沼气发酵的微生物及其重要作用

沼气发酵微生物（microorganisms of biogasfermentation）在缺氧条件下降解有机质产生沼气的一群微生物。沼气常形成于富含有机质的沼泽、塘、湖等水下缺氧沉积物中，是一种可燃性气体，其主要成分为甲烷（占55%～70%）和二氧化碳（占30%～45%）。

1776年，A．伏打发现池沼沉积物中有一种可燃性气体。1868年，E．贝香提出沼气是由微生物降解有机质而产生的。沼气微生物是一群种类庞杂、对缺氧程度要求不同的细菌。关于它们的种类和生物学性状还不十分清楚。在复杂有机质转化为沼气的过程中，它们协同地在4个阶段起作用（图1）。①水解作用：由梭菌属、拟杆菌属等细菌将碳水化合物和蛋白质等大分子有机质降解为小分子有机化合物，如葡萄糖、氨基酸等；②发酵作用：由梭菌属、拟杆菌属及其他细菌（如乳酸菌类、丙酸杆菌属）进一步将水解的产物降解为小分子的醇类、有机酸类、二氧化碳、氢气、氨气等；③产乙酸和产氢作用：把发酵作用所产生的小分子醇类和一些脂肪酸降解为乙酸、甲酸、二氧化碳和氢。人们对这类细菌了解尚少，甚至连种、属都还没有明确。但已肯定这类细菌所产生的氢对其自身进一步生长繁殖有抑制作用。因此，产乙酸和氢的细菌，必须与能利用氢的细菌，如产甲烷细菌和伍氏乙酸杆菌等共同生存；④产甲烷作用：由产甲烷细菌将前3阶段所产生的氢气、二氧化碳以及甲酸、乙酸、甲醇和甲胺类等转化为甲烷。产甲烷细菌形态多样，但生理特性却大致相同，在缺氧条件下，均以甲烷为主要代谢产物（见甲烷杆菌科）。上述阶段是按生物化学转化过程划分的，其中参与水解作用的细菌也参与发酵作用（图2）。

根据最适生长温度，可将沼气微生物划分为中温群（30℃～40℃）和高温群（55℃～60℃）。虽然有人认为在4℃时仍然产生沼气，但至今尚未分离到嗜低温的菌种。沼气微生物的种类庞杂，在纯培养条件下，最适生长的酸碱度有很大差异，但在沼气池中pH7左右最适于产生沼气。(www.xing528.com)

沼气微生物使自然界中缺氧环境的有机质降解，进入碳、氮等物质循环圈。所产生的甲烷最终又被氧化为二氧化碳。产生于深海沉积物中的甲烷则可能转化为甲烷水合物，进而转化为天然气。中国广大农村正在利用沼气微生物的作用，以秸秆、粪便等制取沼气，作为一种再生性补充能源，同时也有利于农村生态平衡，保持、提高土壤肥力并改善环境卫生。