纖維素分解固氮菌強(qiáng)化農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥研究進(jìn)展

楊杰 婁正偉 蒙歸 申銀華

貴州省從江縣林業(yè)局林長制工作服務(wù)中心，貴州 從江 557400

農(nóng)林業(yè)廢棄物資源在全球大量存在，是堆肥的有效富碳原材料，然而，在許多國家，農(nóng)林業(yè)廢棄物往往在收獲后被焚燒，以方便農(nóng)民快速整地，因此導(dǎo)致大面積的環(huán)境污染和植物資源的流失［1］。大量的農(nóng)林業(yè)廢棄物是由伐木工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的，這些農(nóng)林業(yè)廢棄物對(duì)于改善土壤理化性質(zhì)和治理水土流失很有價(jià)值，但如果沒有適當(dāng)處理，如好氧堆肥，則會(huì)造成環(huán)境污染等問題。因此，探索具有低成本、快速和科學(xué)處理農(nóng)林業(yè)廢棄物的更好替代方法，以解決環(huán)境問題是至關(guān)重要的，也是農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展中最大的挑戰(zhàn)之一。

研究表明，好氧堆肥是一種環(huán)保的、可持續(xù)的農(nóng)林業(yè)廢棄物的處理方法。這種自然的生物過程通過將農(nóng)林業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為養(yǎng)分豐富的腐熟堆肥，有效促進(jìn)了農(nóng)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［2］。此外，腐熟堆肥可以用作土壤改良劑、植物種子萌發(fā)和生長發(fā)育的促進(jìn)劑，從而減少農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)化肥的依賴。最近的腐熟堆肥施用研究結(jié)果表明，腐熟堆肥的施用對(duì)生態(tài)恢復(fù)和氣候調(diào)節(jié)有積極作用，可以補(bǔ)充土壤養(yǎng)分、促進(jìn)植物生長發(fā)育、減少空氣和水污染等［3，4］。未腐熟的堆肥可能會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生有害的化合物，進(jìn)而影響種子萌發(fā)和植物生長發(fā)育。所以，堆肥最終需要達(dá)到腐熟和穩(wěn)定，以保證不對(duì)植物生長發(fā)育產(chǎn)生不利影響。

富含碳的木質(zhì)纖維素農(nóng)林業(yè)廢棄物的氮含量較低，自然狀態(tài)下的堆肥周期長，由于農(nóng)林業(yè)廢棄物的降解和轉(zhuǎn)化是堆肥過程中微生物代謝的結(jié)果，所以在堆肥過程中接種具有固氮和纖維素分解特性的微生物可以克服這一局限性［5］。研究報(bào)道的纖維素分解固氮菌，如氮單胞菌屬、寡養(yǎng)氮單胞菌屬、芽孢桿菌屬、鏈霉菌屬、假單胞菌屬、多粘類芽孢桿菌屬和葡萄糖桿菌屬等均能產(chǎn)生木質(zhì)纖維素分解固氮酶［6］。此外，接種具有纖維素分解固氮特性的不同菌劑已被證明可以通過增加農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥過程中關(guān)鍵酶的活性來促進(jìn)木質(zhì)纖維素的分解［7］。與真菌群落不同，纖維素分解固氮細(xì)菌不需要提供額外的氮源，因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^固定大氣中的N2來滿足自身對(duì)氮的需求。農(nóng)林業(yè)廢棄物成功并快速的堆肥在很大程度上取決于堆肥過程中微生物群落的分解固氮能力，所以在堆肥材料中接種纖維素分解固氮菌，在農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥處理過程中顯示出了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

雖然過去對(duì)農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥的研究已經(jīng)有了大量的報(bào)道，但本綜述專門對(duì)纖維素分解固氮菌的功能、機(jī)理、發(fā)展趨勢(shì)及其在農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥中的潛在應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)而全面的總結(jié)。還討論了腐熟堆肥在可持續(xù)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐過程中的應(yīng)用前景，以期為高原地區(qū)農(nóng)林業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供基礎(chǔ)的理論參考。本文邏輯結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。

圖1 邏輯結(jié)構(gòu)框架圖

1 纖維素分解固氮菌

1.1 纖維素分解固氮菌的定義

纖維素分解固氮菌是一類能產(chǎn)生纖維素酶將纖維素分子分解成單糖，并產(chǎn)生固氮酶催化大氣中氮?dú)廪D(zhuǎn)化為固定氮(NH3)的一類微生物。這類微生物有助于將木質(zhì)纖維素和其他纖維素資源轉(zhuǎn)化為腐熟堆肥，從而提高碳水化合物中養(yǎng)分的利用率和較高的可同化氮水平［8］。木質(zhì)纖維素在有氧條件下最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，在厭氧條件下最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和甲烷，大多數(shù)纖維素分解微生物為細(xì)菌或真菌。

1.2 纖維素分解固氮菌的作用機(jī)理

通過木霉菌對(duì)木質(zhì)纖維素分解機(jī)理的深入研究，發(fā)現(xiàn)微生物對(duì)木質(zhì)纖維素的分解過程涉及三種酶的協(xié)同作用：內(nèi)切葡萄糖苷酶、外切葡萄糖苷酶（纖維生物水解酶）和β-葡萄糖苷酶。內(nèi)切葡萄糖苷酶隨機(jī)切割纖維素鏈上可獲得的分子內(nèi)的β-1,4-糖苷鍵，以產(chǎn)生新的鏈端；外切葡萄糖苷酶逐漸分解纖維素鏈的兩端，釋放可溶性的纖維二糖或葡萄糖分子，β-葡萄糖苷酶將纖維二糖水解為葡萄糖，從而分解纖維二糖［9］。大多數(shù)分離的木質(zhì)纖維素分解細(xì)菌屬于需氧量高的放線菌屬（放線菌門）和厭氧的梭菌屬（厚壁菌門）［10］。好氧細(xì)菌和厭氧細(xì)菌在其纖維素分解策略上有明顯的差異，厭氧菌主要通過復(fù)雜的纖維素酶系統(tǒng)分解纖維素，需氧纖維素分解菌通常采用游離纖維素酶系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中產(chǎn)生多種酶協(xié)同作用。好氧細(xì)菌利用纖維素作為碳源和能源，通過分泌大量的內(nèi)生酶和外生酶分解纖維素［11］。在所有的纖維素降解微生物中，需氧細(xì)菌是最重要的分解者，它們被稱為堆肥益友。

1.3 纖維素分解固氮菌的發(fā)展前景

近年來，真菌和細(xì)菌因能產(chǎn)生多種纖維素酶和半纖維素酶而受到越來越多的關(guān)注，這些木質(zhì)纖維素降解微生物因?yàn)槟軐?duì)地球上豐富的有機(jī)物木質(zhì)纖維素進(jìn)行循環(huán)利用，因此在生物圈中發(fā)揮著重要作用。目前，已經(jīng)鑒定出幾種細(xì)菌屬可以產(chǎn)生纖維素酶和固氮酶，如芽孢桿菌屬［12］，偶氮桿菌屬、偶氮單胞菌屬［13］，寡養(yǎng)單胞菌屬，假單胞菌屬，類芽孢桿菌屬，葡萄糖桿菌屬，偶氮螺旋菌屬，假黃單胞菌屬和根瘤菌屬等［14］。

真菌是產(chǎn)木質(zhì)纖維素分解酶的主要菌類，其中曲霉屬、青霉屬和木霉屬是產(chǎn)木質(zhì)纖維素酶最高的真菌菌株。然而，細(xì)菌也被認(rèn)為是木質(zhì)纖維素生物降解的關(guān)鍵微生物，細(xì)菌通常比真菌繁殖快，它產(chǎn)生的木質(zhì)纖維素分解酶對(duì)高溫更具有耐受性。其次，農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥原材料缺乏氮，因此阻礙了農(nóng)林業(yè)廢棄物的生物轉(zhuǎn)化過程，但是細(xì)菌可以通過生物固氮作用來滿足其自身對(duì)氮的需求，所以纖維素分解固氮菌比那些需要額外提供氮源的微生物更有利于對(duì)木質(zhì)纖維素類農(nóng)林業(yè)廢棄物的分解。

研究表明，在堆肥過程中參與氮轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵微生物大多是纖維素分解菌。從堆肥材料中分離出的固氮細(xì)菌屬，如短營養(yǎng)單胞菌屬、黃單胞菌屬、假單胞菌屬、克雷伯氏菌屬、堿性鈣根菌屬、無色桿菌屬和莖菌屬等［15］，此前已被證明了參與堆肥過程中的有機(jī)物分解。大多數(shù)纖維素分解固氮細(xì)菌，特別是芽孢桿菌和鏈霉菌，具有在高溫下仍能正常生長的特點(diǎn)，它們?cè)诟邷仄谌阅苌娴膬?yōu)勢(shì)無疑會(huì)影響堆肥過程和堆肥質(zhì)量［16］。此外，纖維素分解固氮菌作為微生物菌劑接種，可以使堆肥的有機(jī)碳總量和C/N 比降低幅度更大，使堆肥的總氮、總磷、總鉀水平提高，從而提升堆肥的品質(zhì)。

利用纖維素分解固氮菌作為微生物菌劑對(duì)富含木質(zhì)纖維素類的農(nóng)林業(yè)廢棄物進(jìn)行堆肥，以提高堆肥工藝和腐熟堆肥的品質(zhì)已得到廣泛的研究。Kausar等人［17］從水稻秸稈混合材料中分離出了25 株木質(zhì)纖維素分解菌，發(fā)現(xiàn)纖維素分解固氮的碳酸鹽小單孢菌是最佳的木質(zhì)素分解菌和纖維素分解菌，然后，他們將碳酸鹽小單孢菌加入另外的稻草堆肥中，與對(duì)照組相比，觀察到這種細(xì)菌能夠顯著地分解纖維素、半纖維素，并降低了腐熟堆肥的碳含量，在研究中，C/N 在6 周內(nèi)從29.3 降低到18.1，證實(shí)了該菌在大規(guī)模富含木質(zhì)纖維素類農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥中的潛力。在評(píng)價(jià)微生物菌劑對(duì)柑橘果皮堆肥的影響時(shí)，Wang 等人［18］在工廠化規(guī)模和實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的柑橘果皮堆肥中接種了芽孢桿菌屬、鞘氨醇桿菌屬和糖單孢菌屬等纖維素分解固氮菌，發(fā)現(xiàn)接種這些菌劑：（1）有助于豐富堆體中微生物群落的多樣性；（2）增加堆體溫度；（3）促進(jìn)果膠和纖維素的分解。另外他們還觀察到工廠化規(guī)模的腐熟堆肥比實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的腐熟堆肥的養(yǎng)分更豐富，這也證明了這些菌劑在大規(guī)模富含木質(zhì)纖維素類農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥過程中的潛在作用。上述研究結(jié)果表明，通過接種纖維素分解固氮菌為有效和可持續(xù)的處理富含木質(zhì)纖維素類的農(nóng)林業(yè)廢棄物的堆肥開辟了新的路徑。

2 好氧堆肥

2.1 好氧堆肥的定義

好氧堆肥是一種將農(nóng)林業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為資源的傳統(tǒng)方法，在微生物群落的作用下，將可生物降解的有機(jī)農(nóng)林業(yè)廢棄物分解成養(yǎng)分豐富的有機(jī)肥。腐熟的堆肥產(chǎn)品可以增加土壤肥力、提高土壤生產(chǎn)力、提升土壤的水源涵養(yǎng)能力、促進(jìn)植物種子萌發(fā)和生長發(fā)育。好氧堆肥長期以來一直被用于處理有機(jī)固體廢棄物，特別是農(nóng)林業(yè)廢棄物，以便有機(jī)物質(zhì)可以快速通過微生物分解，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定且安全的富含養(yǎng)分的腐熟堆肥產(chǎn)品，循環(huán)利用到農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中［19］，堆肥過程受物理因素、化學(xué)因素和微生物因素的調(diào)控。

2.2 木質(zhì)纖維素類農(nóng)林業(yè)廢棄物好氧堆肥預(yù)處理方法

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)由于其固有的復(fù)雜性和多樣性而使得在自然狀態(tài)下很難被微生物分解，因此，提高木質(zhì)纖維素類農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥的效率需要對(duì)木質(zhì)纖維素類農(nóng)林業(yè)廢棄物進(jìn)行預(yù)處理。這樣可以破壞木質(zhì)纖維素生物質(zhì)致密的分子結(jié)構(gòu)，以促使纖維素和半纖維素更易被酶水解［20］。木質(zhì)纖維素農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥的預(yù)處理方法主要有三種：物理方法、化學(xué)方法和生物方法。這些方法有助于在堆肥過程中促進(jìn)農(nóng)林業(yè)廢棄物的快速分解、水分管理、殺死病原體以及分解纖維素、半纖維素和木質(zhì)素成分。各種預(yù)處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用于不同原料的預(yù)處理結(jié)果也各不相同。

2.2.1 化學(xué)預(yù)處理。由于化學(xué)預(yù)處理方法在增強(qiáng)各種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化方面更有效，因此化學(xué)預(yù)處理方法比物理方法和生物方法更常用于堆肥的預(yù)處理過程。用于促進(jìn)堆肥過程的常用化學(xué)試劑有氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、過氧化氫、硫酸、鹽酸和芬頓試劑等［21］。例如，芬頓試劑預(yù)處理已被證明可以通過增強(qiáng)木質(zhì)纖維素降解酶的功能和重塑秸稈堆肥過程中的細(xì)菌群落來提高木質(zhì)纖維素的生物轉(zhuǎn)化效率［22］。但是，這些化學(xué)藥品預(yù)處理后的殘留物如果釋放到環(huán)境中，可能會(huì)造成環(huán)境污染，如食物網(wǎng)的改變、水和土壤污染等，因此在堆肥過程中不建議使用化學(xué)預(yù)處理方法，避免對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。

2.2.2 物理預(yù)處理。物理預(yù)處理主要是通過機(jī)械粉碎破壞生物質(zhì)中的木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，降低木質(zhì)纖維素材料的結(jié)晶度和顆粒尺寸，從而增加農(nóng)林業(yè)廢棄物的可接觸表面積和孔隙度，降低聚合度，以促進(jìn)纖維素水解。目前用于農(nóng)林業(yè)廢棄物的物理預(yù)處理方法有機(jī)械預(yù)處理、熱預(yù)處理、壓力預(yù)處理和輻射預(yù)處理等［23］。不同類型的物理過程、機(jī)械預(yù)處理方法，包括研磨和粉碎，主要用于降低原材料尺寸以促進(jìn)木質(zhì)纖維素原材料的酶促降解。

關(guān)于農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥的傳統(tǒng)物理預(yù)處理技術(shù)的應(yīng)用，目前的研究還很少。在此背景下，堆肥技術(shù)最近的發(fā)展得益于一種新型的超高溫厭氧預(yù)處理方法，它使用一個(gè)可調(diào)節(jié)溫度的超高溫厭氧預(yù)處理木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的反應(yīng)堆進(jìn)行預(yù)熱，后面跟傳統(tǒng)的堆肥一樣接種腐熟堆肥作為菌種來源［24］。目前，超高溫厭氧預(yù)處理的方法是在100℃下處理2h，溫度根據(jù)堆肥材料而調(diào)整。多項(xiàng)研究表明，超高溫厭氧預(yù)處理方法可能是農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥過程中最佳的物理預(yù)處理方法。原因如下：（1）超高溫厭氧預(yù)處理可以對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的反應(yīng)堆進(jìn)行預(yù)熱和調(diào)節(jié)微生物群落的產(chǎn)生，從而提高堆肥的腐熟度［25］；（2）超高溫預(yù)處理降低了蛋白酶、脲酶的酶活性和氨氧化菌的豐富度，從而提高氮固定率［26］；（3）超高溫預(yù)處理降低了有機(jī)固體廢棄物堆肥過程中含氨、氮等物質(zhì)的惡臭氣體的排放［27］。

與化學(xué)預(yù)處理不同，物理預(yù)處理不會(huì)對(duì)植物造成毒害作用，是一種環(huán)保的預(yù)處理方法。然而，考慮到能源消耗和不能去除生物質(zhì)中木質(zhì)纖維素成分，并且大多數(shù)物理預(yù)處理過程費(fèi)時(shí)、成本高，因此在堆肥過程中化學(xué)預(yù)處理和物理預(yù)處理方法均不太推薦使用。

2.2.3 生物預(yù)處理。生物預(yù)處理包括改變細(xì)胞壁中的木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)、酶水解、接種微生物預(yù)處理，接種的微生物包括白腐菌、褐腐菌、軟腐菌和產(chǎn)生細(xì)胞外酶的細(xì)菌等［28］。在不同種類的木腐真菌中，擔(dān)子菌屬白腐真菌對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理最為有效，因?yàn)樗鼈冊(cè)谀举|(zhì)素水解方面比褐腐真菌和軟腐真菌更活躍。與真菌預(yù)處理不同，細(xì)菌預(yù)處理主要以木質(zhì)素為目標(biāo)，由放線菌等細(xì)菌組成的微生物群落具有較高的半纖維素酶活性和纖維素酶活性［29］。為了提高木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化率，通常在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)生物預(yù)處理之前或過程中使用主要來自細(xì)菌和真菌氧化和水解的酶。

生物預(yù)處理方法比物理預(yù)處理和化學(xué)預(yù)處理方法有很多優(yōu)點(diǎn)，如，生物預(yù)處理方法環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、低能耗等。一般來說，大多數(shù)傳統(tǒng)的化學(xué)、物理預(yù)處理方法，由于成本高，以及大量化學(xué)藥品的使用會(huì)造成環(huán)境污染，因此對(duì)于大規(guī)模的堆肥是不能實(shí)現(xiàn)的［30］。因此，需要進(jìn)一步研究探索適合木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)堆肥的新的、綠色的、快速的和低成本的生物預(yù)處理方法。

近年來，接種外源微生物對(duì)堆肥品質(zhì)和堆肥腐熟度的積極作用受到了廣泛的關(guān)注。從理論上講，堆肥過程不需要特殊的微生物菌劑，因?yàn)樵诙逊试牧现写嬖诟鞣N各樣的好氧微生物。然而，大量研究表明，為了在短時(shí)間內(nèi)使堆肥腐熟，需要接種特定的微生物菌劑。如，在以木質(zhì)纖維素類廢棄物作為堆肥原材料的堆肥過程中接種三種分離得到的細(xì)菌可以加快木質(zhì)素的分解和提高腐熟堆肥的品質(zhì)［31］。添加含有綠色木霉、黑曲霉和黃曲霉孢子懸浮液的嗜熱真菌群落顯著增強(qiáng)了城市有機(jī)固體廢棄物堆肥過程中的腐殖化作用［32］。

微生物菌劑接種處理作為影響木質(zhì)纖維素生物質(zhì)堆肥效率的重要參數(shù)近年來受到越來越多研究人員的關(guān)注，因?yàn)橛煤Y選培養(yǎng)得到的木質(zhì)纖維素分解微生物接種到富含木質(zhì)纖維素類農(nóng)林業(yè)廢棄物的堆肥過程是一種可持續(xù)的、環(huán)保的新途徑，可以提高堆肥效率并改善腐熟堆肥的品質(zhì)。

3 腐熟堆肥產(chǎn)品在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用

腐熟堆肥是微生物對(duì)可生物分解物質(zhì)進(jìn)行好氧分解的最終產(chǎn)物，化肥僅僅只能為植物提供養(yǎng)分，并且會(huì)造成土壤板結(jié)，產(chǎn)生面源污染。而腐熟堆肥產(chǎn)品不僅可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、還能增強(qiáng)土壤抗侵蝕的能力、地下水的保持能力、固碳的能力和植物的抗病性［33］。

3.1 施用腐熟堆肥可以有效降低空氣污染

盡管世界科學(xué)技術(shù)在飛速發(fā)展，但空氣污染仍然是當(dāng)今社會(huì)亟待解決的問題，如果長期下去不采取科學(xué)合理的對(duì)策，可能將會(huì)對(duì)生物多樣性和自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生更大的毀滅性破壞［34］。農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)如露天焚燒作物秸稈和園林廢棄物、使用殺蟲劑、農(nóng)藥和化肥等被認(rèn)為是造成空氣污染的重要原因之一。堆肥已被證明了是一種可以減少溫室氣體排放的新技術(shù)，腐熟穩(wěn)定的堆肥施用到土壤中后，可以被植物循環(huán)吸收利用，不會(huì)產(chǎn)生空氣污染，因此，在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)考慮施用腐熟堆肥，以減少空氣污染［35］。

3.2 腐熟堆肥在防治水土流失中的作用

腐熟堆肥是一種自然的、安全的和環(huán)保的產(chǎn)品，可以恢復(fù)退化土壤的有機(jī)肥力，并提供諸如養(yǎng)分、植物激素、抗氧化劑和酶等促進(jìn)植物生長發(fā)育的物質(zhì)。各種有機(jī)廢棄物的腐熟堆肥已被有效用于防治土壤侵蝕和沉積的研究中，有研究表明，施用腐熟堆肥后可以減輕水土流失，較大程度的改善水質(zhì)，補(bǔ)充土壤中被植物吸收的養(yǎng)分并促進(jìn)植物的生長［36］。Demars等人［37］報(bào)道，與裸地相比，施用腐熟堆肥減輕了86%的土壤侵蝕；與草方格相比，施用腐熟堆肥后土壤沉積物對(duì)周圍水體的沖刷量減少了99%；與地膜覆蓋相比，施用腐熟堆肥后可以使土壤滲透效果增加125%。在高度侵蝕地區(qū)(如建筑工地)施用腐熟堆肥被認(rèn)為是減輕土壤徑流、侵蝕和加快植被恢復(fù)的可供選擇的方法［38］。Huang 等人［39］最近研究了腐熟堆肥作為一種低成本且高效的有機(jī)改良劑來恢復(fù)在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐過程中被重金屬污染的土壤。以上研究表明，在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐過程中施用腐熟堆肥可作為水土流失治理的新路徑。

3.3 腐熟堆肥在促進(jìn)植物生長發(fā)育中的作用

施用腐熟堆肥作為土壤改良劑，可以為土壤提供氮、磷、鉀、硫、鎂、錳、銅、鈣和鐵等微量營養(yǎng)元素，并釋放作為代謝產(chǎn)物的有機(jī)碳或二氧化碳，促進(jìn)植物的生長發(fā)育。Lazcano 等人［40］研究了腐熟堆肥對(duì)番茄植株生長和形態(tài)的影響，結(jié)果表明，與在泥炭中生長的番茄相比，使用腐熟堆肥作為培養(yǎng)基質(zhì)顯著促進(jìn)了番茄莖部和根系的生長，建議使用腐熟堆肥代替泥炭作為番茄植株栽培的基質(zhì)。徐東等人［41］的研究結(jié)果顯示，添加園林廢棄物的腐熟堆肥有效增加了青稞的株高，隨著園林廢棄物腐熟堆肥施用量的增加，青稞產(chǎn)量均提高。盧赟等人［42］的研究表明，利用園林廢棄物的腐熟堆肥作為栽培基質(zhì)，不僅可以改善土壤理化性質(zhì)，還可以促進(jìn)花卉的生長，增加花卉產(chǎn)量。另一項(xiàng)研究表明：將園林廢棄物和中藥渣共堆肥的腐熟堆肥作為栽培基質(zhì)，比泥炭土和黃壤土基質(zhì)更適合景天三七、紫背天葵、硫華菊盆栽使用，可作為新型基質(zhì)在相關(guān)花卉盆栽中推廣應(yīng)用［43］。余韻等人［44］的研究發(fā)現(xiàn)，土壤中添加10%的園林廢棄物的腐熟堆肥可顯著提高楸樹苗木形態(tài)指標(biāo)和葉綠素含量，使苗高增長量、地徑、總生物量、總?cè)~綠素含量分別增加8%、5%、19%和40%。王曄青等人［45］的研究顯示，添加適當(dāng)比例的園林廢棄物的腐熟堆肥產(chǎn)品可明顯促進(jìn)雞冠花的生長，提高其觀賞品質(zhì)。綜上所述，在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐過程中將農(nóng)林業(yè)廢棄物進(jìn)行堆肥處理，不僅可以解決環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問題，還可以將腐熟后的堆肥從新循環(huán)到農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐過程中，為農(nóng)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展開辟了新的路徑。

4 結(jié)論與展望

（1）纖維素分解固氮菌在堆肥中的應(yīng)用已被證明是將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)重新循環(huán)到土壤中并改良土壤理化特性和生物特性最環(huán)保和最快的方法。接種纖維素分解固氮菌可以縮短堆肥周期，加快富含木質(zhì)纖維素類農(nóng)林業(yè)廢棄物的堆肥進(jìn)程，并通過降低碳氮比減少了有害氣體的排放，最終提高了腐熟堆肥的品質(zhì)。

（2）利用纖維素分解固氮菌對(duì)富含木質(zhì)纖維素類的農(nóng)林業(yè)廢棄物進(jìn)行堆肥是一種可行的科學(xué)途徑，減少了由于焚燒作物秸稈和使用化肥所造成的空氣和水污染，解決了因垃圾填埋而占用土地的問題，為農(nóng)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展開辟了新的路徑。

（3）施用養(yǎng)分豐富的腐熟堆肥產(chǎn)品可以增加土壤中微生物的生物碳量、有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀總濃度，還可以防治土壤的侵蝕、徑流和沉降過程，為高原地區(qū)的水土流失治理提供新的選擇路徑。

（4）木質(zhì)纖維素類農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥技術(shù)進(jìn)一步深入的研究應(yīng)該探索：1)木質(zhì)纖維素農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥過程中纖維素分解固氮菌群落的演替與堆肥過程中臭味氣體和溫室氣體排放及養(yǎng)分固定的內(nèi)在機(jī)理；2)纖維素分解固氮菌作為微生物菌劑在大規(guī)模的木質(zhì)纖維素類農(nóng)林業(yè)廢棄物堆肥中的應(yīng)用；3)堆肥過程中每個(gè)階段關(guān)鍵微生物群落的協(xié)同效應(yīng)與腐熟堆肥品質(zhì)、各種養(yǎng)分固定之間的內(nèi)在機(jī)理。