堆肥优势菌种筛选

现代农业科技2011年第2期
资源与环境科学*通讯作者
收稿日期2010-11-25
堆肥发酵过程中有机物会大量分解并放出热量,导致堆体温度升高。

因此,堆肥化技术的关键在于如何让有机物快速充分地分解,从而实现堆体迅速升温并维持长时间高温[1-2]。

微生物是堆肥发酵的关键,其种类和数量的变化对污泥发酵影响很大。

研究表明,单一的细菌、真菌、放线菌群体,无论其活性多高,在加快堆肥化过程中的作用都低于混
合微生物菌群的共同作用[3-6]。

堆肥中使用的原料为城市污泥,主要组分为生物残体及颗粒胶质微粒。

填充剂和调节剂绝大部分来自植物,它们的主要成分是碳水化合物(即纤维素)、蛋白质、脂肪和淀粉。

发酵初期,堆体内氧气充足,好氧细菌和真菌分解碳水化合物、蛋白质、脂肪,同时散发热量使堆体温度上升;高温期,好热性细菌、放线菌分解纤维素和半纤维素。

1材料与方法1.1试剂与仪器
1.1.1堆肥原料。

南昌市朝阳污水厂的脱水污泥、麦秸;北京双旋微生物培养基制造厂制造的蛋白栋。

1.1.2
供试试剂。

牛肉膏,北京双旋微生物培养基制造厂;
硫酸亚铁,天津市福晨化学试剂厂;硫酸镁,北京化工厂;磷酸二氢钾,上海青竹化工科技有限公司;磷酸氢二钠,广东西陇化工厂汕头;氯化钠,株洲九洲化学试剂厂;硝酸氨,广东汕头市西陇化工厂;氯化钙,上海化学试剂厂;葡萄糖,汕头市天地和食品有限公司。

分别制备富集培养基、污泥有机质降解菌分离培养基、大分子有机物分解菌分离培养基、大分子有机物分解菌筛选培养基。

1.1.3供试仪器。

BS/BT 系列电子天平,北京赛多利斯仪器系统有限公司;DGG-9140B 电热恒温鼓风干燥箱,上海森信实验仪器有限公司;LDZX-40不锈钢立式电热蒸汽压力
消毒器,上海申安医疗器械厂;HA-S 恒温振荡器,常州国华电子有限公司;VIS-7220分光光度计,北京瑞利分析仪器公司;LRH-150B 生化培养箱,广东省医疗器械厂;生物显微镜等。

1.2菌种的分离及纯化
在堆肥高温期间(55℃以上),经取样、分离培养,发现真菌平板上无菌落长出,原因是真菌不适应高温环境而基本死亡。

分别挑取放线菌5株、细菌4株、淀粉分解菌4株、蛋白质分解菌3株、油脂分解菌3株以及纤维素分解菌2株,纯化后编号,置斜面保存。

1.3指标测定
(1)污泥有机质的测定。

将污泥样品在105℃下烘干,研
磨过筛(筛孔2ram ),再烘至恒重。

称取样品约5g 置于瓷坩埚中,放入马弗炉,550℃灼烧至恒重,灼烧所损失的量为污泥有机质含量。

(2)比耗氧速率SOUR 的测定。

称取2~5g 新鲜样品,根据不同有机质含量加入定量的蒸馏水,在20℃下用溶氧仪进行连续测定。

污泥样品悬浮液在48h 内的需氧量(间隔2h )可由下式计算:
SOUR =S max
·V S
m ·DS ·VS
式中:SOUR 为比耗氧速率(mg/(g ·h ));S max 为最大耗氧
速率(mg/(L ·h ),V S 为上清液容积(L );m 为污泥样品鲜重(g );DS 为污泥样品的固体含量;VS 为污泥样品的挥发性
固体含量。

2结果与分析
2.1污泥有机质降解菌的筛选
从表1可以看出,在有机质降解菌中,污泥有机质去除率、比耗氧速率较大的为放线菌类降解菌FXJ-3、细菌类降解菌XJ-2。

原始含水率为60%的污水厂脱水污泥中,本身也含有一定量的有机质降解菌。

因此,在培养的过程中也能
摘要利用城市污水处理厂的脱水污泥进行高温好氧堆肥,筛选其中的优势菌种。

结果表明:菌种XJ-2是细菌类中的优势菌,菌种FXJ-3是放线菌类中的优势菌;大分子有机物分解菌中的淀粉降解菌DF-1、油脂降解菌YZ-2、蛋白质降解菌DBZ-1及纤维素降解菌XWS-1是优势菌种;随培养时间的延长,XJ-2和FXJ-3均符合微生物生长基本规律,经历了生长期、对数期、稳定期和衰亡期。

关键词污泥;堆肥;优势菌种;筛选中图分类号X172文献标识码A 文章编号1007-5739(2011)02-0300-02
Screening of Superiorital Bacterium from Compost
WU Qing-qing YANG Li *WU Shao-lin
(College of Environment and Chemistry Engineering ,Nanchang Hang Kong University ,Nanchang Jiangxi 330063)
Abstract Using the dehydration sludge of city sewage treatment plant to carry on good-oxygen compost under high temperature ,the superiorial spawns were screened.The results showed that the spawn XJ-2was the superiorial fungus in the bacterium ,FXJ-3was the superiorial fungus in the ray fungi.The starch degeneration fungus DF-1,fat degeneration fungus YZ -2,protein degeneration fungus DBZ -1and cellulose degeneration fungus XWS-1among the macro-molecule organic matter decomposition fungus were the superiorial fungus.XJ-2and FXJ-3conformed the basic rule of microorganism growing with the raise time increasing ,in which had experienced the vegetal period ,the logarithmic phase ,the stabilization period and the decline phase.
Key words sludge ;compost ;superiorial fungus ;screening
堆肥优势菌种筛选
吴庆庆
杨莉*吴少林
(南昌航空大学环境与化学工程学院,江西南昌330063)
300
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去除一定量的污泥有机质。

按质量分数2.5%接种了污泥有机质降解菌的脱水污泥,其有机质的去除率普遍高于未接种的原始脱水污泥。

接种了细菌XJ-2和放线菌FXJ-3的脱水污泥,其污泥有机质的去除率最高,且比耗氧速率最大。

从而可以判断,菌种XJ-2是细菌类中的优势菌,菌种FXJ-3是放线菌类中的优势菌。

2.3大分子有机物分解菌的筛选
通过比较各株淀粉分解菌、蛋白质分解菌、油脂分解菌的降解能力Up 值,以及纤维素分解菌分解滤纸的情况,从而筛选出各类大分子有机物分解菌中的优势菌,如表2、3、4、5所示。

从表2可以看出,Up 值最大的菌株是DF-1,说明其降
解淀粉的能力最强,从而判定菌株DF-1是淀粉分解菌中的
优势菌种。

另外,表2也反映出淀粉分解菌对淀粉的降解能
力大小,跟它的菌落大小以及产生的透明圈大小无关。

从表3、4可以看出,降解蛋白质能力最强的菌株是
DBZ-1,降解油脂能力最强的菌株是YZ-2。

从表5可以看出,XWS-2滤纸的失重率比XWS-1大,
说明菌株XWS-2对滤纸的降解能力相对较大,从而判定菌种XWS-2是纤维素降解菌中的优势菌种。

2.4放线菌FXJ-3的培养
将从放线菌中筛选出的优势菌种FXJ-3,接种到高氏
一号液体培养基上,在高温55℃下培养。

在液体培养基中,放线菌FXJ-3随着培养时间的增加而不断增加,逐渐使液体培养基变混浊,用721分光光度计连续测定液体培养基的光密度值(表6)。

从表6可以看出,前24h 是放线菌FXJ-3生命周期中的生长期,此期间放线菌细胞分裂迟缓,代谢活跃,数量的增加幅度非常小;24~48h 是放线菌FXJ-3生命周期中的对数期,在此期间放线菌FXJ-3细胞代谢旺盛,生长旺盛,数量以几何级数增加,其生长曲线的递增趋势非常大;48~96h 时段是放线菌FXJ-3生命周期中的稳定期,处于稳定期的放线菌FXJ-3新增殖的数量与老细胞的死亡数几乎相等,二者在整个培养液中处于动态平衡,此时的生长速度逐渐趋于零;由于营养物质的消耗,有害代谢产物的积累,逐渐进入放线菌FXJ-3生命周期中的衰亡期,细胞逐渐停止分裂,并慢慢死亡,生长曲线逐渐呈现下降趋势。

2.5细菌XJ-2的培养
将从细菌中筛选出的优势菌种XJ-2,接种到牛肉膏蛋白胨液体培养基上,在高温55℃下培养。

观查细菌XJ-2的生长变化趋势(表7)。

从表7可以看出,前12h 是细菌XJ-2生命周期中的生长期,12~36h 是细菌XJ-2生命周期中的对数期,36~96h 时段是细菌XJ-2生命周期中的稳定期。

3结论与讨论
从城市污泥模拟堆肥中筛选出各菌种的优势菌,即放线菌FXJ-3、细菌XJ-2、淀粉降解菌DF-1、油脂降解菌YZ-2、蛋白质降解菌DBZ-1及纤维素降解菌XWS-1。

真菌培养基上无真菌长出,说明真菌不能在55℃以上的高温下生存而基本死亡。

菌种在筛选培养基上均能生长,但生长特性有明显差异,说明它们能不同程度地分解为成分复杂的有机废弃物,这为其在城市污泥堆肥上的应用打下了基础。

与不接菌剂的空白对照相比,接入微生物菌剂对
(下转第305页)
编号
污泥有机质去除率∥%
比耗氧速率∥mg/(g ·h )
XJ-0(CK )19.3 3.4XJ-120.1 3.5XJ-249.7 6.0XJ-338.7 4.9XJ-423.2 3.8XJ-534.6 4.3FXJ-132.2 4.1FXJ-240.3 5.2FXJ-345.8 5.7FXJ-4
41.5
5.3
表1污泥有机质降解菌对污泥有机质的去除率和
比耗氧速率
菌株
透明圈直径D∥mm
菌落直径d∥mm
Up 值DF-1 4.081 2.210 3.41DF-2 4.210 2.562 2.70DF-3 4.526 3.124 2.10DF-4
4.855
3.108
2.44
表2淀粉分解菌的筛选
菌株透明圈直径D∥mm
菌落直径d∥mm
Up 值DBZ-1 5.818 2.832 4.22DBZ-2 5.671 3.165 3.21DBZ-3 5.082
3.247 2.45表3蛋白质分解菌的筛选
菌株透明圈直径D∥mm
菌落直径d∥mm
Up 值YZ-1 5.764 3.420 2.84YZ-2 6.413 3.690 3.02YZ-3
4.040
2.788
2.10
表4油脂分解菌的筛选
菌株失重量∥g 失重率∥%
XWS-10.23046.0XWS-2
0.327
65.4
表5纤维素分解菌的筛选
培养时间∥h
光密度值(OD )
培养时间∥h
光密度值(OD )
00.00096 1.064120.0891080.541240.2121200.53336 1.0051320.39048 1.2041440.36760 1.2571560.34172 1.241168
0.201
84
1.189
表6放线菌FXJ-3培养液连续光密度值随培养时间的
变化趋势
培养时间∥h
光密度值(OD )
培养时间∥h
光密度值(OD )
00.00096 1.134120.0911080.785240.8961200.62136 1.2831320.46648 1.1651440.35660 1.3481560.31272 1.247168
0.285
84
1.176
表7细菌XJ-2培养液连续光密度值随培养时间的
变化趋势
吴庆庆等:堆肥优势菌种筛选
301
. All Rights Reserved.
2.2生物干化污泥对铁观音茶叶产量的影响
由表2可知,处理A、处理B、处理C、处理D、处理E、处理F、处理G在夏季分别减产5.51%、3.18%、2.12%、0.42%和增产0.21%、3.18%、7.42%,其中处理G与处理A产量差异达到极显著水平,处理F与处理A产量差异达到显著水平,
其余处理均不显著;各处理在暑季分别减产4.97%、3.11%、2.07%、0.41%,增产3.31%、6.42%、10.14%,其中处理G与处理A、处理B产量差异达到极显著水平,处理E、处理F与处理A、处理B达到显著水平,其余处理不显著;秋季与暑季分析结果总体相似,增加尿素呈现增加产量的趋势,处理G与CK产量差异达到显著水平,实际观察加尿素达到262.5kg/hm2以上出现徒长现象,应掌握尿素施用量。

2.3对铁观音茶叶重金属的影响
由表3可知,茶叶中重金属含量均低于茶叶卫生标准(GB2762-2005)[6-7]中规定的重金属含量限值,说明生物干化污泥有机肥符合茶园施肥标准,可以推广使用。

3结论
试验结果表明,生物干化污泥与尿素的配合施用能有效
改进土壤、促进茶树根际环境的转化和茶芽生长,新梢密度
和百芽重有明显提高,且生长茁壮,持嫩性较好、产量高。

每
季施用生物干化污泥750kg/hm2+尿素262.5~300.0kg/hm2达到施用复合肥的产量,且随着尿素用量的增加,茶叶产量
也增加,但芽叶出现徒长现象,配施尿素300kg/hm2以上,芽叶超过12cm,影响采摘的茶芽质量。

4参考文献
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中国标准出版社,2005:1-11.
[7]中华人民共和国卫生部,中国国家标准化管理委员会.(GB2762-2005)
食品中污染物限量[S].北京:中国标准出版社,2005:1-11.
(上接第301页)
堆肥工业化生产是非常有利的,可以降低生产成本,缩短堆肥时间。

最后选取筛选出来的其中2种优势菌种放线菌
FXJ-3、细菌XJ-2进行培养,通过分别连续测量其液体培养基的光密度值,进而研究微生物生长趋势,表明这2种菌种符合微生物生长基本规律,经历了生长期、对数期、稳定期和衰亡期。

4参考文献
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(上接第303页)
境,鼓励和促进农业环境治理工程的建设。

二是发挥农技推广部门作用,推动渭南市农业科学施肥、施药进程,提高化肥和农药的利用率,减少对环境的影响[6-7],其主要措施包括:①大力推广测土配方施肥技术,确定不同区域主要作物的施肥区划,采用平衡施肥、深施和水肥综合管理措施。

②建立专家咨询系统指导施肥。

根据土壤分析结果及作物需肥规律,建立平衡施肥专家系统,进而指导农民科学施肥,采取有机、无机、微肥相结合,长效与短效相结合,用地与养地相结合的方式,在增施有机肥的前提下,做到化肥中的氮、磷、钾、微量元素的平衡配套施用,以提高各类元素肥料的综合利用率,发挥最大增产潜力,在农业生产中实现低投入、高产出。

③科学施用。

大力提倡化肥深施,提高施肥效果,改变化肥施用方式,如改磷、钾肥撒施为穴施、条施,集中施用,减少磷、钾在土壤中的固定及随水流失量。

④采用免耕和其他农田保护性耕作技术,减少水土流失。

⑤在农作物收获期严禁焚烧秸秆。

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表2不同施肥处理对铁观音产量的影响
处理
夏季暑季秋季
小区产量
kg比CK±kg小区产量
kg比CK±kg小区产量
kg比CK±kg
A 4.46bcB-0.26 4.59cdBC-0.245.50cdBC-0.29
B 4.57abcAB-0.15 4.68cdBC-0.155.62cdBC-0.17
C 4.62abcAB-0.10 4.73bcdAB-0.105.67abcAB-0.12
D 4.70abAB-0.02 4.81bcAB-0.025.77abcAB-0.02
E 4.73abAB0.01 4.99abAB0.165.98abcAB0.19
F 4.87aAB0.15 5.14abAB0.316.17abAB0.38
G 5.07aA0.35 5.32aA0.496.38aA0.59 CK4.72abAB- 4.83bcAB- 5.79BB-
表3施用生物干化污泥的茶叶重金属含量(mg/kg)重金属茶叶卫生标准(GB2762-2005) Pb 1.75
Cu11.260
Cd0.151
As0.422
Cr0.965
谢文林等:生物干化污泥有机肥在铁观音上的应用
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