摘要：简述了我国农业废弃物堆肥处理中的常用微生物，堆肥处理技术，以及微生物在农业废弃物堆肥中的应用，并对农业废弃物堆肥应用中存在的问题进行探讨和展望，针对我国农业废弃物资源化利用的发展趋势提出一些建议和方向。
关键词：微生物；农业废弃物；堆肥；生物因子；研究进展
农业废弃物在我国不仅年产量大，而且种类繁多，主要包括农业生产、农产品加工、畜禽养殖业和农村居民生活排放的废弃物，其中农业生产秸秆和畜禽业养殖粪便年产量分别在9亿t和38亿t左右，这些都属于可再生资源，综合利用价值非常高。农业废弃物中含有大量的有机质，丰富的氮、磷、钾和微量元素，是非常好的有机肥原料［1］，通过资源化处理，不仅能促进资源的循环利用，同时也能减少环境污染。农业废弃物肥料化与直接还田或用作燃料相比，是农业废弃物减量化和资源化更为经济有效的方式之一。
1降解腐熟农业废弃物的主要微生物
农业废弃物的腐熟降解是由微生物作用发生的，有资料表明可高效降解农业废弃物的菌种高达上百种，主要包括纤维素降解菌、半纤维素降解菌和木质素降解菌。决定腐熟农业废弃物高效降解的关键在于纤维素降解菌、半纤维素降解菌和木质素降解菌的配比［11］。
1.1降解木质素的主要微生物
木质素是农业废弃物中最难降解的部分，堆肥想要达到高效的腐熟效果，就只有先将木质素降解。目前在降解木质素中研究较多的是放线菌，主要包括链霉菌、节杆菌、小单孢菌等。降解木质素的真菌分成软腐真菌、褐腐真菌和白腐真菌三大类，主要是根据分解部位的不同。软腐真菌主要是由子囊菌和半知菌组成，在潮湿条件下对废弃物表面进行分解。褐腐真菌优先攻击软木，是一组担子菌。白腐真菌中担子菌占多数，子囊菌和半知菌占少量。白腐真菌在适宜的条件下，菌丝通过溶解表面的蜡质，再进入废弃物内部，产生纤维素酶、半纤维素酶、内切聚糖酶、外切聚糖酶，将废弃物中木质素和纤维素转化成CO2和H2O。黄孢原毛平革菌是白腐真菌的一种，因具有较强的降解能力而深受重视［11］。
1.2降解纤维素的主要微生物
纤维素降解菌是指能产生纤维素酶的微生物。真菌是自然界中分解纤维素的主要力量，常见的有绿霉属中的里氏木霉和哈茨木霉、曲霉属中的烟曲霉和米曲霉、青霉属中的部分菌株，以及大型真菌中日常食用的草菇、香菇等［11］。
1.3降解半纤维素的主要微生物
半纤维素是纤维素与木质素结合的必要粘合剂，只有通过降解半纤维素才能降解木质素，真菌中降解半纤维素的菌种主要有木素木霉、拟康氏木霉、黑曲霉、亮白曲霉、扩张青霉、特异青霉等，它们不仅能分解纤维素，同时能有效的降解半纤维素。
2农业废弃物堆肥处理技术分析
2.1处理技术原理
农业废弃物堆肥主要是在农业废弃物中添加微生物进行堆沤，分解成有机肥，堆肥根据氧气情况可以分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种方式，其中好氧堆肥需要在良好的通风条件下，好氧微生物才能进行活动从而促进有机物进行降解，堆肥温度最高能达到80~90℃，因此也称为高温堆肥；厌氧堆肥主要分为液化、产酸和产甲烷3个阶段，3个阶段相互作用，共同维持动态平衡。好氧堆肥和厌氧堆肥，都是微生物的活动促使有机质进行降解，从而推动完成农业废弃物的腐熟过程，说明微生物在农业废弃物堆肥处理中起主导作用。
2.2影响堆肥效果的主要因素
2.2.1供氧氧气是影响堆肥品质的重要因素。在氧气足够的情况下，有机质分解加速，堆肥时间缩短，堆肥效率提高，堆肥温度升高以及恶臭气体的排出量减少。当氧气浓度低于10%时，好氧微生物分解消化过程就会停止，堆肥时间延长，堆肥效率降低，有机肥品质下降，因此必须保证氧气充足。
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2.2.2含水率水既可以维持微生物生长代谢活动，同时也是生化反应的介质，因此，堆肥的发酵速度和腐熟程度受含水率的直接影响。适宜的水分能够有效提升堆肥效率和品质。研究表明，含水率最适宜的范围应控制在50%~60%。当含水率大于70%时，会很大程度影响堆肥温度以及分解速度，透气性下降，好氧菌的生长受到抑制，同时也会产生恶臭气体；当含水率低于40%时，好氧微生物得不到水分，造成微生物生存困难，有机物的降解减缓［14］。
2.2.3有机物含量有机物是微生物生存和繁殖的载体。有研究表明，堆料中有机物的适宜含量应控制在50%~80%，如果有机物含量过低，会严重影响微生物的生存和繁殖，同时微生物活性降低，堆肥效率、肥料的品质和使用价值也会降低；如果有机物含量过高，供氧量受到影响，好氧菌生长代谢缓慢，有机物的降解速度相应也会降低，影响堆肥效果［5］。
2.2.4碳氮比微生物利用碳源作为能源，将其分解转化成为二氧化碳和腐殖质；而微生物的主要营养物质则为氮源，通过氮气消散或变成硝酸盐和亚硝酸盐。因此，碳氮比在堆肥过程中是一个重要的影响因素，碳氮比的适宜范围应控制在4~30∶1，在这种情况下微生物能够很好的生长，有机物的降解速度也会提升，如果碳氮比偏离正常范围，可以通过添加含氮或者含碳的物料进行调节［15］。
2.2.5pH值pH值的大小主要是通过影响微生物的生长来影响有机质降解［16］。在适宜的pH值范围内微生物能够有效的发挥降解作用，pH值过高或过低都会影响堆肥效率的提高。研究表明，堆肥化处理最佳pH值范围应控制在3~12。堆肥初期pH值偏低会抑制堆肥反应，当pH值为8时堆肥效率最高，堆肥时间缩短，有效避免恶臭问题［17］。
3微生物在农业废弃物堆肥中的应用
通过先进工程技术提高农业废弃物利用价值，如肥料化、饲料化、能源化、基质化及工业原料化，使技术向机械化、无害化、资源化、高效化、综合化发展，产品向廉价化、商品化、高质化、多样化和多功能化靠拢，以达到物尽其用、变废为宝、消除污染、改善农村生态环境、促进农业可持续发展、高效利用废弃物的目标［17］。
3.1微生物在植物类废弃物堆肥中的应用
孙旭等［18］研究发现有机肥发酵剂、堆肥腐熟剂及EM菌剂均能促进玉米秸秆提前腐熟，缩短进程，研究表明决定腐熟效果的关键因素是腐熟剂菌种组成，可以通过添加适宜的腐熟剂促进腐熟，减少腐熟时间。在植物类废弃物堆体中添加微生物已经得到了广泛应用，通过添加微生物堆体能够迅速升温，堆肥时间缩短，有机肥质量得到提高，是一种具有推广应用前景的植物类废弃物循环利用方式。
3.2微生物在动物类废弃物堆肥中的应用
有资料显示［27］，添加合适的微生物腐熟剂到畜禽粪便中，堆肥的腐熟进程得以加快，有机肥质量有效地提高。张书敏等［32］研究了低温复合菌系对玉米秸秆与牛粪堆肥的影响，结果表明低温复合菌系能够促使堆体温度快速升高，堆肥周期明显缩短，堆肥腐熟进程加快。微生物在动物类废弃物堆肥中同样能够起到促进堆体腐熟，提高有机肥的品质。
3.3微生物在农产品加工和农民生活类废弃物堆肥中的应用
李九龙等［48］研究了发酵菌剂对玉米芯与菇渣混合物堆肥发酵的影响，结果发现在玉米芯和菇渣混合堆肥中添加外源微生物菌剂可以形成理化性质均良好的有机肥。农业废弃物堆肥化具有悠久的历史，通过堆肥能够有效的杀灭废弃物中的致病菌，同时也能够将农业废弃物变成易于处理的物料，创造出有价值的有机肥。
4展望
通过农业废物堆肥化处理技术，能够实现农业废物的环保、健康和高效的处理手段。堆肥过程中通过添加微生物能够提高效率，促进代谢，去除有害物质，形成有机肥。但仍有几个问题需要进一步探讨：（1）目前在农业废弃物循环利用方面主要集中在研究接种对堆肥参数的影响，很少研究微生物代谢活动以及群体结构，堆肥是由微生物来完成的，微生物的代谢以及能量变化应该作为重点研究对象；（2）复合菌剂的堆肥降解效果显著优于单一菌种的，是目前应用较多的菌种添加方式，由于复合菌剂是由多种微生物组成，要想堆肥效果达到最佳，菌种配比显得至关重要；（3）为了使添加的微生物不会与土著微生物构成竞争关系，影响堆肥效果，急需开发出能够与土著微生物形成协同关系的菌剂，提高农业废弃物降解速率；（4）由于微生物代谢产生氨气，氮素会有损失，影响肥效，筛选出高效的固氮菌也是关键问题。
论文作者:刘训谦
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：堆肥论文; 废弃物论文; 微生物论文; 农业论文; 纤维素论文; 真菌论文; 木质素论文; 《基层建设》2019年第32期论文;