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2 好氧堆肥过程中主要微生物类群及其演替

堆肥过程是微生物一个由微生物主导的生化反应过程，在每个阶段都有特定的机固微生物类群，在这些不同类群和不同功能微生物的废堆肥中协同作用下，有机废弃物逐渐转化为腐熟的用应用有机肥料。参与堆肥过程的微生物主要微生物种类是细菌、放线菌以及真菌，机固早期基于传统微生物学方法的废堆肥中研究结果揭示，在整个堆肥微生物群落中，用应用细菌占主导地位，微生物数量约为 108~109 个/g 干物料，机固主要分布在假单胞菌属(Pseudomonas)、废堆肥中克雷伯氏菌属(Klebsiella)和芽孢杆菌属(Bacillus)；放线菌数量约为 105~108 个/g 干物料，用应用主要分布在诺卡菌属(Nocardia)、微生物链霉菌属(Streptomyces)、机固高温放线菌属(Thermoactinomyces)和小单孢菌属(Micromonospora)；真菌数量约为 104~106 个/g 干物料，废堆肥中主要为地霉属(Ceotruchum)、曲霉属(Aspergillus)等子囊菌门与担子菌门下的真菌类群]。堆肥过程中微生物群落的演替规律可以概括为：嗜温性细菌、真菌→纤维素分解菌(嗜热性细菌、真菌、放线菌)→纤维素分解菌(嗜热性细菌、放线菌)→木质素分解菌(放线菌等)。然而，由于可培养微生物仅占自然界微生物总量的 0.1%~10%，早期的研究结果并不能准确反映堆肥过程中微生物群落的组成与演替规律。

近年来，分子生态学技术得到迅猛发展，高通量测序手段被广泛应用于堆肥等不同环境微生物群落的研究中，极大扩展了人们对堆肥过程中微生物群落组成与演替规律的认识。表1 和表 2 总结了近年来应用高通量测序技术所揭示的堆肥过程中细菌和真菌群落组成和演替特征，列出了堆肥各阶段主要的微生物类群。从表 1 和表 2 中可以看出，不同堆肥发酵阶段微生物组成不同，而且堆体内微生物的组成受原料影响。例如，以牛粪为原料的堆肥，升温阶段的微生物主要包括假单胞菌属(Pseudomonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)、佩特里单胞菌属(Petrimonas)等细菌类群以及念珠菌属(Candida)等真菌类群；高温阶段的微生物主要包括耐热芽孢杆菌属(Thermobacillus)、八叠球菌属(Tepidimicrobium)等细菌类群以及嗜热真菌属(Thermomyces)、曲霉属(Aspergillus)等真菌类群；降温及腐熟阶段的微生物主要包括假单胞(Pseudomonas)、类固醇杆菌(Steroidobacter)等细菌以及子囊菌等真菌；而以鸡粪为原料的堆肥，升温阶段的微生物包括拟杆菌属(Bacteroides)等细菌类群以及念珠菌属(Candida)等真菌类群；高温阶段的微生物主要包括一些可产生芽孢的细菌类群以及念珠菌属(Candida)等真菌类群；降温及腐熟阶段的微生物主要包括极小单胞菌属(Pusillimonas)等细菌类群以及念珠菌属(Candida)等真菌类群。除了原料的影响，这些结果也可能会受实验环境、取样时间、DNA 提取技术的影响，无论这些结果是否能够反映真实情况，它们还是加深了人们对堆肥过程中微生物组成与动态的了解。然而对于各种微生物在堆肥中具体作用的深入研究较少，因此，深入了解堆肥各阶段微生物类群的组成、演替规律和功能，有助于提升微生物添
加剂与土著微生物的协同作用，改善微生物的添加效果，促进新型微生物添加剂的研发。

3 微生物添加剂在好氧堆肥过程中的作用与应用

传统的堆肥腐熟过程是一个由堆体内自然微生物组参与的生理生化过程。通过添加外源微生物能够增加堆肥初期微生物群体数量并改善群体结构，从而加速有机物的分解，加速堆体温度的提升，缩短堆肥时间。同时，外源微生物添加所引起的堆体内微生物组结构的改变也会对堆体内微生物代谢产生影响，从而提高堆肥产品的质量。因此，微生物添加剂的使用越来越受到人们的重视，近年来国内外相关的研究也取得了较大进展，主要体现在用于好氧堆肥添加的微生物种类更加丰富、功能更加明确多样、添加条件和方式进一步改进。

3.1 微生物添加剂的种类和来源
微生物添加剂可以由单一菌种构成，也可以由数种不同的微生物组成复合菌剂。目前常用于堆肥添加的微生物类群包括芽孢杆菌属(Bacillus)、乳酸杆菌属(Lactobac illus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、链霉菌属(Streptomyces)、曲霉属(Aspergillus)、木霉属(Trichoderma)以及白腐菌(white-rot fungi)等[。这些微生物可以是从堆肥堆体中分离的土著微生物，也可以是购买的商业菌剂或从特定生境中分离得到的具有较高生物活性的微生物。作为堆肥用的微生物添加剂，在我国进入市场前需要获得农业农村部的微生物肥料登记证。微生物菌种的选择首先要考虑生态安全性，需经过菌种安全评价或根据微生物肥料生物安全通用技术准则(NY/T 1109-2017)中微生物肥料生产用菌种安全性分级目录的要求选用。目前，该目录将微生物肥料生产用菌种按安全性分为四级：第一级是免做毒理学试验的菌种；第二级是需做急性经口毒性试验的菌种；第三级是需做致病性试验的菌种；第四级是禁用菌种。其中，第一级共 93 种微生物，包含根瘤菌类 18 种、固氮微生物 7 种、光合微生物 12 种、分解磷钾化合物细菌类 20 种、乳酸菌类 14 种、酵母菌类 17 种、丛枝菌根真菌类2 种以及放线菌类 3 种。另外，不同的菌种制品各有其特点，应该根据有机物类型与特点、堆肥产品的用途选用合适的微生物菌种。

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