添加低温复合菌和纤维素降解复合菌对牛粪堆肥发酵的影响

【目的】探明添加低温复合菌和纤维素降解复合菌对低温环境条件下牛粪堆肥发酵的影响,为低温环境牛粪堆肥发酵生产提供依据。【方法】在低温环境条件下进行牛粪堆肥发酵试验,设试验组(试验开始当天将1%低温复合菌喷洒在堆体中搅拌均匀,堆体温度达20℃时再用1%纤维素降解复合菌喷洒在堆体中搅拌均匀)和对照组(自然发酵),测定不同时期堆肥样品的温度、含水率、pH、有机碳(TOC)含量、全氮(TN)含量和碳氮比(C/N)等理化性质指标。【结果】添加低温复合菌和纤维素降解复合菌能有效促进牛粪堆肥中有机物的降解,降低含水率和C/N,增加TN含量。其中,试验组在堆肥12 d进入高温期,高温期维持10 d,对照组未进入高温期;试验组含水率下降52.09%,对照组下降32.27%;试验组pH变化幅度较大,最终pH为7.61,对照组(7.42)无明显变化;试验结束时,试验组TOC、TN含量和C/N分别为28.5%、1.98%和14.61,对照组分别为38.5%、1.69%和22.78。【结论】牛粪中添加低温复合菌与纤维素降解复合菌可在0℃以下快速启动升温,维持高温期时间较长,能加快堆肥腐熟进程,达《畜禽粪便无害化处理技术规范》(NY/T 1168—2006)要求。

低温纤维素降解复合菌系的选育及性能分析

以腐木和堆肥样品为材料,通过限制性继代培养和混合培养,筛选出一组高效稳定的低温纤维素降解复合菌系Y。对复合菌系Y不同生长阶段pH、酶活、失重率及产物之间的相互关系进行了研究。结果表明,0～6 d为复合菌系Y的对数生长期,4 d内滤纸条完全崩解,在20℃下静置培养10 d,水稻秸秆的降解率达到59%,酶活为103.5 U/mL,主要代谢产物为乙酸,并有少量的丁酸和丙酸,含量分别为1.70、0.21、0.12 g/L,其中乙酸占总挥发酸含量的85%。复合菌系Y适用于以秸秆为原料的低温产沼气发酵。

纤维素降解复合菌系的微生物多样性及关键功能菌解析

为分析纤维素降解复合菌系中微生物多样性及关键功能菌,本研究通过梯度稀释法观察不同梯度下滤纸降解及酶活变化情况,确定复合菌系实现滤纸有效降解的临界点为10-5;在此基础上结合高通量测序技术对不同稀释度下的稀释液进行测序.研究结果表明,具有降解能力的稀释液(稀释度≤10-5)与无降解能力的稀释液(稀释度>10-5)微生物组成差异显著.从门水平热图看,Firmicutes和Proteobacteria为复合菌系的优势菌门;在属水平上,复合菌系中协同降解纤维素的菌株主要属于Clostridium、Petrobacter、Defluviitalea等属,Clostridium属在有降解能力(稀释度≤10-5)的稀释液中丰度较高,而随着稀释度的增大,在无降解能力(稀释度>10-5)的稀释液中几乎消失.经分析判断梭菌属Clostridium是纤维素降解复合菌系的关键功能属,它们与Petrobacter、Defluviitalea等菌属协同作用从而实现纤维素的高效降解.

堆肥中高温纤维素降解菌的筛选和应用

选用PCS培养基和定期改变传代的方法,从高温堆肥样品中筛选出4组具有较强纤维素分解能力的混合菌群,从菌群的生长特性、纤维素酶活力和滤纸、水稻秸秆的降解能力等方面复筛出一组纤维素分解能力较强而稳定的混合菌群MixF-3。该混合菌群经72h能将滤纸完全崩解,崩解滤纸后的培养液pH值基本稳定在8.5左右。培养温度为55℃或65℃时有利于MixF-3复合菌群产生的纤维素酶活较快地达到最大值;55℃培养96h左右,培养液中最高酶活为91.05U/mL,培养7d对水稻秸秆的降解率为46.5%。将复合菌群MixF-3接种到猪粪和牛粪自然堆肥中,发现其能促进肥料快速升温,48h内超过65℃,加速了原料的快速腐熟,为进一步研究开发堆肥快速腐熟菌剂奠定了基础。

瘤胃纤维素降解菌系对灭菌水稻秸秆结构性碳水化合物降解的影响

为了提高水稻秸秆的青贮发酵品质,本研究旨在从黑白花奶牛瘤胃中筛选出具有降解纤维素能力的兼性厌氧复合菌系,探讨其对水稻秸秆青贮过程中结构性碳水化合物降解及发酵品质的影响。试验采集了黑白花奶牛瘤胃内容物,经富集培养、刚果红染色初筛,耐酸诱导,滤纸降解复筛,酶活力测定,获得高效兼性厌氧纤维素降解复合菌系M6。试验设4个处理组:1)水稻秸秆直接自然青贮(CK)组;2)灭菌后水稻秸秆青贮(IRR)组;3)灭菌水稻秸秆接种复合乳酸菌(CLAB)青贮组;4)灭菌水稻秸秆接种复合菌系(M6)青贮组,分别于青贮3、6、15、45、60和90 d后开窖取样分析。结果表明,青贮3 d后,M6处理组pH始终低于其他各组,青贮第60天达到最低值(4.62)。青贮45 d后,M6处理组乳酸含量始终显著高于其他各组(P<0.05),且在青贮90 d达到最高值(23.90 g·kg^(-1)DM)。青贮15d后,中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和纤维素含量在M6组均显著低于其他各组(P<0.05),且在第90天达到最低值。青贮60 d后,IRR和M6组保持较高水平的水溶性碳水化合物含量,其次为CLAB组。综上所述,复合菌系M6在水稻秸秆青贮过程中具有降解粗纤维和促进乳酸发酵的作用,添加纤维素降解复合菌系可有效改善水稻秸秆青贮发酵品质,为青贮添加剂的研发与应用提供了理论依据。

碳氮比对稻草和猪粪生物处理及厌氧消化的影响

以农业废弃物稻草和猪粪为发酵原料,首次采用纤维素降解复合菌系对稻草和猪粪混合物进行生物处理,通过考察不同碳氮比(25∶1、30∶1、35∶1和40∶1)条件下稻草和猪粪混合物生物预处理的发酵特征及后续的产甲烷能力,探讨了碳氮比对稻草和猪粪的协同生物预处理及厌氧消化效果的影响.结果表明,控制碳氮比为30∶1、料水比为11%时,稻草和猪粪混合物经纤维素降解复合菌系于55℃预处理30 h后其厌氧消化效果最佳.在此条件下,稻草和猪粪降解液中滤纸酶活和羧甲基纤维素酶酶活分别达到了2.18和2.31 IU,其失重率高达41.69%;随后经厌氧发酵后其甲烷产率和产甲烷速率分别可达318.14 m L·g-1(以VS计)和10.61 m L·d-1·g-1(以VS计),且总量为9.9 g的稻草和猪粪混合物的总甲烷产量可达1948 m L,上述结果相对于未经生物预处理的对照组均提高了38%.本研究结果可进一步为其它种类的农作物秸秆和畜禽粪便的高效资源化利用提供理论支撑,展现出了巨大的应用潜力.