微生物復合菌劑在畜禽糞便堆肥發酵中的應用研究

岳世林，馬曉勇，姜國均

（河北農業大學動物醫學院，河北 保定 071001）

高溫堆肥具有成本低廉、能有效殺滅病原菌、改善畜禽廢棄物的物理性狀、無二次污染等優點，是一種比較理想的處理畜禽糞便的方式[1]。畜禽糞便中不僅含有較易分解的單糖、淀粉和半纖維素，還含有難以分解的纖維素，導致堆肥周期長，成本高。糞便堆肥時接種纖維素降解復合菌系的目的就在于提高糞便降解率，加快堆肥進程。本文主要介紹復合菌劑包括枯草芽孢桿菌、綠色木霉和黑曲霉對畜禽糞便中纖維素的降解作用。

1 微生物復合菌劑對糞便堆肥的作用

微生物組成的復合菌劑對堆肥有明顯的促進作用。堆肥初期，發酵系統中的有益微生物數量較少，隨糞便排出的大量厭氧菌在系統中占優勢，使得堆肥升溫緩慢，并產生惡臭。如此時加入有益微生物，則可以提高堆肥的升溫速度，達到快速腐熟的目的。徐大勇等[2]將外源腐熟菌劑用于牛糞堆肥的研究表明，添加了腐熟菌劑的堆肥比自然堆肥進入高溫期（＞50℃）的時間提前了11d。劉佳等[3]研究表明，接種了微生物菌劑的牛糞堆肥中微生物數量的消長速度快于自然堆肥，且加快了微生物群落演替的速度。

2 微生物復合菌劑對糞便中纖維素的作用

畜禽糞便堆肥周期長、堆肥不徹底，主要是由于糞便中含有許多難降解的纖維素，因此，對纖維素的分解轉化成為堆肥能否充分腐熟的關鍵。自然堆肥由于所含微生物的種類和數量有限，在堆肥中難以快速地繁殖和降解牛糞中的纖維素，造成發酵周期長、發酵效果差。所以在處理畜禽糞便時添加微生物復合菌劑，不僅加快糞污堆肥速度，同時可以穩定糞便中的有機物，并最大限度地減少細菌和真菌的負面影響。綠色木霉、黑曲霉及枯草芽孢桿菌都是生防菌，常常被作為堆肥腐熟菌劑使用。

復合菌劑在堆肥過程中的總體變化趨勢是細菌最多，放線菌次之，真菌最少。微生物是產生纖維素酶的主要來源，在發酵過程中發揮了巨大的作用，細菌、放線菌和霉菌都能夠產生纖維素分解酶，常作為接種劑加速糞肥等物料細胞壁和木質素、纖維素的水解，促進腐殖化過程[4]。

3 微生物復合菌劑的種類及特點

3.1 種類

3.1.1 芽孢桿菌復合系 細菌的一科，能形成芽孢（內生孢子）的桿菌或球菌。包括芽孢桿菌屬、芽孢乳桿菌屬、梭菌屬、脫硫腸狀梭菌和芽孢八疊球菌屬等，其中應用較多的是枯草芽孢桿菌。芽孢桿菌復合系對外界有害因子的抵抗力強，分布廣，存在于土壤、水、空氣以及動物腸道等。

枯草芽孢桿菌：廣泛存在于自然界中，它不會引起人類或動物的疾病，也不會污染環境，它可以產生多種抗生素和抑制酶，具有廣譜抗菌、抗真菌活性[5]。芽孢在合適的條件下萌發，從而產生大量的熱量使得系統升溫，并且枯草芽孢桿菌能產生大量的蛋白酶和淀粉酶，分解牛糞中的粗蛋白和淀粉，為其他種類微生物提供生長所需要的氮源和碳源。枯草芽孢桿菌可分泌多種酶類，并具有抗逆性強、抑菌效果好等諸多優良特性[6]。

3.1.2 纖維素分解菌復合系 是一類能分解纖維素的菌。由于纖維素酶等的作用，纖維素可一直被分解到葡萄糖為止，有時在分解過程中會積累纖維二糖，這類細菌多見于腐殖土中。產纖維素酶的主要真菌有綠色木霉、黑曲霉、里氏木霉、青霉屬、黃曲霉等。來源于真菌的纖維素酶，酶系較全，活性也較強。目前，纖維素轉化利用的有效途徑之一是利用微生物發酵作用及產纖維素酶的水解作用降解纖維素物質，并加以利用[7]。纖維素分解細菌常常棲息于草食動物的消化道，特別是反芻動物的瘤胃中，它們在其中進行纖維素分解活動，這些細菌是厭氧性細菌，例如產琥珀酸擬桿菌、牛黃瘤胃球菌、白色瘤胃球菌等。

（1）綠色木霉：迄今為止，綠色木霉是產纖維素酶能力最強的微生物。由于綠色木霉的廣泛適應性、拮抗的多樣性和寄生的廣譜性，因而是一種很有潛力的生防菌。木霉菌主要通過拮抗作用、競爭作用、重寄生作用、促生作用、溶菌作用等作用機制來抑制病原菌的生長，且對pH值的適應性強。

（2）黑曲霉：是曲霉屬真菌中的常見種，在泥土、糧食和植物性產品中分布廣泛。生長適溫為37℃，最低相對濕度為88%。在高溫、高濕環境下，黑曲霉容易大量生長繁殖，產酶生熱，對紫外線及臭氧的耐性強，是一類菌絲發達，多分支，有多核的多細胞真菌。

3.2 特點

3.2.1 枯草芽孢桿菌 枯草芽孢桿菌具有產酶量高、種類多、安全性好和環保等優點。李春鳳等[7]研究表明，枯草芽孢桿菌的生物同化作用較強，可有效降低糞便中的吲哚、氨氣等有害氣體濃度，有利于糞便資源化利用。（1）保濕性：枯草芽孢桿菌是一種具有優異強度的谷氨酸天然物質，是防止肥料和水分流失的土壤保護膜。（2）有機物分解：在增殖的同時釋放出高活性的分解酶，并將難分解的大分子物質分解成可利用的小分子物質。（3）代謝產物：合成各種有機酸、酶和許多其他易于利用的養分。（4）抗菌能力：具有占據空間，抑制有害細菌和病原菌等有害微生物生長繁殖的特點。枯草芽孢桿菌的總體優勢：可以分解產生惡臭氣體的有機物質、有機硫化物、有機氮等；繁殖快，活力強，耐酸性和耐堿性強，抗菌消毒，高耐氧（好氧繁殖），低氧耐受（厭氧繁殖）。

3.2.2 綠色木霉 綠色木霉具有更短的發酵周期，在實際應用中可減少生產成本，快速投入生產。它性狀穩定，具有較好的抗代謝阻遏的能力，且產酶活力高、纖維素酶系完全，具有分解天然纖維素所需要的內切葡聚糖酶（EG）、外切葡聚糖酶（CBH）、13-葡萄糖苷酶（BG）3類酶組分；同時其生長環境粗放，酶易提取，菌株安全無毒。

3.2.3 黑曲霉 在古代，人們就曾運用黑曲霉釀酒、制醬、制醋等。黑曲霉具有發酵條件簡單易控、代謝旺盛、生長周期短、產酶豐富、不產生毒性物質等優點，在食品發酵、畜牧及醫藥等行業均得到普遍應用。有研究表明，利用黑曲霉生產纖維素酶的成本低廉、產量大、酶活性高、用處廣，是生產纖維素酶的重要菌株[8]。

4 微生物復合菌劑的應用

4.1 應用條件

4.1.1 枯草芽孢桿菌 枯草芽孢桿菌的生長環境會嚴重影響其產酶性，其中碳源和氮源對菌株產酶活性的影響最大，故選擇合適的碳源和氮源顯得尤為重要[9]。

4.1.2 黑曲霉 活菌制劑，細菌活性較強，應密閉避光保存。禁止與抗生素、殺蟲劑、殺菌劑、消毒劑、強酸強堿類產品混合使用。

4.2 應用情況

4.2.1 枯草芽孢桿菌 用于糞便的無污染處理。由于枯草芽孢桿菌具有強烈的生物同化作用，它可以有效降低糞便中產生的氨氣和吲哚等有害氣體濃度，減輕糞便臭味，且對蚊子和蒼蠅的代謝產物也有抑制作用。此外，畜禽養殖過程中排放的廢渣、廢水等污染物也可以用枯芽孢桿菌處理，用于堆肥、液肥生產等。該類菌所分泌的α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等酶類，可以降解畜禽糞便中的淀粉、纖維素、蛋白質等物質。

4.2.2 綠色木霉 綠色木霉除具有較強分解天然纖維素的能力外，還有抑菌、促生長、抗重金屬和產抗生素等作用。由于綠色木霉的纖維素酶產量高，穩定性好，易于培養和控制，且分泌的纖維素酶是胞外酶，容易分離純化，因此是目前用于纖維素酶生產最主要的菌種之一[10]。它可以產生多種抗生素和溶解酶，降低病原的抗藥性，加強抑菌強度，加快畜禽糞便堆肥達到無害化程度，促使土壤中的有機質分解成腐殖質，刺激作物生長。

4.2.3 黑曲霉 在發酵工業中主要用于生產淀粉酶、酸性蛋白酶、纖維素酶、果膠酶、葡萄糖氧化酶、檸檬酸、葡萄糖酸和沒食子酸等。在畜禽糞便堆肥過程中，當堆肥溫度達到25℃以上時，黑曲霉能快速生長，并產生大量的纖維素酶，將堆肥原料中難以分解的纖維素降解為單糖，從而為其他細菌生長提供碳源。黑曲霉在堆肥早期對升溫有明顯效果，可能是由于黑曲霉菌劑中有大量未萌發的孢子，孢子在堆肥系統中萌發產生熱量導致升溫加速，從而加快堆肥進程。

5 應用展望

在未來的研究中，應進一步研究添加外源微生物菌劑對堆肥過程中微生物區系變化的影響，以便更好地控制堆肥過程。微生物復合菌劑可安全、高效地降解畜禽糞便中的有害物質，是其他處理方式無法比擬的，在當今重視環境保護的時代，已經引起全世界的關注，其研究也取得了很大進展。雖然多種微生物已被發現能有效促進堆肥進程和產生纖維素酶，但真正高效的菌種還不多，且性能不夠穩定，纖維素酶的生產規模也有待于進一步擴大。因此，選育高效降解畜禽糞便中有害物質的生物類群仍是畜禽糞污無害化研究的重點之一，特別是篩選可協同作用的高效菌群，或通過建立細菌基因組DNA庫，利用體外DNA分子定向改造等基因操作技術構建適合于工業生產的高效產酶工程菌，也許是解決問題的關鍵所在。