猪尸体堆肥中参与氮循环的功能基因丰度与理化参数间关系的研究

发布时间：2020-10-14 08:09

　　 安全有效地处理病死猪尸体是中国养殖场和个体养殖户共同面临的实际问题。堆肥作为一种无害化处理畜禽尸体的方法在世界各地被广泛应用。然而堆肥过程中存在效率低和氮损失严重等问题。为了探究猪尸体堆肥中理化参数和参与氮循环微生物功能基因的变化规律,本研究对猪尸体进行好氧静态堆肥,测定堆肥过程中理化参数,利用荧光定量PCR检测堆肥中参与氮循环相关功能基因的丰度变化,并分析理化参数对功能基因的影响。研究结果如下:1.对猪尸体进行好氧静态堆肥试验,发现添加耐高温复合菌剂(实验组)和自然堆(对照组)均在第2 d升到50℃,在第4 d达到最高温68.3℃。实验组和对照组堆体温度高于50℃的天数分别为34 d和27 d。堆体pH值的变化均呈现出先升高后下降的整体趋势,pH值的变化范围为7.75~8.71,两者差异不显著。铵态氮和亚硝态氮含量也都呈现出升高的趋势。结合其他理化参数可知堆肥达到完全腐熟,并达到堆肥无害化要求。2.利用荧光定量PCR检测,发现堆肥过程中均能检测细菌16S rDNA、amoA、narG、nirK、nosZ和nifH基因。narG、nirK、nosZ和nifH这四个基因丰度均在堆肥升温期到高温期中期一周的时间较高,在堆肥高温后期及腐熟期基因丰度较低。实验组中amoA基因在高温期后期有所降低,到腐熟期又升高到与升温期相当的水平。相对于堆肥中16S rDNA的水平,amoAnarG,nirK,nosZnifH。3.利用SPSS软件进行相关性分析发现,参与硝化作用的amoA基因丰度变化会随着含水率的降低而下降。参与反硝化作用的narG基因丰度会随着含水率的降低而下降外,nirK和nosZ基因丰度除了会随着含水率的降低而下降外,还会随着铵态氮含量升高而降低。参与固氮作用中的nifH基因丰度会随着含水率的降低而降低外,还会随着铵态氮含量升高而降低。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S141.4
【部分图文】：

图 1-1 微生物参与的氮循环过程Fig.1-1 Nitrogen cycle involved by microorganisms1.5 参与堆肥氮循环微生物功能基因研究进展堆肥过程中所包含的微生物氮循环过程逐步被人们所认识，但参与这些关键作用的具体微生物并未得到完全的认识。随着分子生物学技术的发展，通过对微生物功能基因进行定性定量的检测这一方法来研究和认识堆肥中微生物参与氮循环这一复杂过程。1.5.1 硝化作用微生物的功能基因氨氧化作用是硝化反应的第一步，同时也是氮循环中重要的限速环节。氨氧化细菌（ammonia oxidizing bacteria，AOB）、氨氧化古菌（Ammonia oxidizing archaea，AOA）以及亚硝酸盐氧化菌（Nitrite oxidizing bacteria，NOB）这三类参与硝化作用

图 3-1 堆肥化过程中堆体温度和环境温度的变化Fig.3-1 Changes of pile temperature and environmental temperature during composting3.1.2 堆体pH和含水率堆体中的 pH 和含水率是影响堆体中微生物生存变化的重要因素，适宜的 pH 和含水率有利于微生物的繁殖和代谢，从而影响堆肥效率。从图 3-2 中可以看出对照组和实验组堆体 pH 的变化均呈现出先升高后下降的整体趋势，pH 的变化范围为7.75~8.71。堆肥第 0 d 对照组和实验组堆体的初始 pH 分别为 7.94 和 7.99，对照组在第 23 d 达到最大值 8.71，实验组在第 37 d 达到最大值 8.65。在整个升温期和高温期，堆体 pH 均在缓慢升高。在腐熟期 pH 开始下降，到腐熟后期，对照组和实验组均趋于平缓稳定的状态。堆肥结束后对照组和实验组的 pH 分别为 8.08 和 8.06，两组之间差异不显著；这与初始值比较差异也不显著。堆肥过程中 pH 的变化范围都在满足微生物生长繁殖要求的 6.0~9.0 之间，且本

图 3-2 堆肥化过程中堆体 pH 的变化Fig.3-2 Changes of pH in the pile during composting堆体的含水率的变化从图 3-3 可以看出，对照组和实验组整体呈现出逐渐下降的趋势，并且差异不显著。本试验为猪尸体静态堆堆肥，为避免有害病菌的传播，堆肥的前期和中期都没有进行翻堆。在堆肥快要结束时的第 124 d 有进行翻堆，查看猪尸体降解情况，并添加了一定的水调整含水率，故最后有升高。在堆肥的第 0 d对照组和实验组的含水率分别为 63.7%和 64.7%。腐熟后期未添加水之前，缓慢降到接近 30%。在升温期和高温期堆体水分下降明显，实验组含水率与实验组相比下降更快些，但差异不明显。堆体中的含水率逐渐降低，一方面是由于堆体温度升高水分大量蒸发，另一方面是微生物繁殖代谢会消耗一定的水分。含水率的降低，低于 40%时在一定程度上也会降低微生物的代谢活动，使得堆肥进程变缓。
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本文编号：2840410