论文部分内容阅读
随着我国规模化畜禽养殖的发展,大量畜禽粪便的不合理利用给环境带来了巨大的压力。粪便堆肥化处理转化为有机肥,是其资源化利用的有效途径之一,也是符合我国国情的最佳处理方法。目前,堆肥化处理因堆体物料含大量木质纤维素导致堆肥发酵周期长、腐熟质量低等问题。利用高效纤维素降解菌剂进行堆肥可促进堆体木质纤维素的降解,缩短堆肥周期,提高畜禽粪便利用率。本文从不同生境及市售菌剂样品中分离获得纤维素降解菌株,通过高效纤维素降解菌的筛选、复合菌剂构建及其在羊粪堆肥发酵中的应用研究,主要研究结论如下:(1)通过筛选获得纤维素降解细菌156株、真菌68株和放线菌43株,进一步通过初筛、复筛,并经16S rDNA和ITS序列鉴定,获得7株具较强纤维素降解能力的菌株,包括芽孢杆菌属(Bacillus)细菌XJB4和XC4,类芽孢杆菌属(Paenibacillus)细菌X1,青霉属(Penicillium)真菌ZN50和ZP27,以及链霉菌属(Streptomyces)放线菌FJB2和FJB4。(2)拮抗试验表明,以上7株菌株间相互无拮抗作用。构建复合菌剂后,包括7株纤维素降解菌株的复合菌剂M,在发酵2 d后,将滤纸降解成糊状;其全酶(FPA)、外切酶(CX)、羧甲基纤维素酶(CMCase)和β-葡萄糖苷酶(β-Gase)的酶活较高,达146.97 U/mL、85.14 U/mL、7.29 U/mL和232.81 U/mL;液态发酵10 d后秸秆降解率达42.15%。(3)接种纤维素降解复合菌剂M并用于羊粪秸秆堆肥发酵。与未接种微生物的对照(CK)相比,接种复合菌剂M后:(1)堆体升温到高温期(50~oC)的时间缩短了1 d,且高温阶段延长了2 d;(2)在堆肥21 d后,堆体的种子发芽指数为100.86%,腐熟周期较对照组缩短了4 d;(3)堆肥结束时(25 d),纤维素和半纤维素降解率显著高于对照组(p<0.05),提高了12.50%和11.38%。有机质较对照组升高了2.00%;碳氮比降低了3.67;全氮、速效磷和速效钾分别增加了11.85%、31.23%和34.12%。与市售菌剂R相比,接种纤维素降解复合菌剂M发酵后,堆体最高温度和纤维素降解率显著高于市售菌剂R的(p<0.05),其余堆肥理化指标和营养指标等无显著差异(p>0.05)。表明筛选构建的纤维素降解复合菌剂M用于羊粪堆肥,有利于促进堆体中纤维素和半纤维素降解,提高和维持堆体高温发酵,缩短堆肥和腐熟周期,并保留N、P、K等营养。且复合菌剂M堆肥后肥效与市售菌剂R的相当。(4)利用二代测序技术细菌16S rDNA和真菌ITS rDNA,对堆肥过程中不同堆肥时期微生物群落组成分析表明,在门水平上,微生物结构组成变化不大。变形菌门(Proteobacteria)(34.49%~64.91%)、厚壁菌门(Firmicutes)(14.04%~34.92%)、放线菌门(Actinobacteria)(7.51%~32.07%)等3个门为细菌优势类群。子囊菌门(Ascomycota)(22.32%~92.63%)和担子菌门(Basidiomycota)(0.49%~21.18%)2个门为真菌优势类群。在属分类水平上,不同堆肥时期的微生物存在明显的群落演替。堆肥初期(0d),细菌优势属主要包括盐单胞菌属(Halomonas)和副球菌属(Paracoccus),真菌为枝顶孢属(Acremonium)和Sarocladium;在高温阶段末期(8 d),细菌优势属主要包括Actinotalea和副球菌属,真菌为Gibellulopsis和节担菌属(Wallemia);在高温阶段末期(15 d),细菌优势属主要包括弧菌属(Vibrio)和芽孢杆菌属(Bacillus),真菌为节担菌属和曲霉属(Aspergillus);在腐熟阶段(25 d),细菌优势类群为Actinotalea和芽孢杆菌属,真菌为节担菌属和Gibellulopsis。接种复合菌剂M使发酵堆体中细菌和真菌的物种丰度和多样性增加。在发酵结束时(25 d),细菌和真菌的Chao1指数(806.33,371.08)、香农指数(4.84,3.46)高于对照组(761.33,4.48),辛普森多样性指数(0.02,0.07)则低于对照CK组(0.04,0.07)的。利用冗余相关性分析对堆体中营养组分与细菌组成进行相关性分析,结果表明,全P、全N和全K等营养组分与盐单胞菌属,以及枝顶孢属、Archaeorhizomyces和枝孢属等真菌成正相关,且相关性较高。FPA、CMCase和β-Gase等纤维素相关的酶活力与芽孢杆菌属和弧菌属等细菌,以及节担菌属和Pyrenochaetopsis等真菌成正相关,相关性较高。有机质的含量与海洋杆菌属、Fastidiosipila和Leucobacter等细菌,以及节担菌属和Pyrenochaetopsis等真菌成正相关,相关性较高。