全 文 ：收稿日期：!""#$"%$!& 接受日期：!""’$"($!&
基金项目：国家自然科学基金项目（)"##&&"*）；科技部“农转资金”项目（!""#+,!+"""(*)）；陕西省农业重点攻关项目（!""%-"&$+("）资助。
作者简介：高华（&*.#—），男，陕西咸阳人，高级农艺师，主要从事农业废弃物的无害化处理和资源化利用研究。
/01234：53675367896&&&:&%(; <=1。 ! 通讯作者 >?4："!*$’#"’&!%.，/01234：798=@?A: B362C <=1
加入外源菌剂后脱氢酶活性在农业废弃物
静态高温堆腐过程的变化
高 华&，!，谷 洁&，!!，秦清军&，!，梁东丽&，李生秀&，李鸣雷&，!
（&西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨陵 #&!&""；! 陕西省循环农业工程技术研究中心，陕西杨凌 #&!&""）
摘要：在静态通气条件下，分别以养殖场鸡粪、猪粪、牛粪为材料，加入麦秸作为调节物质，研究了加入外援菌剂堆
腐过程堆体脱氢酶活性变化及其与温度的关系。结果表明，添加微生物菌剂使得堆体温度迅速上升，整个堆肥过
程中的堆体温度高于对照，在堆肥的第 &!! D进入高温期，且高温阶段持续时间延长为 &%!!" D；对照处理在堆
腐的 )!. D后进入高温期，持续时间较短仅为 #!’ D。(种物料脱氢酶活性大小相比较，加菌剂处理，牛粪［EF
!*;(!!G H（7·D）］I鸡粪［E
F !.;%%!G H（7·D）］"猪粪［E
F !.;()!G H（7·D）］，脱氢酶高峰出现的时间以牛粪（% D）I
鸡粪（&! D）I 猪粪（&) D）。J-处理均在堆肥后第 &" D脱氢酶活性达到最高，(种物料的脱氢酶大小的顺序为牛
粪［EF !);%!!G H（7·D）］I 鸡粪［E
F !&;%!G H（7·D）］I 猪粪［E
F &’;%!!G H（7·D）］。加菌剂处理在高温堆肥初期过
高的温度不利于土壤微生物的活动，因此在温度大于 %"K以上时，脱氢酶的活性与温度呈直线负相关，此后脱氢酶
活性与温度成显著性直线正相关；对照处理升温较缓慢，酶活性和温度增长同步，整个堆腐期间的脱氢酶活性与温
度成显著性直线正相关。
关键词：外源菌剂；畜禽粪便；脱氢酶活性
中图分类号：L&)&;)；M#& 文献标识码：N 文章编号：&""’$.".M（!""’）")$"#’%$"%
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!"# $%&’(：*-(%))%/$.-,* $/#.!；#=(%#*#.! )0 $.-*$&,；2#"’2%)/#.$5#
近年来随养殖业不断向规模化、集约化方向发
展，未经过无害化处理的大量畜禽粪便会对城郊环
境造成严重污染［>?@］。畜禽粪便含有病原生物，且
散发恶臭气味，对畜禽和人类的健康造成很大威
胁［A?B］。解决大量畜禽粪便经济又有效的方法就是
堆腐法［C?D］。堆腐过程是微生物及其分泌的酶作用
下进行的有机物质降解和转化的生物化学过
程［>E?>F］。在这一过程中，酶是有机物矿化和腐殖质
化合成的催化剂，研究酶活性的变化可以进一步推
断腐解进程和机理［>@］。
氧化还原酶是参与堆腐过程生物化学反应的一
类重要酶。脱氢酶属氧化还原酶类，与生物氧化还
原反应密切相关，可发生酶促反应使有机物质脱氢，
起着氢的中间转化传递作用［>E］。因此，脱氢酶活性
可以作为微生物氧化还原系统的重要指标。研究脱
氢酶活性的变化，可以推断堆腐过程腐殖质化进程
和强度。本试验从这一方面出发，研究了鸡粪、猪粪
和牛粪加入外源菌剂后在高温静态堆腐过程中脱氢
酶活性变化，以期为农业废弃物的处置和资源化利
用提供科学依据。
) 材料与方法
)*) 试验方法
试验于 GEE@!GEEA 年在西北农林科技大学资
源环境学院土壤肥料研究所堆肥试验场进行。所用
堆腐材料为鸡粪、猪粪和牛粪，以小麦秸秆作为调节
物质，其养分含量见表 >。将麦秸切成 F!A (*后，
分别与鸡粪、猪粪、牛粪混合，混合物中 ; H I 比为
FE J>!FA J>［>A］。加水，使堆料水分含量保持在 AAK
!BAK 范围之内［>A］。试验设 G个处理：>）接种课题
组筛选获得的腐解复合微生物菌剂（简称 L8）；G）
不加菌剂（;<）。将上述处理的混合有机物质分别
装入堆肥装置中。堆料不同部位插有温度探头（温
度传感器），并与自动记录仪连接，原位测量和记录
堆腐过程中采样点堆料温度的变化（E!B 2每天采
样，M!F@ 2每 G 2采 > 次样）。从堆肥装置中部多
点采集混合样品，用于测定脱氢酶活性。堆料腐熟
后停止采样。整个堆腐过程共持续进行 F@ 2，取样
G>次。
表 ) 农业废弃物的养分含量（烘干样）
+,-." ) /01&2"31 4%31"31( 23 15" ,6&240.10&,. $,(1" 7,1"&2,.(（89"3:’&2"’ -,("）
试验材料
L$!#%-$&
有机碳 N%/$.-( ;
（/ H 9/）
粗有机物 O$1 NL
（/ H 9/）
全氮 P)!$& I
（/ H 9/） ; H I
全磷 P)!$& Q
（QGNA / H 9/）
全钾 P)!$& <
（
猪粪 Q-/ #=(%#*#.! @G>RM BFDRA G>RE G>RED DRB >ERM
牛粪 ;)1 #=(%#*#.! FMERF BADRG >CRG G@R>> @RC DRF
小麦秸秆 :"#$! ,!%$1 FDBR> M>CR@ BRF BGRDE >RMB >GR@
堆腐装置主要由两个高 >RE *，内径 ERB *，外
径 ERC *的圆柱形发酵罐（反应器）组成。发酵罐由
双层不锈钢构成外壳，层间有 ERA (* 厚的保温材
料；底部为带有小孔的不锈钢圆板，堆肥材料混匀
置于其上，堆料有效高度为 CE (*。供应的空气以自
然通风的方式从罐底部进入，通过圆板的透气小孔
进入罐内，穿过堆肥物料后从上部排出。
)*; 测定项目与方法
温度用 STO?>> 型温度记录仪，装置堆料时安
放传感器探头于固定位置，自动记录温度动态变化。
酶活性测定方法参照关松荫［>B］的方法，脱氢酶测定
是在样品中加入氢的受体三苯基四唑氯化物后，在
FEU下培养 > 2（G@ "），用比色法测定脱氢酶作用下
生成红色甲月替量，活性用 VW!X H（/·2）表示。
CMC@期 高华，等：加入外源菌剂后脱氢酶活性在农业废弃物静态高温堆腐过程的变化
! 结果与分析
!"# 鸡粪堆腐过程中脱氢酶活性变化
从鸡粪堆肥过程脱氢酶活性变化和温度变化
（图 !）可知，在堆料升温阶段初始，加菌剂（"#）和
对照（$%）&个处理脱氢酶活性随温度升高而下降。
添加菌剂的处理堆腐 &’ (，温度升至 )*+，脱氢酶
活性降至 ,- ’.!&!/ 0（1·2）；堆腐 & 2 后温度迅速
上升为最高值为 3!.*+，而后温度平缓下降。但是
由于堆体温度在前 ) 2 持续高于 )4+，在杀死病原
菌的同时抑制了微生物的活性甚至杀死了一些微生
物，因而脱氢酶的活性受到影响。此后随着温度下
降，嗜温微生物活动旺盛，脱氢酶分泌量逐渐增加，
脱氢酶活性迅速升高并在 !& 2 时达到最高值 ,-
&5.))!/ 0（1·2）；而后脱氢酶活性随温度的降低而
下降，整个堆腐过程中高温腐解持续时间较长（&
!&4 2）。加菌剂处理由于加入微生物的调控作用，
温度在堆肥的 & 2时达到最大值，但是最高脱氢酶
酶活性出现在堆肥后第 !& 2，在此期间脱氢酶活性
与温度关系为线性负相关，6 7 8 4.!*339 - :3.4!，;&
7 4.55)。从脱氢酶活性达到最高的第 !& 2 到降温
腐解期结束，脱氢酶活性与温度成显著的直线正相
关，6 7 !.4&439 8 *).<:<，;& 7 4.<33*（= 7 !&）（图
&>）。这与高温 55!)5+有利于杀死其中的病原
菌，’5!55+ 有利于生物降解达到最大的结论相一
致［!5］。
未加菌处理（$%）由于温度上升缓慢，脱氢酶活
性降低较慢，在 ’< ( 时脱氢酶活性降至 5.4: ,-
!/ 0（1·2），从第 5 2开始进入高温腐解阶段，并持续
到第 !’ 2。进入高温腐解阶段后（第 5 2），脱氢酶活
性随温度升高逐渐增大，在第 !4 2 达到脱氢酶活性
的最高值 ,- &!.)&!/ 0（1·2）。整个堆肥过程中脱
氢酶活性与温度呈显著性直线正相关，或者说脱氢
酶活性随堆肥温度的降低而减少，当脱氢酶活性达
到最大后，脱氢酶活性与温度的关系为 6 7 4.)<59 8
!<.))，;& 7 4.<’)<（= 7 !*）（图 & ?）。
在整个堆腐周期中，添加菌剂处理的脱氢酶活
性在堆腐中期高于未加菌处理，高温堆腐持续时间
（!!&4 2，共 &4 2）长于对照处理（5!!’ 2，共 : 2），
说明加入菌剂对堆腐物质分解具有促进作用。
图 # 堆腐过程（鸡粪 $秸秆）脱氢酶活性变化
%&’(# )*+,’- ./ 0-*102.’-,+3- +45&6&51 072&,’ 4.89.35&,’
4*&4:-, -;42-8-,5 +,0 <*-+5 352+<
［注（@ABC）：D（"#）—堆料温度 DCEFCG>BHGC AI E>BCGJ>KL（加菌剂 "JM
NGAAG1>=JLE >1C=B）；D（$%）—堆料温度 DCEFCG>BHGC AI E>BCGJ>KL（对照
$%）；O,（"#）—脱氢酶活性 #NBJPJB6 AI 2C(62GA1C=>LC（加菌剂 "JNGAAGM
1>=JLE >1C=B）；O,（$%）—脱氢酶活性 #NBJPJB6 AI 2C(62GA1C=>LC（ 对照
$%）；下同 D(C L>EC ?CKAQR］
图 ! 鸡粪堆腐过程脱氢酶活性与温度的关系
%&’(! =->+5&.,3 ./ 5-89-2+572- 5. 0-*102.’-,+3- +45&6&51 072&,’ 4.89.35&,’ 4*&4:-, -;42-8-,5
<<3 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !’卷
!"! 猪粪堆肥过程中脱氢酶活性变化
猪粪堆腐过程脱氢酶活性及其温度变化（图 !）
看出，在堆料初始升温阶段，加菌剂和对照处理脱氢
酶活性随温度升高而稍有下降；加菌处理堆腐 "#
$，脱氢酶活性从初始的 %& ’()! 下降为 *(+"!, -
（.·/），但是堆肥的第 # /脱氢酶活性已回升到堆肥
起始时的水平，而后随着高温堆腐过程的持续，在第
0 /堆料温度达到最高值（*’1），但堆料脱氢酶活
性上升相对较慢，最高值出现滞后，在堆腐的第 +" /
达到最高值 %& "0(**!, -（.·/），此后一直到低温
腐殖化期结束，脱氢酶活性随着堆体温度的下降呈
显著性直线正相关下降（2 3 4()5!6 7 "#(#’，8" 3
4(’+40）（图 # 9）。
对照处理在堆腐初期温度上升慢，脱氢酶活性
降低较少，在第 #’ $ 时脱氢酶活性降至 %& )(!4
!, -（.·/），从第 # /开始进入持续 +4 /高温腐解阶
段（到第 +# /结束），在堆腐第 * /堆体温度上升到
最大为 *0(01。但是，脱氢酶活性最高峰［%& +’(*"
!, -（.·/）］相对滞后出现在堆腐第 +4 /，此后脱氢酶
活性与堆体温度呈显著性直线正相关（2 3 4(#4!6 7
#(*"4，8" 3 4(5+"#）（图 # :）。
加菌与对照处理在整个堆腐期间的脱氢酶以及
温度随着堆腐时间变化趋势相同，但是加菌剂处理
升温期和低温腐殖化期（ ; #01）的脱氢酶的活性低
于对照处理，但在高温堆腐期却显著高于对照处理，
加菌和对照两个处理脱氢酶活性的平均值接近，分
别为 %& ++(#0和 ++(4!, -（.·/）。
图 # 堆腐过程（猪粪 $秸秆）脱氢酶活性变化
%&’(# )*+,’- ./ 0-*102.’-,+3- +45&6&51 072&,’ 4.89.35&,’
（9&’ -:42-8-,5 +,0 ;*-+5 352+;）
图 < 猪粪堆腐过程脱氢酶活性与温度的关系
%&’(< =->+5&.,3 ./ 5-89-2+572- 5. 0-*102.’-,+3- +45&6&51 072&,’ 4.89.35&,’ 9&’ -:42-8-,5
!"# 牛粪堆腐过程中脱氢酶活性变化
从牛粪堆腐过程脱氢酶活性以及温度变化（图
0）看出，堆腐第 + /伴随着堆腐温度上升，加菌剂处
理和对照处理的脱氢酶活性都出现显著下降，在堆
腐 "# $时，加菌剂处理和对照处理的脱氢酶活性分
别为 %& #(""和 #(+4!, -（.·/），随着堆体微生物适
应性的增强及堆体温度上升，脱氢酶活性逐渐增大。
加菌剂处理从第 " / 进入持续 +* /的高温堆腐期，
在第 # /堆体温度达到最高为 )#(*1，而脱氢酶活
性滞后 " /，在第 * / 达到最高值 %& "5(!"
!, -（.·/），此后随着堆体温度的逐渐下降，脱氢酶活
性呈现下降的趋势，达到最大脱氢酶活性后，堆体脱
氢酶活性与温度呈显著性直线正相关，关系式为 2
3 4(’0)!6 7 "’(0"5，8" 3 4(5*’!（图 * 9）。
对照处理在第 ! /进入高温腐解期，在 ’ /达到
最高温度 *5 1，高温腐解持续到第 +# /（共 ++/），
脱氢酶活性在第 +4 / 达到最高值为 %& "#(*"
!, -（.·/），此后脱氢酶活性随着堆体温度的下降呈
极显著直线正相关，脱氢酶活性与温度的关系式 2
3 4(*506 7 +5(0’，8" 3 4(5+#（图 *:）。
5’)#期 高华，等：加入外源菌剂后脱氢酶活性在农业废弃物静态高温堆腐过程的变化
整个堆腐期间加菌剂处理的脱氢酶活性的平均
值为 !" #$%&’ !( )（ *·+），对照处理为 !
" ##%#
!( )（*·+）；堆体平均温度变化加菌剂处理和对照分
别为 !" &&%#和 ,-%-!( )（*·+），说明加菌剂处理可
图 ! 堆腐过程（牛粪 "秸秆）脱氢酶活性变化
#$%&! ’()*%+ ,- .+(/.0,%+*)1+ )23$4$3/ .50$*% 2,67,13$*%
（2,8 +920+6+*3 )*. 8(+)3 130)8）
以加速有机物料中有机物的分解。
:;< 不同堆料堆腐过程中脱氢酶活性及其与温度
关系的比较
由表 .可知，无论是鸡粪、猪粪还是牛粪加菌剂
处理高温堆腐（ / &01）持续时间显著长于对照处
理，且堆体最高温度出现的时间早于对照处理 $!
, +；与此相对应，加菌剂处理脱氢酶活性都高于各
个堆料相对应的对照处理。$种堆料堆腐过程的温
度相比较，加菌剂处理最高温度的大小是牛粪 /鸡
粪 /猪粪，高温持续的时间鸡粪 ! 猪粪 /牛粪，最
高温度出现的时间也以鸡粪最早为第 . +，牛粪和猪
粪处理分别是第 , +和第 & +；对照处理最高温度大
小是牛粪 /猪粪!鸡粪，高温持续时间 $种基本接
近为 2!## +，最高温度出现的时间以牛粪最晚为 -
+，鸡粪和猪粪相同都是 3 +。$ 种堆料堆腐期间脱
氢酶活性相比较，对照处理和加菌剂处理堆腐期间
平均脱氢酶活性为：牛粪 /猪粪 /鸡粪。与加菌剂
图 = 牛粪堆腐过程脱氢酶活性与温度的关系
#$%&= >+?)3$,*1 ,- 3+67+0)350+ 3, .+(/.0,%+*)1+ )23$4$3/ .50$*% 2,67,13$*% 2,8 +920+6+*3
表 : 不同堆料堆腐过程脱氢酶活性和温度变化的比较
@)A?+ : @(+ 2,67)0$1,* ,- )23$4$3/ ,- .+(/.0,%+*)1+ )*. 3+67+0)350+ .50$*% 2,67,13$*% 3(0++ B$*.1 ,- 6)3+0$)?1
堆料
4567895:
处理
;8756<7=6
高温持续#）时间
;9<7 >? @9*@
67
温度
;7
脱氢酶活性
CD69E96F >? +7@F+8>*7=5G7
［!"!( )（*·+）］
温度与脱氢酶的关系
H>887:569>= >? 67
最高 45IJ 平均 CE*J 最高 45IJ 平均 CE*J
鸡粪 H@9DK7=
7ID87<7=6
对照 HL &!#,（36@） 3,%& ,’%. M -%2 .#%3. #0%& M &%$ F N 0%3-&I O #-%33 P. N 0%-,3-
加菌剂 C*7=6 #!.0（.6@） ’#%$ &$%0 M 2%2 .&%33 #0%’ M ’%, F N #%0.0’I O $3%-2- P. N 0%-’’$
猪粪
Q9* 7ID87<7=6
对照 HL ,!#,（36@） 3&%& ,&%& M ##%’ #-%3. ##%0 M ,%# F N 0%,0$I O ,%3. P. N 0%2#.,
加菌剂 C*7=6 .!.0（&6@） 3-%0 &0%3 M ##%, .&%33 ##%& M ’%2 F N 0%’2$ O .,%,- P. N 0%-#0&
牛粪
H>R 7ID87<7=6
对照 HL $!#,（-6@） 32%. ,-%- M #0%2 .,%3. ##%# M 3%, F N 0%32&I O #2%&- P. N 0%2#,0
加菌剂 C*7=6 #!#3（,6@） ’,%3 &&%# M #$%. .2%$. #$%3 M -%- F N 0%-&’I O .-%&$ P. N 0%23-$
#）前面一组数说明高于 &01高温持续的时间，后面括号中为最高温度出现在堆腐过程中的时间 S8>=6 *8>BA >? =B
6@7 67
02’ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 #,卷
处理相比对照处理各个堆料间差异较小。脱氢酶最
高活性出现的先后顺序：加菌剂处理为牛粪（第 !
"）#猪粪（第 $% "）#鸡粪（第 $& "）；对照处理为猪
粪（第 $% "）!牛粪（第 $% "）#鸡粪（第 $! "）。对照
处理脱氢酶最高活性出现相对滞后，说明堆肥过程
中牛粪比猪粪和鸡粪更易进入降解期，这与牛粪纤
维素含量比较高［$’］，其本身的 ( ) *较其他两种物料
大相一致（表 $）。+种堆料无论是加菌剂处理还是
对照处理在脱氢酶活性达到最高后，堆体温度与脱
氢酶的活性均呈显著性直线正相关。
! 结论
$）脱氢酶活性在禽畜粪便堆腐前期呈上升趋
势，在堆腐中期活性较高，堆腐后期酶活性下降。加
入微生物菌剂可以明显提高堆腐过程脱氢酶的活
性。
,）牛粪、猪粪、鸡粪 +种供试物料相比较，对照
处理和加菌剂处理堆腐期间平均脱氢酶活性和脱氢
酶最高活性变化顺序为牛粪 #猪粪 #鸡粪；脱氢酶
最高活性出现的先后顺序为：加菌剂处理为牛粪
（第 ! "）#猪粪（第 $% "）#鸡粪（第 $& "）；对照处理
的变化顺序与此一致，但是脱氢酶高峰值出现时间
相对滞后 ,!& "。+种物料的变化与它们本身的 ( )
*比相一致，以牛粪 # 猪粪 # 鸡粪，以牛粪的 ( ) *
为 ,&-$$最适合降解。
+）加菌剂处理在高温堆肥初期，当堆体温度高
于 !%.以上时，脱氢酶的活性与温度呈直线负相
关，而在脱氢酶活性达到最大后其与温度成显著性
直线正相关；对照处理升温较缓慢，酶活性和温度
增长同步，整个堆腐期间的脱氢酶活性与温度成显
著性直线正相关。说明温度是控制降温和腐殖化期
有机物质转化的主要因子。
参 考 文 献：
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4>FCIE@ @CGJCBAE56 ?CF JE6 ":56［0］/ 8@CH / K@E /，,%%!，,1（1）：&!’
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