園林廢棄物堆肥化技術中微生物菌劑的功能與作用

趙愷凝趙國柱國輝王曉旭朱勝男徐銳

（1.北京林業(yè)大學生物科學與技術學院，北京 100083；2. 山東省泰安市林業(yè)局，泰安 271000）

園林廢棄物堆肥化技術中微生物菌劑的功能與作用

趙愷凝1趙國柱1國輝1王曉旭1朱勝男2徐銳1

（1.北京林業(yè)大學生物科學與技術學院，北京 100083；2. 山東省泰安市林業(yè)局，泰安 271000）

園林廢棄物的日益增加給環(huán)境帶來了巨大壓力。微生物菌劑接種于園林廢棄物中堆肥，可以加速堆肥的腐熟度，增強肥效，改善并促進資源利用效率，在園林廢棄物再利用方面已顯示較好的應用前景。從園林廢棄物目前的處理方法和菌劑在堆肥化技術方面的應用著手，介紹了微生物在園林廢棄物堆腐中和發(fā)酵成微生物菌肥后的功能與作用，闡述了目前監(jiān)測堆肥腐熟程度的重要參數(shù)以及檢測發(fā)酵過程中菌群變化的技術手段，最后對微生物菌劑接種于園林廢棄物堆肥化技術的前景進行了展望，旨為相關領域的研究與開發(fā)提供參考和借鑒。

微生物菌劑；堆肥化技術；檢測技術；資源開發(fā)

園林廢棄物是指園林綠化植物自然凋落或人工修剪、園藝操作過程中所產生的枯枝、落葉、草屑、花敗、樹木與灌木剪枝以及其他植物殘體［1］。隨著城市化進程的加快以及城市園林綠地面積的持續(xù)增加，園林廢棄物成為城市固體廢棄物的重要組成之一，給環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的壓力。園林廢棄物中包含大量木質纖維成分，目前處理的方法主要有直接填埋、焚燒、粉碎粗回收、熱化學處理、生產垃圾燃料及直接堆放腐熟等，常常造成二次環(huán)境污染和巨大的資源浪費。如何合理高效地將其轉化利用已成為當前研究和資源開發(fā)應用的熱點和難點。

利用微生物高效降解轉化的堆肥化技術具有成本低、無污染、產品肥效長和利于土壤改良等優(yōu)點，能夠充分實現(xiàn)廢棄物的無害化、減量化、資源化利用［2］。通過施加高效降解的微生物菌劑對園林廢棄物進行生物好氧發(fā)酵處理，可以大大縮短腐熟時間、增加肥效、減少環(huán)境污染和安全隱患，實現(xiàn)資源的高效再利用，對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展和資源的循環(huán)利用具有重要意義。

1 微生物堆肥技術中的功能微生物區(qū)系

高效降解的微生物菌劑在農業(yè)堆肥生產中已得到廣泛應用，但在園林廢棄物堆肥中的功能和作用尚有待于進一步研究和開發(fā)。園林廢棄物、農業(yè)廢棄物以及部分城市生活垃圾主要是由纖維素、木質素、半纖維素、蛋白質、脂類等按不同比例組成的混合物，含豐富的有機物和植物生長所需的營養(yǎng)元素如N、P和K及微量元素Cu、Zn、Fe和Mn等。微生物堆肥處理過程實質上是微生物將復雜的有機物分解轉化成植物可以吸收和利用的營養(yǎng)成分。根據(jù)反應過程不同階段對氧氣需求的不同，常將堆肥分為好氧和厭氧兩種。厭氧堆肥主要分為產酸和產甲烷兩個階段，產生的氨氣、硫化氫以及其他還原性氣體易揮發(fā)產生惡臭氣味具有較高熱值，但需要專用發(fā)酵設備以便收集，設備投資較大。利用微生物進行好氧發(fā)酵為研究重要方向，按照分類和功能的不同，好氧發(fā)酵中的微生物主要可分為如下幾類。

在好氧發(fā)酵系統(tǒng)中，細菌是重要微生物區(qū)系，因其菌體較小，具有較大的比表面積，可迅速將可溶性底物吸收到細胞中以生長繁殖，數(shù)量明顯多于真菌。不同堆肥環(huán)境中分離的細菌也存在差異，例如，假單胞菌屬（Pseudomonas）、克雷伯氏菌屬（Klebsiella）和芽孢桿菌屬（Bacillus）等是重要的解脂肪菌，而芽孢桿菌屬同時還具有高效降解蛋白質、淀粉的功能，是有機物的重要分解者。堆肥發(fā)酵腐熟是一個逐漸升溫的過程。發(fā)酵初期，嗜溫細菌作為主要的優(yōu)勢菌群，隨著溫度升高，嗜熱細菌則隨之增多，成為堆肥高溫階段的優(yōu)勢菌群［3］。其中多數(shù)為芽孢菌，如枯草芽孢桿菌（B. subtilis）和地衣芽孢桿菌（B. licheniformis）等，該類細菌因能形成很厚的芽孢壁而耐受高溫、腐蝕及營養(yǎng)物缺乏等不良環(huán)境條件，其在80℃左右的堆溫下生長繁殖，是高溫堆肥腐熟降解的主要菌群。

放線菌主要利用半纖維素并能溶解木質素類復雜有機物，在高溫下分解纖維素、角質素等。放線菌在園林廢棄物堆肥技術中可用于樹皮等堅硬物質的分解，作用甚廣。鏈霉菌（Streptomyces）、諾卡氏菌（Nocardia）及高溫放線菌（Thermoactinomyces）等都是堆肥高溫階段中常見的嗜熱放線菌，在堆肥過程高溫階段對木質纖維素以及其他物質的分解起著重要作用［4］。

真菌中的白腐菌、褐腐菌對堆肥中極難降解的木質纖維具有高效降解作用。真菌可通過其分泌的胞外酶，促進有機物的生物降解。如木霉（Trichoderma）能降解纖維素，曲霉（Aspergillus）能夠降解果膠、纖維素等，假絲酵母菌（Candida）能降解半纖維素等，但在高溫堆肥環(huán)境中可以耐受一定高溫的真菌才能高效降解木質纖維素。因此，高溫真菌對于堆肥物料中的木質素、纖維素等的分解轉化具有十分重要意義。

另外，堆肥中的功能微生物還包括固氮、解磷、解鉀、生防及促生菌等，它們能有效促進堆肥中碳、氮循環(huán)，將土壤中難以被植物吸收的礦物質轉化為植物可吸收的營養(yǎng)元素，增加土壤肥力，還林還田后對植物的生長、抗逆性、生物防治等都具有明顯作用。因此，通過了解堆肥成分及好氧發(fā)酵過程的動態(tài)變化，篩選獲得合理的功能微生物進行處理，促成有機物的有效動態(tài)分解，將其轉化為穩(wěn)定的腐殖質是實現(xiàn)農林廢棄物資源化利用的重要途徑［5］。

2 園林廢棄物堆肥化過程中微生物的功能與作用

微生物是堆肥過程中最重要的生物因素，采取適合的調節(jié)措施促進堆肥微生物的生長代謝可能提高堆肥效率與產品質量。在微生物菌劑中，主要微生物菌種的功能及應用領域統(tǒng)計，如表1所示。根據(jù)園林廢棄物的組成特點以及功能微生物在堆肥中的作用，對其進行微生物堆肥化處理，應著重考慮以下幾個方面。

2.1 木質纖維降解微生物

園林廢棄物含有大量的有機木質纖維碳物質及一些可溶性糖、有機酸和淀粉等。其中，木質纖維主要包括木質素、纖維素和半纖維素，在自然條件下降解非常緩慢，是制約園林綠化廢棄物高效轉化的重要因素。降解園林廢棄物中的木質素、纖維素，縮短堆肥腐熟時間、提高堆肥的生產效率，使其成為循環(huán)再利用的物質是接種微生物菌劑的首要目的［6］。

表1 微生物菌劑中常見菌種及應用

植物枯枝、落葉等天然木質素的完全降解通常依賴于自然界真菌、細菌、放線菌及其產生的多種降解酶系的共同作用，其中真菌起著主導作用［7］。白腐菌是目前公認的最高效的木質素降解微生物，不產生色素，能在木質材料中形成白色腐朽殘余物，降解木質素的能力遠高于其降解纖維素的能力［8］。白腐菌與褐腐菌、軟腐菌等共同作用，其中，褐腐菌和軟腐菌將木質纖維基質中的纖維素分解，白腐菌再通過分泌相應的木質素降解酶將大量木質素降解。研究最多的木質素降解酶有3種，即木質素過氧化物酶（LiP）和錳過氧化物酶（MnP）及漆酶（Laccase）［9］。LiP催化通過自由基調節(jié)C-C鍵的斷裂造成木質素分子中Ca-Q3鍵斷裂，從而分解木質素結構；MnP廣泛存在于白腐菌中，主要依靠催化Mn2+轉為高度活性的Mn3+，利用Mn3+去氧化木質素酚型結構，使α碳原子被氧化、烷基苯基鍵斷裂、C-C鍵斷裂木質素裂解；Lac在酚類底物存在的情況下，能由Mn2+產生Mn3+螯合物，并在Lac和MnP兩種酶協(xié)同作用下有效降解木質素［10］。

在纖維素降解微生物中，真菌種類也明顯多于細菌和放線菌，如木霉屬能分泌豐富的纖維素酶系并具有極高的酶活力［11］。纖維素酶是多酶組分的一個復雜酶系，主要分為外切葡聚糖酶（CBH）、內切葡聚糖酶（EG）和β-葡萄糖苷酶（CB）3大類［12］。協(xié)同理論目前被大多數(shù)學者普遍接受，該理論認為：纖維素降解是由多種酶共同作用的結果［13］。內切葡聚糖酶首先進攻纖維素的非晶區(qū)，形成游離末端，然后外切纖維素酶從多糖鏈的非還原端切下纖維二糖單位，β-葡萄糖苷酶再水解纖維二糖單位形成葡萄糖［14］。但協(xié)同理論并沒有對該作用的起始反應機制進行說明，特別是對結晶區(qū)的降解機制沒有很好的解釋。

木質纖維是自然界最大的可再生的生物質資源和能源，也是園林廢棄物的主要組成部分。因此，了解木質纖維的降解機理篩選高效的降解微生物是園林廢棄物堆肥化技術中的關鍵因素之一。

2.2 參與氮素循環(huán)微生物

氮素是土壤肥力和植物生長的主要成分。園林廢棄物雖然含有豐富的有機物及碳元素，但其中的氮素成分含量卻很少，無法為植物提供大量的氮素營養(yǎng)。堆肥化過程伴隨著有機氮的礦化（NH3的揮發(fā)）、硝化及反硝化作用（釋放N2O），同時也進行著無機氮的生物固定作用，各種作用相互轉化相互依存，都是復雜的微生物活動過程。這個過程最大的負面影響是氨氣揮發(fā)，導致氮素損失、降低堆肥肥效［15］。氮含量的減少同時也意味著營養(yǎng)元素的損失，研究堆肥中的氮素微生物生理群的變化有助于了解氮素轉化、控制氮素形態(tài)和損失情況［16］。

堆肥中氮的形態(tài)主要有銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和有機氮，其中有機氮占總氮90%左右，是氮素的主要存在形態(tài)。微生物是氮素循環(huán)的主要驅動者，在堆肥體系的氮素循環(huán)中扮演著極其重要的角色［17］。氮素生理菌群包括固氮菌、氨化細菌、硝化細菌和反硝化細菌等［18］。堆肥中通過添加氮轉化和固氮微生物，一方面可以增加堆肥腐熟過程中氮的吸收轉化，提高氮素肥效；另一方面，施用到田間或林間，其中的微生物可以長期繼續(xù)參與環(huán)境中氮的轉化吸收和利用，起到持效增肥的作用。固氮微生物如固氮菌屬（Azotobacter）、根瘤菌屬（Rhizobium）等利用固氮酶固定空氣中的N2，打開N2分子的三鍵，生成氨態(tài)氮，再通過氨氧化細菌和氨氧化古菌的作用生成亞硝酸鹽。硝化細菌如亞硝酸菌屬（Nitrosomonas）、硝酸菌屬（Nitrobacter）等將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽等植物可以吸收利用的氮肥。另外，有機質降解時，氨的釋放和氨化作用也是細菌參與氮循環(huán)增加氮肥效的有效途徑。

2.3 其他功能微生物

2.3.1 促生菌 微生物菌肥中的促生菌可以調節(jié)植物生長和促進植物營養(yǎng)吸收［19］。微生物作用于植物可以產生植物激素，如細胞分裂素、吲哚乙酸等從而調節(jié)植物的生長發(fā)育和其他生命活動。乙烯是一種天然植物激素，它在植物開花、果熟、衰老和脫落過程中起著重要作用，它對植物次生代謝產物的形成存在抑制和促進雙重調控效應，這種調控效應是乙烯與細胞內外多種因子共同作用的結果［20］。菌肥中多種微生物，如芽孢桿菌類細菌可以產生1-羧基-1-氨基環(huán)丙烷，降低植物激素乙烯的水平，抑制乙烯對植物的不利影響，保證植物正常生長發(fā)育。此外，吲哚乙酸（IAA）也是植物生長素的信號物質，在植物體內普遍存在。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中約一半以上的細菌可以產生IAA，如固氮螺菌（Azospirillum）、克雷伯氏菌（Kleebsiella）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）等。篩選產生IAA的微生物可為促生生物肥料的研發(fā)提供較大幫助。

微生物菌肥可以改善土壤生態(tài)，提高土壤中微生物的數(shù)量，增加土壤肥力。曹恩暉等［21］通過番茄盆栽試驗，向土壤施用復合微生物菌劑，對土壤環(huán)境產生的綜合效應顯著優(yōu)于空白處理，且經主成分分析得到影響土壤質量的主要土壤環(huán)境指標也普遍優(yōu)于單純施用化肥、單一功能菌和簡單固氮菌組處理的結果。

2.3.2 生防菌 菌肥中的有益菌不僅能夠促進植物生長、增加作物產量，還能提高植物抗病能力、增強抗逆性。菌肥中放線菌如鏈霉菌（Streptomyces），可以通過產生抗生素抑制病原菌的生長；木霉屬（Trichoderma）真菌可以寄生大麗輪枝孢（Verticillium dahliae），利用微生物進行棉花黃萎病的防治，是目前最有效的方法之一［22］；許多微生物與植物存在互生關系，可以誘導植物的系統(tǒng)抗病性，從而抵抗病原菌的入侵；菌肥中的嗜鐵細菌能產生嗜鐵素吸收土壤中的鐵元素形成鐵-嗜鐵素復合體，進而抑制病原微生物的生長繁殖［23］；菌肥還田或還林后，促生菌能在植株根部定殖并利用根際分泌物，搶占病原菌生長位點，使病原菌無法在植株附近生存。

在微生物菌肥中，芽孢桿菌是一類十分重要的細菌。它不僅耐高溫對生物質具有極強的降解能力，同時對植物具有顯著的生防作用。研究表明，芽孢桿菌BRF21能通過分泌的多種代謝產物對植物病原真菌具有很強的拮抗活性［24］；通過基因工程改造的芽孢桿菌，生防效果更加明顯。張新建等［25］將外源幾丁質酶基因導入巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）發(fā)現(xiàn)，該工程菌株對病原真菌的拮抗能力明顯提高。此外，芽孢桿菌能夠分泌一種抑菌蛋白，在酸性或弱堿性條件下具有較強的抗菌活性，但在高溫條件下抑菌效果會明顯下降。另外，許多微生物能分泌氫氰酸等酶類物質，抑制病原真菌的生長繁殖。

雖然微生物菌肥在生物防治方面有顯著作用，但許多問題仍然需要進一步研究。菌肥中許多放線菌分泌次級代謝產物，在殺死病原菌的同時也可能影響促生菌的正常生長，從而影響菌肥對植物的促生作用。另外，菌肥中大量微生物雖然可與植物形成互生或共生關系，但同時也有許多與植物存在競爭關系，影響植物對營養(yǎng)物質的吸收和利用。因此，微生物菌劑接種至堆肥中時，應嚴格篩選控制菌種，從而保證植物的正常生長。

3 堆肥中微生物菌劑的改良

3.1 微生物菌劑成分的改良

纖維素類物質的降解往往需要多種微生物的聯(lián)合作用，研究表明向堆肥中同時接種含有真菌和細菌的微生物菌劑時，分解纖維素和木質素效率會大大提升，明顯高于接種單一菌株的分解腐熟效率，菌肥中添加部分真菌特別是白腐真菌和霉菌，對于木質素的降解具有顯著效果［26］。Awasthi等［27］通過分別接種綠色木霉、黑曲霉的真菌孢子懸浮液處理有機廢棄物堆肥發(fā)現(xiàn)，接種真菌孢子懸浮液并每周攪拌一次的綠色木霉組具有較高的降解率和腐熟度，真菌的添加和堆肥攪拌頻率對于有機成分的降解具有顯著影響。另外，向堆肥中加入兼性厭氧微生物和嗜熱微生物，可有效促進高溫缺氧的堆肥內部有機物的降解；添加活性物質可以提高堆肥的發(fā)酵效率和腐熟度，減少氮素損耗，增加腐殖質的含量。Liu等［28］向含有雞糞堆肥的番茄莖稈中分別加入生物炭、泥炭和沸石發(fā)現(xiàn)，加入生物炭的實驗組堆肥發(fā)酵升溫時間大大縮短（3 d），最高溫度（56℃）明顯高于其他實驗組（48-51℃）并持續(xù)時間較長，加入生物炭的實驗組C/N值和揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）比值都明顯高于其他組。Zhang等［29］在堆肥中加入生物炭的同時還加入了菇渣，當加入35%菇渣和20%生物炭時，堆肥的降解率達到最大，生產高質量的堆肥產品的時間由傳統(tǒng)的90-270 d縮短至24 d。

但向園林廢棄物堆肥中添加其他成分時也應考慮多種因素，如添加的成分是否會影響正常菌種的生長繁殖，抑制發(fā)酵反應；是否會增加堆肥腐熟的成本，使投入和產出不平衡。因此，在篩選高效菌種、添加活性物質的同時，也要考慮所增加菌種反應機制研究和堆肥生產的經濟效益。

3.2 微生物菌劑施加方式的改造

菌肥的施加方式也影響肥效的發(fā)揮和經濟效益。目前正在研究對植物種子施加丸粒化微生物菌肥，即把菌肥包裹在種子表面，促進種子的萌發(fā)和對營養(yǎng)的吸收。在園林廢棄物堆肥方面，可以將大體積堆肥分為小體積，使廢棄物與菌劑接觸面積增大，促進腐熟，但實際應用中還存在著諸多問題，如丸粒化技術成本問題，降解時反應條件如何調節(jié)等，需要進一步探究。Nakhshiniev等［30］對園林堆肥進行水熱處理，能顯著提高莖稈堆肥的穩(wěn)定性和腐熟度。但是，水熱處理后的堆肥材料作為植物栽培基質時，依然可能產生植物性毒素，因此還需要進一步對實驗條件等進行研究和處理，從而提高堆肥反應效率。

4 堆肥工藝參數(shù)及微生物群落變化監(jiān)測技術

園林廢棄物堆肥的降解情況歸根結底是功能微生物對有機質的分解程度。通過對堆肥工藝參數(shù)及性質變化的檢測，以及對功能微生物檢測［31］，明確堆肥體系的反應進程和微生物群落的變化，以便于有效評估菌肥的腐熟度及肥效。

4.1 目前堆肥化技術中主要檢測參數(shù)

堆肥化技術目前主要從物理、化學、生物學和波譜分析等方面進行檢測。

物理檢測方面，溫度是堆肥過程中的核心參數(shù)。作為影響微生物活性的最顯著因子，溫度對發(fā)酵反應速率起著決定性作用，是堆肥體系中微生物生化活動量的宏觀指標。一般來講，堆肥經歷升溫、維持高溫和降溫3個過程。通過測量堆肥體系中溫度的變化，可以表觀的體現(xiàn)腐熟的情況，如堆肥升溫過程的特點及堆肥所能達到的最高溫度，堆體熱量散失過程與溫度的關系，控制過程與溫度的關系，溫度與微生物的生長繁殖及種群演替的關系等。

化學檢測方面，在廢棄物高溫堆肥過程中pH值、C/N值及有機酸含量等變化影響堆肥過程和最終腐熟產品的質量。pH值變化可以比較直觀揭示堆肥反應進程，適宜的 pH值可使微生物有效的發(fā)揮作用并且保留堆料中有效氮成分，pH值過高或過低都會影響堆肥的效率。C/N值是最常見的判定堆肥腐熟度的評價指標之一，由于堆肥原材料性質的差異，目前大多通過T=（終點C/N比）/（初始C/N比）來評價城市園林廢棄物的腐熟度。針對堆肥的不同材料，當T值小于0.7時，可認為堆肥腐熟［32］。有機酸廣泛存在于未腐熟堆肥中，隨著堆肥的進行，有機酸逐步減少，減少的速度與通氣狀況和原料相關，即未腐熟的堆肥有機酸含量相對較多，腐熟的堆肥有機酸含量相對較少，可通過研究有機酸的變化評價堆肥腐熟度。

生物學檢測方面，在各類堆肥研究中，微生物量的變化大致趨勢相同。微生物量均在發(fā)酵初期迅速增大，隨后大大降低，約一個月之后再次明顯上升，堆肥發(fā)酵末期時因可代謝營養(yǎng)物的缺乏而微生物生長明顯減弱。微生物往往先利用易降解的有機物來維持生長，該有機物殆盡后生長減緩，再轉向以較難降解有機物為主要營養(yǎng)物繼續(xù)生長，至此碳源殆盡生長繁殖再次降低。種子發(fā)芽指數(shù)GI被認為是最能反映植物毒性大小的腐熟度指標［33］，通過檢測，當種子發(fā)芽指數(shù)GI達到50%時，表明堆肥已達腐熟，其植物毒性降至植物能夠耐受的水平；當種子發(fā)芽指數(shù)GI達到80%時，其植物毒性基本消失。

近年來，波譜分析法開始應用，從物質結構角度去評價和分析堆肥過程和腐熟度問題，如紅外光譜法和C-核磁共振法［34］。紅外光譜法可以辨別化合物的特征官能團，核磁共振法可提供有機分子骨架的信息，能更敏感地反映碳核所處化學環(huán)境的細微差別，為測定復雜有機物成分變化提供幫助。但由于堆肥中微生物種類和數(shù)量的差異，以及堆肥原料和發(fā)酵條件的差異，其有機成分的轉化情況存在較大差異，用波譜法測定堆肥腐熟程度，還需要進一步改進。

4.2 功能微生物的監(jiān)測技術

功能微生物是堆肥發(fā)酵過程中的關鍵因素，其種群、數(shù)量等動態(tài)變化規(guī)律可以反應堆肥腐熟變化狀況。因此，對于堆肥中功能微生物的鑒定及環(huán)境微生物群落的多樣性分析顯得尤為重要。目前廣泛應用的生物技術有DGGE、Roche 454及Illumina MiSeq等［35］。這些技術能較好的揭示堆肥及環(huán)境樣品中微生物種類，它們之間的相對豐度和變化關系等［36］，在探討不同腐熟階段微生物多樣性以及微生物群落變化、明確功能微生物在堆肥化技術中所起到的作用方面具有重要意義。

DGGE即變性梯度凝膠電泳，是堆肥化技術中微生物群落變化和不同菌群差異檢測最廣泛的一種手段。其原理是根據(jù)樣品中DNA濃度的差異在變性劑中解鏈行為的不同而導致電泳遷移率發(fā)生變化，將不同的DNA片段分開［37］，在生物多樣性調查、基因突變檢測等多個領域應用廣泛。但該技術往往只能反應出樣品中少數(shù)優(yōu)勢菌的信息，分辨率和重復性較差、工作量大，應用越來越少。

高通量測序技術為微生物的大量快速檢測鑒定提供了較好的平臺，MiSeq即是其中較為先進的技術，它以Illumina公司邊合成邊測序技術為基礎，通過專一的可逆終止試劑對數(shù)百萬個片段同時進行大規(guī)模平行測序。該技術具有方便、快捷、成本低、通量高和信息豐富等特點［38］。當每個dNTP加入時，對熒光標記的終止子成像，隨后切割，允許下一個堿基的摻入。由于每個測序循環(huán)中4種可逆終止子結合的dNTP都存在，所以自然競爭讓摻入偏差最小化，根據(jù)每個循環(huán)的熒光信號測定并檢出堿基，與其他技術相比大大降低了原始錯誤率，實現(xiàn)了可靠的堿基檢出。Liu等［39］在“營養(yǎng)添加劑對功能細菌的密度和生物有機肥料的微生物群落結構變化的影響”實驗中，通過Illumina-MiSeq測序技術利用16S rDNA庫，對實驗過程中微生物群落的變化進行分析，在保證測序精確度的同時，大大提高了測序及檢測效率。此外，Roche 454測序法、HiSeq 2500技術等都是目前較為先進的測序技術［40］，在功能微生物的鑒定，堆肥體系菌群動態(tài)變化方面發(fā)揮著重要作用。高通量測序技術大大提高了大樣本微生物的檢測分析效率，全基因組測序技術將會像PCR 技術一樣成為微生物學檢測鑒定等常規(guī)的研究手段［41］。

5 問題與展望

目前，我國園林廢棄物堆肥產業(yè)化發(fā)展還處在起步階段，存在技術成本高、原料來源分散、降解菌種單一及降解機制研究不深入，基礎研究脫離生產實踐等問題［42］。例如，根瘤菌的固氮作用研究十分深入，有些方面已達到分子水平，但對于植物根際或園林植物殘枝上存在的自身固氮菌以及其他功能的促生菌還缺乏深入研究［43］；微生物菌劑接種于園林廢棄物中的反應條件仍需要進一步探索，接種量與堆肥成本、堆肥效率之間的平衡關系、接種時間以及菌種數(shù)量和活性的保持，堆肥生產的標準化和質量檢測等方面都需要深入研究。但不容置疑，隨著生態(tài)園林城市的快速發(fā)展，園林綠色廢棄物微生物菌劑堆肥處理作為一個新興的行業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。國內經濟比較發(fā)達的城市已經開始對園林植物廢棄物進行集中收集，并進行堆肥化處理，如北京、上海、深圳等已頒布了相關政策，鼓勵綠色廢棄物生產者進行簡易堆肥處理，同時免費為其提供堆肥技術，鼓勵其建設堆肥廠。

總之，對園林廢棄物進行微生物堆肥處理是實現(xiàn)資源的高效循環(huán)再利用和可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，需要更多的研究者和生產者參與其中，創(chuàng)造更大的經濟和社會效益。

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（責任編輯狄艷紅）

The Function and Role of Microbial Agents in Composting Technology of Garden Waste

ZHAO Kai-ning1ZHAO Guo-zhu1GUO Hui1WANG Xiao-xu1ZHU Sheng-nan2XU Rui1
（1. College of Biological Sciences and Biotechnology，Beijing Forestry University，Beijing 100083；2. Tai’an Forestry Administration，Tai’an 271000）

The increase of garden waste causes severe pressure to environment. Microbial agents inoculated in garden waste compost can accelerate the maturity of composting， enhance the fertilizer’s efficiency and improve the utilization ratio of resources， which has shown favorable application prospect in terms of garden waste reuse. Starting from the current processing methods and applications of microbial agents in composting technology， the function and role of microorganisms in the composting of garden waste and fermented microbial fertilizer were introduced， and the important parameters of monitoring compost maturity and the technical methods of detecting the changes of microorganism’s community in fermentation process were described. Finally， the application of microbial agents inoculated in the composting technology of garden waste was prospected， which is expected to provide a reference for the research and development of related areas.

microbial agents；composting technology；detection technology；resource development

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.01.008

2015-04-09

國家自然科學基金資助項目（J1103516，31093440，31493010，31493011），中央高校基本科研業(yè)務費專項基金（TD2012-03）

趙愷凝，女，碩士研究生，研究方向：資源與環(huán)境微生物；E-mail：kaixiaoning@163.com

趙國柱，男，博士，副教授，研究方向：資源與環(huán)境微生物；E-mail：zhaogz@im.ac.cn國輝，女，博士，研究方向：環(huán)境微生物學；E-mail：guohuiya@126.com