一种难培养微生物菌群结构调控的堆肥方法与流程

本发明涉及一种堆肥的方法。

背景技术：

随着社会的进步与发展，人类在生产和生活中产生的有机固体废弃物的数量与日俱增。其中主要的有机固体废弃物包括农作物秸秆、畜禽粪便以及生活垃圾等。现阶段对于有机固体废弃物的处理方式主要为卫生填埋、焚烧与堆肥。

好氧堆肥是实现有机固体废弃物资源化、无害化处理的最为有效方法。好氧堆肥的实质主要是利用群落结构快速演替的微生物群体协同作用于堆肥基质，通过微生物群体的生理生化进程处理有机固体废弃物。堆体内的微生物菌落对于堆体的腐熟速度和固体废物的降解有着直接的影响；所以，能够合理的利用微生物菌群演替规律，更好的调控群落结构便可以促进堆体的腐熟速度、生物强化堆肥技术效果，提高堆肥品质。

微生物的传统分析方法是通过分离纯化培养的方法了解微生物的多样性和种群结构，然后才能确定影响微生物规律性演替和结构变化的主要环境影响因素。但是堆肥过程中大多数微生物是不可培养的细菌以及一些对培养条件要求严格的细菌，可培养的微生物仅占微生物总量的0.1％～10％。所以，采用传统的分离纯化培养技术无法反映出堆体内的微生物菌落的真实情况，不能在堆肥过程中对堆体内的微生物菌群、特别是难培养微生物菌群的菌群结构进行调控，不能有效地提高堆肥品质。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决难培养微生物因无法分离培养而活性调控困难的问题，并为有效地提高堆肥品质，而提供的一种难培养微生物菌群结构调控的堆肥方法。

本发明难培养微生物菌群结构调控的堆肥方法按以下步骤进行：

一、取少量堆肥原料进行堆肥，然后采集堆肥升温期、高温期、降温期和腐熟期四个阶段的样品，对这四个阶段样品进行PCR-DGGE识别，再对样品中优势菌群的条带进行测序，并获取不同时期样品的理化性质；

二、采用RDA分析不同菌群结构的关键控制因子，针对不同微生物确定关键因子调控范围；

三、根据堆肥目标要求，确定堆肥目标功能菌株，然后堆肥并对应调控堆肥参数，控制堆肥过程，从而实现堆肥效率和品质的提升。

本发明可以快速准确的分析不同堆肥自然环境下微生物的菌群结构演替规律，确定环境因子与堆肥过程中微生物之间的响应关系；在不需要对堆肥中微生物进行纯培养的情况下即可以获取大量的信息，克服了堆肥中多数微生物不可培养以及微生物群落无法调控的困难。

本发明方法可以同时分析大量的样品，节省时间且方便快捷。而且，本发明方法通过调控堆肥中微生物菌群结构可有效提高堆肥的腐熟程度，具有重要的实际应用意义。

同一种物料不同堆肥阶段其微生物菌群结构也有所不同，根据堆肥阶段的不同堆体内微生物菌群结构不断的发生演替。本发明方法能够克服堆肥原料不同带来的差异，还可以依据不同堆肥阶段有针对性的调控。

同一微生物菌群在堆肥的不同阶段其控制因子的种类及控制因子取值范围都有较大幅度变化。本发明方法能够根据堆肥目标确定堆体内不同微生物菌群在堆肥不同阶段的控制因子及取值范围，便于对堆肥进行调控。

根据不同的堆肥目标，本发明方法可以灵活调控，用于不同原料、不同目标的有机固体废弃物堆肥。

本发明准确的阐明堆肥理化性质与优势菌群的响应关系，有利于提升堆肥目标功能菌株的菌群活性，具有快速简便、成本低廉以及一次性分析样品数量大的优点。

附图说明

图1是实施例1中7种不同堆肥原料在堆肥四个阶段的细菌DGGE图谱。

图2是实施例1中7种不同堆肥原料中优势菌群与理化因子的响应关系图。

图3是实施例1中7种不同堆肥原料在不同堆肥阶段的优势菌群与关键控制因子的对应关系图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式难培养微生物菌群结构调控的堆肥方法按以下步骤进行：

一、取少量堆肥原料进行堆肥，然后采集堆肥升温期、高温期、降温期和腐熟期四个阶段的样品，对这四个阶段样品进行PCR-DGGE识别，再对样品中优势菌群的条带进行测序，并获取不同时期样品的理化性质；

二、采用RDA分析不同菌群结构的关键控制因子，针对不同微生物确定关键因子调控范围；

三、根据堆肥目标要求，确定堆肥目标功能菌株，然后堆肥并对应调控堆肥参数，控制堆肥过程，从而实现堆肥效率和品质的提升。

本实施方式堆肥过程中不同阶段的堆肥目标功能菌株不同，可能是降解菌、固氮菌、解磷菌或其他功能菌。

堆肥目标功能菌株从步骤一样品测序的优势菌群中选取，并根据堆肥目标要求调控堆肥参数、提高所需菌群的活性，从而大幅的提升堆肥效率和品质。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中获取的理化性质包括样品的碳氮比、水分、温度、pH、发芽指数、水溶性有机碳、水溶性有机氮、氨态氮、硝态氮和有机质含量。其它步骤及参数与实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤三中通过调控堆肥参数，控制堆肥目标功能菌株的碳代谢、氮代谢、磷代谢以及腐殖化进程。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。

实施例1

取七种不同的堆肥原料——鸡粪(CM)、牛粪(DCM)、厨余(KW)、杂草(GW)、果蔬垃圾(CW)、生活垃圾(MSW)和秸秆(TSW)进行堆肥，然后分别采集各原料在升温期(44℃)、高温期(60.2℃)、降温期(57.9℃)和腐熟期(40.1℃)的堆肥样品，并分别提取总DNA进行PCR-DGGE反应(不同堆肥原料在堆肥四个阶段的细菌DGGE图谱如图1所示)，共识别出10条优势菌群的DNA条带(DNA条带测序结果如表1所示)。不同堆肥原料的理化指标如表2所示，包括温度(T)、含水率(moisture)、氨态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)、水溶性有机氮(DON)、水溶性有机碳(DOC)、C/N、有机物(OM)的含量，发芽指数(GI)和pH。

表1

表2

本实施例选用canoco for windows(Version 4.5)软件进行微生物群落与环境因子的RDA分析，获取优势菌群与理化因子的响应关系(如图2所示)。

基于优势菌群与环境因子的关系分布图(图2)，可以确定影响每个优势菌群物种的主要环境因子(如图3所示)，根据微生物在DGGE图谱中强弱变化与对应控制因子数值的对应关系，确定控制因子取值范围。日后可以根据堆肥目标的需求，可确定堆肥目标功能菌株，然后堆肥并对应调控堆肥参数，控制堆肥过程，增加堆体内所需功能微生物的数量和活性，最终达到提高堆肥效率、改善堆肥品质的目标。