随着人们生活水平的提高及城市化进程加快,垃圾产生量逐年激增,其资源化处理已成社会共识.好氧堆肥作为厨余垃圾资源化的主要方式,具有巨大的研究潜力和研究前景.好氧堆肥处理厨余垃圾有助于土壤固碳,降低大气CO2含量,更可获得有机肥料,符合目前"碳中和"和化肥减量化的政策.基于此,本文总结了好氧堆肥基本机制及微生物菌剂的作用,并对厨余堆肥腐熟度的评价和相应的肥料应用进行了综述.堆肥方式、含水率、碳氮比、通气量、温度和辅料种类等会影响厨余堆肥的效果,未来应进一步优化工艺,在发酵时间和处理成本之间获得最佳的平衡,不断完善堆肥产品腐熟度的评价指标,加强厨余垃圾有机肥的肥效评估.

探究厨余垃圾沼渣堆肥和化学改良剂对搬迁地不同粒径土壤团聚体组成及其稳定性和有机质分布的影响,可为土壤质量提升和沼渣堆肥土地利用提供理论依据.设置厨余垃圾沼渣堆肥不同施加量、化学改良剂(β-环糊精、硫酸钙和氧化铁按质量比1∶1∶1混合)及对照(100％土壤)处理,研究了不同处理土壤团聚体组成、团聚体稳定性及不同粒径团聚体有机质分布特征.结果表明:与对照相比,20％(土壤∶沼渣堆肥=8∶2)、30％(土壤∶沼渣堆肥=7∶3)沼渣堆肥处理显著降低了＜0.106 mm粒径的土壤微团聚体含量,增加了 0.5～1.0 mm粒径的土壤大团聚体含量;各处理均显著增加了 ≥2.0 mm粒径的土壤大团聚体、团粒结构体含量和平均重量直径,降低了团聚体破坏率,其中20％沼渣堆肥和化学改良剂混施处理效果最佳.沼渣堆肥显著影响各粒径土壤团聚体有机质分布,30％沼渣堆肥处理对土壤团聚体有机质分布的影响最大;沼渣堆肥显著增加了各粒径土壤有机质含量,其中0.106～0.25 mm粒径的土壤微团聚体有机质增幅最大.综上,沼渣堆肥有助于增加搬迁地各粒径土壤团聚体有机质含量,促进土壤大团聚体的形成和提高团聚体的稳定性,且沼渣堆肥和化学改良剂混施对搬迁地土壤的改良效果更佳.

目的 探讨不同供氧浓度对生物质固废好氧堆肥化处理过程的影响机制,以掌握适用于未来地外星球基地受控生态生保系统(CELSS)固废资源化处理的供氧参数,提高氧气利用率.方法 利用自研的固废生物反应器试验系统,以小麦秸秆和模拟粪便为处理对象,开展10%、15%和21%三种供氧浓度的好氧堆肥化处理实验,定期采样并分析处理过程中的气体组分(O2、NH3、CH4和N2O)及物料腐熟度(含水率、溶解性有机碳、NH4+-N和种子发芽指数).结果 15%O2处理组耗氧量最大,NH3和N2O排放量最小,溶解性有机碳含量降解效果最好,NH4+-N含量较高;3个处理组中CH4排放均处于较低水平.堆肥结束时,10%O2和15%O2处理组的产品含水率均大于74%,保水性最好,各处理组的种子发芽指数分别达到86.64%、123.81%和97.98%.结论 与10%和21%供氧浓度相比,15%供氧浓度有效减少了NH3和N2O的排放,且拥有良好的保氮、保水和溶解有机碳降解效果,腐熟度更高.

由于香菇菌糠纤维素含量过高,作为菌肥难以被农作物直接利用,为了更好地解决香菇菌糠降解缓慢的问题,本研究以菌株酶活力和菌糠失重率为指标对 8 株真菌和 6 株细菌菌株进行香菇菌糠降解优选菌株的筛选,确定了降解能力较高的 2 株真菌和 2 株细菌,分别为桦褶孔菌 Lenzites betulina和一色齿毛菌Cerrena unicolor,无丙二酸柠檬酸杆菌Citrobacter amalonaticus和变栖克雷伯氏菌Klebsiella variicola;在此基础上研究这4株菌在降解香菇菌糠过程中降解酶活、纤维素、半纤维素、木质素以及主要营养成分的动态变化和肥力测定.研究结果显示,桦褶孔菌对木质素降解效果显著,降解率达到 56.35%;无丙二酸柠檬酸杆菌对半纤维素降解效果良好,达到 61.51%.通过对全碳、全氮的测定,发现 4 种菌株降解后的菌糠氮含量均高于对照组,表明加入菌剂后在一定程度上缓解了氮元素的损失量,增加了菌糠肥力.本研究通过比较研究不同类型的微生物对菌糠降解的理化特征,明确真菌和细菌在菌糠降解过程中具有不同的功能特征,为今后对香菇菌糠发酵堆肥、制备微生物复合菌剂研究方面提供重要的参考价值.

牡丹皮药渣是牡丹皮提取后产生的废弃物,可重新提取活性成分、开发成有机肥、饲料等,但是目前作为生活垃圾进行处理,污染环境.究其原因主要在于相关的基础研究薄弱阻碍了牡丹皮渣的循环利用.基于此,该文采用UPLC-UV-Q-TOF-MS结合多元统计方法对牡丹皮药材、药渣及药渣堆肥的化学成分进行分析.另外,该文还对牡丹皮药渣及其堆肥的营养元素进行了分析.结果表明:①相较于牡丹皮药材,药渣整体化合物的含量均显著降低,但其中丹皮酚、没食子酸、没食子酰基葡萄糖的含量大约是药材的1/3,而药渣堆肥后各化合物含量进一步显著降低,定量化合物均低于检测线.②对药渣和药渣堆肥的营养成分差异比较发现,相较于药渣,发现药渣堆肥中总氮(N)、总磷(P)、总钾(K)含量分别提高了122.67％、31.32％、120.39％,有机质含量提升了32.06％.因此牡丹皮药渣可以用于重新提取丹皮酚、没食子酸、没食子酰基葡萄糖等活性成分,牡丹皮药渣堆肥是一种优质的有机肥,其含有化学成分极微,可广泛应用于中药材的栽培.

中药固体废弃物(中药固废)除含有残留药用成分及微量元素外,还存在大量的木质纤维素资源.本文从处方常用的200种中药中选择了40种典型中药,采用美国可再生能源实验室研究方法,对中药原料及中药固废中木质纤维素组分含量进行定量分析.以木质纤维素总量和有效糖与木质素的比值为评判标准,将中药固废进行分类.结果表明:根茎类中药木质纤维素组分含量平均值为59.78％,叶花草果类木质纤维素组分平均值为58.96％,12种中药木质纤维素含量超过70％;煎煮后的根茎类中药固废木质纤维素组分含量平均值提升至68.82％,花叶草果类木质纤维素组分含量平均值提升至67.54％,18种中药固废木质纤维素含量超过70％;40种中药固废可分为制糖、发酵、制炭和焚烧四类,其中适合制糖的有8种,适合固态发酵或堆肥的有27种,适合制炭的有3种,可用于焚烧的有2种.该分类指导原则为中药厂药渣管理和利用提供了借鉴.

为探究化肥配施不同腐熟度有机肥对土壤微生物生物量氮(MBN)的影响及土壤MBN调控土壤矿质氮的作用,将堆肥过程与土壤培养试验相结合,设置常规化肥对照(CK)、化肥+腐熟度为 50%(种子发芽指数为50%,下同)的有机肥(CO1)、化肥+腐熟度为 80%的有机肥(CO2)、化肥+腐熟度为 100%的有机肥(CO3)共4 个处理,测定土壤MBN、矿质氮(NH4+-N、NO3--N)、净硝化速率、微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、脲酶和蛋白酶,并揭示土壤MBN对矿质氮的调控作用.结果表明:到培养结束时,与CK处理相比,有机肥处理(CO1、CO2、CO3)的土壤MBN、NH4+-N含量显著提高 50.1%～62.4%、109.9%～147.1%,土壤NO3--N、净硝化速率显著降低23.3%～46.8%、26.2%～51.5%,土壤MBC、DOC含量、脲酶和蛋白酶活性分别显著提高33.8%～69.6%、7.4%～20.8%、11.2%～69.0%、9.4%～25.1%,且CO2、CO3 的变化幅度均显著高于CO1.冗余分析和结构方程模型显示,较高腐熟度有机肥(腐熟度≥80%)对MBC、MBN、NH4+-N含量、脲酶和蛋白酶活性具有正向调控作用,对土壤净硝化速率具有负向调控作用.化肥配施较高腐熟度有机肥可以明显增加土壤MBN,提升脲酶、蛋白酶活性,增加NH4+-N含量,降低土壤净硝化速率.因此,在实际应用中,建议采用腐熟度为 80%的有机肥与化肥配施,减少有机肥生产成本及时间,实现有机固体废弃物的资源化利用.

为探究蚯蚓堆肥与生物炭对西瓜—白三叶草生境系统的作用机制,采用温室栽培试验,设置空白对照(西瓜植株,CK)、生物炭(B)、覆盖三叶草(W)、蚯蚓堆肥(V)及其组合WV、BV、WB和WBV等8个处理,比较分析蚯蚓堆肥与生物炭对西瓜—白三叶草复合系统的土壤养分、微生物群落结构及西瓜代谢组学特征的影响.结果表明,(1)与对照相比,复合处理的土壤容重降低,肥力提高,西瓜植株的养分吸收能力增强,WBV处理综合表现最优.(2)WBV处理土壤中微生物菌群丰富度相比对照下降,其中放线菌门、变形菌门、厚壁菌门细菌以及被孢霉门真菌的相对丰度明显提升,绿弯菌门、酸杆菌门和芽单胞菌门的相对丰度下降;各复合处理土壤中微生物菌群Shannon指数、Chao1指数均表现为BV＞WB＞CK＞WV＞WBV.(3)WBV处理组西瓜果肉检测到110种差异代谢物,其中19种代谢物为WBV处理独有,包括亚麻酸、裂解型磷脂酰胆碱、磷酰肌醇酸等脂质化合物,以及丙氨酸、天冬氨酸与谷氨酸等氨基酸.研究发现,覆盖三叶草+生物炭+蚯蚓堆肥复合系统可显著提高土壤养分含量,促进西瓜对氮、磷元素吸收,同时改善土壤微生物环境,改变西瓜植株代谢水平,提升其生物膜受保护能力和细胞渗透调节能力,从而增强其抗逆能力.

为了获得常温新型纤维素降解细菌,在园林堆肥中分离纯化得到一株具有纤维素降解能力的细菌菌株18B.通过刚果红染色实验和滤纸降解实验验证其纤维素降解能力.通过 16S rRNA序列比对和全基因组比对确定其属于Olivibacter属,且与Olivibacter jilunii 14-2AT最为接近,进一步生理生化特征比较分析发现,其与O.jilunii 14-2AT在生长温度、氧化酶和糖酵解等方面存在差异.菌株 18B在 12-48℃范围内能生长,最适生长温度在 30-37℃.O.jilunii 14-2AT的生长温度在 4-42℃;菌株 18B的氧化酶检测为阳性,糖酵解为阴性,O.jilunii 14-2AT则不具有氧化酶活性同时糖酵解为阳性.结合基因组共线性比对结果可知,菌株 18B与O.jilunii 14-2AT存在一定的进化关系.纤维素降解能力检测发现,在 37℃,200 r/min培养至第 5 天时,菌株 18B的纤维素酶活最高可达 82.14+0.99-9.90 U/L,同时在以羧甲基纤维素钠为唯一碳源,仅添加无机氮源的培养条件下可维持酶活不退化.O.jilunii 14-2AT则不具有纤维素降解能力,也无法在羧甲基纤维素钠为唯一有机碳源的培养环境下存活.筛选全基因组测序结果可知菌株18B基因组上存在纤维素酶系基因.在大肠杆菌中异源表达筛选所得纤维素酶系基因,并检验表达产物的降解能力,结果表明筛选所得纤维素酶系基因确有酶活.综合以上结果,最终确定菌株 18B属于具有纤维素酶活的O.jilunii新生理株.

从菌糠鸡粪堆肥中筛选高效的解磷菌并优化其解磷能力,发掘多功能微生物资源以实现农业废弃物的有效利用.利用无机磷选择培养基从堆肥中筛选高效解磷菌,结合形态学观察、生理生化试验、分子生物学鉴定,对菌株进行鉴定.利用单因素和响应面试验优化菌株的解磷培养条件;通过解磷、解钾和产吲哚乙酸能力的测定确定菌株的堆肥潜力.筛选得到一株高效解磷菌株Pb1,经鉴定发现菌株隶属于Bacillus smithii strain;培养条件为葡萄糖 15.0 g/L、硫酸铵 3 g/L、磷酸三钙 7.0 g/L、无机盐 0.48 g/L、温度 55.0℃、摇床转速 225 r/min、初始pH 7.0、装液量 60.0 mL/250 mL、接种量 3.0%(V/V)时,菌株Bacillus smithii Pb1 的解磷能力最强;进一步通过响应面优化发现,当磷酸三钙 6.4 g/L、摇床转速 207 r/min、装液量 65.0 mL/250 mL时,菌株Pb1 培养3 d,发酵液中溶磷量可达 534.68 mg/L,是优化前的 1.58 倍.同时,发现B.smithii Pb1 解有机磷、解钾、产吲哚乙酸能力,分别为 238.99 mg/L、81.06 mg/L、23.26 mg/L.菌株B.smithii Pb1 在高温(55℃)条件下展现出了解无机磷、有机磷、解钾和产吲哚乙酸的能力,为菌株B.smithii Pb1 开发成好氧堆肥菌剂奠定基础.