一種難培養微生物菌群結構調控的堆肥方法與流程
2023-04-28 18:37:51 1
本發明涉及一種堆肥的方法。
背景技術：
隨著社會的進步與發展，人類在生產和生活中產生的有機固體廢棄物的數量與日俱增。其中主要的有機固體廢棄物包括農作物秸稈、畜禽糞便以及生活垃圾等。現階段對於有機固體廢棄物的處理方式主要為衛生填埋、焚燒與堆肥。
好氧堆肥是實現有機固體廢棄物資源化、無害化處理的最為有效方法。好氧堆肥的實質主要是利用群落結構快速演替的微生物群體協同作用於堆肥基質，通過微生物群體的生理生化進程處理有機固體廢棄物。堆體內的微生物菌落對於堆體的腐熟速度和固體廢物的降解有著直接的影響；所以，能夠合理的利用微生物菌群演替規律，更好的調控群落結構便可以促進堆體的腐熟速度、生物強化堆肥技術效果，提高堆肥品質。
微生物的傳統分析方法是通過分離純化培養的方法了解微生物的多樣性和種群結構，然後才能確定影響微生物規律性演替和結構變化的主要環境影響因素。但是堆肥過程中大多數微生物是不可培養的細菌以及一些對培養條件要求嚴格的細菌，可培養的微生物僅佔微生物總量的0.1％～10％。所以，採用傳統的分離純化培養技術無法反映出堆體內的微生物菌落的真實情況，不能在堆肥過程中對堆體內的微生物菌群、特別是難培養微生物菌群的菌群結構進行調控，不能有效地提高堆肥品質。
技術實現要素：
本發明的目的是為了解決難培養微生物因無法分離培養而活性調控困難的問題，並為有效地提高堆肥品質，而提供的一種難培養微生物菌群結構調控的堆肥方法。
本發明難培養微生物菌群結構調控的堆肥方法按以下步驟進行：
一、取少量堆肥原料進行堆肥，然後採集堆肥升溫期、高溫期、降溫期和腐熟期四個階段的樣品，對這四個階段樣品進行PCR-DGGE識別，再對樣品中優勢菌群的條帶進行測序，並獲取不同時期樣品的理化性質；
二、採用RDA分析不同菌群結構的關鍵控制因子，針對不同微生物確定關鍵因子調控範圍；
三、根據堆肥目標要求，確定堆肥目標功能菌株，然後堆肥並對應調控堆肥參數，控制堆肥過程，從而實現堆肥效率和品質的提升。
本發明可以快速準確的分析不同堆肥自然環境下微生物的菌群結構演替規律，確定環境因子與堆肥過程中微生物之間的響應關係；在不需要對堆肥中微生物進行純培養的情況下即可以獲取大量的信息，克服了堆肥中多數微生物不可培養以及微生物群落無法調控的困難。
本發明方法可以同時分析大量的樣品，節省時間且方便快捷。而且，本發明方法通過調控堆肥中微生物菌群結構可有效提高堆肥的腐熟程度，具有重要的實際應用意義。
同一種物料不同堆肥階段其微生物菌群結構也有所不同，根據堆肥階段的不同堆體內微生物菌群結構不斷的發生演替。本發明方法能夠克服堆肥原料不同帶來的差異，還可以依據不同堆肥階段有針對性的調控。
同一微生物菌群在堆肥的不同階段其控制因子的種類及控制因子取值範圍都有較大幅度變化。本發明方法能夠根據堆肥目標確定堆體內不同微生物菌群在堆肥不同階段的控制因子及取值範圍，便於對堆肥進行調控。
根據不同的堆肥目標，本發明方法可以靈活調控，用於不同原料、不同目標的有機固體廢棄物堆肥。
本發明準確的闡明堆肥理化性質與優勢菌群的響應關係，有利於提升堆肥目標功能菌株的菌群活性，具有快速簡便、成本低廉以及一次性分析樣品數量大的優點。
附圖說明
圖1是實施例1中7種不同堆肥原料在堆肥四個階段的細菌DGGE圖譜。
圖2是實施例1中7種不同堆肥原料中優勢菌群與理化因子的響應關係圖。
圖3是實施例1中7種不同堆肥原料在不同堆肥階段的優勢菌群與關鍵控制因子的對應關係圖。
具體實施方式
本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。
具體實施方式一：本實施方式難培養微生物菌群結構調控的堆肥方法按以下步驟進行：
一、取少量堆肥原料進行堆肥，然後採集堆肥升溫期、高溫期、降溫期和腐熟期四個階段的樣品，對這四個階段樣品進行PCR-DGGE識別，再對樣品中優勢菌群的條帶進行測序，並獲取不同時期樣品的理化性質；
二、採用RDA分析不同菌群結構的關鍵控制因子，針對不同微生物確定關鍵因子調控範圍；
三、根據堆肥目標要求，確定堆肥目標功能菌株，然後堆肥並對應調控堆肥參數，控制堆肥過程，從而實現堆肥效率和品質的提升。
本實施方式堆肥過程中不同階段的堆肥目標功能菌株不同，可能是降解菌、固氮菌、解磷菌或其他功能菌。
堆肥目標功能菌株從步驟一樣品測序的優勢菌群中選取，並根據堆肥目標要求調控堆肥參數、提高所需菌群的活性，從而大幅的提升堆肥效率和品質。
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一的不同點是：步驟一中獲取的理化性質包括樣品的碳氮比、水分、溫度、pH、發芽指數、水溶性有機碳、水溶性有機氮、氨態氮、硝態氮和有機質含量。其它步驟及參數與實施方式一相同。
具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二的不同點是：步驟三中通過調控堆肥參數，控制堆肥目標功能菌株的碳代謝、氮代謝、磷代謝以及腐殖化進程。其它步驟及參數與實施方式一或二相同。
實施例1
取七種不同的堆肥原料——雞糞(CM)、牛糞(DCM)、廚餘(KW)、雜草(GW)、果蔬垃圾(CW)、生活垃圾(MSW)和秸稈(TSW)進行堆肥，然後分別採集各原料在升溫期(44℃)、高溫期(60.2℃)、降溫期(57.9℃)和腐熟期(40.1℃)的堆肥樣品，並分別提取總DNA進行PCR-DGGE反應(不同堆肥原料在堆肥四個階段的細菌DGGE圖譜如圖1所示)，共識別出10條優勢菌群的DNA條帶(DNA條帶測序結果如表1所示)。不同堆肥原料的理化指標如表2所示，包括溫度(T)、含水率(moisture)、氨態氮(NH4+-N)、硝態氮(NO3--N)、水溶性有機氮(DON)、水溶性有機碳(DOC)、C/N、有機物(OM)的含量，發芽指數(GI)和pH。
表1
表2
本實施例選用canoco for windows(Version 4.5)軟體進行微生物群落與環境因子的RDA分析，獲取優勢菌群與理化因子的響應關係(如圖2所示)。
基於優勢菌群與環境因子的關係分布圖(圖2)，可以確定影響每個優勢菌群物種的主要環境因子(如圖3所示)，根據微生物在DGGE圖譜中強弱變化與對應控制因子數值的對應關係，確定控制因子取值範圍。日後可以根據堆肥目標的需求，可確定堆肥目標功能菌株，然後堆肥並對應調控堆肥參數，控制堆肥過程，增加堆體內所需功能微生物的數量和活性，最終達到提高堆肥效率、改善堆肥品質的目標。