中草药渣堆肥中试及微生物群落研究

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首先采用biolog方法对本研究组前期筛选的一些纤维素降解微生物进行生理生化分析,发现这些菌株能利用包括纤维二糖等大部分的常用碳源。且各菌株对碳源的利用能力有一定互补,推测复合菌剂具有较好的木质纤维素等复杂基质的降解能力。同时通过与碳源利用图谱数据库进行比较鉴定,发现这些菌株的鉴定结果与前期ITS测序结果大致吻合。  随后,接种微生物菌剂对中草药渣进行了两个规模扩大堆肥试验。(1)在实验室50kg/堆规模药渣堆肥试验中,经过14d翻堆,堆肥温度仍无上升迹象,可能因供氧不足造成。从第11d开始增加了不同批次人工曝气,堆肥进入高温期,水分迅速散失,并在24 d接近腐熟。(2)在室外进行275kg/堆规模好氧堆肥试验。T值和GI值显示,堆肥19d左右就已经腐熟。堆肥过程中接种组(JZ)和对照组(CK)的纤维素平均降解速率分别为0.73 kg·d-1和0.64 kg·d-1,JZ比CK纤维素降解总量提高了13.39%,木质素降解量提高118.18%。第30 d时,堆肥的含水率、pH、总养分、重金属等指标都达到有机肥料标准(NY525-2012)。接种菌剂提高了堆肥温度,加速了水分散失,促进了纤维素和木质的转化,有利于堆肥腐熟和提高肥料品质。  对药渣堆肥的中温(0d)、高温(10d)、腐熟期(25d)的样品提取DNA、扩增,再进行Illumina Miseq测序,分析了堆肥各阶段微生物群落结构演变和多样性。16S rRNA基因测序发现,各阶段细菌丰度和多样性为腐熟期>高温期>原始样品。随着堆肥进行各阶段微生物群落分布越分散,各阶段群落结构差别越明显。温度、pH值和C/N是影响微生物群落分布的最主要环境因素。整个堆肥过程中优势的细菌门类与报道的比较类似,主要菌群为变形菌门(Proteobacteria)33.9%、其次是拟杆菌门(Bacteroidetes)25.6%和厚壁菌门(Firmicutes)19.1%。变形菌门(Proteobacteria)在整个堆肥过程中都是主要门类。高温期占优势的假黄单胞菌属(Pseudoxanthomonas)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)和芽孢杆菌属(Bacillus)可能是堆肥过程对纤维素降解贡献最大的菌属。接种的高温菌剂降低了群落丰度和多样性,同时促进了堆肥中纤维素降解能力较强的假黄单胞菌属(Pseudoxanthomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)的生长,降低了普雷沃氏菌属(Prevotella)等纤维素降解能力较弱的菌群。堆肥过程中,接种优化了堆肥中微生物群落结构,强化了堆肥过程纤维素降解。  整个实验表明,接种于中药渣堆肥的微生物菌剂优化了堆肥中微生物群落结构,增强了中药渣堆肥中纤维素的降解能力。利用微生物菌剂发酵中草药渣扩大生产有机肥可行且具有一定应用前景。
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