有机肥发酵中微生物和有害生物的变化规律

时间：2015-12-21 00:23:11 所属分类：农学 浏览量:

0 引言 目前，中国农业有机废物的处理大多采用好氧堆肥方式，经过堆肥化过程生产无害化的有机肥料应用于农业生产，有利于改良土壤物化性状、保护环境、提高作物品质和安全性[1].堆肥化是利用细菌、真菌等微生物活动，促进有机物料的矿质化和腐殖化过程[2.3].

　　0 引言　　　　目前，中国农业有机废物的处理大多采用好氧堆肥方式，经过堆肥化过程生产无害化的有机肥料应用于农业生产，有利于改良土壤物化性状、保护环境、提高作物品质和安全性[1].堆肥化是利用细菌、真菌等微生物活动，促进有机物料的矿质化和腐殖化过程[2.3].农业生产中，利用秸秆、动物粪便等农村废弃资源生产有机肥的堆肥化过程，通过有机物料的发酵达到有机肥标准（NY 525.2012）要求和粪便无害化卫生标准[4].堆肥微生物（包括细菌、真菌、放线菌等）群落具有多样性，微生物的数量、种类在不同的堆肥阶段具有不同的变化规律[5.7].有机肥发酵过程中微生物数量及种群分布与堆肥有机物料的种类和处理方式、微生物间的相互作用等多种因素密切相关[8.11].许多专家学者也针对不同物料、腐熟剂、发酵方式等，对有机肥发酵微生物分离方法、种类、数量等开展大量研究。陈昕等[12]系统性地综述了秸秆微生物降解机理研究的进展，对了解、控制堆肥过程具有很好的指导意义；耿富卿等[13.14]研究了不同碳氮比及不同初始水分物料对有机肥发酵过程中真菌、霉菌、大肠杆菌、蛔虫卵等数量的影响，明确了有机肥发酵最佳C/N和物料水分；王洪志等[15]对粪便堆肥发酵前后常见寄生虫及卵的杀灭情况进行了分析研究；李自刚等[16]利用微生物可培养方法，研究了奶牛粪堆肥过程中添加ZZM Z腐熟菌剂对奶牛粪堆肥微生物群落的影响；刘佳等[17]利用传统培养法和PCR.DGGE技术相结合，对接种纤维素降解菌后堆肥的微生物群落的动态变化进行分析；虞泳等[18]应用聚合酶链式反应。变性梯度凝胶电泳（PCR.DGGE）技术，对农业废物好氧堆肥过程中氨氧化细菌种群结构进行了研究；席北斗等[19]研究了微生物强化堆肥对生活垃圾好氧堆肥过程及堆肥过程中放线菌群落的影响；吴峰等[20.21]研究了4种有机物料腐熟剂（菌剂）对有机肥发酵过程中放线菌、真菌、细菌、霉菌的有效活菌数的影响，及不同C/N、不同通风方式以及不同物料水分对有机肥发酵过程中几种常见菌群数量动态变化的影响。这些研究值得笔者在实际中学习和借鉴。

　　但是，关于系统性地进行有机肥发酵过程各种微生物及有害生物的动态变化规律研究，建立相关的动态模型，尚未见报道。因此，笔者开展了有机肥发酵过程中各种微生物和有害生物的变化规律研究，并建立数学模型，以期为自然条件下条垛型积制有机肥发酵技术的完善和发酵时间确定提供理论依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 试验时间、地点

　　试验于2013年在贵州省遵义市正安县谢坝乡有机肥研发工场进行。

　　1.2 试验材料与设计

　　取当地丰富的玉米秸秆和牛粪资源，其中玉米秸秆含C量为46.31%、含N量为0.53%,牛粪（风干）含C量为34.16%、含N量为1.78%.物料按照C/N 25:1进行掺配，用尿素补足物料含N 量。发酵物料初始水分为 55%,第 1 次翻堆时补充水分到65%,以后不再补充水分。采用条垛型有氧发酵方式堆积，条垛底部中间设宽度20 cm、深度10 cm的通风槽。按物料体积分层堆积成条垛，共分5层，每个处理物料总干重为1000 kg,堆垛下宽约180 cm,上宽约90 cm,高度约90 cm,长度根据物料量确定。每层之间洒上有机物料腐熟剂，用量为200 g/1000 kg湿物料，堆积后盖塑料膜防雨保温。发发酵过程中共机械翻堆3次，分别在堆肥发酵第10天、第30天、第50天各翻堆1次。发酵时间120天左右。

　　1.3 检测取样

　　分别于3次翻堆完成后和发酵结束时取样，共取4次样。取样时，从每个处理条堆的前、中、后3个部位的上、中、下位置共9个点分别取样混合均匀，取样1 kg用于微生物测定。

　　1.4 真菌、细菌、霉菌、大肠杆菌的分离、数量检测和蛔虫卵数量检测

　　参见张纪利、李章海等[9]提供的方法。

　　1.5 统计分析

　　采用Microsoft Word 2007和DPS软件进行数据处理与分析。

　　2 结果与分析

　　2.1 发酵过程中真菌的变化

　　由图1可知，在自然条件下条垛型积制有机肥过程中，真菌数量与发酵时间呈一元三次方的多项式方程（见图1）的曲线关系，表现为随着发酵时间的延长，真菌数量曲线呈减少的趋势；至发酵后50天，真菌数量降至较低水平；50天之后，真菌数量虽随时间变化有波动，但变化较小，数量仍较小。说明在自然条件下，条垛型积制有机肥过程中真菌主要在发酵前期起作用。

　　2.2 发酵过程中细菌的变化

　　在自然条件下条垛型积制有机肥过程中，细菌数量是真菌1万倍，是分解有机物料的主要微生物。由图2可知，细菌数量与发酵时间也呈一元三次方的多项式方程的曲线关系，表现为随着发酵时间的延长，细菌数量呈"下降。上升。下降"的变化，即发酵0~30天逐渐减少，至30天降至最低，之后开始上升，95天左右再次达到最高，之后又逐渐下降。说明在自然条件下，条垛型积制有机肥过程中细菌整个发酵过程中都起作用，尤其是中后期作用更大。　　　　2.3 发酵过程中霉菌的变化

　　由图3可知，在自然条件下条垛型积制有机肥过程中，霉菌数量与发酵时间呈以e为底的指数函数曲线关系，表现为随着发酵时间的延长，霉菌数量呈曲线持续减少的趋势，发酵前50天内降低速较快，至发酵后100天降至较低水平。说明在自然条件下，条垛型积制有机肥过程中只有通过延长发酵时间，才能达到减少霉菌数量要求。

　　2.4 发酵过程中大肠菌值的变化

　　大肠菌值是指每产生一个大肠菌群所需的样品量，其值越大说明洁净程度越高，越卫生，按NY 884生物有机肥要求达到0.01 g/个菌群以上。由图4可知，在自然条件下条垛型积制有机肥过程中，大肠菌值与发酵时间呈一元三次方的多项式方程的曲线关系，表现为随着发酵时间的延长，大肠菌值呈曲线持续提高的趋势，大约110天达到0.01 g/个菌群以上。说明在自然条件下，条垛型积制有机肥过程中必须延长发酵时间才能有效控制大肠杆菌，达到有机肥的标准要求。

　　2.5 发酵过程中蛔虫卵死亡率的变化　　　　按 NY 884 生物有机肥要求蛔虫卵死亡率达到95%以上，由图 5 可知，在自然条件下条垛型积制有机肥过程中，蛔虫卵死亡率与发酵时间呈一元二次方的多项式方程的曲线关系，表现为随着发酵时间的延长，蛔虫卵死亡率呈曲线上升的趋势，至110天左右达到最大值，接近95%,之后又有下降趋势。说明在自然条件下，条垛型积制有机肥过程中延长发酵时间有利于蛔虫卵的死亡，但不宜超过110天。

　　3 结论与讨论

　　（1）研究表明，真菌、霉菌数量与发酵时间呈一元三次多项式方程曲线，随着发酵时间的延长呈减少趋势；真菌至发酵后50天降至0.655×104个/g的较低水平，发酵结束后降到0.366×104个/g;霉菌至发酵后100天降至0.060917×104个/g较低水平。细菌数量随发酵时间的延长呈"下降。上升。下降"的一元三次多项式方程曲线。大肠杆菌值与发酵时间呈一元三次多项式方程曲线，随着发酵时间的延长而持续提高，110天左右达到0.01 g/个菌群以上。蛔虫卵死亡率与发酵时间呈一元二次多项式方程曲线，随着发酵时间的延长呈上升趋势，至110天左右达到93.85%.在自然条件下，使条垛型积制有机肥发酵达到有机肥标准（NY 525.2012）和粪便无害化卫生标准要求，发酵时间宜掌握在100~120 天之间。

　　（2）本研究利用平板计数法，系统研究了有机肥发酵过程中各种微生物和有害生物的动态变化规律，与叶江平、耿富卿等[10,13.14]对发酵过程中的微生物数量变化规律研究结论相同。任静等[22]通过在牛粪堆肥中接种3种外源生物菌剂，研究堆肥腐熟过程中温度和细菌、真菌、放线菌数量的动态变化过程及其相关性，发酵时间有所缩短，但微生物的变化规律与本研究及杨恋、杨朝晖、田伟等[23.25]的研究相似。本研究在有机肥发酵过程的微生物群落和数量变化规律的研究基础上，建立了数学模型，为自然条件下条垛型积制有机肥发酵技术的完善和发酵时间确定及生物有机肥发酵腐熟标准体系的建立提供理论依据。

　　（3）本研究是在特定的物料配比、气候条件和生产工艺条件下进行的，研究结果可能与前人研究结论有所差别，但总体变化规律一致，可以为利用农村废弃有机资源发酵制作有机肥提供参考。

　　（4）中国是农业大国，农业废弃资源种类多、数量大、养分差异大，不合理利用对环境造成破坏。因此，系统地进行农业废弃资源的综合利用研究，探索适宜的废弃资源发酵技术生产有机肥，对改善土壤及生态环境，对发展生态农业，提高作物品质和安全性均具有重要作用。

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