褐煤（lignite）是成煤过程的第二阶段的产物，由泥炭经过成岩阶段而成。褐煤含水量为30%～60%，风干后为10%～40%，褐煤的碳含量增加。

也有一种褐煤仍然保存有植物残骸，煤化程度较浅，碳含量较低，腐植酸和沥青含量也较一般褐煤少，称之为木质褐煤或柴煤。按照煤化程度的深浅，可将其分为：土状褐煤、致密褐煤和亮褐煤三类。

按我国煤的分类方法，又将其分成两个小类，透光率PM＞30%～50%的称为年老褐煤，PM≤30%称之为年青褐煤。不同褐煤在性质上有差异，从腐植酸的利用角度，不同褐煤的化学和生物活性不完全相同。一般是年青褐煤活性高，易加工；年老褐煤活性相对差，加工难度随之增加。截止到1989年，我国已探明的褐煤储量为1216.09亿t，占全国已探明煤炭总储量（1990年，9257.46亿t）的13.3%。

褐煤主要集中在东北和西南两地的晚侏罗纪及第三纪煤田中，包括内蒙古东部、辽宁、吉林、黑龙江、河北、山东、云南、广西、广东、海南、四川、西藏等12个省区，其中内蒙古保有量929.83亿t，占全国的74.46%。云南保有量168.19亿t，占全国的13.83%。

我国褐煤多为老年褐煤，仅云南以年青褐煤为主。天然腐植酸（HA）是动、植物遗骸，在微生物以及地球物理、化学作用下，经过一系列分解和转化形成的一类大分子有机弱酸混合物。腐植酸的主要组分为黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸等，具有吸附、离子交换、螯（络）合、氧化还原等独特的物理、化学和生理特性，广泛应用在工农业、医药、环境等领域。

天然腐植酸（HA）是动、植物遗骸，在微生物以及地球物理、化学作用下，经过一系列分解和转化形成的一类大分子有机弱酸混合物。腐植酸的主要组分为黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸等，具有吸附、离子交换、螯（络）合、氧化还原等独特的物理、化学和生理特性，广泛应用在工农业、医药、环境等领域。我国褐煤资源丰富，但目前开发利用很有限。

近年来，国际上利用微生物转化褐煤的研究正在广泛地进行，Fakoussa等人研究发现卧孔菌（Poria moticola） 能够生长在褐煤上，并将固体褐煤转化成黑褐色液体，袁红莉等也发现了许多微生物具有转化褐煤的能力。本研究利用酵素菌（BYM-FOOD）为发酵微生物，配合一些自选的功能微生物菌株，对云南褐煤进行发酵试验，研究其降解褐煤中腐植酸的能力，以期达到提高褐煤腐植酸活性和微生物活性，更好地应用于农业生产。

1. 材料与方法

1.1 试验材料酵素菌种系青岛菌乐赋酵素生物科技有限公司生产，酵素菌是由细菌、酵母菌和丝状真菌组成的有益微生物群，是发酵有机质材料的好（兼）气性菌种。自选菌株为青岛菌乐赋酵素生物科技有限公司选育的2株真菌和2株放线菌。褐煤系云南省出产。

1.2 试验方法

1.2.1 微生物培养基酵素菌采用麸皮马铃薯琼脂培养基；微紫青霉采用Czapek’s琼脂培养基；白腐霉采用PDA培养基；栗褐链霉菌采用酵母麦芽汁琼脂培养基；浅黄链霉菌采用高氏合成一号培养基。

1.2.2 菌种配制将酵素菌扩大培养后制成的复合微生物菌种（以下简称BYM）。将微紫青霉、白腐霉、栗褐链霉菌、浅黄链霉菌和专用酵素菌制成复合微生物菌种（以下简称BYM1）。将微紫青霉：栗褐链霉菌和酵素菌制成复合微生物菌种（以下简称BYM2）。将白腐霉、浅黄链霉菌和酵素菌制成复合微生物菌种（以下简称BYM3）。

1.2.3 发酵试验

将褐煤粉碎（＜60目）后，添加辅料，保持含水量55%，分别接种BYM、BYM1、BYM2、BYM3，以不接种作为CK。置入32℃下培养，观察其外观性状、分析其功能微生物存在情况及对褐煤腐植酸的转化能力。

1.2.4 测定方法

微生物分离、计数采用平板培养法。

褐煤腐植酸的微生物转化能力测定，参照固体培养定性分析。

1.3 试验统计方法

使用Microsoft Excel 2003软件和SPSS19.0软件对试验数据进行处理。

2. 结果与分析

2.1 褐煤微生物发酵情况

2.1.1 菌丝生长情况

用固态好气性自然发酵法处理褐煤4d后，空白CK的褐煤外观没有变化，其它不同的处理间菌丝发育情况存在差异，所有处理的褐煤表面均布满白色丝状菌丝，其中BYM处理的褐煤表面菌丝数量较少，BYM1、BYM2和BYM3处理的菌丝数量较多，仅从外观看差异不大。

2.1.2 功能菌发育情况

待褐煤发酵7d时，取样检测其功能菌情况，空白CK由于没有接种微生物，褐煤除了质地疏松外，没有任何变化，同其它处理差异很大（见表1）。

表1 不同处理的微生物发育情况

Tab.1 Microbial growth of different treatments

处理 有效活菌总数 微紫青霉 白腐霉 栗褐链霉菌 浅黄链霉菌 合计

BYM 2.76a 0 0 0 0 2.76c

BYM1 1.35c 0.56 0.43 0.75 0.54 3.63b

BYM2 2.02b 0.78 0 0.84 0 3.64b

BYM3 1.98b 0 0.86 0 0.94 3.78a

注：1、有效活菌总数系酵素菌中细菌、酵母菌和真菌总数；2、单位：×109cfu/g；3、小写字母表示0.05显著水平。

表1所示，褐煤的不同发酵处理，其有效活菌总数为BYM3＞BYM2＞BYM1＞BYM。添加了外源功能菌后，酵素菌中的有效活菌总数均呈现下降。

2.2 微生物转化褐煤的情况

2.2.1 固态培养褐煤外观变化待褐煤固体好气性发酵处理7d后，取出，立即观察褐煤表面变化情况，所有处理的褐煤表面均呈现数量不同的液滴，用滤纸蘸吸后呈现棕褐色至黑褐色，说明微生物对褐煤有转化作用。BYM处理的褐煤液滴数量小而少，颜色呈现黑褐色，其它处理液滴数量较大较多，颜色呈现棕褐色至黑褐色。在外部观察5min后，BYM处理的液滴消失，观察10min后，其它全部处理的液滴均消失。

2.2.2 pH变化和褐煤质量损失情况通过测定褐煤发酵物，发现不同处理的pH均呈现逐渐上升趋势，pH6.5～9.2。为了进一步验证微生物对褐煤的转化情况，不接种CK的褐煤失重率为0.72±0.27%，接种BYM的褐煤失重率为13.21±3.74%，接种BYM1的褐煤失重率为18.72±5.17%，接种BYM2的褐煤失重率为17.51±2.82% ，接种BYM3的褐煤失重率为18.07±2.64%。由此可见，接种酵素菌能够加速褐煤的转化和质量损失，其作用效果为BYM1＞BYM3＞BYM2＞BYM。

3. 讨论褐煤中的腐植酸都是大分子有机物，微生物一般很难利用。目前发现土壤、风化煤、褐煤、林地等都存在能利用煤中含碳物质的微生物，主要是白腐菌、曲霉、木霉和青霉，另外链霉菌中的一些属，一些假单胞菌、酵母菌和芽孢杆菌也具有降解煤类物质活性。本研究也发现一些细菌、酵母菌、放线菌和丝状真菌能够分解和转化褐煤，其中添加了放线菌和霉菌的微生物处理褐煤的效果更加明显。微生物对褐煤的转化表现在溶解和降解两个方面。溶解只是一个物理作用，物质的浓度提高，但其组成成分可能没有改变。降解是生物化学作用，物质的浓度和组成成分都发生了变化。褐煤液滴的产生和滤纸被染成棕褐色至黑褐色是褐煤被酵素菌分解或溶解的明显现象。微生物降解褐煤的直观现象是质量损失。本研究证实采用酵素菌及其复合菌种能够造成褐煤质量损失，失重率为13.21±3.74%～18.72±5.17%。

资料表明，降解褐煤的微生物种类还有：枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌等。酵素菌中的复合微生物起到类似于加快的煤炭腐植酸自然风化作用。如褐煤在自然风化过程中，不同类型微生物之间存在演替现象，放线菌是降解的先锋菌，随后是细菌，而真菌则在降解的后期起主要作用，这些在酵素菌发酵褐煤的过程中十分类似。

微生物发酵褐煤的机理，到目前为止，被人们公认的主要有三种，即碱作用机理、生物鳌合剂的作用机理和生物酶作用机理。根据我们的研究认为，褐煤的微生物降解是一个十分复杂的过程，不同的微生物对不同的褐煤有着不同的降解效果，而且降解的产物往往不同，发酵产物既包括降解产物，还包括微生物代谢产物，为复杂的混合物，存在气体、液体等不同形式，给物质的鉴别和分离带来很大的困难。Maka等认为，只有当pH值升高到8以上时煤才会发生溶解，微生物分泌的碱性物质是煤溶解的主要原因。本研究也发现类似的现象，但在pH＜8.0时，微生物对褐煤的作用应该是酶解或其它因子在起作用。酵素菌发酵褐煤的产物及作用机理非常复杂，存在多种物质共同起作用的情况。

微生物对褐煤进行分解和降解的关键点是微生物菌种的组培，一般意义上的微生物组合很难实现褐煤转化成优质腐植酸肥料的效果。