牛粪新型静态好氧堆肥过程中微生物群落结构的研究
堆肥技术是处理畜禽粪便等农业固体废弃物的有效方法。

但是,在传统的自然静态堆肥中,堆体的温度和氧气分布不均一,导致发酵不均匀、堆肥质量不佳。

本研究针对这一现象,设计了一种静态发酵装置,可以克服传统堆肥技术“堆体表面温度低、堆体深层厌氧”的技术缺陷。

微生物在堆肥发酵过程中扮演重要角色,决定堆肥的进程和堆肥的质量,因此,研究堆肥过程中微生物的群落结构对于丰富堆肥理论和改进堆肥技术具有科学价值。

本研究采用新型静态好氧堆肥工艺处理牛粪和水稻秸秆,通过测定堆体理化及生物指标来验证堆肥的腐熟程度,并利用高通量测序技术来研究堆肥过程中的细菌、真菌群落结构的组成及动态变化,探讨微生物群落组成与理化及生物指标之间的相关关系。

主要研究结果如下:（1）堆肥化共持续17 d,第3 d堆肥的中心及外层温度均达到55℃以上,堆肥进入高温期并持续9 d（3 d¹2 d）。

在整个堆肥过程中,pH值保持下降趋势并始终维持在弱碱性状态下;含水率
同样一直呈下降趋势,在堆肥结束后降至
51.0%;NH₄⁺-N呈现先升后降的趋势,并在堆肥升温期
达到最大值(932.2 mg·kg^-1),随后开始逐渐下
降;NO₃^--N缓慢上升,腐熟期达到最大值(95.5
mg·kg^-1)。

随着堆肥的进行,种子发芽指数同样逐渐上升,堆肥结束后达到97.7%。

根据堆肥过程中理化及生物指标综合推断,在堆肥17 d可使牛粪堆肥达到腐熟。

（2）应用高通量测序技术研究堆肥过程中细菌、真菌群落结构的组成及动态变化。

结果表明,在堆肥化过程中,细菌及真菌群落的操作分类单元（OTU）数量及香侬（Shannon）多样性指数有着相同的变化趋势,都是呈先增加再减小的趋势,但是细菌群落的丰富度及多样性要明显高于真菌群落。

随着堆肥的进程,细菌及真菌群落结构均发生了明显变化。

（3）门分类水平上,在堆肥初始期占据优势的细菌门为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,而在高温期阶段厚壁菌门（Firmicutes）成为优势细菌门类,当堆肥进入高温期,放线菌门（Actinobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）占据优势。

对于真菌门来说,担子菌门（Basidiomycota）在堆肥的初始期相对丰度最高并占据绝对优势,而堆肥进入高温期后,优势真菌门变为子囊菌门（Ascomycota）。

（4）属分类水平上,堆肥的初始阶段相对丰度较高的属包括紫单胞菌属（Petrimonas）,噬氢菌属（Hydrogenophaga）、不动杆菌属（Acinetobacter）、黄杆菌属（Flavobacterium）和丛毛单胞菌属（Comamonas）等,而当堆肥进入腐熟期后,甲基暖菌属（Mythylocaldum）、卢德曼氏菌属（Luedemannella）、高温多孢菌属（Thermopolyspora）和高温单孢菌属（Thermomonospora）等是优势菌属。

对于真菌属来说,节担菌属（Wallemia）和毛孢子属（Trichosporon）在堆肥前期占据优势,而堆肥腐熟期的优势真菌属为未分类的子囊菌门（Unclassified Ascomycota）以及鬼伞属（Coprinus）。

（5）微生物群落结构组成与理化及生物指标之间的相关关系分析结果表明,细菌中高温单孢菌属（Thermomonospora）和高温多孢菌属（Thermopolyspora）的相对丰度与全氮、硝态氮和种子发芽指数呈显著正相关（p<0.05）,与含水率、全碳、C/N和铵态氮呈显著负相关（p<0.05）。

真菌中鬼伞属（Coprinus）
的相对丰度与全氮、硝态氮和种子发芽指数呈显著正相关（p<0.05）,与含水率、全碳、C/N和铵态氮呈显著负相关（p<0.05）。