最新堆肥科学与技术-第三章

当堆肥的温度超过50℃以后，通常被称为高温阶段，这一 阶段中，除少部分残留下来的和新形成的水溶性有机物继 续分解转化外，复杂的有机物，如半纤维素、纤维素等开 始大量的被具有分解活性的微生物所分解，并进入到腐殖 质的形成过程，出现了能溶解于弱碱的黑色物质。这一阶 段中以高温微生物最为活跃，常见的有嗜热细菌，嗜热放 线菌等。
二、堆肥微生物降解的基本原理
有机废弃物在微生物的作用下，一部分被转化为简单的有 机物、无机物，这一过程为矿化作用；而另一部分包括难 降解的部分则转化为垃圾层中的有机部分——腐殖质，这 一过程为腐殖化作用。矿化是将有机物完全转化为无机物 的过程，是与微生物生长（包括分解代谢和合成代谢）相 关的过程，被矿化的有机物作为微生物生长的基质和能源， 通常只有一部分有机物被用于合成菌体，而其余部分形成 微生物的代谢产物，如CO2、H2O、CH4等。矿化也可以 通过多种微生物的协同作用完成。
微型生物在堆肥过程中也发挥着重要的作 用。轮虫、线虫、跳虫、潮虫、甲虫和蚯 蚓等低等生物通过在堆肥中移动和吞食作 用，不仅能消纳部分有机废物，而且还能 增大表面积，并促进微生物的生命活动。
第二节 堆肥过程中的微生物学研究
一、堆肥过程中的微生物群落及其动态
堆肥化的实质是由群落结构演替非常迅速的多个 微生物群体共同作用而实现的动态过程，所以对 该过程的微生物生态学过程进行监控有利于有效 地管理堆肥过程。由于在堆肥腐熟过程中微生物 发挥着关键作用，所以有些微生物菌不仅能分泌胞外酶，水解有机物质，而且由于其菌丝的机械穿插 作用，还对物料施加一定的物理破坏作用，促进生物化学作用。在堆 肥化过程中，真菌对堆肥物料的分解和稳定起着重要的作用。堆肥过 程中真菌总的变化趋势与总的微生物变化趋势相似，开始时堆肥原料 中的真菌以中温真菌为主，但数量少于细菌而与放线菌相近。中温真 菌在堆肥过程中逐渐减少，此后嗜热真菌逐渐达到最大值，大部分真 菌在堆体温度达到50℃时就不存在了，而当温度超过60℃时真菌几乎 完全消失；当堆肥温度开始下降，温度低于45℃时，真菌的数量又回 升，此时堆肥底物以纤维素和木质素为主，因此推测真菌数量的增加 可能是由于堆肥中存在纤维素和木质素的原因。
渺小白霉
烟曲霉 米曲霉 特异腐质霉
无孢菌群
梭孢壳属
嗜热毛壳菌
四、古菌
古菌大多数为嗜热菌或超嗜热菌，最近的 研究发现在堆肥中存在一些低丰度的产甲 烷古菌。同细菌比较其数量极低（贫养、 代时长）。
五、病原微生物及其他微型生物
堆肥化不仅要达到稳定有机废物的目的，还要解决堆制过 程中存在的公共卫生问题，主要病原菌包括在原来废物中 带有的原生病原菌 （primary pathogens）和堆制过程中 产 生 的 真 菌 、 放 线 菌 等 次 生 病 原 菌 （ secondary pathogens）。原生病原菌如细菌、病毒、原生动物和蠕 虫卵可引起健康个体染病，而次生病原体则可以削弱免疫 系统，如造成呼吸系统疾病等。当温度超过70℃时，在几 天内可以达到灭菌的目的，但在50℃~60℃时需要持续的 时间为10~20d。
当温度上升到60℃以上时，嗜热丝状真菌几乎完全停止活 动，嗜热放线菌和芽孢杆菌的活动占优势。到了70℃以上， 只有嗜热芽孢杆菌在活动。很多的嗜热微生物，包括细菌， 放线菌和丝状真菌，是分解纤维素和果胶类物质能力很强 的微生物。因此，在高温阶段，纤维素、果胶类物质等快 速分解，同时产生腐殖质。
温度上升到70℃以上，大多数的嗜热性微生物也不适宜了， 微生物大量死亡或进入休眠状态。这时，由于已死亡的微 生物所含有的各种酶的作用，有机物质的腐解作用仍能进 行一段时间，但由于酶蛋白不能自我繁殖，所以对有机物 的腐解作用很快就衰退了，温度开始下降。当下降到适当 温度时，处于休眠的嗜热微生物又恢复了它们的生命活动， 堆肥的温度又会再次上升。为实现堆肥快速完全腐熟，应 促使堆肥快速达到高温阶段，同时保证高温阶段持续长 久。
堆肥中发挥作用的微生物 主要是细菌和放线菌，还有真 菌和原生动物等。随着堆肥化 过程中有机物的逐步降解，堆 肥微生物的种群和数量也随之 发生变化。
一、细菌
细菌是单细胞生物，形状有杆状、球状和螺旋状，有些还 能运动。在好氧堆肥系统中，存在着大量的细菌。细菌凭 借大的比表面积，可以快速将可溶性底物吸收到细胞中。 所以在堆肥过程中，细菌在数量上通常要比体积更大的微 生物 （如真菌）多得多。在早期的堆肥生产实践过程中 非菌丝体结构的细菌，较具有菌丝体结构的真菌和放线菌 更难以被发现，所以其重要性被忽视了。
嗜温细 菌和真 菌快速 生长
嗜热细菌、放线菌和耐 热真菌
嗜温放线菌、细菌和真菌 及其他环境微生物定植
快速 利用 糖及 淀粉
分解蛋白质、 脂肪、纤维素 及半纤维素
缓慢的降解木质素和其 他难分解有机物，形成 腐殖质
堆肥初期，是微生物旺盛繁殖并释放出热能来不断提高堆 肥温度的发热阶段。在这一阶段中，堆肥物质的变化情况 是在好氧条件下，那些容易被微生物分解的有机物质，如 蛋白质、淀粉类物质及简单的糖类等迅速分解，产生大量 热量。在这一阶段中分解这些有机物的微生物以中温好气 性种类为主，常见的有细菌和丝状真菌。
堆肥科学与技术-第三章
第一节、堆肥微生物的种类及特征
堆肥化是微生物作用于有机废物的生化降解过程，微生物 是堆肥过程的主体。堆肥微生物的来源主要有两方面。一 方面是来自有机废物里面固有的大量的微生物种群；另一 方面是人工加入的特殊菌种。这些菌种在一定条件下对某 些有机废物具有较强的分解能力，具有活性强、繁殖快、 分解有机物迅速等特点，能加速堆肥反应的进程，缩短堆 肥反应的时间。
假单胞菌
二、放线菌
放线菌在分类学上是一类具有高G+C的革兰氏阳性细菌， 能够比细菌忍受更高的温度和pH值，放线菌是具有多细 胞菌丝形态的细菌，因此它们又具有一些真菌的特征。在 堆肥化的过程中它们在分解诸如纤维素、木质素、角质素 和蛋白质这些复杂有机物时发挥着重要的作用。它们的酶 能够帮助分解诸如树皮、报纸一类坚硬的有机物。尽管放 线菌降解纤维素和木质素的能力并没有真菌强，但是它们 在堆肥过程中的高温期却是分解木质纤维素的优势菌群。