摘要
随着农业现代化的快速发展，作为农业固体废弃物的秸秆产量逐年增加，因其清洁和可循环再生的特点被多种工农业生产活动作为原材料使用，但其综合利用率仍旧偏低，大多数农作物秸秆仍以直接丢弃或焚烧处理为主。因此，亟需一种绿色高效的技术对农作物秸秆进行有效处理。使用微生物对农作物秸秆进行生物降解是一种极具应用前景的处理技术。目前，针对秸秆微生物降解的研究主要集中在木质纤维素降解菌株的筛选和优化，而对微生物在秸秆好氧堆肥中的应用、微生物与秸秆预处理技术联用相关研究相对较少。因此，本文以腐殖层土壤为菌种来源筛选出一株木质纤维素高效降解细菌菌株(RS22)，对其生长条件进行初步探索，探究RS22不同添加量对好氧堆肥过程的影响，结合秸秆预处理技术，研究不同预处理方法对RS22强化好氧堆肥的影响，评估不同堆肥处理的腐熟度，为农作物秸秆的高效处理提供技术参考。主要研究结果如下： （1）RS22具有较大的纤维素降解圈，其滤纸崩解能力也优于其它菌株，培养3d后RS22所产滤纸酶（FPA）、羧甲基纤维素酶（CMCA）和半纤维素酶（HCA）活性分别为1.01、0.82和5.88U/mL，略高于同期其它研究。RS22经分子生物学鉴定为变形菌门（Proteobacteria）的产酸克雷伯氏菌（Klebsiellaoxytoca），NCBI数据库中序列号为SRX15901171。RS22最佳生长pH、温度和转速条件分别为6.8、30.9℃和56.8rpm，其在10d内对小麦秸秆总降解率达到了30.22%。 （2）添加1%（M1）、2%（M2）和5%（M5）的RS22均能有效加速好氧堆肥的升温和腐熟进程，显著促进堆体中大分子有机物质的分解，提高堆肥产物的品质，其中以2%的RS22添加效果最好；M2的FPA活性在第3d达到最大值94.31U/g，其腐熟阶段的CMCA活性也高于其他处理，M2中纤维素和半纤维素的降解率远高于对照组，分别达到了46.21%和23.11%；RS22的添加能显著增加堆肥产物微生物群落多样性，M1、M2和M5中变形菌门菌种丰度分别提高了1.10%、0.49%和5.97%，M2的种子发芽指数（GI）达到了111.69%，远高于其他处理，因此，2%RS22添加的堆体腐熟程度最高。 （3）高温、粉碎和碱预处理的小麦秸秆降解过程中FPA、CMCA和HCA活性均呈“M”型变化，碱预处理秸秆经RS22降解后纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为55.2%、57.5%和51.6%，远高于其它处理。经高温和碱预处理的秸秆被RS22降解后更多的非结晶区组分溶出，因此其纤维素结晶度（CrI）分别上升了1.44%和1.34%，而粉碎预处理导致结晶区的纤维结构被破坏，在RS22降解后CrI下降了4.29%。 （4）利用高温（TM）、粉碎（PM）和碱（CM）预处理的秸秆进行生物（RS22）强化好氧堆肥，结果显示，秸秆预处理对RS22强化好氧堆肥的腐熟过程无明显促进作用，但堆肥结束各处理堆体指标均能达到腐熟标准，且相较于M2，TM和CM更有利于氮元素的固定；虽然TM、PM和CM处理中FPA、CMCA和HCA活性略低于对照组，但CM中纤维素和木质素的降解率远高于其他处理，分别为52.54%和34.92%，半纤维素降解率大小为M2gt;CMgt;CKgt;PMgt;TM，TM中纤维素和木质素的降解率分别为47.40%和25.56%，也高于CK和M2；SEM结果显示，各处理秸秆组织结构变得松散，表皮结构碎片化，且TM和CM的CrI分别增加了15.96%和5.68%，表明非结晶区的半纤维素和木质素大量溶出。 （5）TM和PM均能够增加RS22强化好氧堆肥产物中微生物的丰度，但碱预处理对微生物多样性有较大的负面影响，主成分分析显示，CM的微生物群落与其他处理存在显著差异，RS22的添加和秸秆的高温处理也均改变了堆肥产物的微生物群落结构。PM和CM的GI分别为113.04%和130.43%，高于其他处理，说明秸秆的粉碎和碱处理能提高堆肥产物的腐熟度，降低堆肥产物对小麦种子的毒性。虽然秸秆预处理对生物强化好氧堆肥并无显著的增益效果，但秸秆经碱处理能显著增加木质纤维素的降解效率。因此，秸秆碱处理与RS22强化好氧堆肥联用可为农作物秸秆的处理提供技术支持，可指导有关复合菌剂和不同好氧堆肥技术的开发和应用。
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