好氧堆肥是实现有机固体废弃物资源化利用的主流处理方式.堆肥腐熟是一个由微生物主导的生理生化过程,堆料通过微生物发酵实现矿质化、腐殖化和无害化,转变成腐熟的有机肥.传统的好氧堆肥存在发酵周期长、养分损失、恶臭及温室气体排放等不足.在堆肥过程中添加微生物是弥补传统好氧堆肥缺陷、提高堆肥品质和功效的有效方法.近年来,国内外在好氧堆肥过程中主要微生物类群与其演替规律、外源添加微生物的作用与功能等方面取得了较大进展.本文简述好氧堆肥基本过程与主要影响因素,以及这个过程中主要微生物类群与其演替规律,重点介绍有关微生物添加剂在好氧堆肥中的应用及其作用方面的研究进展.同时,我们对目前微生物添加剂在应用中存在的问题进行分析并对解决途径进行探讨.

为了探明C/N如何驱动堆肥过程中优势细菌菌群的变化而影响碳氮损失和腐殖质合成,设置3个C/N处理(20∶1、25∶1和30∶1),以羊粪和玉米秸秆为原料进行堆肥试验.结果 表明:与20∶1处理相比,30∶1和25∶1处理堆肥的碳、氮损失分别降低了33.5％、18.9％和23.6％、10.8％.优势细菌菌群、碳氮损失及有机碳组分的冗余分析表明,高C/N提高了堆肥中固氮细菌的种类和丰度,降低了反硝化细菌的种类和丰度,减少了堆肥过程中的碳氮损失;高C/N促进了木质纤维素类降解菌的生长繁殖,促进了富里酸和胡敏素降解而合成更多胡敏酸,提高了堆肥腐殖化程度.可见,C/N可通过影响堆肥中关键优势细菌菌群而影响堆肥过程和堆肥质量,调节堆肥原料C/N可以调控堆肥中碳氮损失和腐殖质的合成,从而提高堆肥质量并减少堆肥的二次环境污染.

为对比分析不同腐殖酸煤添加量对牛粪堆肥过程中臭气释放量及微生物群落多样性的影响.以鲜牛粪为主料,分别添加质量分数为5％、10％、15％ 的腐殖酸煤进行为期50 d的堆肥试验,通过Biolog ECO平板检测技术分析腐殖酸煤添加量对堆肥微生物群落多样性的影响.腐殖酸煤加入量在5％-10％ 时,堆肥处理的高温持续时间达23-25 d,比CK处理多35 d;添加腐殖酸煤处理的平均AWCD值、平均Shannon指数、平均Simpson指数比CK处理高22.27％-28.47％、2.32％-6.06％和23.21％-30.48％;堆肥产品的种子发芽指数比CK处理高6.53％-13.06％;NH3和H2S释放量比CK处理分别低20.82％-39.74％和25.17％-45.21％.添加5％-10％的腐殖酸煤可以增加堆肥过程中的微生物多样性,促进微生物种群演替,加快对不同物质的转化代谢,促进堆肥腐熟进程,减少臭气的释放量.

餐厨垃圾黑水虻转化技术因其周期短、转化效率高、昆虫制品价值潜力大等优点而受到重视,但对黑水虻生物转化后的残留物的再处理鲜见报道.结合生化测试和波谱分析,在为期49 d的残留物条垛式二次堆肥过程中,研究物料的生化特征及其溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)的动态变化特征.结果 显示:堆体物料温度在7d内快速升至63.8℃,之后缓慢降低至结束时的27.7℃,物料含水量从初始的65.4％逐步下降至38.6％,处理后物料DOM、速效磷、总氮和铵态氮含量分别降低了69.1％、41.7％、11.8％和22.6％,而硝态氮含量提高了18.7倍.三维荧光光谱、傅里叶变换红外光谱以及核磁共振分析发现:(1)物料DOM组分中酚类、醇类、脂肪、蛋白质以及乳酸类等物质逐步降解;(2)碳水化合物烷基链烃类物质含量逐渐下降,且链烃支链逐渐变短,烯烃类、芳香组类以及多糖类等物质被降解的同时又生成新的同类物质;(3)β-木糖、β-半乳糖、β-阿拉伯糖、α-半乳糖、α-阿拉伯糖以及α-葡萄糖等溶解性单糖相对增加,有机胺、含甲基有机质以及有强抗病毒功能的肌苷三磷酸类等物质相对增加.随着二次堆肥的进行,物料DOM化学组分多样性增加,结构复杂性下降,稳定性和芳香性组分相对增加.本研究表明黑水虻生物转化残留物经二次堆肥后,腐殖化程度加深,产品质量得到提升.该结果可为残留物资源化再利用以及餐厨垃圾黑水虻生物转化技术提供理论依据.

好氧堆肥是一种典型的有机固体废弃物稳定化无害化的生物化学过程,在这一过程中有机物通过微生物分解然后聚合形成腐殖质(HS).木质素由于其复杂的网络结构,导致很难在堆肥高温阶段完全被微生物降解,此外,木质素作为HS形成的原料和骨架,它的深度降解对堆肥腐殖化过程具有重要的意义.堆肥冷却和腐熟阶段是HS形成的关键时期,其中真菌和木质素酶在深化木质素降解、强化腐殖化过程中扮演重要角色.温度和pH作为影响腐殖化进程的重要环境因子,它的调控是人为强化腐殖化进程的重要手段.综述了关键酶降解木质素的作用机制、前体物质与腐殖酸形成之间的作用机理,以及真菌对腐殖酸形成的驱动机制.提出探索堆肥过程中参与HS合成代谢途径的关键基因和酶是今后堆肥腐殖化过程研究的重要方向.