虻粪二次堆肥过程中溶解性有机质波谱与微生物群落动态变化特征的研究

发布时间：2020-06-10 13:30

【摘要】：在餐厨垃圾处理领域,以黑水虻为代表的新兴生物转化技术,由于具有较传统处理方式更加减量化和资源化的优势,因而逐渐得到人们的重视。但在生产实践中,黑水虻生物转化餐厨垃圾后排放的粪便残渣还未得到充分的研究和开发,人们对其二次堆肥处理过程中的理化和生化变化特性还没有足够的了解,这不利于后续虻粪有机肥产品的研发和市场推广。在堆肥过程中,溶解性有机质是微生物生长代谢活动的能量源,同时也是研发液态有机肥的主要成分。在探究堆料腐熟转化过程中的物质变化特征时,溶解性有机质具有重要的指示作用。因此,本文将传统生化实验、波谱学分析及微生物生态学方法等研究手段进行结合,对虻粪传统条垛式二次堆肥过程中理化环境、营养物质组成和参与堆肥化的微生物群落的变化特性进行分析探讨,从而揭示出虻粪二次堆肥过程中的物质转化和生态环境的动态变化特征。主要研究结论如下:(1)在虻粪二次堆肥过程中,堆体温度及pH值均达到了适宜堆肥条件,堆肥产品达到无害化标准;与堆肥原料相比,在虻粪二次堆肥结束时堆料中溶解性有机质(DOM)、总氮、铵态氮、速效磷的含量分别下降了 69.13%、1 1.87%、22.67%和41.72%,硝态氮的含量增加了18.73倍,堆体内的含氮有机物等有机质已被大量分解转化;此外,过氧化氢酶活性在二次堆肥过程中变化幅度较小,至堆肥结束时较初始原料高2.71%;脲酶活性变化趋势呈先上升后下降,变化范围为56.23 μg/(g·d)～229.72 μg/(g·d);碱性蛋白酶在原料中的活性较高,之后随堆肥逐渐下降至平稳,但仍维持在125±25 mg/(g·d)范围内。(2)通过对三维荧光光谱、傅里叶变换红外光谱和核磁共振氢谱的分析发现,随堆肥时间的递增,堆体内DOM组分多样性增加,结构复杂性减弱,稳定性和芳香性组分相对增加。在整个二次堆肥过程中,类腐殖质、类蛋白类物质、和多支链脂肪族有机物等具有复杂结构的有机质被微生物大量降解转化形成可溶性强、结构简单的氨基酸、单糖等小分子有机质。至堆肥结束时堆料腐殖化程度加深,堆肥产品的质量提升。(3)通过16S rRNA高通量测序技术对堆体内微生物群落多样性分析发现,随堆肥时间的递增,虻粪堆体内微生物群落的活性、数量及菌种丰度均有显著增加;同时对门、科和属水平的群落差异分析,虻粪堆体内具有显著性差异的菌种主要集中在Actinobacteria、Firmicutes、Proteobacteria、Tenericutes、Bacteroidetes及Deinococcuus-Thermus等;通过预测分析堆肥过程中代谢功能的平均相对丰度发现,堆肥前中期以氨基酸代谢、碳循环、氮代谢等为主的有机质转化代谢功能在堆肥后期转变为以生物素及脂肪酸等物质生物合成为主的代谢功能。虻粪残渣经二次堆肥后达到生物有机肥产品的无害化和腐殖化标准,进一步推进了餐厨垃圾处理的减量化和资源化。
【图文】：

二次,堆肥,铵离子,腐熟

的铵离子组成；在含氮物质降解的过程中，铵离子释放的速率小于铵离子转化为逡逑ＮＨ３和Ｎ０３－－Ｎ的速率时，堆体内ＮＨ／－Ｎ含量逐渐下降，反之则逐渐增加｜６６】。逡逑由图２－４可知，在堆肥过程中，ＮＨ４＋－Ｎ含量呈先上升后下降的趋势，并在最后逡逑阶段下降至１４７．６５邋ｍｇ／ｋｇ。在堆肥的产热和高温阶段，随ｐＨ值和温度的上升，逡逑ＮＨ／－Ｎ含量的最高值出现在２８ｄ，较堆肥原料增加了邋１２６％，这主要是由于堆料逡逑内有机氮组分的矿化分解及氨化作用的结果｜６７］。之后随堆肥进程的推进，，堆体逡逑内ＮＨ４＋－Ｎ以ＮＨ；的形式大量挥发以及转化为ＮＯ／－Ｎ，因此含量逐渐减少。有逡逑研究报道，ＮＨＵ＋－Ｎ含量的减少可以作为判断堆肥腐熟程度的标志之一，并且其逡逑在堆体中的含量小于４００邋ｍｇ／ｋｇ时，可以被认为堆肥已经腐熟＠１。据此标准，该逡逑堆肥在４２ｄ时已经达到腐熟状态。逡逑１５逡逑

二次,图谱,堆肥,有机酸

浙江大学硕士学位论文逦ＩＩＩ亡粪二次堆肥过程中溶解性有机质的波谱学变化特征逡逑中有大量有机酸被微生物转化降解，到后期堆料内主要为类酪氨酸物质；逡逑７．２５－７．５５区和７．８Ｓ左右出现的同样为有机酸峰，随堆肥时间的增加，其变化呈逡逑先上升后下降的趋势，这表明在堆肥高温阶段，微生物活动代谢产生大量有机酸，逡逑并随堆肥的进行又被微生物转化分解；而在８．５Ｓ左右出现的具有逐渐上升趋势逡逑为丨ＴＰ肌苷三磷酸峰，该物质具有一定抗病毒特性，是细胞的重要成分，参与众逡逑多生化反应，其在堆肥原料中具有较高含量的原因可能与黑水虻肠道内的微生物逡逑菌群相关逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S141.4;X799.3;X172

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