鸡粪堆肥氮转化规律与异养亚硝化细菌研究

论文摘要

集约化禽畜养殖业的迅速崛起,使禽畜粪便污染加剧,成为环境污染中的突出问题。畜禽粪便的无害化处理势在必行,好氧堆肥是将其转化为优质有机肥的重要的无害化和资源化途径。但畜禽粪便及垃圾等废弃物好氧堆肥过程中普遍存在着严重的氮素损失问题,这不仅污染环境、影响畜禽健康,还在很大程度上降低了肥料中的养分含量。相关研究证明,造成此类堆肥过程中氮素损失的主要原因是氨的持续性挥发和硝态氮的反硝化,且氨态氮挥发占的份额要明显大于硝态氮反硝化（贺琪,2005）。现有的氮素损失控制方法不论是控制适宜的堆肥工艺条件还是使用堆肥添加剂,都是从宏观上对堆肥过程氮素损失进行调控。本研究与以往不同的是,从该过程的氮素转化规律入手,研究了四类氮转化细菌的数量变化与氮素转化之间的相关性,明确了好氧堆肥过程氮素转化的微生物作用机理,在此基础上着重考察了能够减少堆肥过程中氨态氮挥发的异养亚硝化细菌的作用规律及生物学特性,以期为堆肥过程的氮素损失的控制提供必备的理论基础。本研究的具体研究内容及结论如下:（1）在鸡粪好氧堆肥全程测定了氨化、异养亚硝化、异养硝化和好氧反硝化四类细菌数量及有机态氮、氨态氮、硝态氮等含量的变化,并进行了二者间相关分析。结果证明:该过程各类氮转化细菌以中温菌居多,最适生长温度35℃。其中,升温段35℃之后,菌数随温度上升而下降;降温段35℃之前,菌数随温度下降而上升。研究的各类氮转化细菌中,氨化细菌最耐热,是高温期发挥作用的主要类群。堆肥全程各类氮转化菌数与相应氮素转化量的关系为:升温段,氨化细菌、亚硝化和硝化菌数增加时,氨态氮和硝态氮的增幅较剧;此三类菌数降低时,氨态氮和硝态氮的增幅较缓。降温段,氨化细菌数量与氨态氮含量变化之间无相关表现;硝态氮变化量与亚硝化、硝化细菌变化量呈正偏相关,与反硝化细菌变化量呈负偏相关。（2）进行了异养亚硝化细菌的分离和筛选,获得优势异养亚硝化细菌17株,经过转化试验认定其中SY35-1、JY35-3和JY45-2为本研究的高效异养亚硝化细菌菌株。（3）对筛选到的三株高效异养亚硝化细菌进行了生物学特性研究,明确了初始有机物浓度、氨态氮浓度、pH值、C/N、溶解氧含量、培养温度等环境条件对其氨氧化活性的影响;同时还了解了氨化、硝化和反硝化及生长曲线等相关生物学特征。（4）利用微生物学经典分类鉴定法对所获三株高效异养亚硝化细菌菌株予以鉴定发现:SY35-1是棒状杆菌（Corynebacterium sp）.、JY35-3和JY45-2是假单胞菌（Pseudomonas sp.）其中Corynebacterium sp.具有异养亚硝化能力,迄今未见报道。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 畜禽粪便堆肥技术研究进展
• 1.1.1 畜禽粪便堆肥原理
• 1.1.2 堆肥系统
• 1.1.3 堆肥条件
• 1.2 畜禽粪便好氧堆肥技术
• 1.2.1 好氧堆肥化的发酵阶段
• 1.2.2 好氧堆肥化过程的生物学特性研究
• 1.3 畜禽粪便好氧堆肥过程中氮素转化
• 1.3.1 有机氮的氨化作用
• 1.3.2 氨的硝化和反硝化作用
• 1.3.3 无机氮化合物的固定作用
• 1.3.4 气态含氮化合物的排放
• 1.3.5 含氮化合物的淋洗作用
• 1.4 畜禽粪便好氧堆肥过程中的氮素损失
• 1.4.1 堆肥氮素损失的数量及途径
• 1.4.2 影响堆肥氮素损失的因素
• 1.4.3 堆肥氮损失控制的方法
• 1.5 异养亚硝化细菌与异养硝化细菌研究现状
• 1.5.1 异养硝化的发现与验证
• 1.5.2 异养硝化机理的研究进展
• 1.5.3 异养硝化微生物在污水脱氮中的作用
• 1.6 本研究的目的和意义
• 1.7 本研究的特色与创新
• 1.8 本研究的主要内容
• 1.8.1 优势氮转化细菌的数量变化趋势的研究
• 1.8.2 氮素含量变化及其与氮转化细菌数量变化间相关性的研究
• 1.8.3 优势异养亚硝化细菌的分离
• 1.8.4 高效异养亚硝化细菌的筛选
• 1.8.5 高效异养亚硝化细菌的生物学特性研究
• 1.8.6 高效异养亚硝化菌株的鉴定
• 1.9 本研究的技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 禽粪好氧发酵氮转化与氮转化细菌相关性的研究
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验方法
• 2.2 禽粪好氧堆肥中异养亚硝化细菌分离、筛选的材料与方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验方法
• 2.3 高效异养亚硝化细菌的生物学特性研究
• 2.3.1 试验材料
• 2.3.2 试验方法
• 2.4 高效异养亚硝化菌株鉴定
• 2.4.1 试验材料
• 2.4.2 试验方法
• 3 结果与分析
• 3.1 禽粪好氧堆肥氮转化与氮转化细菌相关性的研究
• 3.1.1 鸡粪好氧堆肥过程各类氮转化细菌的数量变化
• 3.1.2 鸡粪好氧堆肥过程氮素含量变化
• 3.1.3 氮素含量与各类氮转化细菌数量变化相关性分析
• 3.2 禽粪好氧堆肥过程异养亚硝化细菌的分离、筛选
• 3.2.1 异养亚硝化细菌的分离
• 3.2.2 高效异养亚硝化菌株的筛选
• 3.3 高效异养亚硝化细菌的生物学特性研究
• 3.3.1 氨氧化活性的研究
• 3.3.2 氨化、硝化及反硝化能力测定
• 3.4 高效异养亚硝化细菌的鉴定
• 4 讨论
• 4.1 禽粪好氧堆肥氮转化与氮转化细菌相关性的研究
• 4.2 禽粪便好氧堆肥全程异养亚硝化细菌的分离、筛选
• 4.3 高效异养亚硝化细菌的生物学特性研究
• 4.4 高效异养亚硝化细菌的鉴定
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文