堆肥产品对土壤微生物种群及其碳源代谢能力的影响研究

发布时间：2020-08-21 03:24

【摘要】：畜禽粪便和城市污泥是城市环境中重要的固体废弃物,必须经过有效的处理和处置才能减少其对环境的污染。好氧堆肥是降解、稳定有机物、灭活病原体以及回收养分的有效生物方法。本研究探究了污泥和木屑堆肥过程中微生物种群结构、营养模式、代谢功能的变化规律及其与环境因子的相关关系,揭示了堆肥过程中污泥和木屑生态系统的差异和影响,为进一步探究堆肥系统中微生物的相互作用提供了新思路。此外,探究了堆肥产品对土壤碳素、氮素、磷素、钾素等养分含量和土壤微生物种群及其碳源代谢能力的影响,对堆肥产品质量的检验、养分释放效率的提高以及施肥方案的优化具有重要意义。本研究主要结果如下:污泥中真菌种群的演替主要受pH值(42.4%)、含水率(35.9%)和氧化还原电位(21.7%)的影响,细菌种群的演替主要受到挥发性有机质(42.6%)、C/N(34.9%)和温度(22.5%)的影响。然而,木屑中的真菌种群的演替主要受VS(41.1%)、温度(34.7%)和含水率(24.2%)影响,木屑中细菌种群的演替主要受ORP(42.9%)、温度(31.9%)和含水率(25.2%)的影响。污泥和木屑环境因子的差异及其物质传递,是微生物转移的驱动力。猪牛鸡粪和污泥堆肥产品促进了土壤全磷和速效磷含量的上升,150天后,全磷增长率分别为24%、36%、24%和33%,有效磷增长率分别为CK处理的1.70、1.69、1.66和1.64倍。猪牛鸡粪和污泥堆肥产品施肥初期,土壤全钾分别提高了32.0%、23.7%、19.0%和14.6%。经过150天培肥后,全钾含有所下降,土壤速效钾分别提升了46.2%、43.5%、39.1%和36.3%。猪牛鸡粪和污泥的堆肥产品培肥土壤150天后,全氮含量分别增长了24.6%、21.4%、17.1%和16.6%;溶解性总氮分别增加了51.4%、58.8%、69.3%和57.9%;土壤铵态氮分别增加了238%、163%、219%和144%;土壤硝态氮分别增加了72.0%、20.0%、52.0%和32.0%,均高于新鲜的猪牛鸡粪和污泥处理。猪牛鸡粪和污泥堆肥产品施用于土壤150天后,土壤总碳提高了19%、9%、12%、7%;土壤有机质水平分别提高了39.1%、21.4%、34.5%、29.7%,均高于堆肥原料;可溶性有机碳含量提高了44.4%、14.5%、27.8%、23.7%,低于其堆肥原料。就碳素提升作用而言,猪牛鸡粪和污泥处理短期内,土壤总碳含量均高于其余处理;就碳素损失量而言,堆肥产品处理后土壤的碳损失最小。ORP值(40.8%)、土壤有机质(38.2%)和总氮(21.0%)是土壤细菌种群演替的主要驱动因素。对土壤中细菌的代谢功能预测表明,各堆肥产品施用于土壤后,土壤中与代谢相关的功能基因丰度指数均显著升高。猪粪堆肥产品处理后增幅最大,氨基酸代谢、碳水化合物代谢和能量代谢相关基因分别增加了30%、20%和170%。土壤微生物对碳水化合物及其衍生物的代谢能力随培肥时间延长而增强,猪牛鸡粪和污泥的堆肥产品施用于土壤150天后,AWCD均值分别增加了1.67、1.43、1.03、1.07倍。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S141.4;X70
【图文】：

技术路线图,堆肥,技术路线,工程硕士学位

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文关关系；评估土壤微生物代谢功能对不同堆肥产品的响应，对堆肥产品质量以及施用方案做出综合评价。1.5.2 技术路线本研究技术路线如图 1-1 所示。

图 2-1 Biolog Ecoplate 碳源分布2）土壤微生物群落功能多样性分析采用 Biolog 微平板培养 168h 的数据进行统计分析，Shannon 指数（H’）和Mclntosh 指数（U）可用来综合反映细菌群落代谢功能的多样性。Shannon 指数用于反映群落包含的个体总量量和以及个体分配的均匀度。H’= -∑pi lnpi( 2-2 )其中，pi为第 i 孔的相对吸光度数值（Ci-R）与总相对吸光度值总和的比率。Mclntosh 指数（U）是反映微生物群落种群分布均匀性的指标，计算公式为：( 2-3 )其中，ni为第 i 孔的相对吸光度值（Ci-R）与相对吸光值总和的比值。2.5 试验仪器本研究分析检测所用的仪器见下表 2-5 所示。表 2-5 主要试验仪器一览表序号仪器名称型号

真菌,污泥,木屑,多样性

随着样本容量即 ITS 和 16s rRNA 序列数的增加，OTU 的增加速率趋于 0，OTU总量趋于定值。这也表明，取样的数量及深度在一定程度上可以覆盖整个群落，这一结果也得到 coverage 指数的认证，不同时期的堆肥样品的覆盖指数均大于0.99。当取样量足够大时（>15000），污泥中真菌 OTU 总数分别在第 0 天、第 10天、第 30 天和第 60 天达到 295、257、142 和 11。木屑中真菌 OTU 总数分别在第0 天、第 10 天、第 30 天和第 60 天达到 104、130、44 和 13。堆肥末期污泥和木屑中真菌的多样性较堆肥初期发生了急剧的减少，不同的是污泥中真菌的多样性在第 0 天表现更为丰富，而木屑中真菌则是在高温阶段。同样地，污泥中细菌 OTU 总数分别在第 0 天、第 10 天、第 30 天和第 60 天达到 366、428、405、310。木屑中细菌 OTU 总数分别在第 0 天、第 10 天、第 30天和第 60 天达到 114、346、165 和 155。随着堆肥过程的进行，污泥和木屑中细菌的 OTU 总数均在高温期间达到峰值。但是在整个堆肥过程中，污泥中细菌的多样性显著高于木屑中细菌的多样性。堆肥前后，污泥中细菌多样性小幅降低，而木屑中细菌的多样性略微增加。3.3.2 Venn 图分析

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