城市生活垃圾好氧堆肥實(shí)驗(yàn)及嗜熱微生物群落研究.pdf

1、好氧堆肥是依靠自然界廣泛分布的細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物，在分解有機(jī)質(zhì)的過程中產(chǎn)生熱量使得堆體溫度升高，促進(jìn)堆體中各類物質(zhì)分解的過程，是自然界微生物降解過程的強(qiáng)化，微生物是堆肥處理系統(tǒng)中的主有功能生物，而堆肥的高溫期更是堆肥過程中有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)迅速降解的階段，因此充分了解該階段中有機(jī)質(zhì)等的降解情況和微生物 變化情況以及兩者之間的關(guān)系，能為改進(jìn)堆肥處理工藝、提高堆肥處理效率提供理論依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)采用傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法對(duì)高溫期微生物群落進(jìn)

2、行計(jì)數(shù)，同時(shí)利用擴(kuò)增鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一變性梯度凝膠電泳技術(shù)(PCR—DGGE)對(duì)微生物進(jìn)行了研究。 本實(shí)驗(yàn)分別采用園林垃圾和餐廚垃圾作為堆肥原料，進(jìn)行了20d好氧堆肥，堆體經(jīng)歷了中溫階段、高溫階段和降溫階段三個(gè)過程，堆體高溫期(≥50℃)持續(xù)了10d和8d，堆肥后期pH值基本維持在7.5～8.0之間，保持了一個(gè)微堿性環(huán)境。堆肥前后整個(gè)過程中含水量減少率分別為38.5％和40.5％，有機(jī)質(zhì)減少率分別為46.3％和44.6％，而高溫期有機(jī)

3、質(zhì)減少率分別占總減少量占58.3％和48．0％，高溫階段堆肥有機(jī)質(zhì)的降解力度較其他階段要大。堆體最終C/N比均接近20，基本滿足堆肥穩(wěn)定時(shí)C/N比的變化要求，綜合各個(gè)指標(biāo)推斷，兩個(gè)堆體在對(duì)置20d的時(shí)候基本達(dá)到穩(wěn)定。堆體中纖維素降解量分別達(dá)到45.0％和41.0％，半纖維素降解量分別達(dá)到33.9％和32.3％，而兩堆體木質(zhì)素降解量僅達(dá)到27.0％左右；兩堆體高溫期纖維素的降解量分別占到了總降解量的49.0％和48.0％，半纖維素的降解分

4、別占總降解量的68.0％和54.0％，木質(zhì)素的降解分別占總降解量的65.0％和52.0％，這些數(shù)據(jù)說明在堆肥過程中，纖維素和半纖維素降解幅度較大，木質(zhì)素降解幅度較小，但總體來說高溫期仍是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素高速降解的一個(gè)階段。 使用傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法和PCR—DGGE技術(shù)對(duì)好氧堆肥高溫期嗜熱細(xì)菌、嗜熱真菌和嗜熱放線菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。分別對(duì)兩堆體高溫期樣品進(jìn)行稀釋平板混菌培養(yǎng)，細(xì)菌總數(shù)、真菌總數(shù)和放線菌總數(shù)分別呈“升高—降低

5、”、“降低—升高”和“升高—降低—升高”的趨勢(shì)，這與高溫期有機(jī)質(zhì)降解率呈“下降—上升—下降—上升”的變化規(guī)律有著密切的關(guān)系。同時(shí)提取高溫期樣品總DNA，分別使用細(xì)菌引物對(duì)(GC—341F/907R)、真菌引物對(duì)(GC—NS7/NS8)和放線菌引物對(duì)(F243/GC—R513)從總DNA中成功擴(kuò)增得到目標(biāo)產(chǎn)物，長度分別為630bp、340bp和270bp，再對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行DGGE分離。DGGE圖譜顯示，兩堆體高溫期嗜熱細(xì)菌較真菌、放線菌種

6、類要多，但優(yōu)勢(shì)菌種沒有真菌明顯；嗜熱真菌優(yōu)勢(shì)菌明顯，但整體菌群種類不多；嗜熱放線菌優(yōu)勢(shì)菌不及同時(shí)期嗜熱真菌明顯，但菌群種類比嗜熱細(xì)菌少、比嗜熱真菌多，這與傳統(tǒng)培養(yǎng)方法獲得的結(jié)果一致。DGGE圖譜聚類分析結(jié)果表明，堆肥高溫期對(duì)于嗜熱細(xì)菌也分成兩個(gè)階段，但是沒有找到統(tǒng)一且確切的分段規(guī)律；而高溫期嗜熱真菌以升溫時(shí)56℃為界，嗜熱放線菌以58℃為界，分成兩個(gè)變化階段，每階段內(nèi)部聚類關(guān)系較近，階段間關(guān)系較遠(yuǎn)；低于分界溫度，部分菌種不能適應(yīng)高溫環(huán)境

7、而逐漸消失，高于分界溫度，能適應(yīng)56℃或58℃以上溫度環(huán)境的菌種迅速生長．溫度對(duì)高溫期各類嗜熱微生物種群具有明顯的篩選作用。 通過將DGGE圖中條帶切膠測序，獲得與條帶序列同源性序列，再建立系統(tǒng)發(fā)育樹可知，得到的與芽孢桿菌屬親緣關(guān)系較近的嗜熱細(xì)菌，與青霉菌、曲霉菌等有較近親緣關(guān)系的嗜熱真菌，與鏈酶菌和諾卡氏菌等有較近親緣關(guān)系的嗜熱放線菌，都是與降解纖維素、半纖維素和木質(zhì)素有關(guān)的微生物，這些微生物是堆肥高溫期有機(jī)質(zhì)降解的主要作用