生物炭影响下的牛粪堆肥中真菌群落变化动态

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传统的畜禽粪便堆肥技术存在堆肥效率低,氮素损失严重,产品质量低、性质不稳定等问题。生物炭性质稳定,表面孔隙结构丰富,吸附能力强,可以作为添加剂改善堆肥过程,提高堆肥产品质量。真菌是堆肥过程中微生物群落重要组成,对堆肥的腐熟过程和堆肥产品的质量起到重要作用,然而,目前对于添加生物炭堆肥中真菌群落结构及演替方面知之甚少。本研究以新鲜牛粪和玉米秸秆为原料,添加10%水稻秸秆生物炭进行堆肥,检测堆肥过程的理化性质、营养物质含量和真菌群落结构。本研究结果对于丰富生物炭影响下的堆肥微生物学理论以及堆肥技术的改进具有理论和应用价值。主要研究结果:(1)堆肥过程共进行43 d,两组堆肥温度变化趋势相似,堆肥第3 d进入高温期,第4d堆体的温度达到最高,BC和CK别为74.9℃、73.8℃,高温阶段持续24 d。与对照相比,生物炭处理的含水率下降幅度降低了约10%,p H提高了0.01-0.19,电导率降低了0.22-0.47,DOM含量提高了1.70-7.44%,GI提高了22.58%。(2)添加生物炭有利于堆肥过程中氮素保留和碳素转化过程。与对照处理相比,生物炭处理的TN含量高17%左右,NO3--N含量低40%左右,对NH4+-N含量影响较小。生物炭能够促进纤维素物质的降解以及腐殖质的合成,从而提高堆肥质量。堆肥腐熟时,生物炭处理的TC和腐殖酸含量分别为34.1%、15.1%,较对照处理提高了约14%和5%,纤维素、半纤维素、木质素的降解率分别达到57.20%、49.71%、10.17%,均高于对照处理,纤维素酶活达到最高的34.41 mg glucose·g-1。(3)子囊菌门和担子菌门是堆肥过程中主要真菌,而且大多属于粪壳菌钢,散囊菌纲和伞菌纲。生物炭在属水平对于真菌群落结构的影响明显,堆肥升温阶段,BC的优势菌为曲霉属和Gibberela,CK处理中曲霉属的相对丰度最高,生物炭降低了堆肥中曲霉属的相对丰度;高温阶段,BC的优势菌为曲霉属,CK的优势菌除曲霉属还包括青霉菌属;降温阶段,BC的优势菌包括嗜热丝孢菌属、团丝核属以及嗜热链球菌属,CK的优势菌为未分类小囊菌科、团丝核属、嗜热丝孢菌属、嗜热链球菌属,生物炭处理中团丝核属的相对丰度显著高于CK。腐熟堆肥中,降温期的优势菌仍保持较高的相对丰度,此外散孢霉属也迅速富集成为优势菌。生物炭在高温阶段对真菌多样性有积极的影响,而在腐熟段的影响较小。(4)真菌群落在堆肥过程中发生了显著的变化,而且两组处理在堆肥各阶段的指示菌存在显著差异。CK和BC处理分别有15个和14个真菌群落可作为判断堆肥进程的指示菌,其中未命名的Pleosporales、未命名的Tremellales、赤霉菌属、拟鬼伞属、散孢霉属和未分类粪壳菌目为BC处理特有的指示菌。(5)FUNGuild分析表明,堆肥过程涉及的真菌营养型主要为腐生营养型、病原营养型和共生营养型,其中腐生营养型真菌是最主要的真菌。生物炭对于高温期和降温期的营养型分布影响最大,主要表现为对腐生营养型真菌具有较强的抑制作用。经过堆肥,原料中的绝大部分病原营养型真菌消失。(6)添加生物炭能显著影改变真菌群落结构和各环境因子之间的相关性。CCA分析表明BC处理中真菌群落结构和各环境因子相关性顺序为含水率>TC>DOM>C/N>p H>TN,而和温度之间无显著相关性;在CK中则为含水率>TC>DOM>C/N>p H>温度>TN。生物炭的添加显著降低了真菌群落结构与堆体温度之间的相关性,但是提高了其与TC的相关性。Pearson相关性分析表明Aspergillus_amstelodami与Myriococcum_thermophilium是堆肥过程中丰富度较高的真菌。Aspergillus_amstelodami与含水率和DOM呈显著正相关,与p H和TN负相关。Myriococcum_thermophilium与p H呈显著正相关,而与含水率、C/N和DOM负相关。
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