牛粪自然好氧发酵微生物变化规律_方华舟

在平整地面以木棍作密“井”字形排列，将新鲜 发酵过程中温度变化情况如图 1 所示。由图 1 可
牛粪铲至木棍上建堆，尽量呈蓬松状，大小为 2 m × 知，在整个发酵周期内，堆肥内发酵温度始终高于环
1. 5 m × 1. 5 m； 堆体顶面每间隔 30 cm 以直径 1. 5 境温度，但温度变化曲线较为平缓，发酵周期较长；
Key words cow dung； aerobic composting； bacteria； actinomycetes； mold； kinds； types mmount
我国是养牛大国。养牛业在提高人们生活水平 的同时，也产生了大量粪便污染，对人类生活和健康 产生很大威胁。近年来研究表明，好氧堆肥法是解 决大量禽畜粪便污染切实可行的重要办法之一，不 仅可以进行规模化、集约化、工厂化生产，大力提高 粪便处理效 益，而 且 可 以 变 废 为 宝，生 产 优 质 有 机 肥［1，2］。虽然现 有 研 究 已 经 证 明，包 括 牛 粪 等 在 内 的禽畜粪便自然发酵及腐熟是细菌、放线菌和真菌 等三类微 生 物 作 用 的 结 果［2，3］，然 而 由 于 牛 粪 中 纤 维素、木质素等难降解物质含量高等原因，牛粪发酵 升温缓慢，即使好氧发酵仍发酵周期漫长，严重制约 牛粪资源的开发与利用［4，5］。探讨牛粪自然发酵全 过程中的微生物特点、种类、演替及发展规律，建立
微生物生长繁殖的客观条件必然发生重大改变，因 此参与发酵过程的微生物种类及主要类群必然发生 相应演变和更替［6，7］； 同时在各阶段微生物的作用 下，堆体物质发生转化并被腐熟，说明从中分离筛选
121℃ 灭菌 30 min，制作为平板。
对发酵和腐熟起重要作用的菌株是可行的。
1. 5 实验方法
1. 5. 1 堆体温度测定
腐熟。
占 47. 6% ； 其中降温期间温度出现了小幅 回 升 过
1. 3 发酵样品取样
程。发酵期间，环境温度 15. 8 ～ 25. 1℃ 之间，发酵
在牛粪堆体四周（ 距边缘约 30 cm） 及中部、距 堆体最高升温 37. 4℃ 。显然堆肥内发酵温度高于
锥体体顶面 50 ～ 70 cm 设取样点 5 处，每间隔 3 d、 环境温 度 是 由 于 堆 肥 中 各 种 微 生 物 代 谢 产 热 所 上午 9 时进行取样（ 第 1 次取样为刚排出不久的新 致［2，3］。可以推测，发酵初期微生物基数较少，微生
摘 要 以新鲜牛粪进行好氧堆肥，每间隔 3 d 取样，以牛肉蛋白胨、高氏一号、PDA、豆芽汁为培养基，以稀释法，进行 发酵微生物分离、培养、计数和鉴定。结果表明，新鲜牛粪中微生物主要为细菌； 发酵过程中，细菌数量大于放线菌、霉菌约 104 ～ 105 倍，细菌是发酵过程中的优势微生物； 中温性细菌是升温阶段主要作用菌群； 嗜热放线菌及嗜热细菌是高温阶段 优势菌群； 霉菌是降温阶段优势菌群。进一步鉴定表明，细菌类群中的芽孢杆菌、纤维单胞菌，放线菌类群中的小多孢菌、 小单孢菌、高温放线菌，霉菌类群中的木霉、曲霉、青霉等为发酵过程中的优势种类。酵母菌未参与发酵过程。
Abstract We took fresh cow dungs as aerobic compost，and took samples at intervals of 3 d，which were cultivated in such culture mediums as beef cream-peptone，Gause1，PDA and bean routs． By dilution，the fermenting microorganism separation，cultivation，counting and verification were carried out． The results showed that the dominant genera microflora in the fresh cow dungs were bacteria． During the course of fermentation，the number of bacteria were 104 ～ 105 times larger than that of actinomycetes and molds． And the bacteria were the dominant microbe in this course． In heating stage，the mesophilic bacterium was the main flora，and thermoactinomyces and thermophile were the main flora in high temperature stage． Mold was the dominant bacterium group in low temperature stage． Further verification indicates that bacillus and cellulomonas in bacterium flora，micropolyspora，micromonospora and thermoactinomyces in ray fungi，trichoderma，koji mold and blue mould in mildew were dominant flora during the course of fermentation． Yeast did not participate in the fermentation process．
图 1 牛粪好氧发酵堆肥温度变化情况 Fig. 1 Cow muck aerobic fermentation temperature changes in compost
数及进一步分离培养。根据各阶段各类微生物数量
及动态变化，分析确定各类微生物消长规律及各发 2. 2 细菌数量变化
酵阶段中各类微生物所起主要作用［6-8］。
第7卷 第1期 2013 年1 月
环境工程学报
Chinese Journal of Environmental Engineering
Vol ． 7 ，No ． 1 Jan ． 2 0 1 3
牛粪自然好氧发酵微生物变化规律
方华舟 安冬梅 王培清 左雪枝 易庆平 孙爱红 齐 莹
（ 荆楚理工学院生物工程学院，荆门 448000）
基金项目： 湖北省自然科学基金资助项目（ 2010-97-299） 收稿日期： 2011 － 11 － 05； 修订日期： 2012 － 01 － 25 作者简介： 方华舟（ 1965 ～ ） ，男，副教授，主要从事微生物资源开发与
利用研究工作。E-mail： Fanghuazhou2000@ yahoo． com． cn
Fang Huazhou An Dongmei Wang Peiqing Zuo Xuezhi Yi Qingping Sun Aihong Qi Ying
（ Faculty of Bioscience Engineering，Jingchu University of Technology，Jingmen 448000，China）
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环境工程学报
第7 卷
1 材料与方法
1. 5. 3 微生物主要种类鉴定与分析 根据好氧堆肥一般规律，分别选取升温阶段约
1. 1 实验材料、试剂与仪器
升温至 30℃ 、高温阶段约升温至 55℃ 、降温阶段约
新鲜牛粪，蛋白胨、牛肉膏、葡萄糖、蔗糖、琼脂、 降温至 35℃ 时期（ 可基本代表本阶段发酵过程及特
cm 木棍从顶端向底部打孔，以保证牛粪发酵时对氧 升温期长达 24 d（ 占发酵周期的 38. 1% ） ，温度仅升 气的需求［3］。实验自 2011 年 3 月 20 日开始，5 月 高 33. 8℃ ； 高 温 期 （ 24 ～ 33 d） 9 d 占 发 酵 周 期 的
25 日结 束。牛 粪 建 堆 后 全 过 程 自 然 发 酵 至 完 全 14. 3% ，最高温度仅为 57. 2℃ ，而降温期长达 30 d
鲜牛粪） ，所取样品在无菌条件下混匀，用于微生物 物代谢产热较少，发酵温度上升缓慢； 随着微生物数
分离、培养等处理。
量的增加，逐步达到高温期； 随着发酵温度的变化，
பைடு நூலகம்
1. 4 微生物分离培养基 细菌培养基： 牛肉蛋白胨培养基［6］； 放线菌培
养基： 高氏 一 号 培 养 基［7］； 霉 菌 培 养 基： PDA 培 养 基［8］； 酵母菌培养基： 豆芽汁培养基［2］。高压蒸气
关键词 牛粪 好氧堆肥 细菌 放线菌 霉菌 种类 数量
中图分类号 X172； X713 文献标识码 A 文章编号 1673-9108（ 2013） 01-0333-07
Natural aerobic fermentation microorganism change regularity in cow dung
可溶性淀粉、琼脂、KNO3 、NaCl、K2 HPO4 、MgSO4 、FeSO4 等常见试剂； 高压灭菌锅、超净工作台、微量移 液器、涂 抹 棒、培 养 皿、量 筒 和 试 管 等 常 用 设 备 与 器皿。
点） 的发酵样品，及新鲜牛粪样品，在一定稀释度下 对其中发酵微生物进行种类鉴定并计数，分析各阶 段微生物演替规律，确定各阶段优势种类，探讨其作 用规律［6-10］，初步建立发酵模型。
细菌数量变化情况见图 2。由图 2 可知，在发
第1 期
方华舟等： 牛粪自然好氧发酵微生物变化规律
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酵过程中，细菌数量变化情况十分显著，变化过程剧 烈、起伏，但总体上细菌数量先升后降，最后稳定在 较低水平。0 ～ 27 d 细菌经过较长时间的增 长 阶 段，细菌绝对数量增加显著，增幅达 1 000 余倍，发 酵温度随之进入高温期。其中，0 ～ 18 d 细菌数量 增加缓慢，仅由发酵初期约 1. 1 × 1010 个 / g，至第 18 天增加至 1. 2 × 1012 个 / g，虽然细菌数量增加了约 100 倍，但细菌绝对数仍然很低，此阶段为缓慢升温 期，显然是由于发酵初期细菌基数太低所致； 而第 18 ～ 27 天，细菌基数已上升至较高水平，尽管细菌 数量只增加了约 8 倍，但细菌绝对数上升很快，且至 第 27 ～ 30 天时迅速进入细菌数量最高期，与发酵进 入高温期基本一致。此后，细菌数量逐步下降，趋于 稳定在较低水平，堆肥进入降温及腐熟阶段。说明 细菌数量的巨大变化不仅是堆肥发酵进程的重要作 用因素，同时也是决定发酵温度的重要因素，尤 其 发酵初期细菌数量的快速上升对发酵转入高温期 有显著影响； 细菌是牛粪堆肥发酵的重要主体微 生物之一。
结合取样，测定各取样点温度，其平均温度为各
阶段发酵温度。观察堆体发酵全过程温度变化情 况，分析发酵全过程中温度与微生物的关系［6-8］。
1. 5. 2 微生物分离与培养
准确称取各阶段样品 10 g，以蒸馏水按 10 的整 数倍进行充分搅拌和稀释，直至稀释 10 － 9 ； 从 10 － 2 开始以微量移液器涂布于各平板培养基，恒温 37℃ 培养，进行细菌、放线菌、霉菌和酵母菌等微生物计
牛粪自然发酵模型，不仅是研究利用牛粪资源过程 中的一项十分重要的基础性工作，更将对开发该类 资源、研制牛粪高效专用发酵菌剂等具有重要推动 作用［5］，然而该方面研究尚未见报道。本研究试对 牛粪好氧堆肥发酵全过程中的微生物种类、演替、作 用及变化规律进行初步探讨，以期为建立牛粪自然 发酵模型及研制相关牛粪专用发酵菌剂等提供基础 性技术参数。
牛粪理化性质： 坨状（ 主要） ，含水率 69% ，全碳 27. 63% ，全氮 1. 26% ，P2 O5 0. 56% ，K2 O 0. 43% ，有 机质 18. 6% ，C / N 21. 1∶ 1，pH 值 7. 5。 1. 2 牛粪建堆
2 结果与讨论
2. 1 温度变化 温度是 有 机 质 堆 肥 发 酵 的 重 要 宏 观 指 标［2，3］。