____________________________________________________________________

Компостные микроорганизмы

Нэнси Траутманн и Элайна Олинцив

__________________________________________________________________________

Фазы компостирования

В процессе компостирования микроорганизмы разрушают органические вещества и производят углекислый газ, воду, тепло и гумус, получая относительно стабильный конечный органический продукт. В оптимальных условиях компостирование проходит через три фазы: 1) мезофильная или умеренно-температурная фаза, которая длится пару дней, 2) термофильная или высокотемпературная фаза, которая может длиться от нескольких дней до нескольких месяцев. и, наконец, 3) фаза охлаждения и созревания в течение нескольких месяцев.

На разных этапах компостирования преобладают разные сообщества микроорганизмов. Первоначальное разложение осуществляется мезофильными микроорганизмами, которые быстро разрушают растворимые, легко разлагаемые соединения. Вырабатываемое ими тепло вызывает быстрое повышение температуры компоста.

Когда температура поднимается выше примерно 40 ° C, мезофильные микроорганизмы становятся менее конкурентоспособными и заменяются другими, термофильными или теплолюбивыми. При температуре 55 ° C и выше многие микроорганизмы, являющиеся патогенами человека или растений, уничтожаются в обхеме компоста. Поскольку температура выше 65 ° C убивает многие формы микробов и ограничивает скорость разложения, менеджеры компоста используют аэрацию и перемешивание, чтобы поддерживать температуру ниже этой точки.

Во время термофильной фазы высокие температуры ускоряют распад белков, жиров и сложных карбогидратов, таких как целлюлоза и гемицеллюлоза, основных структурных молекул растений. По мере того, как запас этих высокоэнергетических соединений истощается, температура компоста постепенно снижается, и мезофильные микроорганизмы снова вступают во владение для заключительной фазы «лечения» или созревания оставшегося органического вещества.

Бактерии

Бактерии – это самые маленькие живые организмы, которых больше всего в компосте; они составляют от 80 до 90% миллиардов микроорганизмов, которые обычно встречаются в грамме компоста. Бактерии ответственны за разложение и выделение тепла в компосте. Они представляют собой группу компостных организмов с наиболее разнообразным питанием и используют широкий спектр ферментов для химического расщепления различных органических материалов.

Бактерии одноклеточные и имеют структуру палочковидных бацилл, сферических кокков или спиралевидных спирилл. Многие из них подвижны, что означает, что они могут двигаться самостоятельно. В начале процесса компостирования (0-40 ° C) преобладают мезофильные бактерии. Большинство из них – формы, которые также можно найти в верхнем слое почвы.

Когда компост нагревается выше 40 ° C, термофильные бактерии вступают во владение ситуацией. В микробных популяциях на этом этапе преобладают представители рода Bacillus. Видовое разнообразие бацилл довольно велико при температурах от 50 до 55 ° C, но резко уменьшается при 60 ° C и выше. Когда условия становятся неблагоприятными, бациллы выживают, образуя эндоспоры, толстостенные споры, которые обладают высокой устойчивостью к жаре, холоду, сухости или недостатку пищи. Они вездесущи по своей природе и становятся активными всякий раз, когда условия окружающей среды для них благоприятны.

При самых высоких температурах компоста были изолированы бактерии рода Thermus . Компостеры иногда задаются вопросом, как в природе появились микроорганизмы, способные выдерживать высокие температуры, характерные для активного компоста. Бактерии Thermus были впервые обнаружены в горячих источниках в Йеллоустонском национальном парке и, возможно, там развились. Другие места, где в природе существуют теплолюбивые условия, включают глубоководные термальные источники, навозные пометы и скопления разлагающейся растительности, которые имеют подходящие условия для нагрева, как в компостной куче.

Когда компост остывает, мезофильные бактерии снова преобладают. Количество и типы мезофильных микробов, которые повторно заселяют компост по мере его созревания, зависят от того, какие споры и организмы присутствуют в компосте, а также в ближайшем окружении. В целом, чем дольше фаза отверждения или созревания, тем более разнообразное микробное сообщество она поддерживает.

Актиномицеты

Характерный землистый запах почвы вызывается актиномицетами, организмами, которые напоминают грибы, но на самом деле являются нитчатыми бактериями. Как и у других бактерий, у них нет ядер, но они растут и дают многоклеточные нити, как грибы. При компостировании они играют важную роль в разложении сложных органических веществ, таких как целлюлоза, лигнин, хитин и белки.

Их ферменты позволяют им химически разрушать твердый мусор, такой как древесные стебли, кора или газеты. Некоторые виды появляются во время термофильной фазы, а другие становятся важными во время более холодной фазы отверждения, когда только наиболее устойчивые соединения остаются на последних стадиях образования гумуса.

Актиномицеты образуют длинные нитевидные разветвлённые нити, похожие на серые паутины, протягивающиеся через компост. Эти волокна чаще всего видны ближе к концу процесса компостирования, на внешних 10-15 сантиметрах кучи. Иногда они выглядят как круглые колонии, которые постепенно увеличиваются в диаметре.

Грибы

К грибам относятся плесень и дрожжи, и все вместе они ответственны за разложение многих сложных полимеров растений в почве и компосте. В компосте грибки важны, потому что они разрушают твёрдый мусор, позволяя бактериям продолжать процесс разложения после того, как большая часть целлюлозы будет исчерпана. Они распространяются и интенсивно растут, производя множество клеток и нитей, и они могут атаковать органические остатки, которые слишком сухие, кислые или с низким содержанием азота для последующего бактериального разложения.

Большинство грибов классифицируются как сапрофиты, потому что они питаются мертвым или умирающим материалом и получают энергию, разрушая органические вещества в мертвых растениях и животных. Виды грибов многочисленны как на мезофильной, так и на термофильной фазах компостирования. Большинство грибов живут во внешнем слое компоста при высоких температурах. Формы сапрофитов для компоста – это строгие аэробы, которые растут как в виде невидимых волокон, так и в виде серых или белых нечётких колоний на поверхности компоста.

Простейшие

Простейшие – одноклеточные микроскопические животные. Они содержатся в каплях воды в компосте, но играют относительно небольшую роль в разложении органики. Простейшие получают пищу из органических веществ так же, как и бактерии, но также действуют как вторичные потребители, поедая бактерии и грибки.

Коловратки

Коловратки – микроскопические многоклеточные организмы, которые также встречаются в пленках воды в компосте. Они питаются органическими веществами, а также поглощают бактерии и грибки.

Методы наблюдения за компостными микроорганизмами

Благодарности

Иллюстрации и фотографии были подготовлены Элайной Олинцив, учителем биологии в средней школе им. Филипа Рэндольфа в Нью-Йорке, когда она работала в лаборатории доктора Эрика Нельсона в Корнельском университете в составе Педагогического института экологических наук.

Спасибо Фреду Мишелю (Университет штата Мичиган, Центр NSF по микробной экологии) и Тому Ричарду за их полезные обзоры и вклад в этот документ.


Корнельский компост	Наука и инженерия	Компостирование в школах	Ресурсы

Кредиты

_______________________________________________________________________________________________________________

Корнельский институт управления отходами © 1996
Корнельский университет
Итака, Нью-Йорк 14853-5601
607-255-1187
cwmi@cornell.edu

Об авторе этой статьи

Нэнси Траутманн

Старший консультант

Лаборатория орнитологии

(607) 255-9257

[email protected]

В качестве директора по образованию Корнельской лаборатории орнитологии Нэнси Траутманн возглавляет команду, цель которой – пробудить любопытство, научиться чему-то новому и научиться работать с птицами и миром природы.

Фокус исследования

Мое исследование сосредоточено на том, как изменить способ обучения людей, дать педагогам возможность выйти за рамки лекций и учебников и привлечь студентов к проведению исследований, участию в гражданской науке и обучению через исследования. Это выражается в исследованиях профессионального развития учителей, результатов обучения студентов и потенциальной роли технологий в поддержке интерактивного и углубленного обучения.

Информационно-пропагандистская деятельность и расширение интересов

Образовательная программа в лаборатории орнитологии посвящена соединению студентов и общественности с гражданской наукой, охраной природы и исследованиями, связанными с птицами и биоразнообразием. Мы создаем ресурсы и возможности для людей всех возрастов, в школе и вне ее, лично и в Интернете, в Итаке и во всем мире. Опираясь на обширный массив видео, звуков и данных гражданской науки Лаборатории, мы стремимся пробудить любопытство, развить научные навыки и вдохновить на природоохранные мероприятия.

Дополнительные ссылки

Награды и отличия

Стипендия (2017) Центр окружающей среды и общества Рэйчел Карсон, Мюнхен, Германия
Премия REVERE (Признание ценных образовательных ресурсов) (2016) Американская ассоциация издателей

Назначения

Лаборатория орнитологии

Области Знаний

Биоразнообразие
Птицы
Гражданская Наука
Разработка Учебной Программы
Экологическое Образование
Повышение Квалификации Учителей

Образование

Докторантура
Корнельского университета
2005 г.
Магистр наук
Корнельского университета
1980 г.
Бакалавр искусств
Хэмпширского колледжа
1975 г.