堆肥复合菌剂构建及其堆肥应用效果研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yeyeye5122
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随着我国农业经济的快速发展,大量农业固体废弃物的产生给环境带来潜在的巨大压力,如不进行科学合理的处置,将会导致严重的环境污染。本论文分别针对以农作物秸秆和畜禽粪便为主要原料的好氧堆肥工艺,构建了侧重木质纤维降解和侧重畜禽粪便降解的两类高效微生物复合菌剂,并应用于工厂化堆肥,评估了复合菌剂在堆肥发酵中的应用效果,以期为农作物秸秆和畜禽粪便的高效有机肥料化利用提供技术。主要研究结果如下:1.根据实验室保存的从高温堆肥样品中分离获得的6株木质纤维素降解菌,利用断棒理论构建了 16组复合菌群,测定了所有复合菌群组合与降解木质纤维素有关的酶活性和在50℃培养条件下降解秸秆粉的效果。结果表明,大多数复合菌群的各种酶活和对秸秆粉的降解效果优于复合菌群中任一单一菌株。分析表明降解木质纤维素的酶活性与秸秆降解具有正相关性,其中FPA(滤纸酶)和β-GC(β-葡萄糖苷酶)活性与秸秆降解呈显著正相关。最终确定含芽孢杆菌NJAU-N30、米黑根毛霉NJAU-F4-5和芽孢杆菌NJAU-N20的菌群组合,为适合于以农作物秸秆为主要原料的好氧堆肥的最优复合菌剂。2.分别以纯秸秆和秸秆加猪粪混合物(碳氮比为25)为原料,设置空白对照、接种单一菌剂(NJAU-N20)和复合菌剂(NJAU-N30+NJAU-F4-5+NJAU-N20),研究了接种菌剂对堆体腐熟进程的影响。结果表明,无论哪种堆肥原料,相比空白和单一菌剂处理,接种复合菌剂处理的堆体升温速率最快,高温期温度最高;堆肥过程中,各处理pH值无显著差异,变化趋势基本一致;各处理发芽指数(GI)随着堆肥过程不断提高,至堆肥结束时,接种复合菌处理的发芽指数高于接种单一菌剂处理和空白对照;随着堆肥的进行,各处理有机质含量均逐渐下降,接种菌剂尤其是接种复合菌剂的处理有机质降解率高于不接种的对照;堆肥过程中,各处理的全氮、全磷和全钾的相对含量逐渐增加,其中接种复合菌剂的堆体增加最多,表明接种复合菌剂加快了有机质的矿化。3.根据实验室保存的从高温堆肥样品中分离获得8株分别降解木质纤维素和蛋白的菌株,利用断棒理论构建了 37组复合菌群组合,测定了所有复合菌群组合在降解畜禽粪便过程中分泌酶的活性和在55℃培养条件下对鸡粪、猪粪和羊粪的降解。结果表明,大多数复合菌群处理的酶活性和对畜禽粪便的降解效果优于复合菌群中任一单一菌株。分析表明单一菌株或复合菌群的各种酶活性与畜禽粪便降解具有正相关性,其中β-GC(β-葡萄糖苷酶)、NP(中性蛋白酶)和UE(脲酶)活性与降解呈显著正相关。最终确定含梳棉状嗜热丝孢菌NJAU-F4-11、芽孢杆菌NJAU-ND8、芽孢杆菌NJAU-N45和嗜热脂肪土芽孢杆菌B5的菌群组合,为适合于以畜禽粪便为主要原料好氧堆肥的最优复合菌剂。4.以羊粪秸秆混合物(碳氮比为25)为原料,设置空白对照、单一菌剂处理和复合菌剂处理,评估接种复合菌剂对堆体腐熟过程的影响。结果表明,相比空白和单一菌剂处理,接种复合菌剂处理的堆体升温速率最快,高温期温度最高;所有堆体含水量、碳氮比均呈下降趋势,其中添加复合菌处理下降速率最快;堆肥过程中接种复合菌剂处理的发芽指数(GI)高于其他处理;在堆肥过程中,各处理铵态氮的含量呈先上升后下降趋势,硝态氮含量持续增加;堆肥过程中各处理有机质含量和TOC含量均处于下降趋势,其中接种复合菌剂的处理下降最快,表明接种复合菌剂促进了有机质的降解;堆肥过程中,各处理的全氮、全磷和全钾相对含量均逐渐增加,接种复合菌剂处理的总养分相对含量增加最多,显著高于其他处理,表明接种复合菌剂有利于有机质的矿化;三维荧光光谱分析表明,堆肥过程中蛋白质类物质逐渐下降直至消失,而且接种复合菌剂的处理下降速度最快,而胡敏酸类、富里酸类物质逐渐增加,接种复合菌剂处理的增加最多,表明接种复合菌剂加快了堆肥的腐熟。综上所述,本研究针对秸秆类废弃物为主要堆肥原料,构建了含芽孢杆菌NJAU-N30、米黑根毛霉NJAU-F4-5和芽孢杆菌NJAU-N20的复合菌群;针对畜禽粪便为主要堆肥原料,构建了含梳棉状嗜热丝孢菌NJAU-F4-11、芽孢杆菌NJAU-ND8、芽孢杆菌NJAU-N45和嗜热脂肪土芽孢杆菌B5的复合菌群。无论是纯秸秆还是畜禽和秸秆混合物堆肥,相比于不添加外源菌和添加单一菌株,高效微生物复合菌剂的添加,均能够有效加快堆肥的腐熟过程,缩短堆肥周期,提高堆肥效率。
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