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1、中国生物工程杂志第24卷第8期CHINABIOTECHNOLOGY2004年8月3堆肥中木质素降解微生物对腐殖质形成的作用33黄红丽曾光明黄国和郁红艳(湖南大学环境科学与工程系长沙410082)摘要堆肥化是处理有机固体废物的主要方法之一。但传统堆肥法存在历时长、肥效低等问题,因此加速腐殖化进程可提高堆肥效率和堆肥质量。综述了堆肥中降解木质素的微生物种类的腐殖质的组成,介绍了木质素降解与腐殖质形成的关系,最后阐述了堆肥中各木质素降解微生物对腐殖质形成的作用。关键词堆肥木质素腐殖质腐熟目前,好氧堆肥是一种常用的发酵处理有机固
2、1堆肥中降解木质素的微生物种类体废物的方法。它是依靠垃圾中各类微生物(真菌、细菌)在分解有机物中交替出现,使堆温上升、木质素的完全降解是真菌、细菌及其微生物群下降,从分解水溶性有机物开始,逐渐分解难降解落共同作用的结果。有机物(如纤维素和木质素),并转化为腐殖质的生能有效降解木质素的真菌有白腐菌(white2rot[1]物化学过程。堆肥产品中含有有机质、P、K等多fungi)、褐腐菌(brown2rotfungi)和软腐菌(soft2rot种植物所需的养分,施用后,不仅可以提高农林等fungi),其中白腐菌降解能力最强。
3、目前,研究得最产品的产量,而且可以明显改善土壤结构,提高土多的是黄孢原毛平革菌(Phanerochaete[2]壤肥力。但传统堆肥法存在历时长、肥效低(腐chrysosporium),它是目前最有效的木质素降解菌,已[6]殖质转化不完全)等问题,因此加速腐殖化进程可成为研究木质素降解的一种模式菌。提高堆肥效率和堆肥质量。降解木质素的细菌以高温放线菌为主,包括链有机固体废物(特别是农业垃圾)中含有大量霉菌(Streptomyces)、高温放线菌(Thermo2木质纤维素,由于木质素的保护作用及其难降解性actinomyce
4、s)、小单孢菌(Micromonospora)和诺卡氏菌使木质素降解成为木质纤维素降解的关键,因而加(Nocardia)等。细菌的降解能力较弱,这就决定了速木质素转化为腐殖质成为堆肥充分腐熟的关键。其在木质素降解研究中的次要地位。近几十年来,国内外学者一直在寻找能够快速降解2腐殖质的组成木质素的最佳菌剂。其中研究得最多的是白腐真菌,其次是放线菌,对它们降解木质素的降解机理腐殖质是一系列由次生反应所形成的相对分[3,4]和条件优化进行了深入研究。但对于堆肥中各子质量较高、棕至黑色的物质,它是陆地和海洋中木质素降解微生物对腐
5、殖质形成的作用研究报道最主要的有机碳库,在环境中起着重要作用。它的[5]却很少。来航线等仅研究了几种土壤微生物对结构尚不清楚,但经检测可知腐殖质含有一些含氧土壤腐殖质形成的作用。本文对堆肥中各木质素功能团,如羧基、酚羟基、醇羟基、甲氧基、羰基和醌降解微生物对腐殖质形成的作用进行了初步探讨,基等。腐殖质根据其溶解性质可以分为3个级分:为日后的研究工作奠定一定的基础。胡敏酸(HA,只溶于碱而不溶于酸)、富里酸(FA,既溶于酸又溶于碱)、胡敏素(Hu,既不溶于酸又不溶收稿日期:2004204212修回日期:2004205224
6、于碱)。一般来说,在不成熟堆肥中富里酸含量高3国家杰出青年科学基金(50225926)、2000年教育部高等学校优而胡敏酸含量低。随着堆制过程的推进,富里酸含秀青年教师教学科研奖励计划资助项目、国家“863”计划资助项[7]目(2001AA644020,2003AA644010)。量下降或保持不变,而胡敏酸含量增加。33通讯作者,电子信箱:zgmin@hnu.cn03中国生物工程杂志第24卷3木质素降解与腐殖质形成的关系4木质素降解微生物对腐殖质形成的作用腐殖质的形成有以下几种途径(图1):依次为微生物作用在木质素降解形
7、成腐殖质的过程糖2胺缩合学说、多酚学说、起源于木质素的多酚学中非常重要。由于各微生物对木质素的降解机理说、木质素学说、细胞自溶学说和微生物合成学[8]不同,故其对腐殖质形成的作用也不同。说。其中木质素学说由Waksman(1936)提出,他411真菌对腐殖质形成的作用认为抵抗微生物侵袭的植物组织,尤其是木质化组真菌降解木质素发生在次级代谢阶段,它们主织,在土壤中或多或少发生外表上的变化而形成腐要进行氧化反应,从而彻底矿化木质素成CO2。一殖物质;植物成分的性质很大程度上影响最后腐殖般认为,木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、
8、漆酶和质的性质,大相对分子质量的Hu或HA代表腐殖过氧化氢酶产生系统构成降解木质素的主要成分。质化的第一阶段,以后在微生物作用下分裂成FA,由于酶的催化作用,木质素结构中的苯环发生单电最后矿化成CO2和H2O。但是根据原来植物分子子氧化反应形成氧自由基,随后发生一系列非酶催的性质和大小,在矿化作用初期也能形成低相对分
