低温菌剂对堆肥及微生物影响
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随着黑龙江省畜禽养殖业快速发展，畜禽产生大量粪便和污水造成了严重的环境污染，防治工作已迫在眉睫。北方低温持续时间长是畜禽粪便高温堆肥的一大障碍，如何在低温条件下进行牛粪高温堆肥已成为亟待解决的问题。本试验研究在低温条件下接种菌剂对堆肥温度，不同阶段、不同层次微生物数量与区系的影响，揭示低温条件下接种菌剂的可行性，探明发酵过程中微生物变化规律。
1材料与方法
1．1试验材料
牛粪，玉米秸秆，引进微生物菌剂。
1．2试验设计
取鲜牛粪，以玉米秸秆为调理剂将含水量调至55％左右。混合均匀后堆成为2m×1．5mX1．2m的堆体，根据发酵温度进行翻堆。将不接种菌剂进行对照：84％牛粪+16％调理剂。对接种菌剂进行处理：84％牛粪+16％调理剂+5‰菌剂。
1．3试验方法
1)取样。分别取堆体的上层、中层和下层，深度距堆顶20cm，50cm，70cm，测定温度和微生物数量并进行区系分析。
2)微生物数量测定。采用稀释倒皿法测定。
2结果与分析
2．1接种菌剂堆肥温度的变化动态
堆体温度变化是堆肥进程的宏观反映，也是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素。温度上升是微生物代谢产热积累的结果，反映了微生物代谢强度和堆肥物质转化速度。低温条件下接种菌剂加速有机物质降解，使堆肥快速升温，维持适当高温期杀死病原菌、虫卵和草籽，并起到脱水作用，然后温度降低以利于腐殖质的形成和养分释放。堆肥12天温度的变化动态，如图1所示。图l表明，接种菌剂的处理菌体大量繁殖，微生物快速分解，利用堆肥中糖类、淀粉、氨基酸等简单有机物，产生生物热，提高堆体温度。当24h和48h时，堆温分别升至40．1℃，55．6℃；而对照则为15．4℃，18．6℃，前者较后者分别高24．7℃和37．0℃。美国国家环保局规定静态好氧堆肥，堆体温度达55℃以上应至少需5天，以杀死虫卵和致病菌；我国规定为5～7天。接种菌剂的处理第3天堆温达到55．0℃，第5天达到71．0℃，高温期维持6天，已满足杀死虫卵、病原菌和草籽的要求。经过高温阶段大量微生物死亡，酶活降低致使有机物降解速度下降，产生的热量减少，导致堆体温度持续降低，第6天时处理温度出现低谷。随着温度的下降，温度抑制解除，微生物又开始大量生长繁殖，有机物分解速度加快，第8天时出现第2个峰值，发酵后期微生物降解剩余有机物不能产生足够热量，温度呈持续下降趋势，将发酵周期缩短至l2天。对照在3～l2天温度为l8．6。43．4℃，一直未达高温阶段。这些充分说明在低温条件下接种菌剂具有明显地提高升温速度的作用，可大幅度地缩短发酵周期。堆肥不同层次温度研究结果表明：升温阶段，中层温度最高，上层次之，下层最低；而高温、降温和腐熟阶段堆体上层温度最高，中层次之，下层最低。
2．2接种菌剂堆肥微生物数量变化动态
2．2．1接种菌剂堆肥过程中细菌数量变化动态
好氧堆肥系统中存在着大量的细菌，其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，细菌数量远远大于放线菌和真菌数量。低温下牛粪能否升温，细菌起着至关重要的作用，嗜温细菌在发酵初期利用糖类、淀粉、蛋白质等易分解有机物产生热量提高堆体温度，以利于其它微生物生长繁殖，使有机物分解。嗜热细菌是高温阶段的主要微生物类群之一，在高温阶段分解有机物。堆肥l2天细菌数据的变化动态，如图2所示。图2表明，低温条件下接种菌剂加速有机物质分解，产生的热量使堆体温度上升，充足的营养和适宜的温度加快细菌繁殖速度，第4天时达到峰值，上层、中层、下层数量分别为1．225×l0“个／g干重，1．459×l0“个／g干重和1．345×l0“个／g干重。堆温迅速上升至高温阶段，嗜热细菌开始缓慢增加，嗜温细菌死亡或者转变为休眠体。当温度高于70℃，嗜热细菌部分死亡或休眠，细菌总量迅速下降。第7天时，细菌数量降至最低，上层、中层、下层分别为9．8×l0个／g干重，1．6l×l0个／g干重和3．05×l0个／g干重。随着微生物的死亡、酶的作用消退使有机物生物热逐渐减少，堆温下降。当温度降至50~C以下，大多数微生物温度抑制解除，细菌数量再次增加，并在第9天出现第2个峰值。但随有机物质消耗及堆体水分减少，细菌数量再次下降。对照发酵前6天堆体温度在25℃以下，细菌数量缓慢增加；7～11天增加速度加快，第l2天时，上层、中层、下层分别达到9．563×l0个／g干重，9．864×l0个／g干重和9．98l×l0个／g干重。接种菌剂堆肥高温和降温阶段，上层和中层温度高，不利于嗜温细菌生长，而下层温度相对较低，细菌数量多。升温和腐熟阶段，各层温度差异不大，上层和中层的氧气含量较高，利于好氧细菌的生长繁殖，细菌数量高于下层。对照中层细菌数量最多，上层次之，下层最少，其原因是上层和下层温度低，不适于细菌生长。
2．2．2接种菌剂堆肥过程中放线菌数量变化动态
放线菌能够比真菌忍受更高的温度和pH值。所以，尽管放线菌降解纤维素和木质素的能力没有真菌强，它们却是堆肥高温期分解木质纤维素的优势菌群。在条件恶劣的情况下，放线菌则以孢子的形式存活，堆肥放线菌数量变化动态可反映腐熟程度和效果。堆肥l2天放线菌数量的变化动态，如图3所示。图3表明，发酵初期，接种菌剂的处理放线菌数量迅速增加，第4天上层、中层、下层分别达到1．45l×l0个／g干重，1．124×l0个／g干重和1．935×l0个／g干重。但由于第4天堆体温度已上升至65℃，不耐高温的菌体死亡或者休眠，数量迅速下降至最少。第5天后缓慢增加，直至第l0天随堆温下降而减少。发酵结束后放线菌数量多于发酵前，上层、中层、下层分别提高3．087×l0个／g干重，2．887×l0个／g干重和2．257×l0个／g干重。对照放线菌数量l～l2天随堆体温度上升而增加，在发酵过程中，放线菌数量较细菌变化幅度小。堆肥各层放线菌变化特征，接种菌剂的前5天下层放线菌数量最多，上层次之，中层最少；5～l2天上层最多，中层次之，下层最少；对照上层、中层、下层无明显差异。
2．2.3接种菌剂堆肥过程中真菌数量变化动态
．在堆肥过程中，真菌对堆肥物料的分解和稳定起着重要的作用，特别是在纤维素和木质素的分解过程中’，真菌起着至关重要的作用。真菌不仅能够分泌胞外酶，水解有机物质，而且由于其菌丝的机械穿插作用，对物料进行一定的物理破环，促进生物化学反应。牛粪中一些病原真菌，在堆肥高温阶段被杀死。另外，在发酵后期，微生物产生的许多抗生素类物质，也会极大地缩短病原真菌的存活时间。堆肥l2天真菌数量的变化动态，如图4所示。图4表明，堆体温度是真菌数量的重要影响因素之一。接种菌剂的处理前3天真菌数量均急剧下降，3—6天真菌数量一直较少，其原因是48h时堆温升至55．4"C，不利于嗜温真菌生长。第6天堆体温度由71℃降至57℃，菌剂中的高温菌株开始生长，第l0天达峰值，上层、中层、下层真菌数量分别达2．636xl0个／g干重，2．297×10个／g干重和1．946X10个／g干重。后期随着可分解物质减少和堆体溶氧量下降真菌数量减少。对照真菌数量随堆体温度升高而增加，前5天增加缓慢，5一l0天增加速度加快，l0一l2天速度再次减慢，其原因可能是堆体温度上升至36~C，而牛粪中高温真菌少，因此增加速度减缓。从堆肥层次分析可知，添加菌剂的处理前．6天下层真菌数量大于上层和中层，6一l2天上层和中层大于下层。对照上层和中层大于下层，其原因是下层温度低和含水量过大不利于真菌生长。
3结论
1)接种菌剂的处理升温快，24h和48h堆温分别升至40．1℃，55．6℃，较对照高24．7℃和37．O~C高温持续时间长，发酵周期缩短至l2天。
2)升温阶段，细菌和放线菌数量增加，真菌数量减少，细菌对堆肥升温起主要作用；高温阶段细菌、放线菌和真菌数量均减少。其中，真菌减少幅度较大，表明细菌和放线菌是主要菌群腐熟阶段3大类微生物均呈先增加后减少趋势。
3)发酵前期上层和中层微生物数量大于下层，高温阶段中层和下层大于上层，发酵结束时，细菌和放线菌上中下层差异不明显，真菌中层大于上层和下层。