复合菌剂的筛选及在蓝藻堆肥上的应用

安徽大学硕士学位论文复合菌剂的筛选及在蓝藻堆肥上的应用姓名：宫玉胜申请学位级别：硕士专业：环境科学指导教师：李玉成2010-05中文摘要I中文摘要水体富营养化导致大量水华蓝藻产生，给环境带来严重的污染。巢湖水体富营养化严重，湖中蓝藻经常大量繁殖形成蓝藻湖靛（优势属种为铜绿微囊藻），蓝藻弃之为害，用之为宝，因它含有丰富的蛋白质、氨基酸、脂肪等营养成分，可做资源化开发。堆肥化是水华蓝藻处理和资源利用的一种有效途径。本实验利用水华蓝藻与动物粪便、植物秸秆等有机固体废弃物混合进行好氧堆肥，为了解决堆肥腐熟慢而且效果不佳的难题，从高温阶段堆肥样品、腐熟肥料、牛粪和土壤等含有纤维素分解菌的样品中筛选出能较好降解纤维素的菌株，对其进行单独与复合发酵培养，研究好氧堆肥过程中温度、pH值、有机质含量、NH4+－N、TN、胡敏酸E4/E6、微生物活菌数、复合酶活参数以及种子发芽率指数法(GI)的变化规律，探讨堆肥进程中的各指标变化与腐熟进度的关系。既为解决巨大蓝藻生物量的处置和资源化利用这一难题找到了一条有效途径，又达到了改善环境、增加经济效益和社会效益的目的。主要结果如下：1、经过初筛、复筛，选出降解纤维素能力较强的中常温(37℃)菌株，包括细菌3株、霉菌4株、放线菌2株。将各菌株按不同的接种比例复合培养，构建了四组由3株细菌、4株霉菌、2株放线菌组成的复合微生物菌系。经过复合培养，实验结果表明，组合二分解纤维素能力明显强于其他几个组合。2、通过对样品中的微生物进行分离、纯化，得到145株高温(50℃)纯菌株。经过初筛、复筛，选出降解纤维素能力较强的菌株，包括细菌3株、霉菌3株、放线菌2株。各菌株经优化组合、复合培养，构建了六组由3株细菌、3株霉菌、2株放线菌组成，能协同作用的复合微生物菌系。实验结果表明，复合菌系的各菌株可产生不同类型的纤维素酶，且各类酶可以协同作用有效分解纤维素。3、随着堆肥的进行，堆体的有机质含量呈不断下降趋势，昀终添加菌种与未添加菌种的堆体有机质分别下降6.7%与12.1%；接种堆体与不接种堆体中NH4+－N的变化有一个明显共同的趋势就是都有一个上升然后下降的过程；与堆肥的初始状态相比，接种堆体全氮量损失5.1%，而未接种堆体全氮含量则降低11.6%；堆肥初时阶段，细菌、真菌活跃，数量大，随着温度的升高，这些微生物的数量显著下降，放线菌成为优势菌种，后期随着温度的下降，细菌、真菌的数量又开始上升；随着堆肥的进行，脲酶、过氧化氢酶的活性显著增强，多酚氧化酶活性总体上呈现先升高后下降的趋势，昀终添加菌剂的堆体纤维素酶活为7.09μg/min，而未添加菌剂的堆体为3.84中文摘要IIμg/min，在整个堆肥过程中添加菌剂的堆体中纤维素酶活整体上高于未添加菌剂的堆体。4、采用农业部发布的有机肥料行业标准：NY525－2002，对昀终的成品进行检测，测定结果符合有机肥行业质量上的标准，有些营养指标甚至超过有机肥行业质量标准。关键词：蓝藻；好氧堆肥；纤维素分解菌；酶活度；腐熟AbstractIIIAbstractThelargeofcyanophytesbecomesaseriousproblemofenvironmentpollutionwiththeenlargementofwaterbodyeutrophication.Agreatamountofcyanophytes(mainlyconsistedofmicrocystis)isobservedtoappearinChaohuLakeofchina.Thecyanophytescontainsprotain,aminoacid,fatandsomeothernutritionsubstances.Theaerobiccompostingisaneffectiveapproachtotreatcyanophytesandtransformittoresources.Theexperimentwasconductedtostudytheeffectofcyanophytes,cattlemanureandricestrawcomposting.Toacceleratethedecompositionofcompost,thestrainsthatcoulddecomposecellulosewerescreenedoutfromsamples,suchasmanureofhightemperatureperiod,well-rottedmanure,cowmanureandsoil.Theywereculturedsolelyandbymixedfermentation.Thenco-compostingofbluealgae,cattlemanureandricestrawexperimentswerecarriedouttostudythechangesoftemperature,pHvalue,organicmattercontent,NH4+-N,TN,E4/E6,microorganism,enzymeactivity,seedgemrinationindex(Gl)andtheevaluationindexofmaturityduringcomposting.Notonlyfindaneffectivewaytoresolvethehugealgaebiomassdisposalandresourcesutilization,butimprovetheenvironmentandincreaseeconomicefficiencyandthesocialefficiency.Theresultsobtainedwereasfollowing:1.3strainsofbacterias,4strainsofmouldsand2strainsofactinomyceswereobtainedbypreliminaryscreeningandintermediatescreeningat37℃.Acomplexmicrobialsystemwasconstructedby3strainsofbacteria,4strainsofmouldsand2strainsofactinomycesrespectivelywithdifferentcellulase.Accordingtoexperimentresult,theabilityofdecomposingcelluloseoffourkindsofcompoundingarealleffective,whichthesecondcompoundingisthebest.2.Onehundredfortyfivestrainswerescreenedandpurifiedfromdifferentsamples.3strainsofbacterias,3strainsofmouldsand2strainsofactinomyceswereobtainedbypreliminaryscreeningandintermediatescreeningat50℃.Acomplexmicrobialsystemwasconstructedby3strainsofbacterias,3strainsofmouldsand2strainsofactinomycesrespectivelywithdifferentcellulase.Accordingtoexperimentresult,eachofthe8strainscouldproducedifferenttypesofcellulasethatsynergisticreactiondegradingcelluloseAbstractIVeffectively.3.Duringthecompostingprocess,theorganicmatterdecreasedgradually,allofthathavereachedrequiredstandard;NH4+-Ncontentreducedafteraninitialincrease;TheTNofinoculatedcompostingpiledecreasedby5.1%whenthecompostfinished,butuninoculatedcompostingpiledecreasedby11.6%;Inthebeginningofcomposting,bacteriasandfungispresentedlargely,thendecreasedgradually,actinomycesbecomeddominantstrains;Intheendofcomposting,bacteriasandfungisraisedgradually,remainedsteadilyfinally;Theactivityoftheureaenzymesandthecatalaseincreasedgradually;Theactivityofthepolyphenoloxidasehadadescentingtrendafteraninitialincrease;Theactivitysofthecelluloseenzymeswere7.09μg/min,3.84μg/minattheendofcompostingwithandwithoutmicroorganismagent.4.Thefinishedproductwasdetectedbyoccupationstandardoforganicfertilizer.Theresultreachedtostandardsinqualityoforganicfertilizer,evenexceededthestandardsinsomeindicators.Keywords:Bluealgae;AerobicComposting;Cellulose-DecomposingMicroorganisms;Enzymeactivity;Maturity第一章前言１第一章前言1.1巢湖蓝藻暴发的原因巢湖，位于安徽省，中国第五大淡水湖泊，跨巢湖市、合肥市、肥东县和庐江县。巢湖流域总面积为1.3万km2，有近40亿m3/a的来水，昀大蓄水量可达50亿m3。巢湖不仅是巢湖市、合肥市城市及周边地区用水的主要水源之一，其防涝抗旱、灌溉农田、发展渔业的功能也很显著。近几十年来，由于社会经济的发展，流域内人口和工业的急剧增长，农药化肥的大量使用，周边城市生活污水和工业废水的排放，导致水体环境恶化，湖体富营养化日趋严重，蓝藻水华连年暴发。导致巢湖水体蓝藻大面积暴发的原因如下：（1）巢湖流域周边城市及乡村生活污水大多未经深度处理直接排放，成为巢湖重要污染源之一，同时也是造成巢湖富营养化的主要污染物N、P的来源之一。巢湖流域周围的工业废水虽经治理，总体上实现了达标排放，但只是低水平达标，且由于废水的排入量大，导致废水中污染物总量仍然不小。（2）巢湖流域面源污染严重。流域周围大多以种植水稻为主，无机化肥使用量大，但利用率低，化肥中含有大量的N、P，未经植物吸收利用的化肥随地面径流入巢湖，成为巢湖水体N、P超标的重要原因之一，而N、P则是蓝藻生长繁殖不可缺少的营养元素，N、P超标是引起巢湖蓝藻大面积暴发的原因之一。（3）巢湖是一个半封闭的湖泊，水体交换不畅，一方面造成水体中的N、P不能有效带出，在湖区内大量蓄积，形严重的内源污染，另一方面又造成藻类得以大量繁衍。且巢湖属于浅水湖泊，浅水湖泊中的沉积物在风浪作用下会发生悬浮，致使沉积物中大量的营养盐特别是含N、P的物质释放出来并进入上覆水，为蓝藻生长所利用，这样更易暴发大面积蓝藻。（4）藻类大量繁殖及其持续的时段与气温及光照变化密切相关。巢湖蓝藻主要以铜绿微囊藻为主，铜绿微囊藻生长的温度为10－40℃，而巢湖每年有3/4的月份平均温度在