全 文 ：·技术与方法·
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2016, 32(1):41-48
园林废弃物是指园林绿化植物自然凋落或人工
修剪、园艺操作过程中所产生的枯枝、落叶、草屑、
花败、树木与灌木剪枝以及其他植物残体［1］。随着
城市化进程的加快以及城市园林绿地面积的持续增
加，园林废弃物成为城市固体废弃物的重要组成之
一，给环境保护和可持续发展带来巨大的压力。园
林废弃物中包含大量木质纤维成分，目前处理的方
法主要有直接填埋、焚烧、粉碎粗回收、热化学处理、
生产垃圾燃料及直接堆放腐熟等，常常造成二次环
境污染和巨大的资源浪费。如何合理高效地将其转
化利用已成为当前研究和资源开发应用的热点和
难点。
收稿日期 ：2015-04-09
基金项目 ：国家自然科学基金资助项目（J1103516，31093440，31493010，31493011），中央高校基本科研业务费专项基金（TD2012-03）
作者简介 ：赵恺凝，女，硕士研究生，研究方向 ：资源与环境微生物 ；E-mail ：kaixiaoning@163.com
通讯作者 ：赵国柱，男，博士，副教授，研究方向 ：资源与环境微生物 ；E-mail ：zhaogz@im.ac.cn
国辉，女，博士，研究方向 ：环境微生物学 ；E-mail ：guohuiya@126.com
园林废弃物堆肥化技术中微生物菌剂的功能与作用
赵恺凝1  赵国柱1  国辉1  王晓旭1  朱胜男2  徐锐1
（1. 北京林业大学生物科学与技术学院，北京 100083 ；2. 山东省泰安市林业局，泰安 271000）
摘 要 ： 园林废弃物的日益增加给环境带来了巨大压力。微生物菌剂接种于园林废弃物中堆肥，可以加速堆肥的腐熟度，
增强肥效，改善并促进资源利用效率，在园林废弃物再利用方面已显示较好的应用前景。从园林废弃物目前的处理方法和菌剂在
堆肥化技术方面的应用着手，介绍了微生物在园林废弃物堆腐中和发酵成微生物菌肥后的功能与作用，阐述了目前监测堆肥腐熟
程度的重要参数以及检测发酵过程中菌群变化的技术手段，最后对微生物菌剂接种于园林废弃物堆肥化技术的前景进行了展望，
旨为相关领域的研究与开发提供参考和借鉴。
关键词 ： 微生物菌剂 ；堆肥化技术 ；检测技术 ；资源开发
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.01.008
The Function and Role of Microbial Agents in Composting Technology
of Garden Waste
ZHAO Kai-ning1 ZHAO Guo-zhu1 GUO Hui1 WANG Xiao-xu1 ZHU Sheng-nan2 XU Rui1
（1. College of Biological Sciences and Biotechnology，Beijing Forestry University，Beijing 100083 ；
2. Tai’an Forestry Administration，Tai’an 271000）
Abstract: The increase of garden waste causes severe pressure to environment. Microbial agents inoculated in garden waste compost
can accelerate the maturity of composting, enhance the fertilizer’s efficiency and improve the utilization ratio of resources, which has shown
favorable application prospect in terms of garden waste reuse. Starting from the current processing methods and applications of microbial agents
in composting technology, the function and role of microorganisms in the composting of garden waste and fermented microbial fertilizer were
introduced, and the important parameters of monitoring compost maturity and the technical methods of detecting the changes of microorganism’s
community in fermentation process were described. Finally, the application of microbial agents inoculated in the composting technology of garden
waste was prospected, which is expected to provide a reference for the research and development of related areas.
Key words: microbial agents ；composting technology ；detection technology ；resource development
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.142
利用微生物高效降解转化的堆肥化技术具有成
本低、无污染、产品肥效长和利于土壤改良等优点，
能够充分实现废弃物的无害化、减量化、资源化利
用［2］。通过施加高效降解的微生物菌剂对园林废弃
物进行生物好氧发酵处理，可以大大缩短腐熟时间、
增加肥效、减少环境污染和安全隐患，实现资源的
高效再利用，对环境的可持续发展和资源的循环利
用具有重要意义。
1 微生物堆肥技术中的功能微生物区系
高效降解的微生物菌剂在农业堆肥生产中已得
到广泛应用，但在园林废弃物堆肥中的功能和作用
尚有待于进一步研究和开发。园林废弃物、农业废
弃物以及部分城市生活垃圾主要是由纤维素、木质
素、半纤维素、蛋白质、脂类等按不同比例组成的
混合物，含丰富的有机物和植物生长所需的营养元
素如 N、P 和 K 及微量元素 Cu、Zn、Fe 和 Mn 等。
微生物堆肥处理过程实质上是微生物将复杂的有机
物分解转化成植物可以吸收和利用的营养成分。根
据反应过程不同阶段对氧气需求的不同，常将堆肥
分为好氧和厌氧两种。厌氧堆肥主要分为产酸和产
甲烷两个阶段，产生的氨气、硫化氢以及其他还原
性气体易挥发产生恶臭气味具有较高热值，但需要
专用发酵设备以便收集，设备投资较大。利用微生
物进行好氧发酵为研究重要方向，按照分类和功能
的不同，好氧发酵中的微生物主要可分为如下几类。
在好氧发酵系统中，细菌是重要微生物区系，
因其菌体较小，具有较大的比表面积，可迅速将可
溶性底物吸收到细胞中以生长繁殖，数量明显多于
真菌。不同堆肥环境中分离的细菌也存在差异，例如，
假单胞菌属（Pseudomonas）、克雷伯氏菌属（Klebsiella）
和芽孢杆菌属（Bacillus）等是重要的解脂肪菌，而
芽孢杆菌属同时还具有高效降解蛋白质、淀粉的功
能，是有机物的重要分解者。堆肥发酵腐熟是一个
逐渐升温的过程。发酵初期，嗜温细菌作为主要的
优势菌群，随着温度升高，嗜热细菌则随之增多，
成为堆肥高温阶段的优势菌群［3］。其中多数为芽孢
菌，如枯草芽孢杆菌（B. subtilis）和地衣芽孢杆菌
（B. licheniformis）等，该类细菌因能形成很厚的芽孢
壁而耐受高温、腐蚀及营养物缺乏等不良环境条件，
其在 80℃左右的堆温下生长繁殖，是高温堆肥腐熟
降解的主要菌群。
放线菌主要利用半纤维素并能溶解木质素类复
杂有机物，在高温下分解纤维素、角质素等。放线
菌在园林废弃物堆肥技术中可用于树皮等坚硬物质
的分解，作用甚广。链霉菌（Streptomyces）、诺卡氏
菌（Nocardia） 及 高 温 放 线 菌（Thermoactinomyces）
等都是堆肥高温阶段中常见的嗜热放线菌，在堆肥
过程高温阶段对木质纤维素以及其他物质的分解起
着重要作用［4］。
真 菌 中 的 白 腐 菌、 褐 腐 菌 对 堆 肥 中 极 难 降
解的木质纤维具有高效降解作用。真菌可通过其
分泌的胞外酶，促进有机物的生物降解。如木霉
（Trichoderma）能降解纤维素，曲霉（Aspergillus）能
够降解果胶、纤维素等，假丝酵母菌（Candida）能
降解半纤维素等，但在高温堆肥环境中可以耐受一
定高温的真菌才能高效降解木质纤维素。因此，高
温真菌对于堆肥物料中的木质素、纤维素等的分解
转化具有十分重要意义。
另外，堆肥中的功能微生物还包括固氮、解磷、
解钾、生防及促生菌等，它们能有效促进堆肥中碳、
氮循环，将土壤中难以被植物吸收的矿物质转化为
植物可吸收的营养元素，增加土壤肥力，还林还田
后对植物的生长、抗逆性、生物防治等都具有明显
作用。因此，通过了解堆肥成分及好氧发酵过程的
动态变化，筛选获得合理的功能微生物进行处理，
促成有机物的有效动态分解，将其转化为稳定的腐
殖质是实现农林废弃物资源化利用的重要途径［5］。
2 园林废弃物堆肥化过程中微生物的功能与
作用
微生物是堆肥过程中最重要的生物因素，采取
适合的调节措施促进堆肥微生物的生长代谢可能提
高堆肥效率与产品质量。在微生物菌剂中，主要微
生物菌种的功能及应用领域统计，如表 1 所示。根
据园林废弃物的组成特点以及功能微生物在堆肥中
的作用，对其进行微生物堆肥化处理，应着重考虑
以下几个方面。
2.1 木质纤维降解微生物
园林废弃物含有大量的有机木质纤维碳物质
2016,32(1) 43赵恺凝等：园林废弃物堆肥化技术中微生物菌剂的功能与作用
及一些可溶性糖、有机酸和淀粉等。其中，木质纤
维主要包括木质素、纤维素和半纤维素，在自然条
件下降解非常缓慢，是制约园林绿化废弃物高效转
化的重要因素。降解园林废弃物中的木质素、纤维
素，缩短堆肥腐熟时间、提高堆肥的生产效率，使
其成为循环再利用的物质是接种微生物菌剂的首要
目的［6］。
植物枯枝、落叶等天然木质素的完全降解通常
依赖于自然界真菌、细菌、放线菌及其产生的多种
降解酶系的共同作用，其中真菌起着主导作用［7］。
白腐菌是目前公认的最高效的木质素降解微生物，
不产生色素，能在木质材料中形成白色腐朽残余物，
降解木质素的能力远高于其降解纤维素的能力［8］。
白腐菌与褐腐菌、软腐菌等共同作用，其中，褐腐
菌和软腐菌将木质纤维基质中的纤维素分解，白腐
菌再通过分泌相应的木质素降解酶将大量木质素降
解。研究最多的木质素降解酶有 3 种，即木质素过
氧化物酶（LiP）和锰过氧化物酶（MnP）及漆酶
（Laccase）［9］。LiP 催化通过自由基调节 C-C 键的断
裂造成木质素分子中 Ca-Q3 键断裂，从而分解木质
素结构 ；MnP 广泛存在于白腐菌中，主要依靠催化
Mn2+ 转为高度活性的 Mn3+，利用 Mn3+ 去氧化木质素
酚型结构，使 α 碳原子被氧化、烷基苯基键断裂、C-C
键断裂木质素裂解 ；Lac 在酚类底物存在的情况下，
能由 Mn2+ 产生 Mn3+ 螯合物，并在 Lac 和 MnP 两种
酶协同作用下有效降解木质素［10］。
在纤维素降解微生物中，真菌种类也明显多于
细菌和放线菌，如木霉属能分泌丰富的纤维素酶系
并具有极高的酶活力［11］。纤维素酶是多酶组分的一
个复杂酶系，主要分为外切葡聚糖酶（CBH）、内切
葡聚糖酶（EG）和 β-葡萄糖苷酶（CB）3 大类［12］。
协同理论目前被大多数学者普遍接受，该理论认为：
纤维素降解是由多种酶共同作用的结果［13］。内切葡
聚糖酶首先进攻纤维素的非晶区，形成游离末端，
然后外切纤维素酶从多糖链的非还原端切下纤维二
糖单位，β-葡萄糖苷酶再水解纤维二糖单位形成葡
表 1 微生物菌剂中常见菌种及应用
菌种名称 最适温度 最适 pH 功能与应用
硅酸盐细菌 25-35℃ 7.5-8.0 提高解 K 的效率，促进植物生长
地衣芽孢杆菌 30℃ 9.0-10.0 降解纤维素、蛋白质以及脂肪类大分子，缩短厌氧发酵时间，提高沼气产
量，可耐高温
枯草芽孢杆菌 30-37℃ 7.0 左右 快速净化水质，快速降解纤维素、蛋白质、脂肪等，水环境保护，土壤改
良，可耐高温
绿色木霉 20-28℃ 5.0-5.5 高效降解纤维素，植物病害生物防治，有效防治土传性病害
酵母菌 20-30℃ 4.5-5.0 迅速腐熟有机质，增加土壤肥力、涵养土壤水分
固氮菌 25-28℃ 7.4-7.6 提高固 N 的效率，促进植物生长
根瘤菌 25-30℃ 6.0-8.0 生物固氮
高温放线菌 32-67℃ 中性或弱碱性 有机肥料
链霉菌 30℃左右 6.5-7.5 可做有机肥料，防治重金属、海洋污染
反硝化菌 25℃左右 8.0 左右 有效处理低 COD、高氨氮废水
乳酸乳球菌 30℃ 7.4-7.6 用于厨余垃圾微生物发酵
浅黄分枝杆菌 37℃ 7.2-7.6 修复多环芳烃污染土壤
腐质霉 37℃ 7.5 左右 分解各种腐殖质
青霉菌 25℃ 6.5 左右 产生抗生素，抑制蛋白质、核酸及细胞壁的生成
黑曲霉 37℃ 7.0 左右 加速有机质发酵及堆肥
农杆菌 25-30℃ 6.0-9.0 利于土壤疏松
栖热菌属 70-75℃ 6.5-7.5 嗜高温弱水解淀粉
胶冻样芽孢杆菌 20-45℃ 7.0 左右 促进土壤增肥，促进作物营养吸收和生长代谢
康宁木霉 28℃左右 7.0 左右 快速降解纤维素、木质素类物质
嗜热脂肪芽孢杆菌 28-77℃ 6.8-7.2 食品发酵、厨余垃圾好氧堆肥
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.144
萄糖［14］。但协同理论并没有对该作用的起始反应机
制进行说明，特别是对结晶区的降解机制没有很好
的解释。
木质纤维是自然界最大的可再生的生物质资源
和能源，也是园林废弃物的主要组成部分。因此，
了解木质纤维的降解机理筛选高效的降解微生物是
园林废弃物堆肥化技术中的关键因素之一。
2.2 参与氮素循环微生物
氮素是土壤肥力和植物生长的主要成分。园林
废弃物虽然含有丰富的有机物及碳元素，但其中的
氮素成分含量却很少，无法为植物提供大量的氮素
营养。堆肥化过程伴随着有机氮的矿化（NH3 的挥
发）、硝化及反硝化作用（释放 N2O），同时也进行
着无机氮的生物固定作用，各种作用相互转化相互
依存，都是复杂的微生物活动过程。这个过程最大
的负面影响是氨气挥发，导致氮素损失、降低堆肥
肥效［15］。氮含量的减少同时也意味着营养元素的损
失，研究堆肥中的氮素微生物生理群的变化有助于
了解氮素转化、控制氮素形态和损失情况［16］。
堆肥中氮的形态主要有铵态氮、硝态氮和有机
氮，其中有机氮占总氮 90% 左右，是氮素的主要存
在形态。微生物是氮素循环的主要驱动者，在堆肥
体系的氮素循环中扮演着极其重要的角色［17］。氮素
生理菌群包括固氮菌、氨化细菌、硝化细菌和反硝
化细菌等［18］。堆肥中通过添加氮转化和固氮微生物，
一方面可以增加堆肥腐熟过程中氮的吸收转化，提
高氮素肥效 ；另一方面，施用到田间或林间，其中
的微生物可以长期继续参与环境中氮的转化吸收和
利用，起到持效增肥的作用。固氮微生物如固氮菌
属（Azotobacter）、根瘤菌属（Rhizobium）等利用固
氮酶固定空气中的 N2，打开 N2 分子的三键，生成
氨态氮，再通过氨氧化细菌和氨氧化古菌的作用生
成亚硝酸盐。硝化细菌如亚硝酸菌属（Nitrosomonas）、
硝酸菌属（Nitrobacter）等将亚硝酸盐氧化为硝酸盐
等植物可以吸收利用的氮肥。另外，有机质降解时，
氨的释放和氨化作用也是细菌参与氮循环增加氮肥
效的有效途径。
2.3 其他功能微生物
2.3.1 促生菌 微生物菌肥中的促生菌可以调节植
物生长和促进植物营养吸收［19］。微生物作用于植物
可以产生植物激素，如细胞分裂素、吲哚乙酸等从
而调节植物的生长发育和其他生命活动。乙烯是一
种天然植物激素，它在植物开花、果熟、衰老和脱
落过程中起着重要作用，它对植物次生代谢产物的
形成存在抑制和促进双重调控效应，这种调控效应
是乙烯与细胞内外多种因子共同作用的结果［20］。菌
肥中多种微生物，如芽孢杆菌类细菌可以产生 1- 羧
基 -1- 氨基环丙烷，降低植物激素乙烯的水平，抑
制乙烯对植物的不利影响，保证植物正常生长发育。
此外，吲哚乙酸（IAA）也是植物生长素的信号物质，
在植物体内普遍存在。研究发现，土壤中约一半以
上的细菌可以产生 IAA，如固氮螺菌（Azospirillum）、
克雷伯氏菌（Kleebsiella）、枯草芽孢杆菌（Bacillus
subtilis）等。筛选产生 IAA 的微生物可为促生生物
肥料的研发提供较大帮助。
微生物菌肥可以改善土壤生态，提高土壤中微
生物的数量，增加土壤肥力。曹恩晖等［21］通过番
茄盆栽试验，向土壤施用复合微生物菌剂，对土壤
环境产生的综合效应显著优于空白处理，且经主成
分分析得到影响土壤质量的主要土壤环境指标也普
遍优于单纯施用化肥、单一功能菌和简单固氮菌组
处理的结果。
2.3.2 生防菌 菌肥中的有益菌不仅能够促进植物
生长、增加作物产量，还能提高植物抗病能力、增
强抗逆性。菌肥中放线菌如链霉菌（Streptomyces），
可以通过产生抗生素抑制病原菌的生长 ；木霉属
（Trichoderma）真菌可以寄生大丽轮枝孢（Verticillium
dahliae），利用微生物进行棉花黄萎病的防治，是目
前最有效的方法之一［22］；许多微生物与植物存在互
生关系，可以诱导植物的系统抗病性，从而抵抗病
原菌的入侵 ；菌肥中的嗜铁细菌能产生嗜铁素吸收
土壤中的铁元素形成铁 - 嗜铁素复合体，进而抑制
病原微生物的生长繁殖［23］；菌肥还田或还林后，促
生菌能在植株根部定殖并利用根际分泌物，抢占病
原菌生长位点，使病原菌无法在植株附近生存。
在微生物菌肥中，芽孢杆菌是一类十分重要的
细菌。它不仅耐高温对生物质具有极强的降解能力，
同时对植物具有显著的生防作用。研究表明，芽孢
杆菌 BRF21 能通过分泌的多种代谢产物对植物病原
2016,32(1) 45赵恺凝等：园林废弃物堆肥化技术中微生物菌剂的功能与作用
真菌具有很强的拮抗活性［24］；通过基因工程改造的
芽孢杆菌，生防效果更加明显。张新建等［25］将外
源几丁质酶基因导入巨大芽孢杆菌（Bacillus megat-
erium）发现，该工程菌株对病原真菌的拮抗能力明
显提高。此外，芽孢杆菌能够分泌一种抑菌蛋白，
在酸性或弱碱性条件下具有较强的抗菌活性，但在
高温条件下抑菌效果会明显下降。另外，许多微生
物能分泌氢氰酸等酶类物质，抑制病原真菌的生长
繁殖。
虽然微生物菌肥在生物防治方面有显著作用，
但许多问题仍然需要进一步研究。菌肥中许多放线
菌分泌次级代谢产物，在杀死病原菌的同时也可能
影响促生菌的正常生长，从而影响菌肥对植物的促
生作用。另外，菌肥中大量微生物虽然可与植物形
成互生或共生关系，但同时也有许多与植物存在竞
争关系，影响植物对营养物质的吸收和利用。因此，
微生物菌剂接种至堆肥中时，应严格筛选控制菌种，
从而保证植物的正常生长。
3 堆肥中微生物菌剂的改良
3.1 微生物菌剂成分的改良
纤维素类物质的降解往往需要多种微生物的联
合作用，研究表明向堆肥中同时接种含有真菌和细
菌的微生物菌剂时，分解纤维素和木质素效率会大
大提升，明显高于接种单一菌株的分解腐熟效率，
菌肥中添加部分真菌特别是白腐真菌和霉菌，对于
木质素的降解具有显著效果［26］。Awasthi 等［27］通
过分别接种绿色木霉、黑曲霉的真菌孢子悬浮液处
理有机废弃物堆肥发现，接种真菌孢子悬浮液并每
周搅拌一次的绿色木霉组具有较高的降解率和腐熟
度，真菌的添加和堆肥搅拌频率对于有机成分的降
解具有显著影响。另外，向堆肥中加入兼性厌氧微
生物和嗜热微生物，可有效促进高温缺氧的堆肥内
部有机物的降解 ；添加活性物质可以提高堆肥的发
酵效率和腐熟度，减少氮素损耗，增加腐殖质的含
量。Liu 等［28］向含有鸡粪堆肥的番茄茎秆中分别加
入生物炭、泥炭和沸石发现，加入生物炭的实验组
堆肥发酵升温时间大大缩短（3 d），最高温度（56℃）
明显高于其他实验组（48-51℃）并持续时间较长，
加入生物炭的实验组 C/N 值和挥发性脂肪酸（VFAs）
比值都明显高于其他组。Zhang 等［29］在堆肥中加
入生物炭的同时还加入了菇渣，当加入 35% 菇渣和
20% 生物炭时，堆肥的降解率达到最大，生产高质
量的堆肥产品的时间由传统的 90-270 d 缩短至 24 d。
但向园林废弃物堆肥中添加其他成分时也应考
虑多种因素，如添加的成分是否会影响正常菌种的
生长繁殖，抑制发酵反应 ；是否会增加堆肥腐熟的
成本，使投入和产出不平衡。因此，在筛选高效菌种、
添加活性物质的同时，也要考虑所增加菌种反应机
制研究和堆肥生产的经济效益。
3.2 微生物菌剂施加方式的改造
菌肥的施加方式也影响肥效的发挥和经济效益。
目前正在研究对植物种子施加丸粒化微生物菌肥，
即把菌肥包裹在种子表面，促进种子的萌发和对营
养的吸收。在园林废弃物堆肥方面，可以将大体积
堆肥分为小体积，使废弃物与菌剂接触面积增大，
促进腐熟，但实际应用中还存在着诸多问题，如丸
粒化技术成本问题，降解时反应条件如何调节等，
需要进一步探究。Nakhshiniev 等［30］对园林堆肥进
行水热处理，能显著提高茎秆堆肥的稳定性和腐熟
度。但是，水热处理后的堆肥材料作为植物栽培基
质时，依然可能产生植物性毒素，因此还需要进一
步对实验条件等进行研究和处理，从而提高堆肥反
应效率。
4 堆肥工艺参数及微生物群落变化监测技术
园林废弃物堆肥的降解情况归根结底是功能微
生物对有机质的分解程度。通过对堆肥工艺参数及
性质变化的检测，以及对功能微生物检测［31］，明确
堆肥体系的反应进程和微生物群落的变化，以便于
有效评估菌肥的腐熟度及肥效。
4.1 目前堆肥化技术中主要检测参数
堆肥化技术目前主要从物理、化学、生物学和
波谱分析等方面进行检测。
物理检测方面，温度是堆肥过程中的核心参数。
作为影响微生物活性的最显著因子，温度对发酵反
应速率起着决定性作用，是堆肥体系中微生物生化
活动量的宏观指标。一般来讲，堆肥经历升温、维
持高温和降温 3 个过程。通过测量堆肥体系中温度
的变化，可以表观的体现腐熟的情况，如堆肥升温
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.146
过程的特点及堆肥所能达到的最高温度，堆体热量
散失过程与温度的关系，控制过程与温度的关系，
温度与微生物的生长繁殖及种群演替的关系等。
化学检测方面，在废弃物高温堆肥过程中 pH
值、C/N 值及有机酸含量等变化影响堆肥过程和最
终腐熟产品的质量。pH 值变化可以比较直观揭示堆
肥反应进程，适宜的 pH 值可使微生物有效的发挥
作用并且保留堆料中有效氮成分，pH 值过高或过低
都会影响堆肥的效率。C/N 值是最常见的判定堆肥
腐熟度的评价指标之一，由于堆肥原材料性质的差
异，目前大多通过 T=（终点 C/N 比）/（初始 C/N
比）来评价城市园林废弃物的腐熟度。针对堆肥的
不同材料，当 T 值小于 0.7 时，可认为堆肥腐熟［32］。
有机酸广泛存在于未腐熟堆肥中，随着堆肥的进行，
有机酸逐步减少，减少的速度与通气状况和原料相
关，即未腐熟的堆肥有机酸含量相对较多，腐熟的
堆肥有机酸含量相对较少，可通过研究有机酸的变
化评价堆肥腐熟度。
生物学检测方面，在各类堆肥研究中，微生物
量的变化大致趋势相同。微生物量均在发酵初期迅
速增大，随后大大降低，约一个月之后再次明显上升，
堆肥发酵末期时因可代谢营养物的缺乏而微生物生
长明显减弱。微生物往往先利用易降解的有机物来
维持生长，该有机物殆尽后生长减缓，再转向以较
难降解有机物为主要营养物继续生长，至此碳源殆
尽生长繁殖再次降低。种子发芽指数 GI 被认为是最
能反映植物毒性大小的腐熟度指标［33］，通过检测，
当种子发芽指数 GI 达到 50% 时，表明堆肥已达腐熟，
其植物毒性降至植物能够耐受的水平 ；当种子发芽
指数 GI 达到 80% 时，其植物毒性基本消失。
近年来，波谱分析法开始应用，从物质结构角
度去评价和分析堆肥过程和腐熟度问题，如红外光
谱法和 C-核磁共振法［34］。红外光谱法可以辨别化
合物的特征官能团，核磁共振法可提供有机分子骨
架的信息，能更敏感地反映碳核所处化学环境的细
微差别，为测定复杂有机物成分变化提供帮助。但
由于堆肥中微生物种类和数量的差异，以及堆肥原
料和发酵条件的差异，其有机成分的转化情况存在
较大差异，用波谱法测定堆肥腐熟程度，还需要进
一步改进。
4.2 功能微生物的监测技术
功能微生物是堆肥发酵过程中的关键因素，其
种群、数量等动态变化规律可以反应堆肥腐熟变化
状况。因此，对于堆肥中功能微生物的鉴定及环境
微生物群落的多样性分析显得尤为重要。目前广
泛应用的生物技术有 DGGE、Roche 454 及 Illumina
MiSeq 等［35］。这些技术能较好的揭示堆肥及环境样
品中微生物种类，它们之间的相对丰度和变化关系
等［36］，在探讨不同腐熟阶段微生物多样性以及微生
物群落变化、明确功能微生物在堆肥化技术中所起
到的作用方面具有重要意义。
DGGE 即变性梯度凝胶电泳，是堆肥化技术中
微生物群落变化和不同菌群差异检测最广泛的一种
手段。其原理是根据样品中 DNA 浓度的差异在变性
剂中解链行为的不同而导致电泳迁移率发生变化，
将不同的 DNA 片段分开［37］，在生物多样性调查、
基因突变检测等多个领域应用广泛。但该技术往往
只能反应出样品中少数优势菌的信息，分辨率和重
复性较差、工作量大，应用越来越少。
高通量测序技术为微生物的大量快速检测鉴定
提供了较好的平台，MiSeq 即是其中较为先进的技
术，它以 Illumina 公司边合成边测序技术为基础，
通过专一的可逆终止试剂对数百万个片段同时进行
大规模平行测序。该技术具有方便、快捷、成本低、
通量高和信息丰富等特点［38］。当每个 dNTP 加入
时，对荧光标记的终止子成像，随后切割，允许下
一个碱基的掺入。由于每个测序循环中 4 种可逆终
止子结合的 dNTP 都存在，所以自然竞争让掺入偏
差最小化，根据每个循环的荧光信号测定并检出碱
基，与其他技术相比大大降低了原始错误率，实现
了可靠的碱基检出。Liu 等［39］在“营养添加剂对功
能细菌的密度和生物有机肥料的微生物群落结构变
化的影响”实验中，通过 Illumina-MiSeq 测序技术
利用 16S rDNA 库，对实验过程中微生物群落的变化
进行分析，在保证测序精确度的同时，大大提高了
测序及检测效率。此外，Roche 454 测序法、HiSeq
2500 技术等都是目前较为先进的测序技术［40］，在
功能微生物的鉴定，堆肥体系菌群动态变化方面发
挥着重要作用。高通量测序技术大大提高了大样本
2016,32(1) 47赵恺凝等：园林废弃物堆肥化技术中微生物菌剂的功能与作用
微生物的检测分析效率，全基因组测序技术将会像
PCR 技术一样成为微生物学检测鉴定等常规的研究
手段［41］。
5 问题与展望
目前，我国园林废弃物堆肥产业化发展还处在
起步阶段，存在技术成本高、原料来源分散、降解
菌种单一及降解机制研究不深入，基础研究脱离生
产实践等问题［42］。例如，根瘤菌的固氮作用研究十
分深入，有些方面已达到分子水平，但对于植物根
际或园林植物残枝上存在的自身固氮菌以及其他功
能的促生菌还缺乏深入研究［43］；微生物菌剂接种于
园林废弃物中的反应条件仍需要进一步探索，接种
量与堆肥成本、堆肥效率之间的平衡关系、接种时
间以及菌种数量和活性的保持，堆肥生产的标准化
和质量检测等方面都需要深入研究。但不容置疑，
随着生态园林城市的快速发展，园林绿色废弃物微
生物菌剂堆肥处理作为一个新兴的行业，具有广阔
的发展前景。国内经济比较发达的城市已经开始对
园林植物废弃物进行集中收集，并进行堆肥化处理，
如北京、上海、深圳等已颁布了相关政策，鼓励绿
色废弃物生产者进行简易堆肥处理，同时免费为其
提供堆肥技术，鼓励其建设堆肥厂。
总之，对园林废弃物进行微生物堆肥处理是实
现资源的高效循环再利用和可持续发展的重要途径，
需要更多的研究者和生产者参与其中，创造更大的
经济和社会效益。
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（责任编辑 狄艳红）