化，通过氮素转化试验，筛选出高效氮转化菌株，对其进行鉴定，最后由菌株回归堆肥试验探讨其在发酵过程中的氮转化作用。主要研究结果如下： (1)氮转化细菌的分离：全程共分离数量优势氮转化细菌52株，其中包括氨化细菌15株、异养亚硝化细菌15株、异养硝化细菌10株，好氧反硝化细菌12株。从各类氮转化细菌在发酵各温段的数量上看，氨化细菌始终占优势，其次是亚硝化细菌，而硝化细菌、好氧反硝化细菌的数量较低。温度是影响亚硝化细菌、硝化细菌、好氧反硝化细菌数量变化的重要因素，升温段，菌数随温度上升而下降；降温段，菌数随温度下降而上升。 (2)通过氮转化试验，筛选出高效氮转化细菌12株，其中氨化细菌3株，分属芽孢杆菌属、变形菌属；异养亚硝化细菌4株，分属芽孢杆菌属、芽孢乳杆菌属、德克斯菌属、棒状杆菌属；异养硝化细菌2株，分属节细菌属、棒状杆菌属；好氧反硝化细菌3株，分属芽孢杆菌属、德克斯氏菌属、克雷伯氏菌属。其中亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌在中温35～45℃能更好的发挥相应氮转化作用。筛选到的好氧反硝化细菌也具有硝化作用，但在所测环境中反硝化作用强于硝化作用。 (3)各类高效氮转化菌株回归堆肥试验说明，氨化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌在粪便堆肥中确实能够发挥相应氮转化作用。氨化细菌组和亚硝化细菌组能够促进堆肥快速腐熟。但氮化细菌与反硝化细菌一样在一定程度上加大了堆肥中的氮素损失；亚硝化细菌在发酵中能利用铵态氮，促进硝态氮的生成，减少了氨挥发造成的氮素损失；硝化细菌回归到发酵中作用不明显。同时，亚硝化和硝化作用在发酵的升温阶段、高温维持期的初期、及降温阶段比较活跃，反硝化作用在降温阶段强于发酵初期。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 引言

1.1禽畜粪便的环境污染现状和处理对策

1.1.1畜禽粪便特征

1.1.2鸡粪的组成及其肥料成分

1.1.3我国畜禽粪便的污染现状及原因

1.1.4畜禽粪便污染处理的对策和方法

1.2禽粪便堆肥氮素损失及其控制研究概况

1.2.1禽粪便氮素的特点及堆肥过程中氮素变化趋势

1.2.2畜禽粪便堆肥氮素损失及其控制的相关研究

1.3各类氮转化细菌研究概况

1.3.1氨化细菌研究概况

1.3.2硝化细菌研究概况

1.3.3反硝化细菌研究概况

1.4本研究的目的和意义

1.5本研究的特色与创新

1.6本研究的主要内容

1.7本研究的技术路线

2 材料与方法

2.1禽粪好氧堆肥及其腐熟度评价的材料与方法

2.1.1试验材料

2.1.2试验方法

2.2禽粪好氧堆肥氮转化细菌分离的材料与方法

2.2.1试验材料

2.2.2试验方法

2.3分离菌株氮转化能力测定试验的材料与方法

2.3.1试验材料

2.3.2试验方法

2.4优势高效菌株回归堆肥试验材料与方法

2.4.1试验材料

2.4.2试验方法

2.5优势高效氮转化细菌鉴定的材料与方法

2.5.1试验材料

2.5.2鉴定方法

3 结果与分析

3.1禽粪好氧堆肥及其腐熟度评价

3.1.1堆体温度变化

3.1.2堆体pH值变化

3.1.3堆体含水率变化

3.1.4堆体有机质含量变化

3.1.5堆体C/N变化

3.1.6堆体粪大肠菌群值(MPN值)

3.1.7堆体种子发芽指数(GI)

3.1.8堆体蛔虫卵死亡率

3.1.9堆肥物理学指标的测定

3.2氮转化细菌的分离结果

3.2.1各类氮转化细菌分离结果

3.2.2堆肥全程细菌浓度变化

3.3分离菌株的氮转化能力

3.3.1氨化细菌的氮转化能力

3.3.2异养亚硝化细菌的转化能力

3.3.3异养硝化细菌转化能力

3.3.4好氧反硝化细菌的氮转化能力

3.4优势高效氮转化菌株回归试验

3.4.1回归试验堆体温度变化

3.4.2回归试验堆体pH值变化

3.4.3回归试验堆体粪大肠菌群值的变化

3.4.4回归试验堆体蛔虫卵死亡率的变化

3.4.5回归试验堆体种子发芽指数的变化

3.4.6回归试验堆体全氮含量变化

3.4.7回归试验堆体铵态氮含量变化

3.4.8回归试验堆体硝态氮含量变化

3.5优势高效氮转化菌株的鉴定

4 讨论

4.1禽粪好氧堆肥及其腐熟度评价

4.2优势高效氮转化菌株回归试验

4.3优势高效氮转化细菌的鉴定

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文