牛糞新型靜態(tài)好氧堆肥過程中微生物群落結(jié)構(gòu)的研究.docx

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1、牛糞新型靜態(tài)好氧堆肥過程中微生物群落結(jié)構(gòu)的研究堆肥技術(shù)是處理畜禽糞便等農(nóng)業(yè)固體廢棄物的有效方法。但是,在傳統(tǒng)的自然靜態(tài)堆肥中,堆體的溫度和氧氣分布不均一,導(dǎo)致發(fā)酵不均勻、堆肥質(zhì)量不佳。本研究針對(duì)這一現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了一種靜態(tài)發(fā)酵裝置,可以克服傳統(tǒng)堆肥技術(shù)“堆體表面溫度低、堆體深層厭氧”的技術(shù)缺陷。微生物在堆肥發(fā)酵過程中扮演重要角色,決定堆肥的進(jìn)程和堆肥的質(zhì)量,因此,研究堆肥過程中微生物的群落結(jié)構(gòu)對(duì)于豐富堆肥理論和改進(jìn)堆肥技術(shù)具有科學(xué)價(jià)值。本研究采用新型靜態(tài)好氧堆肥工藝處理牛糞和水稻秸稈,通過測(cè)定堆體理化及生物指標(biāo)來驗(yàn)證堆肥的腐熟程

2、度,并利用高通量測(cè)序技術(shù)來研究堆肥過程中的細(xì)菌、真菌群落結(jié)構(gòu)的組成及動(dòng)態(tài)變化,探討微生物群落組成與理化及生物指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:(1)堆肥化共持續(xù)17d,第3d堆肥的中心及外層溫度均達(dá)到55℃以上,堆肥進(jìn)入高溫期并持續(xù)9(d3d12d)。在整個(gè)堆肥過程中,pH值保持下降趨勢(shì)并始終維持在弱堿性狀態(tài)下;含水率同樣一直呈下降趨勢(shì),在堆肥結(jié)束后降至51.0%;NH4+-N呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì),并在堆肥升溫期達(dá)到最大值(932.2mg·kg-1

3、),隨后開始逐漸下降;NO3--N緩慢上升,腐熟期達(dá)到最大值(95.5mg·kg-1)。隨著堆肥的進(jìn)行,種子發(fā)芽指數(shù)同樣逐漸上升,堆肥結(jié)束后達(dá)到97.7%。根據(jù)堆肥過程中理化及生物指標(biāo)綜合推斷,在堆肥17d可使牛糞堆肥達(dá)到腐熟。(2)應(yīng)用高通量測(cè)序技術(shù)研究堆肥過程中細(xì)菌、真菌群落結(jié)構(gòu)的組成及動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明,在堆肥化過程中,細(xì)菌及真菌群落的操作分類單元(OTU)數(shù)量及香儂(Shannon)多樣性指數(shù)有著相同的變化趨勢(shì),都是呈先增加再減小的趨勢(shì),但

4、是細(xì)菌群落的豐富度及多樣性要明顯高于真菌群落。隨著堆肥的進(jìn)程,細(xì)菌及真菌群落結(jié)構(gòu)均發(fā)生了明顯變化。(3)門分類水平上,在堆肥初始期占據(jù)優(yōu)勢(shì)的細(xì)菌門為變形菌門(Proteobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidetes),而在高溫期階段厚壁菌門(Firmicutes)成為優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門類,當(dāng)堆肥進(jìn)入高溫期,放線菌門(Actinobacteria)和綠彎菌門(Chloroflexi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)。對(duì)于真菌門來說,擔(dān)子菌門(Basidiomycota)在堆肥的初始期相對(duì)豐度最高并占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),而堆肥進(jìn)入高溫期后,優(yōu)勢(shì)真菌門變?yōu)樽?/p>

5、囊菌門(Ascomycota)。(4)屬分類水平上,堆肥的初始階段相對(duì)豐度較高的屬包括紫單胞菌屬(Petrimonas),噬氫菌屬(Hydrogenophaga)、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)、黃桿菌屬(Flavobacterium)和叢毛單胞菌屬(Comamonas)等,而當(dāng)堆肥進(jìn)入腐熟期后,甲基暖菌屬(Mythylocaldum)、盧德曼氏菌屬(Luedemannella)、高溫多孢菌屬(Thermopolyspora)和高溫單孢菌屬(Thermomonospora)等是優(yōu)勢(shì)菌屬。對(duì)于真菌屬來說,節(jié)擔(dān)菌屬(W

6、allemia)和毛孢子屬(Trichosporon)在堆肥前期占據(jù)優(yōu)勢(shì),而堆肥腐熟期的優(yōu)勢(shì)真菌屬為未分類的子囊菌門(UnclassifiedAscomycota)以及鬼傘屬(Coprinus)。(5)微生物群落結(jié)構(gòu)組成與理化及生物指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系分析結(jié)果表明,細(xì)菌中高溫單孢菌屬(Thermomonospora)和高溫多孢菌屬(Thermopolyspora)的相對(duì)豐度與全氮、硝態(tài)氮和種子發(fā)芽指數(shù)呈顯著正相關(guān)(p<0.05),與含水率、全碳、C/N和銨態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)。真菌中鬼傘屬(Coprin

7、us)的相對(duì)豐度與全氮、硝態(tài)氮和種子發(fā)芽指數(shù)呈顯著正相關(guān)(p<0.05),與含水率、全碳、C/N和銨態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)。

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