堆肥科学和技术课件

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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。
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，所以有些微生物的特性能反映 堆肥的腐熟进程。
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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。
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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。
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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
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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）。
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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。
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。
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假单胞菌
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
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分解蛋白质、 脂肪、纤维素 及半纤维素
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缓慢的降解木质素和其 他难分解有机物，形成 腐殖质
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三、真菌
真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。