微生物在有机固废堆肥中的作用与应用（三）

3.2 微生物添加剂的接种量与接种时间

堆肥中微生物添加剂的用量一般在 0.05%~5.0%之间。在堆肥的不同时期进行接种，菌剂用量也有差别，在堆肥初期进行接种时菌剂用量一般为 0.1%~1.0%。接种量会影响微生物添加剂功能的有效发挥，并不是接种量越多越好。Duan 等报道，在牛粪和麦秸混合堆肥中，接种 0.5%枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)制剂能够降低堆肥碳代谢基因的丰度，降低 TCA循环和甲烷代谢的强度，减少 CO₂ 的产生，显著提高堆肥中总有机碳和腐殖质碳的含量，达到固碳的目的，提高了堆肥产品的质量；而接种量增加到2%后，会导致 CO₂ 排放量增加。

微生物添加剂的接种时间多为堆肥初期，以促进堆肥快速升温，缩短堆肥时间。也有采用分阶段多次接种的方式，以提高添加微生物的存活能力，等在通过堆肥处理石油污染污泥的研究中发现，先后在一次发酵和二次发酵两个阶段接种抗辐射不动杆菌可以更有效地降解总石油烃在通过堆肥钝化河道污泥中重金属的实验中，先后在堆肥升温-高温阶段、降温-腐熟阶段分两次接种黄孢原毛平革菌。有研究发现在堆肥后期接种微生物可以改善堆肥产品的品质，我们在堆肥的二次发酵时期添加抗真菌微生物莫海威芽孢杆菌或解淀粉芽孢杆菌，这两株抗真菌微生物能在二次发酵堆体内增殖，可以提高堆肥的抗真菌“药效”。

3.3 添加微生物对堆肥过程的影响

3.3.1 加快升温速度，延长高温时间

牛粪等冷性堆肥原料以及农作物秸秆等富含纤维素类物质的原料堆肥时存在升温困难、发酵温度低的问题。在寒冷地区进行堆肥时，较低的气温使微生物活跃度降低，堆肥存在升温困难甚至无法升温的问题。这些问题不但导致物料腐熟的时间延长，而且不利于有机物料的无害化处理。在堆肥物料中添加某些特定微生物可以增加堆肥初期有效微生物的数量，增强微生物降解有机物的活性，从而加快升温过程，提高堆体温度，延长高温期的时间。在猪粪和玉米秸秆为原料的堆肥中添加由皮特不动杆菌(A. pittii)、枯草芽孢杆菌粪便亚种)、高山芽孢杆菌组成的复合菌剂，使升温期从4 d 缩短至 2 d，高温期延长了 2 d，最高温度从 64.7 ℃提高到 67 ℃。Wei 等研究发现，在作物秸秆与甘蔗渣混合堆肥中添加具有高纤维素酶活性的链霉菌(Streptomyces sp.) H1、分枝杆菌 (Mycobacterium sp.) G1 、 小 单 孢 菌(Micromonospora sp.) G7 和 糖 单 孢 菌(Saccharomonospora sp.) T9 可以缩短升温时间，显著提高高温期的温度

还有研究表明一些嗜冷微生物的添加可以帮助堆肥在低温下启动，对冬季堆肥或低温条件下的堆肥启动有重要意义。Sun 等发现，在鸡粪和锯末混合堆肥中接种嗜冷微生物菌株，包括嗜冷杆菌(Psychrobacter sp.) b110-1、节杆菌(Arthrobacter sp.) TSBY-50、肺尖嗜冷杆菌(Psychrobacter pulmonis) LMG1012 和节杆菌(Arthrobacter sp.) G8，在低温环境下(10 ℃堆肥，可以提高堆体的温度，加快升温度的研究表明，在低温环境下堆制的牛粪和水稻秸秆的混合堆肥中添加嗜冷微生物菌株，如缺陷短波单胞菌(Brevundimonas diminuta) CB1、玻璃黄杆菌(Flavobacterium glaciei) CB23 以及嗜热真菌黑曲霉(Aspergillus niger) CF5、团青霉(Penicillium commune) CF8，使得升温期缩短了 11 d，高温期延长了 7 d，最高温度提高了7 ℃。以上的研究通过微生物的添加促进了堆肥在低温环境下启动，加速了升温速度并延长了高温阶段的时间，但具体的机制并不清楚。

3.3.2 加快有机物分解，促进堆肥腐熟

农作物秸秆、园林废弃物含有大量的纤维素、半纤维素和木质素等物质，这些物质较难被分解，成为阻碍堆肥腐熟的一大障碍。青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)、木霉属(Trichoderma)、白腐菌(White-rot fungi)、放线菌目(Actinomycetales)以及部分芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)都是报道较多的能够高效降解木质纤维素类物质的微生物种类。国内外已有大量关于在堆肥过程中添加木质纤维素类物质降解菌来加速有机物分解、促进堆肥腐熟的研究。Hu 等在蘑菇渣和猪粪混合堆肥中接种木质纤维素降解菌群，该菌群由包括短芽孢杆菌(Brevibacillus)、类芽孢杆菌(Paenibacillus)、芽孢杆菌(Bacillus)、赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus)和柯恩氏菌(Cohnella)等在内的超过 30 个属的微生物，使接种组真菌群落多样性更高，纤维素降解基因的相对丰度在堆肥后期显著高于对照组，纤维素、半纤维素、木质素的降解率分别提高了 19.64%、8.77%和 34.45%。因此，接种微生物可以加快木质纤维素的降解，促进堆肥腐熟。Wan 等在鸡粪和玉米秸秆混合堆肥中添加包括地衣芽孢杆菌(B. licheniformis)、解淀粉芽孢杆菌(B. amyloliquefaciens)、巨大芽孢杆菌(B.megaterium)、短小芽孢杆菌(B. pumilus)、嗜热球形脲芽孢杆菌(Ureibacillus thermosphaericus)、苍白地芽孢杆菌(Geobacillus pallidus)以及脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)等在内的 32株纤维素降解菌，发现添加微生物可以加快堆肥中有机物的解，延长高温期时间，提高堆肥产品的腐熟度。研究发现，在油菜渣和玉米秸秆混合堆肥过程的降温阶段接种黄孢原毛平革菌(P. chrysosporium)，可以提高堆体中木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶的活性，促进纤维素、木质素的降解以及腐殖质的形成，加快堆肥的腐熟过程。堆肥过程中纤维素类物质的降解依赖于不同类型微生物的协同作用，了解不同微生物类群在纤维素类物质降解过程中发挥的作用，解析这一复杂过程中不同微生物的协同作用机制，将有利于提高堆肥效率，更好地提升堆肥品质。

3.3.3 减少养分损失，提高堆肥产品肥效

有机废弃物含有丰富的氮、磷、钾元素和有机质，好氧堆肥会导致部分养分的损失。堆肥中碳素的损失主要来自 CO₂ 的排放。在堆肥升温和高温期，绝大多数糖类等碳代谢中间产物被微生物降解，产生大量的 CO₂；有研究发现，调节微生物的代谢途径可以减少堆肥中CO₂ 的产生，促进有机物转化为腐殖质，有效固定堆肥中的碳素。在牛粪和玉米秸秆混合堆肥的各阶段接种了耐热纤维素降解菌链霉(Streptomyces sp.) H1、G1、G2 和放线菌 T9，结果表明，在堆肥各阶段，特别是高温阶段接种纤维素降解菌，可以有效提高纤维素酶活性，促进纤维素降解，并且能够提高纤维素降解产物转化为腐殖质的效率，增加堆肥中腐殖质的含量，从而减少因糖分解造成的 CO₂ 排放，达到固碳的目的。NH₃ 等含氮气体的产生则是堆肥中氮素损失的主要原因。堆肥初期，含氮有机物在氨化作用下产生NH4+-N，随着发酵的继续进入高温阶段，物料 pH 值也随之升高，这种条件有利于 NH4+-N转化为 NH₃ 而挥发；N₂O 等气体主要是堆肥初期和腐熟期微生物通过硝化作用和反硝化作用产生。减少含氮气体的产生，促进含氮化合物向稳定形式转化，可以有效减少氮素损失。研究发现，在猪粪和麦秸混合堆肥中添加 5%的巨大芽孢杆(B.megaterium)可以促进高温期氨氧化细菌的生长、增加硝化基因 amoA 的丰度、调节硝化和反硝化过程，从而减少 NH₃ 和 N₂O 的排放。将主要由乳酸杆菌(Lactobacillus)、黄杆菌(Flavobacterium)、念珠(Candida)、芽孢杆菌(Bacillus)、马杜拉放线菌(Actinomadura)、土壤芽孢杆菌(Solibacillus)和嗜冷杆菌(Psychrobacter)组成的商业微生物菌剂与生物炭组合在一起，添加到猪粪与锯末混合的堆肥中，与对照组相比，添加组 NH₃ 的累计排放量减少了 70.50%，N₂O的累计排放量减少了 29.00%，NO₃⁻-N 含量提高了 50.00%，总凯氏氮的含量提高了 59.00%，有效实现了氮素保留。

以上研究表明，接种微生物能够减少堆肥中碳、氮元素以气体形式散失，促进两种元素向稳定形式转化，从而有效锁住养分。有关添加微生物影响堆肥碳氮循环的具体机制目前尚未完全清楚。解析添加微生物在堆肥碳氮转化方面的代谢途径，对于更有目的性地添加微生物和提升养分保留效果具有重要意义。

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