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堆肥中耐高温解无机磷菌的初步研究

赵霞  
【摘要】:堆肥作为城市生活垃圾资源化利用的主要处理方法之一,已受到社会的广泛关注,但由于其对垃圾中成分要求高和缺乏相应的技术,导致运行管理成本较高、堆肥发发酵周期长、产品营养元素含量低等问题,严重制约了堆肥技术在我国的推广应用。基于此,本研究将重点集中在接种高效耐高温的解无机磷菌的解磷特性和生长动态特性的基础研究上,并通过研究解磷复合菌剂的最佳配比与解磷条件的优化,以提高堆肥中接种菌剂的活性,促进难溶性磷的转化,从而获得富磷有机堆肥。 为提高堆肥中可利用磷素含量及难溶性磷的转化效率,实验选取课题组前期筛选、驯化的9株耐高温解无机磷菌株(P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8和P9),采用定性和定量的分析方法,对其解磷能力进行研究,结果表明,P2在培养96h后所产生的溶磷圈比值最大,达2.12,但在液体培养的定量测定中,P2溶磷总量仅为10.95μg/mL。同时P5溶磷能力最强为66.98μg/mL,但其溶磷圈D/d值远小于P2。说明通过固体培养基观察溶磷圈这种定性分析的方法,有一定的局限性:液体培养下的定量分析可能是更为合理的方法。 通过以磷矿粉为唯一磷源的发酵液中总有效磷的测定,选取解磷能力较强的3株耐高温解无机磷菌(P3、P4、P5),用Design Expert软件采用单纯形重心设计进行功能复合菌剂组合,对7组实验水平的分析结果表明,组合4(P4:P5:P3=:0:50%:50%)解磷能力最强,为241.70μg/mL,明显高于各单株菌的解磷能力,表明组合4各个菌株间能够相互促进,协同共生。 通过响应面法(RSM)建立耐高温复合解磷菌剂解磷条件的二次多项数学模型,采用中心组合实验Box-Behnken设计实验方案,对影响复合功能菌剂解磷能力的5个关键因素:培养时间(x1)、培养温度(x2)、pH(x3)、磷矿粉添加量(x4)、接种量(x5)的最佳水平范围及其相互作用进行研究,结果表明:耐高温复合解磷菌剂的最佳解磷条件为培养时间7.18d,培养温度49.98℃,pH为6.63,磷矿粉添加量6.21g/L,接种量6.07%。在此条件下,解磷量理论值为257.93μg/mL,高于任意两种因素组合下的解磷值,这是由于解磷量受多种因素共同作用影响,只有当各解磷条件均处于最优值时,复合菌剂才有最大解磷量。 微生物的溶磷机理首先取决于微生物本身的特征,如分泌质子、有机酸和其它物质的数量和种类。本实验对解磷微生物的溶磷量和pH值、含菌量之间的统计分析表明:在培养的8d中,解磷菌株P1、P2、P3、P4、P5和P9的溶磷量与pH值密切相关,呈显著负相关;解磷菌株P3、P4、P5、P7和P9的溶磷量与含菌量,呈显著正相关。 对解磷菌株的16SrDNA和ITS区域进行PCR扩增,测序结果表明:解磷细菌P1为芽孢属,其余的8种解磷真菌均为曲霉属,其相似度均在99%以上。通过对解磷菌株的鉴定,更好地揭示解磷菌株与堆肥中其他功能菌株的相互关系,也为解磷菌株的荧光标记提供理论依据,为揭示解磷菌株接种到堆肥中的群落结构变化以及不同时期的数量增减,奠定了实践基础。


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