发酵鸡粪

・综 述・

微生物菌剂在鸡粪有机肥料堆制发酵中的应用

3

殷培杰1,2,孙军德3,石星群3,李培军133

(

1.中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳 110016;2.中国科学院研究生院,北京 100010;

3.沈阳农业大学土地与环境学院,辽宁沈阳 110161

)

摘 要 降解鸡粪的微生物菌剂是由蛋白分解菌、纤维分解菌、酵母菌、光合细菌、乳酸菌等多种有益微生物

组成。这些菌群在生长中产生的代谢物质相互利用,而不发生拮抗现象。在鸡粪堆制发酵过程中微生物菌群

以辅料为载体与鸡粪组成了复杂而稳定的微生态系统,能够快速、环保地发酵鸡粪并增加肥效。介绍了微生

物菌剂在鸡粪堆肥中的作用、机理、发酵工艺及研究现状。

关键词 微生物菌剂;鸡粪堆肥;有机肥料

中图分类号 S141.3 文献标识码 A 文章编号 1005-7021

(

2004

)

06-0043-04

可持续农业发展的核心问题是保持和提高土

壤肥力,保证营养元素的合理循环。解决这一问

题的关键是施用有机肥料,它一方面可以提高农

产品的产量和质量,同时又可以减少环境污

染[12]。在消费领域,随着价值观念的转变,人们

的消费理念已经由经济实惠转向自然、安全、健康

的绿色食品、有机食品。而绿色食品、有机食品的

生产,施用优质有机肥料起着决定性作用。随着

改革开放,我国养鸡业迅猛发展,鸡粪在商品性有

机肥料中的比重越来越大。本文综述了鸡粪堆制

发酵的发展以及微生物复合菌剂在鸡粪堆制发酵

中的应用。

1 微生物菌剂在鸡粪堆肥中的应用

研究

1.1 鸡粪堆肥传统方法

处理鸡粪作有机肥料传统上主要方法有干燥

处理法、青贮法、化学处理法、热喷处理法和发酵

堆肥法等,其中以发酵堆肥法的效果较好[2]。美

国、日本等国家60%以上的有机肥都是堆肥。然

而传统的堆肥发酵,鸡粪腐熟的时间常需2～6个

月,堆制过程中堆肥周围恶臭难闻,污水流淌,蚊、

蝇滋生,成为农业环境中重要的污染源[9]。与此

同时,氮素养分以氨气散发,从而降低了堆肥的农

用价值,肥效缓慢。传统堆肥腐熟过程是一个由

自然微生物参与的生理生化过程,因而研究利用

外源微生物以加速鸡粪堆制发酵过程,减少养分

损失,保护环境,是当前鸡粪发酵的主要课题。

1.2 国内外研究现状

近年来,许多研究结果表明,在鸡粪堆制过程

中添加适当的微生物能显著加速有机碳的分解、

减少氮素损失和缩短堆肥时间,明显减少堆制过

程中臭味的挥发,提高肥效、保护环境。日本、美

国等国家起步较早,进展较大。其中以日本的

EM菌群为代表,在鸡粪、秸秆等有机材料堆制发

酵有一定效果,能有效去除畜禽粪便的恶臭[3,14]。

美国、马来西亚等国的研究工作主要集中在筛选

产酸微生物方面,利用产酸菌进行发酵,降低鸡粪

的酸度,减少氨的挥发[13]。

我国在最近几年也开始对鸡粪堆制发酵进行

研究。黄懿梅(

2002

)等将鸡粪与少量锯末混合,

接种2种外源微生物,在自动化高温装置中进行

堆肥试验,结果氨态氮的转化和水溶性有机氮的

形成都有明显的促进作用[4]。李庆庚(

2001

)等报

导,利用有效微生物菌群发酵鸡粪能大幅度减少

臭味、氨味,使鸡粪保存较多有效养分并具有较高

生物活性[8]。赵京音(

1995

)等在鸡粪中添加微生

物制剂,结果较传统堆制法腐熟进程明显加快,能

显著提高堆肥中有机质含量,大大减少氮的气态

损失[15]。

2 微生物菌剂在鸡粪堆肥中的作用

2.1 降低pH值

与自然发酵相比,微生物菌剂能产生一些酸

性物质,因此处理的鸡粪pH值较低,减少鸡粪发

酵过程中氨的挥发,保持较多氮素,有助于提高肥

效,保护环境。

2.2 水溶性碳、氮的变化

收稿日期:2004-05-27

作者简介:殷培杰 男,博士研究生。现从事污染控制研究工作。

3国家自然科学重点基金项目(

20337010

) 33通讯作者

34微生物学杂志2004年11月第24卷第6期 JOURNALOFMICROBIOLOGYNov.2004Vol.24No.6

堆肥中的水溶性碳、氮化合物是堆肥微生物

很好的碳源、氮源,是能够被微生物直接用来合成

自身有机体的重要组成部分。有机物料中起始有

效态碳、氮物质及分解过程中产生的碳、氮库,尤

其是碳库强烈地影响着整个分解过程和氮的生物

固定[1,6]。堆制初期水溶性碳、氮含量基本上呈

下降趋势,中后期开始上升。可见随着培养时间

的延长,微生物对易利用的碳、氮源需求越来越

多,导致其含量的下降,但到了中后期,其中的淀

粉、脂类化合物、半纤维素和蛋白质等较易分解的

物质以及部分纤维素和少量木质素开始被分解,

部分转化为水溶性碳、氮化合物,同时初期被微生

物利用的部分碳、氮源随着微生物的死亡而被逐

渐分解释放,从而导致水溶性碳、氮的含量回

升[12]。

2.3 腐殖质态碳、氮的增加

与鸡粪自然发酵相比,接种微生物菌剂的堆

肥在相同时间里能合成较多腐殖态碳、氮。合成

等量的腐殖态碳、氮要比自然发酵所需时间明显

提前。这是由于微生物菌剂产生的各种酶类能催

化有机质快速转化为腐殖态。因此接种微生物菌

剂更有利于堆肥的腐殖质化。

2.4 过氧化氢酶活性的变化

堆肥中的一切生物化学过程都是在酶的参与

下进行的,酶的活性大小反映了有机物料堆制中

各种生物化学过程的方向和强度[16]。在有机物

料堆制中,过氧化氢酶活性远远高于土壤,而接种

微生物菌剂的鸡粪堆肥,其过氧化氢酶活性又明

显高于自然堆制。因为微生物菌剂中含有较多的

产过氧化氢酶的耐高温的芽孢杆菌,从而促进了

有机质的氧化分解。

2.5 蛋白酶活性的变化

蛋白酶属于水解酶类,能分解蛋白质和多肽

产生氨基酸。接种微生物菌剂的堆肥发酵完毕

后,其氨基酸含量都要远高于自然发酵。由于微

生物产生了多种蛋白酶,并且不乏有一些高温蛋

白酶在堆制过程中积极降解蛋白质,形成了更多

易被作物吸收利用的氨基酸[7]。鸡粪经微生物

菌剂发酵后氨基酸含量明显增加(见表1

)。

2.6 加速鸡粪堆肥无害化

经微生物发酵剂处理的鸡粪堆肥达到无害化

指标的堆制时间一般为20d左右,而自然发酵达

到这一指标时间常需60d左右。微生物的生长

繁殖加快发酵物料中物质的降解,使堆肥缩短达

到高温阶段的时间,并延长高温期,充分杀死其中

寄生虫卵和病原菌,尽快还于农田。表2数据表

明,添加微生物菌剂能加速鸡粪堆肥无害化[15]。

表1 鸡粪及其经堆制发酵后的粗蛋白与氨

基酸含量变化[7] (干重/%

)

Table1 Variesofaminocontentandprotein

afterchickenmanurecomposting[7]

(

dryweigh,%

)

项目发酵前自然菌剂项目发酵前自然菌剂

发酵发酵发酵发酵

粗蛋白28.1228.7429.58蛋氨酸0.070.270.37

总氨基酸8.3612.4119.74异亮氨酸0.280.680.89

天门冬0.921.052.18亮氨酸0.600.941.15

氨酸

苏氨酸0.490.681.47酪氨酸0.420.460.59

丝氨酸0.580.691.25苯丙氨酸0.330.640.78

谷氨酸1.321.654.24赖氨酸0.480.540.64

脯氨酸0.510.570.74组氨酸0.050.300.33

甘氨酸0.551.141.46精氨酸0.410.731.11

丙氨酸0.740.821.01半胱氨酸0.210.280.46

缬氨酸0.400.971.07

表2 鸡粪堆制过程中卫生学指标的变化

Table2 Sanitarychangesofchickenmanure

duringitscomposting

菌剂发酵自然发酵

卫生学指标发酵前

10d20d10d20d

粪大肠菌值1

) >0.00040.043>0.1110.00040.04

鸡蛔虫卵死亡率050.0100.020.080.0

注:1

)菌值:检出一个粪大肠菌所需的样品的克数。无害化指

标:菌值为10-1～10-2,寄生虫卵死亡率为95%

2.7 对作物生物安全性提高

尿酸、NH

4

+2N是鸡粪中主要影响作物正常

生长的物质,微生物菌剂能促进堆肥中的氮物质

向蛋白氮和NO

3

-2N转化,减少NH4

+2N的累

积,能快速消除或减少致使作物生长障碍的物质。

自然堆制时需30d以上的时间,添加微生物菌剂

一般20d时就可达到安全指标。表3的数据表

明,添加微生物菌剂的堆肥提取液抑制或滞缓种

籽发芽的能力显著减弱[15]。

表3 鸡粪堆肥提取液对青菜种籽发芽的影响

Table3 Effectsofchickenmanurecompost

waterextractongerminationenergy

indexofpackchoi

(

Brassicachinensis

)

菌剂发酵自然发酵

项目蒸馏水发酵前

10d20d10d20d

种籽发芽率 93.1434.8336.7277.4835.6450.00

发芽影响/%1

)100.0037.4039.4283.1938.2653.68

注:1

)鸡粪堆肥提取液的种子发芽率与蒸馏水的种子发芽率的

比值

44 微 生 物 学 杂 志 24卷

3 微生物菌剂发酵鸡粪有机肥工艺

3.1 工艺流程

首先让鲜鸡粪自然脱水,使水分降至50%

以下,然后加入稻壳、腐植酸(调节干湿度和碳氮

比)等辅料和复合发酵菌剂,充分混拌均匀后送入

日光温室式发酵车间发酵。当发酵物料温度达到

30℃以上,每天中午翻料1次。当物料温度达到

50℃以上,每日翻料2次(早晚各1次)。当物料

开始降温时,说明发酵快要结束。物料温度降至

40℃以下,即可出料,送入熟化车间进行熟化。

熟化后可以烘干、粉碎并配制成生物有机复混肥。

工艺流程:畜禽粪便(含水量>70%

)→自然脱水

(含水量为50%

)→混合(添加料、微生物菌剂、

鸡粪)→堆制发酵(温度:30～60℃)→翻料→熟

化→干燥→粉碎→包装→生物有机肥

3.2 发酵工艺要点

3.2.1 给予发酵动力源 为了促进鸡粪的快速

发酵,在开始发酵时要给予微生物尽快启动的能

量。加入一定量的麦麸、糖作为“启爆剂”,可促进

微生物繁殖速度,加快发酵物料中物质的降解,增

强微生物的降解活性,缩短达到高温阶段的时间。

3.2.2 控制发酵物料中的C/N比和C/P比 发

酵过程是一个利用微生物降解有机物的生物化学

过程。在微生物的新陈代谢和细胞物质的合成

中,需要大量的营养元素和微量元素如:C,N,P,

K,Mn,Cu,Ca等。其中以C,N,P,K元素为最重

要物质。C主要用于微生物活动的能源,N主要

用于细胞原生质的合成,P是磷酸和细胞核组成

的重要元素。营养条件中最重要的是发酵物料的

C/N比,物料的C/N比对有机物分解速度有重要

的影响。一般发酵物料的C/N比以25～35∶1最

好。发酵物如含磷量较少时微生物的生命活动就

会受到抑制,适当的加入无机磷,如:KH

2

PO

4

等,

把C/P比控制在90～110∶1,可以加强微生物的

P素营养,促进物料熟化。

3.2.3 控制物料水分 在堆制发酵过程中,进行

着有机物的分解和微生物的生长繁殖,在此过程

中水分是必不可少的。水的作用主要有:溶解溶

质,微生物对营养物质的吸收利用均在溶液中;水

直接参与微生物的新陈代谢;水分的蒸发带走热

量,能够起调节发酵温度的作用。然而水分过多

又会影响氧气的供给,抑制发酵。所以鸡粪适宜

的发酵水分为45%～50%。

3.2.4 控制发酵温度 温度是影响微生物活动

和发酵工艺的重要因素。发酵过程中微生物分解

有机物而放出热量,由于物料的保温作用,使发酵

物温度上升。温度升高能使发酵速度加快,但是

由于发酵系统是一种靠酶促进运行的生物化学系

统,当温度超过酶极限温度时,微生物的活动受到

影响,发酵速度反而下降。鸡粪堆肥发酵的高温

阶段最适宜温度是55～60℃。发酵过程中进行

翻料是调节温度、供氧的最佳办法。

4 展 望

随着我国无公害农业及有机农业的兴起,我

国已有不少地区和机构开发出了适合我国畜牧产

业的降解畜禽废弃物的微生物菌剂,不仅缓解了

我国的环境和资源问题,而且推动了绿色食品的

生产、开发,带动了我国绿色食品产业的形成,满

足了人们的消费需求。

但由于对微生物菌剂发酵鸡粪作肥料的基础

和应用研究不足,发酵过程中主力菌种的确定、菌

株最佳培养条件、作用机理、以及菌种最佳组合问

题都需要更深入的研究[5]。全俄农业微生物所

对由鸡粪制成的微生物肥料的优势菌种进行分析

表明:芽孢杆菌属细菌具有较强的抗性,能够产生

抗菌物质,抑制植物致病真菌和致病细菌的生

长[11]。连宾等从酒曲中分离产香效果好、生长速

度快的嗜热细菌作为发酵鸡粪的菌种,经鉴定分

别属于地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌[10]。

微生物菌剂的研制是生物有机肥生产的核心

部分,因此选育高效的微生物菌种以及确定复合

菌剂中的各菌种组合成为使鸡粪变为优质有机肥

料的关键。

参 考 文 献

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ApplicationofMicrobialPreparationonCompostofChickenDroppings

YINPeijie1,2,SUNJunde3,SHIXingqun3,LIPeijun1

(

ng110016;teSchool,g100010;

&ng110161

)

Abstract Microbialpreparationfordegradingchickendroppingsiscompodofprotein2decomposingbacteria,cellulo2de2

composingbacteria,yeast,photosyntheticbacteria,lacticacidbacteria,i2

crobialpopulationsmakemutualuoftheirmetabolicsubstancestheyproducedduringtheirgrowth,andneverleadanyantago2

theprocesscompostfermentationthemicrobialpopulationsmakeuofadjuvantascarrierandformcomplex

andsteadymicro2ecologicalsystemwithchickendroppings,therefore,couldcompostfermentchickendroppingsrapidly,envi2

ronment2friendly,on,mechanism,fermentationtechnology,andrecentadvanceofmi2

crobialpreparationincompostingchickendroppingsarediscusdinthispaper.

Keywords microbialpreparation,compostofchickendroppings,organicfertilizer.

(上接37页)

3 讨 论

3种药用植物内生真菌抗菌活性菌株分布

广,抗菌作用及其属种分布具有多样性。同属的

内生真菌对不同的植物病原菌的拮抗作用和抗菌

效果各不相同,不同属种的菌株对同一植物病原

菌的抗菌作用也有较大差别。3种药用植物活性

菌株的抗菌效果也不一致,刺五加活性菌株的抗

菌范围广。并且在3种药用植物内生真菌中,高

活性菌株所占比例较高(为总分离菌株数的

24.07%,占总活性菌株的47.30%

)

,同时多数

菌株对木霉和镰孢霉的抑菌作用相当强(抑菌圈

直径>20mm的有18株,有的抑菌圈直径达35

mm

)。抑菌作用强的这几株菌和刺五加活性菌

株中抗菌范围广的5株菌株值得进一步研究。

由此可见,药用植物内生真菌中存在着广泛

的抗真菌资源,可作为重要的抗菌药用的来源。

研究和开发植物内生真菌,寻找新的抗菌活性物

质具有广阔的前景,从而为寻找植物病害的抗菌

药用资源提供了一条新的途径。

参 考 文 献

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AntifungalActivityofEndophyticFungifromThreePharmaceuticalPlants

LIZhiying,LIShaolan,ZHOUBin,YANGLiyuan,CHENYouwei

(

InstituteofMicrobiology,LaboratoryforMicrobialResouresofMinistryofEducation,.650091

)

Abstract Onehundredsixty2twostrainsofendophyticfungiwereisolatedfrompharmaceuticalplantsshort2stemmed

monkshood

(

Aconitumbrachypodum

)

,buracanthopanax

(

Acanthopanaxnticosus

)

,andsargentgloryvine

(

Sargentodoxa

cuneata

)

venty2fourstrainswereantifungal,fifteenfromAconitumbrachy2

podum,23fromAcanthopanaxnticosus,centagesofantifungalstrainsto

testedstrainsare44.12%,48.94%,and44.44%ntifungal

fungiwereclassified,identified,andbelongtotwenty2threegenera,venfamilies,andsixorders.

Keywords endophyticfungi,antifungalactivity,identification.

64 微 生 物 学 杂 志 24卷