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沼氣發(fā)酵是一種極其復(fù)雜的微生物和化學(xué)過程，這一過程的發(fā)生和發(fā)展是五大類群微生物生命活動(dòng)的結(jié)果。它們是：發(fā)酵性細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氫產(chǎn)乙酸菌、食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌。這些微生物按照各自的營(yíng)養(yǎng)需要，起著不同的物質(zhì)轉(zhuǎn)化作用。從復(fù)雜有機(jī)物的降解，到甲烷的形成，就是由它們分工合作和相互作用而完成的。

在沼氣發(fā)酵過程中，五大類群細(xì)菌構(gòu)成一條食物鏈，從各類群細(xì)菌的生理代謝產(chǎn)物或它們的活動(dòng)對(duì)發(fā)酵液酸堿度（PH）的影響來看，沼氣發(fā)酵過程可分為產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段。前三群細(xì)菌的活動(dòng)可使有機(jī)物形成各種有機(jī)酸，因此，將其統(tǒng)稱為不產(chǎn)甲烷菌。后二群細(xì)菌的活動(dòng)可使各種有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成甲烷，因此，將其統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷茵。

1.不產(chǎn)甲烷菌 在沼氣發(fā)酵過程中，不能直接產(chǎn)生甲烷的微生物統(tǒng)稱為不產(chǎn)甲烷菌。不產(chǎn)甲烷菌能將復(fù)雜的大分子有機(jī)物變成簡(jiǎn)單的小分子量的物質(zhì)。它們的種類繁多，現(xiàn)已觀查到的包括細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物三大類。以細(xì)菌種類最多，目前已知的有18個(gè)屬51個(gè)種，隨著研究的深入和分離方法的改進(jìn)，還在不斷發(fā)現(xiàn)新的種。根據(jù)微生物的呼吸類型可將其分為好氧菌、厭氧菌、兼性厭氧菌三種類型。其中，厭氧菌數(shù)量最大，比兼性厭氧菌、好氧菌多100～200倍，是不產(chǎn)甲烷階段起主要作用的菌類。根據(jù)作用基質(zhì)來分，有纖維分解菌、半纖維分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌和其他一些特殊的細(xì)菌，如產(chǎn)氫菌、產(chǎn)乙酸菌等。

2.產(chǎn)甲烷菌 在沼氣發(fā)酵過程中利用小分子量化合物形成沼氣的微生物統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌。如果說微生物是沼氣發(fā)酵的核心，那么產(chǎn)甲烷菌又是沼氣發(fā)酵微生物的核心，產(chǎn)甲烷菌是一群非常特殊的微生物。它們嚴(yán)格厭氧，對(duì)氧和氧化亮劑非常敏感，適宜在中性或微堿性環(huán)境中生存繁殖。它們依靠二氧化碳和氫氣生長(zhǎng)，并以廢物的形式排除甲烷，是要求生長(zhǎng)物質(zhì)最簡(jiǎn)單的微生物。