功能菌剂对堆肥中木质纤维素降解及微生物多样性的影响

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高温堆肥是禽畜粪便的最直接有效的处理方式,故被广泛应用。在堆肥中的有机质中,木质纤维素属于难降解的部分,它的降解与否限制堆肥的腐熟。添加菌剂可以改变堆肥中各种微生物的数量和种类,使木质素降解加速,堆肥提早进入腐熟。目前相关研究很多是接种剂的研发,然而对堆肥中木质纤维素降解机制,但较少研究的是微生物群落代谢相关的变化。本试验研究了复合菌的筛选及接种后对堆肥理化性质、木质纤维素降解酶活性、堆肥中木质纤维素的降解并且研究其对微生物群落代谢能力及多样性的影响。为揭示堆肥过程中木质纤维素降解机制提供理论依据。1采用多种筛选标准相结合,从土壤、秸秆、牛粪等不同来源的样品中分离得到3株具有较好降解各种有机质能力的细菌,并且同时具有使堆肥温度升高和除去粪便臭味的潜力。经菌体形态观察、生理生化分析及16s rDNA鉴定,将此3株细菌分别命名为芽孢杆菌Bacillus.X9属于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis), Bacillus. L1和Bacillus. L8属于属于甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)或解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。2研究了接种菌剂后对堆肥中堆料的理化性质及堆肥腐熟度的影响。结果表明,接菌处理的堆肥在第3d进入高温期,并维持45℃以上的高温长达20d(大于自然堆肥6d);不同堆肥处理的pH值均维持在7.8~9.0之间,在整个堆肥过程中菌剂处理的pH值均略低于自然堆肥,此结果显示加入菌剂可使堆肥的pH值降低;两种堆肥处理的含水率均呈下降趋势,堆肥结束后分别降至42%、48%;种子发芽结果显示,自然堆肥和菌剂处理GI值均达到50%以上,菌剂处理在22d左右即已达到50%以上,而自然堆肥在31d达到50%以上。菌剂堆肥在46d达到完全腐熟(GI值>80%),而自然堆肥GI值始终没有达到80%以上;不同堆肥处理C/N均呈现下降趋势,菌剂堆肥在第31d C/N达到20以下,而自然堆肥在第46d C/N才达到20以下;两种处理的全碳均呈下降趋势,全氮相对含量随堆肥进行呈逐渐上升的趋势但增幅不大;菌剂堆肥在第31d的时候铵态氮个硝态氮的的比值低于0.16,可以为堆肥腐熟提供一个指标。3堆肥中木质纤维素酶活及降解菌测定的结果表明:接菌处理堆肥中的木质纤维素酶活在各个时期均高于自然堆肥,其中羧甲基纤维素钠酶(CMCase)、滤纸酶和半纤维素酶最大值分别为1120U/L、268U/L、1681U/L,高出自然堆肥959U/L、209U/L、1459U/L:漆酶酶活在第18d和31d出现两次峰值,分别为4666U/L和3666U/L,而自然堆肥的漆酶酶活仅在第18d出现一次明显峰值,为1700U/L。接菌处理的木质纤维素降解菌数量在堆肥各个时期均高于自然堆肥;木质素降解菌的数量在第12d和第31d出现两次峰值,与木质素酶活变化较一致。4采用Biolog微平板法,研究了加入菌剂对牛粪堆肥中微生物群落代谢能力的影响,并测定了木质纤维素的降解率,同时考察了菌剂对微生物多样性的影响。结果表明:堆肥结束时,菌剂堆肥中纤维素、半纤维素和木质素的降解率较自然堆肥有所提高,分别高于自然堆肥31.31%、19.57%和14.33%;对平均色度变化(AWCD)分析表明,接种菌剂增加了堆肥高温期微生物的细胞代谢能力;多样性指数(Shannon指数、Simpson指数和McIntosh)分析显示添加菌剂可以提高微生物多样性,尤其是堆肥前期的;主成分分析(PCA)结果显示,添加菌剂提高了堆体中微生物对部分碳源的代谢能力,如双亲化合物、聚合物、氨基酸和氨基化合物等,从而可促使有机质被更有效更深度的降解。
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