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畜禽粪便是一种优质的有机肥，在我国拥有悠久的使用历史。然而，当前畜禽养殖业的规模化集约化发展导致种养分离，使得大量产生的畜禽粪便从宝贵的农业资源变成了亟待解决的农业废弃物。因此，快速有效地处理畜禽粪便并实现其资源化利用对于防止和消除养殖场污染、促进农业可持续发展、保护生态环境具有十分重要的意义。鉴于此，本课题组研发了一种新型物化促腐技术，可以实现畜禽粪便的快速无害化和腐熟，并达到商品有机肥标准。有机肥的最终归趋是施加到农田，然而对于经该技术处理获得的快腐粪肥的肥效和环境影响，特别是对温室气体排放的影响，以及相应的微生物学机制并不清楚。因此，本文通过小麦和水稻盆栽试验并结合田间试验，设置化肥、鲜粪、条垛堆肥处理为对照，研究了施加快腐粪肥对小麦和水稻生长以及土壤养分含量和生物学特性的影响，并对水稻生长过程中温室气体（CH4和N2O）的排放进行监测以评价其环境影响;本文同时采用定量PCR(qPCR)和Illumina Miseq高通量测序手段研究了与甲烷排放相关的微生物的种群数量和群落结构对有机肥施加的响应，以期为施加有机肥稻田的CH4减排提供理论依据。 本研究的主要结果如下: (1)温室盆栽条件下比较了等量施用不同处理方式的粪肥对小麦和水稻生长（与养分吸收）、土壤养分状况、酶活性及微生物功能多样性的影响，结果表明:麦季，施加鲜粪、条垛堆肥、快腐Ⅰ粪肥和快腐Ⅱ粪肥均有利于促进小麦生长、增加小麦产量。与单施化肥相比，施加鲜粪、条垛堆肥、快腐Ⅰ粪肥和快腐Ⅱ粪肥处理小麦秸秆和籽粒的生物量分别提高了16.2％、11.0％、23.1％、35.5％和20.1％、8.3％、41.6％、49.2％。对于养分的吸收，施加快腐Ⅰ和快腐Ⅱ粪肥均有利于N素向小麦籽粒中转移，且快腐Ⅱ粪肥有利于提高小麦秸秆对K素的吸收。稻季，施加快腐Ⅱ粪肥有利于促进水稻分蘖、增加水稻产量，而施加鲜粪、条垛堆肥和快腐Ⅰ粪肥对水稻的增产效果并不显著。与单施化肥相比，施加快腐Ⅱ粪肥处理水稻秸秆和籽粒的生物量分别提高了90.7％和67.6％。对于养分的吸收，施加快腐Ⅱ粪肥有利于促进水稻植株（秸秆和籽粒）对N素的吸收，但施加两种快腐粪肥处理的水稻秸秆中K素的含量显著低于其他处理。对稻麦轮作条件下施用不同处理方式的粪肥对土壤养分含量和土壤生物学特性的影响进行研究发现，施加鲜粪、条垛堆肥和快腐Ⅱ粪肥均可以提高土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量，有利于土壤肥力的保持;而施加快腐Ⅰ粪肥加速了土壤氮素的消耗从而使得土壤全氮含量显著降低，不利于土壤肥力的保持，因此在使用过程中需要注意补充氮素。另外，研究发现施加两种快腐粪肥在保证作物产量的同时，可以有效抑制土壤脲酶活性，特别是在作物生长后期有利于减少氮的损失。同时，施加快腐Ⅱ粪肥有利于提高土壤磷酸酶、转化酶活性以及土壤微生物对不同类型碳源的代谢能力。 (2)温室盆栽条件下研究了等量施肥稻季温室气体排放及CH4减排的微生物学机制。结果表明，施加鲜粪、快腐Ⅰ粪肥和快腐Ⅱ粪肥会导致稻田CH4排放增加，增幅分别为705.7％、1154.5％和359.2％，而施加条垛堆肥并不会增加稻田CH4排放;与鲜粪相比，施加快腐Ⅰ粪肥会导致CH4排放进一步增加，应避免其在稻田中的使用，而施加快腐Ⅱ粪肥可以减少43.0％ CH4排放。不同施肥处理稻田N2O排放通量远低于CH4且主要集中在烤田期，而施加快腐Ⅱ粪肥会导致烤田过程中较大量的N2O排放，应注意控制其用量，避免增加氮损失。施加快腐Ⅱ粪肥较鲜粪减少稻田CH4排放的微生物学机理可能是:一方面，在水稻生长前期，施加鲜粪显著促进了产甲烷菌的生长并改变了产甲烷菌群落结构组成，特别是促进了具有较强产甲烷能力的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的生长，从而使得施加鲜粪处理具有较高的CH4产生能力;而施加快腐Ⅱ粪肥并未促进产甲烷菌以及甲烷八叠球菌属的生长，故其CH4产生能力低于施加鲜粪处理。另一方面，在水稻生长后期，甲烷氧化作用增强。施加快腐Ⅱ粪肥处理的甲烷氧化菌数量显著增加，并且甲烷氧化菌群落结构发生明显改变，其中，甲基氧化菌Methylophilaceae的相对丰度显著增加，表明施加快腐Ⅱ粪肥处理具有较高的CH4氧化能力。因此，在水稻生长后期，施加快腐Ⅱ粪肥处理CH4氧化作用的增强进一步导致其CH4排放降低并处于很低的水平。 (3)温室盆栽条件下研究了等氮施肥不同处理方式的粪肥对作物产量与稻季温室气体排放的影响。结果表明，麦季，施加快腐Ⅱ粪肥处理小麦产量与化肥处理相当，但显著高于施加快腐Ⅰ粪肥与鲜粪的处理，施加条垛堆肥处理小麦产量显著低于其他处理。稻季，除施加快腐Ⅰ粪肥处理水稻产量较低外，其他施加粪肥处理的水稻产量与化肥处理无显著差异。对于CH4排放，施加鲜粪和快腐Ⅰ粪肥处理的CH4排放最高，且二者并无显著差异;其次是施加化肥和条垛堆肥处理;施加快腐Ⅱ粪肥处理的CH4累积排放量最低，分别比施加化肥、鲜粪、条垛堆肥和快腐Ⅰ粪肥处理减少50.9％、71.1％、41.5％和66.3％。与CH4排放相比，不同施肥处理稻田N2O排放均较低，且等氮施肥条件下施加快腐Ⅱ粪肥处理N2O排放大幅降低。 (4)田间试验条件下比较了等量和等氮量施用快腐Ⅱ粪肥对水稻产量和温室气体排放的影响，并验证了其增产减排的效果。结果表明，等量和等氮量施肥条件下，施加快腐Ⅱ粪肥处理的水稻产量分别比施加鲜粪处理增加61.0％和17.3％;其CH4排放分别比施加鲜粪处理减少33.7％和50.3％，并且与不施肥处理相比，等氮量施加快腐Ⅱ粪肥并未增加CH4排放。 本研究对新型快腐粪肥农用的肥效和环境影响进行了较为全面的评价，发现经新型物化促腐技术制得的快腐Ⅱ粪肥有利于作物增产和土壤培肥，并且畜禽粪便经该技术处理后施入稻田可显著减少CH4排放。因此，新型物化促腐技术具有良好的推广价值，可广泛应用于畜禽养殖场的粪便处理和有机肥生产。