王曉輝，姜 虎，刁 婥，張立菲，張 穎*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，哈爾濱 150056）

隨著城市化進(jìn)程加快，環(huán)境問(wèn)題，特別是城市生活垃圾處理問(wèn)題已成為關(guān)注焦點(diǎn)。直接傾倒和簡(jiǎn)易填埋處理方式對(duì)土壤、地下水、大氣等都會(huì)造成現(xiàn)實(shí)的影響和潛在危害。特別是填埋場(chǎng)的滲瀝水，由于未進(jìn)行必要的收集和處理，導(dǎo)致水源污染。垃圾填埋場(chǎng)污染地下水源，嚴(yán)重污染、破壞垃圾填埋場(chǎng)周邊環(huán)境的情況時(shí)有發(fā)生。如何解決垃圾問(wèn)題，已引起全社會(huì)的高度重視[1]。

堆肥是目前廣泛應(yīng)用且能有效處理城市生活垃圾的方法之一，其實(shí)質(zhì)就是利用微生物在一定溫度、濕度和pH條件下，使城市有機(jī)物質(zhì)發(fā)生生物化學(xué)降解，形成一種類(lèi)似腐殖質(zhì)土壤的物質(zhì)，用作肥料和改良土壤。堆肥化的產(chǎn)物稱(chēng)為堆肥。堆肥是一種深褐色、質(zhì)地松散、有泥土味的物質(zhì)。這種物質(zhì)的主要成分是腐殖質(zhì)，其養(yǎng)料價(jià)值不高，是一種極好的土壤改良劑和調(diào)節(jié)劑。城市生活垃圾在堆肥過(guò)程中往往會(huì)損耗大量的氮，使其含量大大降低。然而，氮是農(nóng)作物生長(zhǎng)的三大要素之一，對(duì)提高農(nóng)作物的產(chǎn)量具有重要意義[2]。

石春芝等曾嘗試在堆肥中加入固氮菌和纖維素分解菌，利用兩者的互生作用（纖維素分解菌可將堆肥中的一些枯枝、落葉、樹(shù)皮、朽木等有機(jī)組分分解成化學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的物質(zhì)，為固氮菌提供碳源）來(lái)提高堆肥的含氮量，從而提高堆肥的肥效[3]。但其只是初步嘗試，所用菌種為廣東省微生物研究所直接提供的褐球固氮菌，未對(duì)菌種進(jìn)行篩選。陳世和等曾對(duì)城市生活垃圾堆肥過(guò)程中的主要微生物的分離、鑒定和酶活力進(jìn)行研究[4]。本試驗(yàn)從土壤中篩選出優(yōu)勢(shì)固氮菌，在菜場(chǎng)垃圾中加入這些固氮菌，利用其生物作用來(lái)提高堆肥的含氮量，從而提高堆肥質(zhì)量，縮短堆肥周期。

1 材料與方法

1.1 固氮菌的篩選

1.1.1 原理

自生固氮菌具有固氮能力，能在無(wú)氮培養(yǎng)基上生長(zhǎng)繁殖。取pH 6.5以上的耕作土壤，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后，加入到無(wú)氮培養(yǎng)基上，在適合的溫度下培養(yǎng)3 d，在平板表面就會(huì)出現(xiàn)褐色、粘稠、半透明的菌落。加1%淀粉可促進(jìn)褐球固氮菌的生長(zhǎng)，而維涅蘭德固氮菌則是該屬中唯一能利用鼠李糖的固氮菌。如加入蔗糖并調(diào)pH 5～6的范圍時(shí)可促進(jìn)拜氏固氮菌的生長(zhǎng)。最后挑取典型的菌落，在無(wú)氮培養(yǎng)基平板上經(jīng)過(guò)數(shù)次劃線便可得到純種的單菌落。

1.1.2 材料

樣品：上海師范大學(xué)校園泥土。

培養(yǎng)基：阿須貝（Ashby）無(wú)氮培養(yǎng)基。

1.2 堆肥化的處理方法[5]

1.2.1 擴(kuò)大培養(yǎng)

分別將各培養(yǎng)基上的菌種接種于盛有300 mL對(duì)應(yīng)碳源的Ashby培養(yǎng)液的三角瓶中，在28℃下振蕩培養(yǎng)3 d，待培養(yǎng)液混濁。將得到的三種菌種及它們的混合菌種分別倒入裝有菜葉的桶中。具體方法如下：塑料桶裝菜葉10 kg，大小約為8 cm×5 cm，以5%的接種量接種。接種后將塑料桶置于室溫下，早晚各攪動(dòng)1次，并保持濕潤(rùn)。間隔3 d用下述方法對(duì)堆肥的全氮，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量進(jìn)行測(cè)定。具體的處理方法見(jiàn)表1。

表1 具體處理方法Table1 Treatment methods of the compost

1.3 全氮，硝態(tài)氮，銨態(tài)氮的測(cè)定[6]

樣品中全氮量的測(cè)定：半微開(kāi)氏法（K2SO4-CuSO4-Se蒸餾法）；樣品中銨態(tài)氮含量的測(cè)定：蒸餾滴定法（2NKCl浸提-蒸餾法）；樣品中硝態(tài)氮含量的測(cè)定：酚二黃酸比色法

1.4 固氮菌降解菜場(chǎng)垃圾中微生物數(shù)量的變化處理過(guò)程中的數(shù)量分析[7]

稀釋涂布法：分別用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏I號(hào)培養(yǎng)基、查氏培養(yǎng)基和豆芽汁培養(yǎng)基培養(yǎng)分離計(jì)數(shù)細(xì)菌、放線菌、霉菌和酵母菌。

分別用以淀粉、鼠李糖、蔗糖和葡萄糖為唯一碳源的無(wú)氮培養(yǎng)基培養(yǎng)分離計(jì)數(shù)褐球固氮菌、維涅蘭德固氮菌、拜氏固氮菌以及它們的混合固氮菌。

2 結(jié)果與分析

2.1 篩選出的菌株

結(jié)果見(jiàn)表2，由表2可見(jiàn)，2.1%淀粉可促進(jìn)褐球固氮菌的生長(zhǎng)，維涅蘭德固氮菌則是該屬中唯一能利用鼠李糖的固氮菌，加入蔗糖并調(diào)pH 5～6時(shí)可促進(jìn)拜氏固氮菌的生長(zhǎng)。我們?cè)?組無(wú)氮培養(yǎng)基中加入不同碳源，即1%淀粉，鼠李糖，蔗糖并將pH值調(diào)至5～6，所以我們分別得到3種菌種即褐球固氮菌，拜氏固氮菌及維涅德蘭固氮菌。褐球固氮菌和拜氏固氮菌菌落數(shù)相似，維涅德蘭固氮菌的菌落數(shù)明顯少于褐球固氮菌和拜氏固氮菌。

2.2 五組堆肥裝置中含氮量的變化

2.2.1 全氮含量的變化

全氮的含量隨時(shí)間變化見(jiàn)圖1。由圖1中可知接種混合固氮菌的堆肥裝置中的全氮含量最高，接下來(lái)依次為褐球固氮菌，拜氏固氮菌，維涅蘭德固氮菌，最后是空白，且各組的全氮含量呈上升趨勢(shì)從第7天開(kāi)始趨于穩(wěn)定。

表2 篩選得到的菌株Table2 Results of selected strains

圖1 全氮含量的變化Fig.1 Changes of total nitrogen

2.2.2 銨態(tài)氮含量的變化

在反應(yīng)進(jìn)行中，銨態(tài)氮的含量隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖2。從圖2中可知接種混合菌種的堆肥裝置中的銨態(tài)氮含量最高，接下來(lái)依次為褐球固氮菌，拜氏固氮菌，維涅德蘭固氮菌，含量最低的為空白。且各組中的銨態(tài)氮含量均呈上升趨勢(shì)但從第7天開(kāi)始下降而到第13天后趨于穩(wěn)定。

2.2.3 硝態(tài)氮含量的變化

硝態(tài)氮的含量隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖3。

由圖3可知，接種混合固氮菌的堆肥裝置中的硝態(tài)氮含量最高，接下來(lái)依次為褐球固氮菌，拜氏固氮菌，維涅蘭德固氮菌。含量最低的為空白。各組中硝態(tài)氮含量都呈上升趨勢(shì)，到第13天開(kāi)始趨于穩(wěn)定。

圖2 銨態(tài)氮含量的變化Fig.2 Changes of ammonium nitrogen

圖3 硝態(tài)氮含量的變化Fig.3 Changes of nitrate nitrogen

2.2.4 堆肥過(guò)程中菜葉的變化情況

接種混合菌種的菜葉5 d后周邊開(kāi)始糜爛，12 d后菜葉已基本糜爛，接種褐球固氮菌、拜氏固氮菌、維涅蘭德固氮菌的菜葉分別在7、9、10 d后菜葉周邊開(kāi)始糜爛，14、17、19 d后菜葉基本糜爛。而未接種固氮菌的菜葉（空白）一直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束即21 d后都未見(jiàn)糜爛。說(shuō)明混合菌種的堆肥周期最短，接下來(lái)依次為褐球固氮菌、拜氏固氮菌、維涅蘭德固氮菌。

3 討論與結(jié)論

在固氮菌的作用下，接種混合固氮菌的堆肥中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量增加最多，接下來(lái)依次為褐球固氮菌、拜氏固氮菌、維涅蘭德固氮菌。由于第五組堆肥中加了混合固氮菌后，三種固氮菌共同作用于菜葉，所以其堆肥中氮含量要比其他組的多。

在低溫堆肥初期，五組堆肥中氮含量的變化趨勢(shì)相似?？瞻捉M中未加固氮菌，但其全氮，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量增加。

在堆肥中期，銨態(tài)氮含量的、降低，而硝態(tài)氮的含量增加可能是由于一部分銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨類(lèi)物質(zhì)從堆肥中逸出；一部分銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮。接種固氮菌的堆肥中，固氮菌大量生長(zhǎng)繁殖，使堆肥中的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量比空白組多。接種褐球固氮菌的堆肥中的全氮，銨態(tài)氮，硝態(tài)氮的含量要比接種拜氏固氮菌，維涅蘭德固氮菌高。

堆肥中全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量變化及堆肥周期說(shuō)明混合菌種的堆肥效果比單一菌種堆肥效果好，其中褐球固氮菌的堆肥效果比拜氏固氮菌及維涅蘭德固氮菌好。

在堆肥物料中加入自生固氮菌提高堆肥中的含氮量和堆肥肥效。而固氮菌本身具有的生物活性增加肥料的生物學(xué)性能，將其施用于土壤，增加土地肥力和土壤中的功能微生物數(shù)量，有利于土壤中物質(zhì)分解與轉(zhuǎn)化，改良土壤，保護(hù)環(huán)境。

[1]臧又超.我國(guó)城市生活垃圾現(xiàn)狀與管理問(wèn)題[J].環(huán)境保護(hù),1998(8):41-43.

[2]Tang Y J.Research of the refuse and its treatment in Shanghai City[J].Chongqing Environ Sci，1997,19(2):30-32.

[3]石春芝,蒲一濤,鄭宗坤,等.垃圾堆肥固氮菌對(duì)堆肥含氮量的影響[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),2002,8(4):419-421.

[4]陳世和,張所明,宛玲,等.城市生活垃圾堆肥處理的微生物特性研究[J].上海環(huán)境科學(xué),1989,8(8):17-21.

[5]Chen H B,Tao H,Feng Q L,et al.Study for the status quo of municipal refuse disposal in China[J].J Wuhan Urban Construct Instit,1997,14(3):40-44.

[6]Pu Y T,Zhong Y H,Zhou W L.The mixed culturing of nitrogen-fisation bacteria and cellulose decomposing organism and the effects on the decomposing of the household garbage[J].Eniviron Sci Technol,1999,84(1):15-18.

[7]沈萍,范秀容,李廣武.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社,1999(6):214-215.