[01148803]猪粪堆肥高效除臭微生物菌群及作用机制研究

① 课题来源与背景： “猪粪堆肥高效除臭微生物菌群及作用机制研究（项目编号：18JR3RA181）”是科技厅与2018年批准的甘肃省青年科技基金项目,项目由甘肃农业大学主持,预算经费为3.0万元,全部为省专项经费。研究起止时间为：2018年08月-2020年08月。 ② 研究目的及意义： 近年来,养猪业集约化生产导致粪污大量产生,猪粪恶臭带来严重的环境污染。物理除臭法和化学除臭法具有操作简单、起效快等优点,是国内外应用较成熟技术,但处理成本较高,易对环境造成二次污染。微生物除臭法安全性好、降解底物范围广、除臭效果较持久,符合绿色、经济和可持续发展的原则,应是研究的热点。本研究从新鲜猪粪及养殖场周围土壤中筛选组配高效除臭菌群,并应用于猪粪堆肥除臭,探讨其除臭作用效果。进一步利用高通量测序技术,分析应用除臭菌群后,堆肥不同阶段微生物群落结构变化规律,结合与堆肥发酵理化性质参数间的相关性分析,阐明微生物作用机制。研究成果将为西北地区猪粪恶臭污染治理提供新方法,为堆肥恶臭产生的定向控制提供科学依据。 ③ 主要论点与论据： （1）通过分离得到纤维素降解细菌21株、真菌12株、放线菌9株。进一步通过初选、复选、鉴定后,筛选得到具有良好纤维素降解性能的2株高温（50℃）纤维素降解菌,伯氏短杆菌（Brevibacillus borstelensis）细菌X-1,枝孢菌属（Cladosporium sp.）真菌Z-3。X-1和Z-3在7d时对滤纸条的降解率分别为16.37%和18.86%。 （2）在50℃下筛选得到1个降解率较好的菌群Cel3,在7d时能够将滤纸条完全崩解,滤纸条降解率为72.82%,该菌群以变形菌门（Proteobacteria）（66.94%）为细菌优势类群,群子囊菌门（Ascomycota）（64.07%）为真菌优势类群;在属水平中假单胞菌属（Pseudomonas）（64.76%）为细菌优势类群。被孢霉属（Mortierella）（3.36%）为真菌优势类群。 （3）筛选出除氨和脱硫效果较好的菌群各一个：C35NH3和SHTC1。C35NH3以厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势类群;SHTC1以厚壁菌门（Firmicutes）为优势类群。 （4）接种复合菌群M（Ta）,接种于猪粪堆肥（Ta）和添加10%生物炭的猪粪堆肥（Tb）发酵,和未添加生物炭和菌剂的对照（CK）比较,结果表明：Ta和Tb在堆肥过程中对NH3的去除率最高分别可达到71.60%和87.42%,对H2S的去除率最高为67%和76.47%;达到堆肥无害化标准要求（大于50℃）时间缩短了3d和4d。 （5）接种复合菌群M（Ta）,接种于猪粪堆肥（Ta）和添加10%生物炭的猪粪堆肥（Tb）发酵,和未添加生物炭和菌剂的对照（CK）比较,添加菌剂和生物炭均能够提高堆肥中的细菌群落的物种丰度和物种多样性,且Tb对堆肥中细菌群落丰度和多样性的提升效果较Ta的效果好。从菌群落组成上看,在门水平上变化不大,在属水平上不同的堆肥时期内细菌群落存在着明显的演替。且在不同的处理下,堆肥前期和后期阶段内细菌群落结构变化较小,各处理群落组成相近,在高温期群落结构变化显著,且Ta和Tb与对照组的差异显著。 ④ 创见与创新： 本研究通过筛选、培养和分离纤维素降解菌株（群）、除氨和脱硫菌株（群）,并构建高效复合微生物菌群,联合生物炭添加,应用于实验室规模装置的猪粪堆肥除臭,发现对高效除臭菌剂具有较好的除臭效果,NH3的去除率最高可达到71.60%,对H2S的去除率最高为67%,进一步揭示了其微生态调控的作用机理。本研究提高了猪粪恶臭污染治理的复合微生物菌剂,为中试实验奠定了基础,同时为堆肥恶臭产生的定向控制提供科学依据。 ⑤ 社会经济效益,存在的问题： 本项目构建的高效复合菌群能够解决堆肥周期长、降解率低等问题,并且能够调整微生物菌群结构、加快堆肥腐熟、抑制氨气的释放减少氮素的损失、增加肥效。除臭菌群制备的成本低,筛选的复合菌群应用于堆肥发酵后,其腐熟产品用到农田可减少化肥的使用量、改良土壤、提高粮食的产量、减少种植成本、提高经济效益。为猪粪除臭及资源化利用堆肥技术提供了支撑。 ⑥ 历年获奖情况：无 ⑦ 成果简介要向社会公开,请不要填写商业秘密内容：成果以发表论文和申请专利的形式已向社会公开且未涉及商业秘密内容。