【摘 要】
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目前,好氧堆肥技术因处理量大、操作简单和运行成本低等优点被广泛用于畜禽粪便的资源化处理。好氧发酵产物——堆肥的腐熟度对于堆肥产品的农田利用有重要的影响。在堆肥产品正式施用到农田前,对其腐熟度进行评估,以防止未腐熟的堆肥产品进入农田而影响农作物生长。发芽指数法(Germination Index)是国内外评价堆肥腐熟程度的主要方法之一,但存在发芽指数测定程序和方法不统一的问题,并且发芽指数与堆肥理化
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划项目 (编号:2016YFD0800606);
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目前,好氧堆肥技术因处理量大、操作简单和运行成本低等优点被广泛用于畜禽粪便的资源化处理。好氧发酵产物——堆肥的腐熟度对于堆肥产品的农田利用有重要的影响。在堆肥产品正式施用到农田前,对其腐熟度进行评估,以防止未腐熟的堆肥产品进入农田而影响农作物生长。发芽指数法(Germination Index)是国内外评价堆肥腐熟程度的主要方法之一,但存在发芽指数测定程序和方法不统一的问题,并且发芽指数与堆肥理化指标、微生物群落丰度、代谢差异物的相关关系还不明确,限制了发芽指数的推广应用。因此,规范发芽指数方法,并探究其在堆肥过程中与物料理化性质、微生物群落丰度、代谢差异物质的关系,对于了解发芽指数法对堆肥腐熟度的刻画具有重要的理论与现实意义。本研究在总结前人工作的基础上,以新鲜猪粪为堆肥原料,以粉碎的小麦秸秆为调理剂,采用自制的强制通风好氧堆肥反应器,对混合物料进行了为期42 d的好氧堆肥试验,探索了发芽指数的操作方法,研究了堆肥基本理化性质、微生物群落丰度、代谢差异物和发芽指数的相互关系。具体研究结果如下:(1)发芽指数操作规程中,发芽指数的种子应选择萝卜种子,种子数量应选择10颗,堆肥样品与蒸馏水的比例应按照固液比1:10配置,浸提液制备的振荡频率为100rpm,浸提液预处理选择静置过滤。培养温度为25 oC,培养时间为48 h。(2)堆肥过程中理化指标与发芽指数存在相关关系,EC呈显著负相关关系(p<0.05),铵态氮(NH4+-N)、有机质(OM)、铜的酸可交换态(F1)、易还原态(F2)、锌的酸可交换态(F1)呈极显著负相关关系(p<0.01);速效磷(AP)、速效钾(AK)、总钾(TK)、总磷(TP)、硝态氮(NO3--N)、总量铜(Cu)、总量锌(Zn)、锌易还原态(F2)呈极显著正相关关系(p<0.01)。(3)微生物群落丰度和发芽指数具有相关关系,细菌中,Ruminofilibacter、野野村氏菌属(Nonomuraea)、高温多孢菌属(Thermopolyspora)、Limnochorda、高温单胞菌属(Thermomonospora)、长孢菌属(Longispora)丰度与发芽指数呈正相关;寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)、Proteiniphilum丰度与发芽指数呈负相关;真菌中Melanocarpus、腐质霉属(Humicola)、Hydropisphaera、Mycothermus、Iodophanus丰度与发芽指数呈正相关;掷孢酵母属(Sporobolomyces)、布氏白粉属(Blumeria)和Pseudobensingtonia丰度与发芽指数呈负相关。(4)好氧堆肥发酵前后堆体物质组分发生了较大的变化,通过代谢组学分析,共检测出1178种代谢差异物,主要分为脂质和类脂质分子、苯类、有机杂环化合物、有机酸及其衍生物、苯丙醇和聚酮化合物等,涉及代谢通路主要有神经活性配体-受体相互作用、莽草酸途径生物碱的生物合成、芳香族化合物的降解、烟酸和烟酰胺代谢、甲烷代谢、植物次生代谢物的生物合成、酪氨酸代谢、类固醇激素生物合成、组氨酸和嘌呤生物碱的生物合成、不饱和脂肪酸的生物合成等,其中,代谢差异物中,阿魏酸、龙胆酸、原儿茶酸、间苯二酚、激动素、葫芦巴碱、邻苯三酚、尿囊素、棕榈酸甲酯、对香豆酸、喜树碱、棕榈酸、吲哚丁酸等可能对堆肥的发芽指数有影响。综上所述,堆肥基本理化性质、微生物群落丰度、代谢差异物和发芽指数均存在相关关系,在堆肥过程中可根据需求注意调节相关参数,以获得高品质、低植物毒性的有机肥。
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