毕业设计(论文)-微生物菌剂在粪便与秸秆混合堆肥中的应用研究

南京林业大学本科生毕业论文提供全套毕业论文图纸，欢迎咨询本科毕业设计（论文）题目：微生物菌剂在粪便与秸秆混合堆肥中的应用研究学院：化学工程学院专业：环境工程班级：1002051学号：100205111学生姓名：导教师：职称：副教授二○一四年六月微生物菌剂在粪便与秸秆混合堆肥中的应用研究摘要目前我国农业固体废弃物的污染已成为我国农村环境保护的主要问题，尤其是秸秆的焚烧造成了严重的大气污染。然而秸秆和畜禽粪便其实是一种可利用的再生资源。堆肥处理技术是能够使畜禽粪便实现资源化利用的重要技术。本课题通过自制的微生物菌剂，应用于秸秆与粪便的混合堆肥，可促进其堆肥化进程，有利于有机肥的制备，从而有效地解决农业固体废弃物的污染。本实验通过模拟堆肥环境，进行实验室固态发酵模拟实验并自制小型堆肥装置。微生物菌剂分别应用于秸秆的固态发酵和自制堆肥装置中，测定堆肥化过程中原料的各项指标，检测微生物菌剂的效果。得到的主要实验结论如下：（1）根据微生物的性质将其分组，每种微生物以1：1比例混合，然后在实验室固态发酵试验中应用，测定指标，比较效果。结果表明，微生物种类最多的一组（第4组）作用效果最好，含水率降低了35%，总有机碳含量降低了130gkg-1，总氮含量提高了0.4gkg-1，总磷含量提高了0.103gkg-1等，效果最好。（2）将微生物菌剂应用到实验室堆肥装置中，设置空白对照组、市场菌剂对照组和实验组，通过测定堆肥过程中各指标，得出添加自制微生物菌剂的实验组效果最好，温度最高升至49℃，含水率降低了30%，总有机碳降低了55gkg-1，总氮提高了1.804gkg-1，总磷含量提高了0.2gkg-1等。通过红外光谱观察秸秆在堆肥前后各官能团的变化情况，结果表明实验组中秸秆中-OH、C-OH、木质素环状结构等发生了较大变化。关键词：微生物菌剂；秸秆；粪便；堆肥；固态发酵；堆肥装置

ApplicationResearchonMicrobialAgentinCo-compostingofManureandStrawAbstractAtpresentinourcountryagriculturalsolidwastepollutionhasbecomethemainproblemofChina'sruralenvironmentalprotection,andespeciallythestrawburningcausedseriousairpollution.However,strawandlivestockmanurearerenewableresources.Compostingtechnologyisanimportanttechnologywhichcanbeusedfortheutilizationoflivestockandpoultrymanureresources.Inthispaper,themicrobialagentfortheco-compostingofstrawandmanurewasresearched,whichcanpromotethecompostingprocessfororganicfertilizerpreparation,soastoeffectivelydisposeagriculturalsolidwastepollution.Thisexperimentsimulatedcompostenvironment,makinglaboratoryplotofsolidstateexperimentandminiaturecompostingdevice.Microbialagentsareusedinsolidstatefermentationofstrawandtheself-madecompostingdevice,detectingtheefficiencyofmicrobialagentsbydeterminingtheindicatorsofrawmaterialsintheprocessofcomposting.Themainconclusionsareasfollows：(1)Themicrobesaregroupedaccordingtotheproperties,andmixedby1：1.Thenthemwereappliedinthesolid-statefermentation,measuredtheindexandcomparedtheeffect.TheresultshowsthattheGroupFourthwiththelargestgroupofmicrobialspecieshadthebesteffect;themoisturecontentdecreasedby35%,thetotalorganiccarboncontentdeclinedby130g/kg,totalnitrogencontentincreasedby0.4g/kg,totalphosphoruscontentroseby0.103g/kg.(2)Themicrobialagentswereappliedtothelaboratorycompostingdevice,andthreegroupsweresetup;theblankcontrolgroup,themarketagentcontrolgroupandtheexperimentalgroup.Itdeclaredthattheexperimentalwithmicrobialagentgroupwasthebestbydeterminingtheindexesofcompostingprocess.Thehighesttemperatureroseto49℃,moisturecontentdeclinedby30%,totalorganiccarbondecreasedby55g/kg,thetotalnitrogenincreasedby1.804gg/kg,totalphosphoruscontentincreasedby0.2g/kg.Itobservedthatsomefunctionalgroupssuchas–OH,C-OHandtheringsofligninhadgreatchangesbytheFT-IR.Keywords：microbialagents;straw;manure;compost;solid-statefermentation;device目录TOC\h\z\t"标题1,2,TOC标题,1,标题,3"1绪论 11.1禽畜粪便综合利用现状 11.1.1禽畜粪便排放现状 11.1.2猪粪的性质特点 11.1.3禽畜粪便污染的危害 11.1.4禽畜粪便的利用现状 21.2秸秆的综合利用现状 21.2.1秸秆的性质特点 21.2.2焚烧秸秆的危害 31.2.3秸秆的资源化利用 31.3堆肥机理及影响因素 41.3.1堆肥原理 41.3.2堆肥过程 51.3.3堆肥发酵的影响因素 51.3.4腐熟指标 81.6本课题研究内容 91.6.1研究内容 91.6.2课题的研究目的和意义 92实验材料与方法 102.1微生物菌剂的固态发酵试验 102.1.1主要仪器 102.1.2实验材料 102.1.3培养基 102.1.4测定项目 102.2微生物菌剂在禽畜粪便堆肥中的应用 112.2.1堆肥装置与材料 112.2.2实验菌剂 122.2.3实验室堆肥方案设计 122.2.4堆肥样品的采集 132.2.5测定项目 132.2.6测定方法 133结果分析与讨论 173.1固态发酵实验研究 173.1.1固态试验含水率变化 173.1.2固态试验总有机碳的变化 173.1.3固态试验总氮的变化 183.1.4固态试验总磷的变化 193.1.5固态试验pH值的变化 203.1.6小结 213.2微生物菌剂在禽畜粪便堆肥的应用研究 213.2.1堆肥过程中温度的变化 213.2.2堆肥过程中含水率的变化 223.2.3堆肥过程中pH值的变化 233.2.4堆肥过程中总有机碳的变化 243.2.5堆肥过程中总氮的变化 253.2.6堆肥过程中总磷的变化 263.2.7堆肥过程中种子发芽率GI的变化 263.2.8堆肥过程中纤维素酶活的变化 273.2.9秸秆处理前后红外光谱分析结果 283.2.10堆料物理性状分析 293.2.11小结 304结论 31致谢 32参考文献 331绪论1.1禽畜粪便综合利用现状1.1.1禽畜粪便排放现状目前，我国总有机废弃物排放量为41.3-43.4亿吨，这些有机固体废弃物含有丰富的氮、磷、钾等养分资源。禽畜粪便中氮、磷、钾的总贮量约为6.33×108t，相当于4.93×108t尿素，1.194×108t的过磷酸钙和3.38×108t的氯化钾。[[]国家环境保护总局自然生态保护司.全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策[M].北京:中国环境科出版社,2002:25-26.]据预测，2020年中国禽畜粪便排放总量将达到[]国家环境保护总局自然生态保护司.全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策[M].北京:中国环境科出版社,2002:25-猪粪的性质特点猪粪的质地较为细腻，成分较复杂，总养分不高，主要成分为纤维素、半纤维素以及少量的木质素、蛋白质和其分解物质、脂肪类物质、有机酸还有各种无机盐物质，含有较多的有机物质以及氮、磷、钾等大量元素，容易被微生物分解形成大量的腐殖质，对提高土壤的肥力具有良好的作用。[[][]刘秀梅,聂俊华,王庆仁.多种微生物复合的微生态制剂研究进展[J].中国生态农业学报,2002,10（4）:80-禽畜粪便污染的危害近年来，我国的集约规模化畜禽养殖产业发展速度较快，短时期内已形成一定规模，其过程中大量集中排放的禽畜粪便等废弃物，已成为污染源。表1禽畜粪便对环境的影响污染类型污染物质影响恶臭污染氨气、硫化氢、甲烷、甲胺等恶臭、温室气体、影响人体健康和气候水体富营养化氮、磷危害水体生物、污染地下水矿物元素污染铜、锌、锰、钙等污染水体、土壤，影响人体健康重金属污染砷、铅、汞等污染水体、土壤，影响人体健康病原微生物污染甲型H1N1、结核病、炭疽等传播疾病，影响人体健康（1）水污染。禽畜粪便堆放不当或未经处理施入农田，其中的有机质及矿物质就会随粪水及雨水通过地表径流污染湖泊、河流、水库等地表水或渗入土壤并进入地下水。排入水体的污染物总量超过水体自净能力时，水体的物理性质、化学性质，尤其是生物群落的组成就会改变，水质恶化，影响植物的生长以及人和动物的健康。粪便污染水体的方式分别是粪便中有机物的腐败分解产物造成污染，富营养化及生物病原污染。[[][]曹勤忠.规模化养猪环境污染问题及其治理对策[J].养猪,1999,2:32-33.（2）大气污染。禽畜粪便中富含蛋白质和碳水化合物等大量有机物质。有氧条件下蛋白质分解为硝酸盐类物质；在无氧条件下分解氨气、硫化氢、甲胺等恶臭气体，如被人畜急性过量吸入后，轻者刺激呼吸道、视网膜等，引发咳嗽、气管炎、支气管炎；重者造成呼吸困难，麻痹中枢神经系统。而长期与恶臭气体接触的人畜，会慢性中毒，体质变弱。碳水化合物则分解为甲烷、二氧化碳等温室气体，造成全球温室效应。空气中的氨浓度过高形成酸沉降，对水体和土壤造成污染。过量的氨气酸化雨水，使SO2溶解量增大，化合成硫酸铵沉降到土壤中，氧化后释放出硝酸和硫酸，反过来增加酸沉降，恶性循环，饱和状态使酸沉降增加5倍。（3）土壤污染。由于饲料中常常添加过量的铜、锌等微量元素。含过量重金属元素的禽畜粪便长期在农田中大量施用会造成土壤的严重污染。盐分含量较高的禽畜粪便长期大量施用，会使土壤盐渍化。而粪便中含磷较高，N/P比例不协调，易造成磷的大量流失，污染水体。[[]张增强[]张增强,孟昭福.农业废弃物和城市污泥的无害化与资源化[J].农业环境与发展,2001,1:28-禽畜粪便的利用现状如果对禽畜粪便进行无害化处理并加以合理利用，不但能解决它所造成的污染问题，而且能将其转化为有价值的社会资源，禽畜粪便的资源化利用可以分为以下几种类型。（1）肥料资源化利用。堆肥施用到土地上，比化肥营养结构合理，可以提高土壤肥力，改善土壤团粒结构，增强土壤生产能力，有效提升粮食产量。2010年，全国禽畜养殖业产生的粪便总量中的氮和磷量分别为2538×104t和512×104t，折算为化肥存量则分别为3286×104t和890×104t。所以，畜禽养殖业的粪便是我国农业生产的宝贵资源。（2）饲养料资源化利用。这是一种间接作饲料的办法，利用禽畜粪便可以进行蝇蛆的繁殖，生产出优质蛋白质、氨基酸、维生素等，可作饲料，大大降低养殖成本。（3）燃料资源化利用。禽畜粪便进行厌氧发酵产生以甲烷为主的沼气，是可再生的清洁能源。每头猪日常排放的粪便沼气产生量可达150-200L。由此可见，粪便燃料资源化的经济及社会效益十分可观。1.2秸秆的综合利用现状1.2.1秸秆的性质特点秸秆是指在生产过程中，收获了农作物后，剩余的不能食用的茎、叶、根等副产品，是主要的农业副产物之一。由于农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成，还有少量的粗蛋白，自然状态下难以被微生物分解，所以秸秆直接还田后在土壤中被微生物分解转化的周期长，难以作为当季作物的肥源。但其含有大量有机质、氮、磷、钾和微量元素，分析得出，每100kg鲜秸秆中含氮0.48kg，磷0.38kg，钾1.67kg，相当于2.4kg氮肥，3.8kg磷肥，3.4kg钾肥。表2小麦秸秆的营养成分（%）成分粗蛋白纤维素半纤维素木质素钙磷小麦秸秆4.140.324.515．30.630.091.2.2焚烧秸秆的危害据农业部2010年农作物秸秆资源专项调查报告显示，理论资源量已达8.20亿吨，其中可收集资源量达到6.87亿吨，为世界第一秸秆大国。近年来，由于我国农民生产生活方式的转变，农村能源结构的改善，以及秸秆收集、整理及运输成本升高等因素，使得农村秸秆大量剩余，秸秆综合利用率低，50%左右的秸秆被废弃或露天焚烧。废弃及焚烧秸秆给社会和环境造成了诸多负面影响，如：污染空气，危害人体健康；产生雾霾天气，影响交通运输；引发火灾，存在安全隐患；破坏土壤结构，损害土地质量；有碍环境卫生，影响环境质量；堆弃液渗透，污染地下水等。1.2.3秸秆的资源化利用随着循环农业的大力发展以及人们意识的增强，农业废弃物资源化和规模化利用技术开始被研究，成为发展可持续农业的一条重要途径。（1）牲畜饲料。虽然秸秆中有很高的纤维素含量和大量的营养成分，但是其中粗纤维含量过高，导致牲畜不能被直接消化吸收，使用氨化法对其进行加工后，既可以降低纤维素的分子量，还可以给瘤胃微生物提供比较适宜的生长环境，这样可使牲畜对其的吸收和消化作用提高20%，而且能提高饲料中粗蛋白含量1-1.5倍。（2）能源化利用。最为直接的利用方式是晒干后焚烧用于取暖或者烹饪。虽然直接焚烧在一定时期内可以解决广大农村居民的生活能源问题，缓解植被的被伐速度，但是焚烧会污染环境。所以大部分地区开始用秸秆气化及厌氧发酵产生沼气，使其被充分利用，且更环保、经济、高效。（3）秸秆还田。秸秆还田分为直接还田和间接还田，直接还田包括翻压还田、覆盖还田以及留茬三种方式，间接还田主要包括过腹还田、堆沤还田、沼肥还田等技术。[[]孙星,刘勤,张斌[]孙星,刘勤,张斌,等.长期秸秆还田对剖面土壤肥力质量的影响[J].中国生态农业学报,2008,16（3）:587-592.[]GuolinHuang,JeffreyX.Shi,TimA.G.Langrish.Anewpulpingprocessforwheatstrawtoreduceproblemswiththedischargeofblackliquor[J].BioresourceTechnology,2007,98（15）:2829-2835.（4）工业加工。作物秸秆经过预处理成为造纸的原料草浆，代替木材和塑料，制造出可纤维降解的高分子材料，如纤维板、包装箱等，可缓解植被压力。降解之后的秸秆还可制造化工业原料，如乙醇、淀粉。1.3堆肥机理及影响因素禽畜粪便好氧堆肥是使禽畜粪便在有氧条件下利用好氧微生物的作用使有机物分解，形成腐殖质同时灭活病原微生物，将禽畜粪便转变为有利于土壤性状改良并对作物生长有益且容易吸收利用的有机肥的方法。1.3.1堆肥原理堆肥的原理主要是利用微生物对有机物的降解，以使有机物转化为无机物，此过程中微生物自身也得到增殖。堆料中的可溶性有机物通过微生物细胞壁和细胞膜，然后被微生物分解；固体和胶体的有机物质，先在微生物细胞体外依附，由胞外酶水解，形成可溶性有机物再进入细胞。同时，微生物在自身的新陈代谢活动过程中，同化一部分有机物用于合成新的细胞物质，把另一部分有机物氧化为无机物，释放出能量供生长、活动。微生物在此过程中进行了物理、化学和生物等转化，逐渐趋于稳定化、腐殖化形成良好的有机肥料。图1堆肥化过程1.3.2堆肥过程堆肥过程按照堆肥温度的变化可分为升温、高温、降温和腐熟四个阶段。因为每个阶段分别有细菌、真菌、放线菌等不同的优势微生物起作用，所以产生复杂的物理化学生物变化。（1）升温阶段。堆肥初期，嗜温菌和丝状真菌利用堆料中的有机物快速繁殖，分解迅速有机质，同时释放出大量热量，由于堆料具有良好的保温作用，使堆体温度进一步上升。升温阶段温度一般为40-45℃。[[][]赵由才.生活垃圾资源化原理与技术[M].北京:化学丨:业出版社,2002.（2）高温阶段。当堆体温度升高到60℃以上时进入高温阶段，中温微生物活性受到抑制，好热真菌起主导作用，胶质、木质素、纤维素等一些较难水解的有机物的被快速分解。由于温度过高，大部分微生物的活性受到抑制，酶活性降低，温度上升速度变慢，最终达到最高温度，维持一段时间之后，进行腐殖化，形成腐殖质，堆肥物质基本稳定（3）降温阶段。高温阶段过后，微生物的生命活动减弱，产生热量不断减少，温度也逐渐下降。当温度下降到40℃以下时，嗜温菌代替嗜热菌成为优势菌种，但由于堆料中的纤维素、半纤维素、果胶物质大部分已经分解，剩下较难分解的复杂成分和形成的腐殖质，致使微生物的代谢活动减弱，堆体温度不能升高。（4）腐熟阶段。堆体中大部分有机物完成矿质化和腐殖化，堆温下降至略高于气温，微生物代谢活动大为减弱，堆肥物质逐步稳定化，各项理化指标基本达到稳定状态。表3堆肥成熟特性项目C/N水分/%pH颜色气味GI/%温度有机质/%指标<20<308-9黑褐色泥土味>50环境温度≥301.3.3堆肥发酵的影响因素堆肥中微生物生长的活动会对堆肥过程和最终产品的质量产生影响，影响堆肥过程的主要因素有温度、碳氮比（C/N）、pH、水分、氧含量和有机质含量等。（1）温度。堆肥是温度逐渐升高，维持高温期后逐渐降低的过程，堆温是反应整个堆肥过程进程是否顺利完成的重要指标，并影响微生物代谢活动的重要因素。[[]徐风花,孙冬梅,[]徐风花,孙冬梅,宋金柱.微生物制品技术及应用[M].北京:化学工业出版社;2007.（2）碳氮比。C/N是指混合料的总有机碳和总氮的比值。碳素是堆肥微生物的基本能量来源，氮素用来构建自身细胞体，而且是细胞中蛋白质、核酸和酶等的重要成分。一般情况下，微生物每消耗25g有机碳需要吸收1g氮素。[[]黄国锋,吴启堂,孟庆强等.禽畜粪便堆肥化处理的物质变化及腐熟度评价[J].华南农业大学学报,2002,23（3）:1-4.]C/N是堆肥腐熟的重要判定指标，一般情况下C/N达到20[]黄国锋,吴启堂,孟庆强等.禽畜粪便堆肥化处理的物质变化及腐熟度评价[J].华南农业大学学报,2002,23（3）:1-4.[]武霞.用玉米皮制取饲料酵母[J].饲料与畜牧,1999,2：22-24.（3）pH。pH是影响微生物生长繁殖的重要因素，堆肥过程pH随着时间和温度变化，pH值可以作为堆肥腐熟度评价的指标。一般微生物最适合的pH值是中性或弱碱性，在中性或弱碱性时，微生物增长速度和蛋白质分解速度最佳，微生物可以快速有效地发挥作用，同时可以减少氮的损失，从而获得最大堆肥效率和质量较高的堆肥。通常堆体有足够的缓冲作用，使pH值稳定在满足堆肥微生物的酸碱度水平。美国环保局有规定，堆肥混合物的pH值应当在6～9之间。[[]YamadaM.,T.Murakami,M.Aoki.Sewagesludgecompostingprocessbystaticpilemethod[J].WatSciTech,1991,23（10）:1979-1989.]堆料pH值过低，可向堆料中加入适量的消石灰或碳酸钙，调节原料的pH[]YamadaM.,T.Murakami,M.Aoki.Sewagesludgecompostingprocessbystaticpilemethod[J].WatSciTech,1991,23（10）:1979-1989.（4）水分。水分是影响堆肥过程的另一重要因素，堆肥过程中水分的作用主要是溶解有机物，有利于微生物的吸收利用，水分蒸发时能带走的一部分热量调节堆肥温度，堆肥原料水分含量的多少直接影响好氧堆肥反应进程，影响堆肥产品的质量，甚至关系到好氧堆肥的成败。适宜的含水率有利于微生物分解有机物质，水分在堆肥系统中迁移时可以带动菌体移动，使堆肥腐解均匀。水分不足则会限制微生物活动，影响堆肥进程，堆体温度难以上升；水分低于40%不能满足微生物生长正常需求，有机物难以被分解利用；若水分含量低于10%，细菌的代谢活动就会普遍停止。水分过多会影响通气，造成堆体厌氧，降低有机物的降解速度，减缓堆肥进程，延长堆制时间。[[]DesignManualNumber44：Compostingofmunicipalwastewatersludges.USEPA625/4-85/014,1985.]因此，堆肥过程中水分的控制十分重要，通常堆肥的起始含水率调节为50-60%，堆肥过程中的含水率控制在60-70%，堆肥结束时含水率应小于40%。[]DesignManualNumber44：Compostingofmunicipalwastewatersludges.USEPA625/4-85/014,1985.[]杨柳燕,肖琳.环境微生物技术[M].北京:科学出版社,2003.（5）氧含量。堆肥是好氧微生物在有氧状态下对有机质进行快速降解的过程。堆体内的氧含量直接影响到有机质的分解速度。堆肥供氧有三种方式：翻堆供氧、表面扩散供氧和机械通气。[[]黄懿梅.畜禽粪便的高温堆肥化研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2000.]通气有三个方面的作用：第一，保证堆肥中有充足的空气为堆体内微生物的繁殖和活动提供氧气，促使有机物的分解。第二，供氧可以调节堆温。第三，通过空气流动促进水分的散失。实践中通过原料配比、堆积的松紧程度和堆体含水量来调节堆体内的氧气含量。大量研究表明堆体中适宜的氧含量为5-15%。[[]黄懿梅.畜禽粪便的高温堆肥化研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2000.[]陈世和,张所明.城市垃圾堆肥原理与工艺[M].上海:复旦大学出版社,1990.（6）有机质含量。有机物是微生物生存和繁殖的基础营养，有机物含量的多少和形态的变化对堆肥过程都会产生一定的影响，众多学者通过对堆肥过程中有机质的降解效果进行研究，来判断堆肥的腐熟度[[]高伟,郑国砥,高定,陈同斌,韩晓日,张义安[]高伟,郑国砥,高定,陈同斌,韩晓日,张义安.堆肥处理过程中禽畜粪便有机物的动态变化特征[J].环境科学,2006,5（27）:986-990.[]贾小红,黄元仿,徐建堂.有机肥料加工与施用[M].北京:化学工业出版社;2002.表4堆肥化过程最适条件过程参数值C/N比25：1-30：1颗粒大小10-15mm水分含量50%-60%通气流量氧气浓度10%-18%温度55℃搅动阶段性翻动1.3.4腐熟指标表5堆肥腐熟度的评价项目指标方法类型检测项目、指标物理方法温度、颜色、气味、密度、荧光性、含水率化学方法碳氮比、氮的化合物、阳离子交换量、有机化学物、腐殖质生物活性呼吸作用、微生物量、酶学分析植物安全性检测GI发芽率堆肥在腐熟不完全时，不仅不能完全杀灭畜禽粪便中的病原菌和寄生虫卵从而污染环境，而且还会产生一些植物毒性物质，影响农作物的生长发育；如果堆肥发酵时间过长，则会导致营养物质过多的损耗，影响肥效。腐熟度的判定方法主要分为物理指标、化学指标和生物指标。物理指标包括温度、颜色、气味、pH值等。但是物理指标只能初步的判断堆肥的腐熟度，并不能定量分析，必须借助其他指标。成熟的堆肥，温度下降后并稳定，褐色，无臭味且有腐殖质气味，pH值5-8。化学指标包括C/N、水溶性碳、铵态氮浓度等。杨毓峰（1999）等在采用静态强制通风发酵鸡粪和牛粪试验中，认为铵态氮浓度小于0.4g/kg，固相C/N小于20时，堆肥腐熟。汤江武（2003）等将铵态氮含量作为禽畜粪便堆肥的化学指标。腐熟堆肥的铵态氮含量为1.2-1.5mg/g时堆肥腐熟，并且认为铵态氮含量与种子发芽率呈负相关。吴银宝（2003）等认为禽畜粪便堆肥中，当固相CIN降至20：1以下，铵态氮含量小于20mg/kg时，可判定堆肥腐熟。黄国锋（2002）等认为不同堆肥原料C/N差异较大，限制了C/N作为判定堆肥腐熟标准的应用，所以使用堆肥的终点碳氮比与起始碳氮比的比值T来评价堆肥腐熟度，当T值小于0.60时堆肥达到腐熟。除此以外，国外还采取13C-核磁共振、红外光谱等方法，从物质结构的角度来研究堆肥的过程及堆肥的腐熟度。生物学指标主要为种子发芽率（GI）。Zucconit（198lb）认为，用生物学的方法测定堆肥的毒性，是检验正在堆肥的有机质腐熟度的一种非常直接而有效的方法。理论上讲，GI<100%，就判断堆肥还有植物毒性，但Zucconi（198la）等认为，当GI>50%时，堆肥对植物已基本没有毒性，堆肥已基本腐熟，而当GI>80%时可认为堆肥已经腐熟了。1.6本课题研究内容1.6.1研究内容根据绪论中提供的禽畜粪便排放情况，本研究通过对收集禽畜粪便，混合以小麦秸秆堆置，调节到适当的含水率、碳氮比等理化性质，进行堆肥处理。把微生物菌种进行生物学的检测，测定其生长特征，找到合适的菌种配比，将得到的菌种按比例配制得到复合微生物菌剂。利用与常见市售菌剂对照堆肥试验对所制得的菌剂进行应用效果研究，得出相关数据，对数据进行分析从而对所制菌剂进行应用评估，以验证自制复合微生物菌剂的应用价值。1.6.2课题的研究目的和意义目前，处理农作物废弃物和禽畜粪便的最佳方式为堆肥处理，通过堆肥化处理可以最大限度的实现废物的资源化利用。然而堆肥处理工艺中仍要存在一些确定，如堆肥周期较长、腐熟度低、产品质量差等。本研究从禽畜粪便堆肥技术工艺研究的薄弱环节入手，以堆肥微生物菌剂的研制为突破口，通过科研手段对堆肥技术中的外源微生物菌剂的制备及应用进行深入研究并获得实际的科研成果，研制出一种用于禽畜粪便堆肥的高效微生物复合菌剂，以优化禽畜粪便堆肥过程，加速堆肥效率，提高腐熟化程度和堆肥产品质量。以发展的视角将环境保护与经济发展相结合，减少禽畜养殖污染物的排放，并使废弃污染物其中的资源价值得到充分的利用，实现废弃物的经济效益。这样的研究对于社会、经济、环境是能够产生有益影响的。

2实验材料与方法2.1微生物菌剂的固态发酵试验2.1.1主要仪器赛多利斯普及型PH计，PB-10，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；赛多利斯电子天平，BSA系列，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；紫外可见分光光度计，TU-1810，北京普析通用仪器有限责任公司；原子吸收分光光度计，TAS-990，北京普析通用仪器有限责任公司；循环水式多用真空泵，SHB-Ⅲ，郑州长城科工贸有限公司；数显恒温水浴锅，HH-4，国华电器有限公司；生化培养箱，GZP-250，上海精宏实验设备有限公司。2.1.2实验材料（1）微生物菌剂：菌株来源：①纤维素降解菌来源于堆肥产品，从表面挑取菌丝②解钾菌、解磷菌、固氮菌来源于大豆、水稻根系土壤③其他来源于市场菌剂①纤维素降解菌、解磷菌、解钾菌和固氮菌②纤维素降解菌、解磷菌、解钾菌、固氮菌和酵母菌③纤维素降解菌、解磷菌、解钾菌、固氮菌、酵母菌和白腐菌④纤维素降解菌、解磷菌、解钾菌、固氮菌、酵母菌、白腐菌、发酵猪粪和复合微生物菌剂。将四组微生物组合混合培养后，初步制成微生物菌剂，分别标记为组合1、2、3、4（2）秸秆粉：将秸秆烘干后用粉碎机粉碎，过60目筛备用。（3）无机培养液：MgSO4·7H2O：0.5g，KH2PO4：1.0g，Na2HPO4：0.2g，Mn2SO4：0.035g，CuSO4·5H2O：0.007g，FeSO4·7H2O：0.007g，蒸馏水：1000ml，灭菌。2.1.3培养基分别称取15g秸秆粉于500ml锥形瓶中，加入等量的无机营养液5ml，高温灭菌。将制成的四组微生物菌剂分别取150ml混合液于锥形瓶中，空白样用蒸馏水代替。置于生化培养箱中37℃条件下培养20天，每个处理样做1个平行。2.1.4测定项目固态发酵试验主要测定的项目有：含水率、总有机质、总氮和总磷。2.2微生物菌剂在禽畜粪便堆肥中的应用2.2.1堆肥装置与材料（1）堆肥方式和装置：本实验采用实验室堆肥方式，堆肥装置根据实际堆肥所需要的条件自行设计，如图1-螺母2-法兰3-底座4-废气吸收装置5-搅拌器6-堆肥主体7-出水管8-鼓风机图2堆肥装置结构图该实验装置是由有机玻璃制成，尺寸为35×10cm，可分为四部分：第一部分为堆体，有效体积为30L，中间配有手动搅拌器，进行秸秆与粪便的堆肥；第二部分在底部，呈倒锥形，主要作用是盛废液；第三部分为尾气吸收装置；第四部分为通风装置，安装在堆体底部，通过鼓风机通风。（2）材料：本实验所需要的堆肥材料有禽畜粪便和秸秆，禽畜粪便来自于南京浦口区某养猪场。秸秆为小麦秆，用铡刀铡成2-3cm的秸秆段。实验材料的理化性质如所示。表6实验材料理化特性材料含水率/%有机质/g·kg-1C/NpH全氮/g·kg-1禽畜粪便70.935914.367.527.9麦秆17.239862.9/6.3根据各组分的含水率和C/N比，确定加入各组分的相对量，使其起初含水率控制在50%-60%之间，C/N比值在20：1-30：1之间2.2.2实验菌剂所用堆肥微生物菌剂为本实验室自制，由固态发酵试验得出，自制的液态微生物菌剂中，组合4（微生物种类最多的一组）效果最佳，其特点是来源性广、针对性较强，将该菌剂应用到实验室堆肥中。堆肥所用菌剂是通过各种途径筛选出来的，主要包括：（1）真菌：①酵母菌②白腐菌（菌库购买，后经筛选）③纤维素降解菌（2）细菌：①解磷菌②解钾菌③固氮菌④发酵禽畜粪便菌⑤复合微生物菌剂（④和⑤通过市场购买，后经筛选获得）⑥大肠杆菌2.2.3实验室堆肥方案设计本实验堆肥装置采用小型堆肥装置，堆肥主体体积约30L。由于体积较小，因此保温必须做好，方法是在堆肥装置表面加保温材料（内层为保温玻璃棉，外层为保温泡沫，外观如图3）。首先，在堆体底部铺一层麦秆，然后加禽畜粪便和微生物菌剂（各种微生物按1：1比例混合），依层重复加入，大约加到堆体的3/4处。把通过液体培养基富集培养得微生物菌剂均匀地喷洒在禽畜粪便表面。本实验设置三个组，分比为空白对照组，添加市场微生物菌剂组和添加实验室菌剂组。每天定时对堆体填料进行翻堆，并记录堆体中部温度的变化，每隔3d取样测定。图3堆肥装置外观图2.2.4堆肥样品的采集在第0、4、8、12、14、16和20天，在位于堆体的中间部分取样20g左右。样品充分混合后，分成新鲜样品和待风干样品两类。其中，新鲜的样品储存于冰箱中备用，待风干样品置于阴凉通风处进行自然风干，风干后储存于干燥器内备用。新鲜样品用来测定样品的含水率，风干样品用来测定pH值、有机质、总氮和总磷等。2.2.5测定项目（1）测定项目本实验的主要测定项目主要有：温度、pH值、含水率、总有机质、总氮、总磷和纤维素酶活性等，以及腐熟前后秸秆的红外对照。（2）主要实验仪器赛多利斯普及型PH计，PB-10，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；赛多利斯BSA系列电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；紫外可见分光光度，TU-1810，北京普析通用仪器有限责任公司；原子吸收分光光度计，TAS-990，北京普析通用仪器有限责任公司；循环水式多用真空泵，SHB-Ⅲ，郑州长城科工贸有限公司；数显恒温水浴锅，HH-4，国华电器有限公司；调温电热器，上海平环燃烧设备工程技术有限公司；总有机碳分析仪，TOC-VCPN，日本津岛制作所；环境扫描电子显微镜，Quanta200，美国FEI；红外光谱仪，VERTEX80，德国布鲁克（Bruker）公司；冰箱，海尔公司制造。2.2.6测定方法（1）温度的测量堆体温度通过插在堆体中的温度计读取，温度计测量位置在离底部1/3、中间和离上部1/3处，读取时间为每天上午10：00，记录后取平均值。实验室温度通过室温温度计读取。（2）含水率的测定称取新鲜样品2-3g。精确至0.001g，置于105℃恒温干燥箱中，记录前后样品的质量。（3）pH值的测定称取5g风干样品，按照样品：蒸馏水=1：10（m/V）进行浸提，振荡20min后过滤，用pH测量仪测定其pH值。[[]NY525-2011,[]NY525-2011,有机肥料新标准[S],中华人民共和国农业部.（4）总有机质的测量称取风干样2-3g，精确至0.001g，采用重铬酸钾容量法测定。（5）C/N的测定总有机碳（TOC）的测定方法如下：称取5g风干样，使用1mol/L的KCl溶液进行浸提，浸提比例为1：20，振荡20min后过滤，稀释100倍后使用总有机碳分析仪进行测定。总氮（TN）的测定方法如下：①试样溶液的制备：称取过φ1mm筛的风干样品0.5-1.0g（精确至0.0001g），置于开氏烧瓶底部，用少量水冲洗粘附在瓶壁上的试样，加5ml硫酸和1.5ml过氧化氢，小心摇匀，瓶口放一弯颈小漏斗，放置过夜。在加热套上升温至硫酸冒烟，取下，稍冷加15滴过氧化氢，轻轻摇动开氏烧瓶，加热10min，取下，稍冷后再加5-10滴过氧化氢并分次消煮，直至溶液呈无色或淡黄色后，继续加热10min，除尽剩余的过氧化氢。取下稍冷，小心加水至20ml-30ml，加热至沸腾。取下冷却，用少量水冲洗弯颈小漏斗，洗液收入原烧瓶。将消煮液移入100ml容量瓶中，加水定容，静置澄清后备用。②测定：吸取消煮液50.0ml于蒸馏瓶内，加入200ml水。于250ml三角瓶加入10ml硼酸-指示剂混合液承接于冷凝管下端，管口插入硼酸液面以下。向蒸馏瓶内缓慢加入15ml氢氧化钠溶液。加热蒸馏，待流出液体积约100ml时即可停止蒸馏。用硫酸标准溶液滴定流出液，由蓝色刚变为紫色即为终点。记录消耗溶液的体积。不加试样作为空白对照。总氮的计算公式为：式中：c—标定标准溶液的摩尔浓度，单位为摩尔每升（mol/L）；V0—空白试验时，消耗标定标准溶液的体积，单位为毫升（ml）；V—样品测定时，消耗标定标准溶液的体积，单位为毫升（ml）；0.014—氮的摩尔质量，单位为克每摩尔（g/mol）；m—风干样的质量，单位为克（g）；X0—风干样的含水率；D—分取倍数，定容体积/分取体积，100/50。（6）总磷的测定样品采用硫酸和过氧化氢消煮，在一定浓度下，待测液中的磷酸根离子与偏钒酸和钼酸反应形成黄色三元杂多酸。在一定浓度范围（1mg/L-20mg/L），黄色溶液的吸光度与含磷量呈正比关系，用分光光度法定量磷。（7）种子发芽率的测量称取10g风干样品，按照样品：蒸馏水=1：10（m/V）进行浸提，振荡20min后过滤待用，用黄豆种子发芽率进行实验测量。具体方法如下：在培养皿内铺入相应大小的滤纸一张，均匀地放入10粒颗粒饱满、大小接近的黄豆种子，用移液管吸取5.0ml堆肥浸提液于培养皿中，以蒸馏水作为对照，每个样品重复2次，置于25℃生化培养箱中培养24h，测量根长，以及种子的发芽率。计算公式如下：（8）纤维素酶活性的测定滤纸酶活（FPA）测定方法：葡萄糖标准曲线的绘制基本原理：3，5-二硝基水杨酸与还原性糖在共热的条件下，被还原成棕红色的氨基化合物，在一定范围内还原糖的含量与反应液的浓度呈比例关系。在520nm处测得吸光度即得还原糖的量。葡萄糖标准液的配制：葡萄糖110℃烘干2h，称取0.1080g溶解后定容至100ml。3，5-二硝基水杨酸溶液（DNS）的配制：称取3，5-二硝基水杨酸6.3g于500ml烧杯中，用少量的蒸馏水溶解后加入2mol/L的NaOH溶液262ml，然后加入到500ml含有185g酒石酸钾钠的热水中，再加入5g结晶酚和5g无水亚硫酸钠，冷却后定容至1000ml，贮于棕色瓶中保存。分别吸取葡萄糖标准液溶液2、3、4、5、6、7、8ml定容至100ml。分别吸取1ml葡萄糖溶液于25ml试管中，加3ml二硝基水杨酸溶液。将试管放在沸水中加热5分钟，冷却后在分光光度计于波长520nm处测定。以OD520为纵坐标，以葡萄糖浓度为横坐标，绘制标准曲线。测定方法[[]李瑞鹏,秸秆与奶牛场废弃物混合堆肥及其应用研究[C],南京农业大学,2012.]：称取5g新鲜堆肥样品于50ml三角瓶中，加入浓度为1%的羟甲基纤维素溶液20ml，5mlpH=5.5的磷酸缓冲溶液，再加入1.5ml甲苯，在37℃的恒温培养箱中培养72h。过滤后取滤液1ml于25ml的试管中，加入3ml[]李瑞鹏,秸秆与奶牛场废弃物混合堆肥及其应用研究[C],南京农业大学,2012.酶活性（mgglucose/（g·d））=c*V/m其中：c-在标准曲线上查出的葡萄糖浓度（mg/ml）；V-测定溶液的体积（ml）；m-样品的重量。（9）红外光谱分析红外光谱分析是利用红外光谱对物质的分子进行分析和鉴定的技术。它的工作原理是将一束特定波长的红外光照射到物质的分子上，属于该分子特定的波长将会被吸收，因此会形成该分子的特定的红外光谱。由于每种分子都有其特殊的机构，因此可以根据红外光谱对分子的结构进行分析。本实验就是通过测定秸秆在堆肥前后红外光谱的变化，得出秸秆分子结构的变化。将待测样品用水冲洗干净，置于60℃干燥箱中烘干，然后磨成粉，过100目筛，然后通过VERTEX80红外光谱仪进行测定分析。

3结果分析与讨论3.1固态发酵实验的结果与分析3.1.1固态试验含水率变化分别在第0、1、2、3、6、8、11、15天取样，测定固态体系中秸秆粉的含水率，测定结果如图4。从图可以看出，在发酵过程中，随着堆料温度上升，各组含水率因大量蒸发而快速下降。物料的含水率影响堆肥温度的变化，在堆肥中起着一种“热量调节剂”作用进而影响堆肥微生物的活动，所有组合的含水率均呈现下降的趋势，在第11天之后趋于稳定，其中组3堆体水分下降最快，是因为组3所添菌剂作用于物料时其微生物活动比其他处理剧烈，产生大量热，蒸发作用增强，使堆体水分减少。图4固态发酵试验含水率变化3.1.2固态试验总有机碳的变化在堆肥过程中，堆体中的有机物质是微生物赖以生存和繁殖的重要因素，在高温下，有机物质被好氧微生物不断分解，因此，堆肥实际上也是一个有机碳含量减少的过程，因此总有机碳的变化能在一定程度上反映出堆肥的进程。分别在第0、4、8、12、16天取样，测定固态体系中秸秆粉的总有机碳含量，测定结果如图5所示。从图中可以看出，所有组合的有机碳变化均呈现下降的趋势，表现为组4>组3>组2>组1＞空白。表明微生物种类越多，堆体有机质含量降低越快。图5固态发酵试验总有机碳变化3.1.3固态试验总氮的变化氮是构成蛋白质、核酸、氨基酸、酶等细胞生长必需物质的重要元素。堆肥过程中通过微生物作用可导致氮素的转化，并可决定最终堆肥产品的腐熟度。堆肥过程中氮素的转化与臭气、肥效和氮营养素损失有关。通常随着堆肥时间的延长，有机物质的分解，氮素有一定的损失，这主要是由于堆肥过程中有机氮的矿化、持续性氨的挥发以及硝态氮的可能反硝化造成。分别在第0、4、8、16、20天取样，测定固态体系中秸秆粉的总氮含量，测定结果如图6所示。从图中可以看出，总氮的变化呈现先下降后上升的趋势，所有组合在堆肥后总氮含量增加。说明在堆肥过程中有机质不断分解成CO2和H2O而散失，总干物质的下降幅度远远大于NH3挥发所引起的下降幅度，最终使得干物质中的总氮含量相对增加。通过显著性分析可知，组4和其他组相比差异显著或极显著，且其总氮含量较其他处理高，因此组4混合堆肥最佳。图6固态发酵试验总氮变化3.1.4固态试验总磷的变化秸秆中的磷主要以有机态形式为主，随着堆肥反应的进行，一方面有机物质逐渐被分解，使磷的形态由难溶磷转变为植物较易吸收的形态；另一方面，发酵的实质是腐殖化的过程，一部分磷也可以转变成为较稳定的富里酸态磷和更加稳定的胡敏酸态磷，从而更利于植物的吸收。分别在第0、4、8、12、16天取样，测定固态体系中秸秆粉的总磷含量变化，测定结果如图7所示。从图中可以看出，总磷的变化呈现缓慢上升的趋势。添加不同微生物菌剂与对照相比，前者的增幅较后者大。图7固态发酵试验总磷变化3.1.5固态试验pH值的变化分别在第0、1、2、4、6、8、10、12、16、18、20天取样，测固态体系的pH值，测定结果如图3-5所示。从图中可以看出，各组pH值变化呈先升高后下降的趋势。堆制开始，微生物迅速分解堆料中蛋白质等有机物产生大量的NH4+-N，导致pH升高，组4的pH增幅最大，说明其微生物活动剧烈且数量多；堆制中期，组4的pH值一直下降，是因为处理4的微生物活性强，产生大量有机酸引起pH降低，说明其发酵起温快、腐熟时间最短，能有效促进有机物料的腐熟；在堆肥后期，随着蛋白质有机物的彻底降解，NH4+-N在硝化细菌的作用下转化为硝态氮以及微生物代谢产生酸促使pH值的降低，pH的变化呈现先上升后下降的趋势。图8固态发酵试验pH变化3.1.6小结本试验通过测定固态体系的含水率、总有机质、总氮、总磷和pH值的变化反应秸秆粉的腐熟程度和秸秆的降解程度。试验证明，添加微生物菌剂的实验组相对空白对照组来说，各指标变化幅度明显更大。其中四个组合中，组合4的变化最为明显，这说明复合微生物菌剂中，添加微生物的种类越多，微生物发挥的作用越大，效果越明显。3.2微生物菌剂应用于禽畜粪便堆肥的结果与分析3.2.1堆肥过程中温度的变化堆料温度是微生物活动的标志，是堆肥顺利进行的重要因素，其影响微生物的生长，温度的高低反映堆体中微生物的活性变化，堆肥腐熟的快慢，也是堆肥无害化和腐熟程度的重要条件。[[][]王岩,李玉红.添加微生物菌剂对牛粪高温堆肥腐熟的影响[J].农业工程学报,2006,22（10）:220-223.由图9可知，整个堆肥腐熟需要的时间大约为20天左右，三组堆体的温度普遍经历了先上升后下降的趋势两个阶段的变化：高温快速分解阶段和降温熟化阶段，温度变化范围在23-50℃之间，在10天左右达到最高温，可以看出添加自制微生物菌剂的堆体的升温优势明显，其达到最高温（50℃）所需时间最短且温度最高，随之是添加市场购买菌剂的堆体（45℃），空白对照堆体的发酵效果则最差，耗时最长且温度最低只有40℃。由此可见，微生物菌剂的添加量对堆肥升温的过程有显著影响，一定范围内微生物菌剂越多，升温越快，更易实现较高温度，接种的自制微生物菌剂可以有效地增强了微生物好氧代谢的作用效率，促进堆体的发酵腐熟，能够快速提高堆体的温度，可以提高堆体的最高温度，延长高温期的持续时间。图9堆肥过程中温度的变化3.2.2堆肥过程中含水率的变化堆肥发酵过程中一方面由于微生物代谢分解作用会产生水，另一方面发酵产生的热量会蒸发带走大量的水分，这两方面都会导致堆体含水率的变化。而微生物对堆料有机质的分解作用离不开水分的参与，水分过少，微生物代谢缓慢甚至停滞，水分过多，堆体通气不良，不利于微生物好氧活动，同样不利于堆肥发酵的进行。因此，保持适宜的含水量是堆肥成功的重要条件。由图10可以看出，水分呈现出不断降低的趋势，这是由于在堆肥开始温度较低，水分散失较慢，但是由于通风的原因，部分水分散失；随着堆肥的进行，温度不升高，水分散失较快，但是由于微生物新陈代谢会产生水分，因此水分下降趋势平缓，但总体趋于不断下降的趋势。其中，添加自制微生物菌剂的堆体水分降低速率最大，最终含水率降低至35%左右。这说明，添加微生物菌剂的堆体中，微生物生长状况最好，温度升高的最高，呼吸作用最好。图10堆肥过程中含水率的变化3.2.3堆肥过程中pH值的变化微生物的生长对pH的要求比较高，适合的酸碱环境有利于微生物的生长，同时，pH的变化情况可以有效地反映微生物对有机物分解的情况。研究表明，适宜微生物生长的pH在6.0-8.5之间。[[][]李家祥,黄川,以玉米秸秆为基质的猪粪堆肥及资源化研究[C],重庆大学,2012.由图11可以看出，三组堆体的pH变化均呈现先增长后下降的趋势，pH都始终维持在8~9的微碱性环境，是微生物代谢活动适宜范围，有益于堆肥发酵的进行。在第0-7天内，pH不断升高，这是因为此阶段微生物的生命活动旺盛，活动剧烈，对有机氮的矿化分解能力强，产生大量的NH4+-N而引起的pH值的显著增高，添加自制微生物菌剂的堆体pH变化幅度最大，最大值可达9.2左右。在第10天左右，微生物活动产生的大量有机酸及硝化作用产生硝态氮而导致pH值的降低，最小值可达8.3左右，这说明，此堆体中微生物的活性最大，产生的氨气最多，达到的腐熟程度最大。图11堆肥过程中pH的变化3.2.4堆肥过程中总有机碳的变化有机质是微生物活动和代谢的能量来源，其一部分别微生物分解成CO2和H2O，释放出能量被微生物所利用，而另外一部分则以稳定的有机质形式存在于物料中，[[]张建华[]张建华,田光明,姚静华等.不同调理剂对猪粪好氧堆肥效果的影响[J].水土保持学报学报,2012,26（3）:131-135.由图12可以看出，在堆肥过程中总有机碳的含量呈现总体下降变化趋势。且在堆肥初期，总有机碳含量下降幅度最大，之后随着堆肥的进行，堆体中的有机质不断被微生物分解利用，总有机碳含量缓慢下降。在5-10天内，总碳下降最快，，堆肥后期相对较慢。这是由于前期堆体温度逐步攀升，在此过程中微生物大量繁殖，并通过产生胞外酶作用于大分子有机物质，使其降解为小分子物质，进而被微生物吸收利用，有效提高了有机质的降解效率。通过比较3个处理可以看出，添加自制菌剂的堆体的有机质降解率最高，主要原因是其中初始有机质含量高，堆体质地疏松，通透性良好，微生物好氧降解效率高，所以腐熟程度最大。图12堆肥过程中总有机碳的变化3.2.5堆肥过程中总氮的变化堆肥过程中总氮的变化如图13所示，三个堆体的总氮含量都呈现总体下降的趋势。从图中可以看出，在堆肥前期氮素大量损失，总氮含量下降迅速，这是因为一方面微生物降解有机质生成了C02和H2O散失掉，另一方面有机氮大量分解产生NH3在碱性堆体环境中挥发损失。氮的损失量对堆肥产品的品质有着至关重要的影响，在堆肥进程中应尽可能地减少氮素的损失，提高产品的氮营养含量。图13堆肥过程中总氮的变化3.2.6堆肥过程中总磷的变化在堆肥过程中，P为比较稳定的营养成分，其绝对含量在发酵过程中通常不会随着发酵的进行出现明显的变化，因此总磷的含量增加是指相对含量的增加磷元素，也是堆肥产品营养价值的重要指标。堆肥过程中，堆体中解磷菌等微生物的新陈代谢作用，将难溶性的矿物质转化为可溶性的磷盐，使得堆体中磷元素量增加。由图14可以看出，三组堆体磷元素的含量均呈现增长的趋势。添加不同微生物菌剂与对照相比，前者的增幅较后者大其中且总磷含量最高，是因为添加自制微生物菌剂的堆体中微生物活性最为旺盛。图14堆肥过程中总磷的变化3.2.7堆肥过程中种子发芽率GI的变化用生物学方法测定堆肥的植物毒性是检验堆肥腐熟度的有效方法[[]Weishi,Jeanette.M.N,Bruce.E.M.Effectsofaerationandmoistureduringwindrowcompostingonthenitrogenfertilizervaluesofdairywastecomposts[J].AppliedSoilEcology,1999（11）:17-28.]，种子发芽指数(GI)是判断堆肥的植物生物毒性和腐熟度的重要参数。[[]Tiquia.S.M,Tam.N.F.Y.Compostingofspentpiglitterinturnedandforced-aeratedpiles[J].EnvironmentalPollution,1998,99:329-337.]研究表明，当GI＞[]Weishi,Jeanette.M.N,Bruce.E.M.Effectsofaerationandmoistureduringwindrowcompostingonthenitrogenfertilizervaluesofdairywastecomposts[J].AppliedSoilEcology,1999（11）:17-28.[]Tiquia.S.M,Tam.N.F.Y.Compostingofspentpiglitterinturnedandforced-aeratedpiles[J].EnvironmentalPollution,1998,99:329-337.由图15可以看出，三组堆体的GI均呈现增加的趋势，即对种子发芽抑制作用逐渐减弱。其中，添加自制微生物菌剂的实验组中，GI的增长幅度最大，这说明此组堆体的腐熟度最好，植物毒性最小。但是，由于实验室堆肥装置体积较小，保温措施有待于进一步改善，三组堆体的GI值均未达到80%，也就是都没有完全腐熟。但实验组GI最终为52%左右，说明植物毒性已达到较低的水平。图15堆肥过程中种子发芽率的变化3.2.8堆肥过程中纤维素酶活的变化堆肥过程中，堆体中的微生物系统不断将复杂的有机物分解成为简单的有机物和无机物，而此过程是微生物不断分泌水解酶的过程。其中，纤维素酶是水解酶的一种，可以将复杂的纤维素水解成为二糖，进一步分解成为单分子的葡萄糖。因此，可以通过测定堆体中纤维素酶活来反应堆体中纤维素的变化情况。由图16可以看出，三组堆体的纤维素酶活均呈现先增加后降低的趋势。纤维素酶活均在第10天左右达到最大值，其中，添加自制微生物菌剂的实验组的最大值最高，说明实验组堆体中微生物降解纤维素的活性最大，效果最好。图16堆肥过程中纤维素酶活的变化3.2.9秸秆处理前后红外光谱分析结果秸秆的主要组成成分有纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质和脂肪等组成，其各成分都有特定的官能团结构，形成各自的特征谱图，因此可以通过红外光谱分析仪得出秸秆各成分的特征谱图的变化，从而可以分析各成分被降解的情况。图17秸秆的红外光谱图表7秸秆的红外光谱解析波数/cm-1强度谱峰归属3430-3427强醇和酚分子中的-OH宽峰伸缩振动2922中等-CH3和-CH2的C-H对称或反对称伸缩振动1652-1635较强有机酸-COO-反对称伸缩振动木质素与芳香环相连的C=O伸缩振动1324中等纤维素C-H振动峰和丁香基衍生物中C-O振动峰1057较强纤维素和半纤维素的C-O伸展峰无定形SiO2等的O-Si-O伸缩振动610较弱单取代芳环的面外振动结果分析：本实验对秸秆各样品在4000-400cm-1波段范围内进行红外光谱分析，分析谱图如图17。将4000―1500cm-1特征频率区的一些主要基团以及小于1500cm-1的指纹区的一些主要基团和相应地光谱解析在表7中列出。由图可以看出，空白样品即未经堆肥处理的秸秆在波段3430cm-1处谱带强度较大，而堆肥样品中此处谱带强度减弱，说明秸秆中醇或酚分子中的羟基明显减少，其中添加自制菌剂的实验组变化最大；2930cm-1波峰没有明显变化，说明部分甲基或亚甲基未被降解或改变；谱峰在1652cm-1处增强，说明秸秆中的C-OH部分被氧化成羧酸和酮，底物中的羧酸和酮类物质增加；谱峰在1324cm-1处有所增强，说明随着秸秆被降解，木质素中的环状结构被裂解成链状化合物，从而碳水化合物中的-OH的变形振动增强；1057cm-1处谱峰变宽，说明秸秆中聚合态硅发生变化，无定形SiO2等的含量略有增加；610cm1处谱峰强度无明显变化。3.2.10堆料物理性状分析堆肥开始时，堆料颜色较浅，臭味较大。随着堆肥的进行，秸秆颜色开始发生变化，逐渐由黄色变为褐色，最终有部分秸秆变成黑色，完全腐熟，其中添加自制菌剂的实验组最为明显；粪便的颜色也由黄褐色逐渐变深；臭味逐渐减少最终堆体的气味大致为土壤的味道，其中添加自制菌剂的实验组味道最浅；随着堆肥的进行，堆体表面会形成大量的白色或灰色菌丝，且呈群落状生长，说明堆体环境允许大量微生物的生长。如图所示，添加自制菌剂的实验组堆体的表面，微生物生长的最多，粒度最小。 图18空白组图20自制菌剂组图图20自制菌剂组图19市场菌剂组3.2.11小结本实验通过对秸秆和粪便在处理前后的各种成分以及物理性状的测定分析，得出堆肥可以使得秸秆和粪便中不易降解的大分子物质，降解为小分子物质的结论，这是因为在堆体中，各种微生物的共同作用，在适宜的环境中，发生新陈代谢作用，不断降解大分子的有机物和无机物，增加了堆肥的营养价值。特别地，堆体中微生物的种类越多，作用效果越好，因此，添加自制微生物菌剂的试验组，在各种指标的测定中占据优势。

4结论本实验对微生物菌剂在粪便与秸秆混合堆肥中的的应用性进行了研究，结果如下：（1）为了进一步筛选堆肥中会用到的效果较好的微生物和堆肥过程中需要测定指标的变化趋势和范围，首先进行了实验室固态发酵试验。结果表明，添加了微生物种类最多的组合4测得的各项指标最好，分别为：含水率降低了35%、总碳降低了、总有机碳含量降低了130g·kg-1，总氮含量提高了0.4g·kg-1，总磷含量提高了0.103g·kg-1等。（2）模拟室外堆肥环境，自行设计实验室堆肥装置。实验表明，添加自制微生物菌剂的实验组，测定的各项指标最好，分别为温度最高升至49℃，含水率降低了30%，总有机碳降低了55g·kg-1，总氮提高了1.80.4g·kg-1，总磷含量提高了0.2g·kg-1等，均比空白组和市场菌剂组效果好。但是，由于堆体较小以及其他保温、通风和翻堆等问题，限制了小型堆肥装置作用的发挥，有待于进一步发明和改进（3）本实验最终的堆肥产品中，含水率在35%，总养分（N、P、K）达到5.9%，pH为8,3左右，基本可以达到国家复合微生物肥料的产品标准。表8复合微生物肥料产品技术指标项目颗粒总养分（N+P+K）,%≥6.0水分，%≤20.0pH5.8-8.0

致谢本论文是在南京林业大学化学工程学院学院环境工程专业乔维川老师的悉心指导下完成的。乔老师作为一名优秀的、经验丰富的教师，具有丰富的理论知识和实践经验，在整个论文实验和论文写作过程中，对我进行了耐心的指导和帮助，提出严格要求，引导我不断开阔思路，为我答疑解惑，鼓励我大胆创新，使我在这一段宝贵的时光中，既增长了知识、开阔了视野、锻炼了心态，又培养了良好的实验习惯和科研精神。在此，我向我的指导老师表示最诚挚的谢意！ 在论文即将完成之际，我的心情久久无法平静，从开始选题到顺利论文完成，感谢我的老师、师兄师姐和同学给予我的帮助。在实验及论文过程中我曾经向老师们和同学们请教过不少的问题，老师们的热情解答和同学们