堆肥过程中有机质和微生物群落的动态变化

利用3个容积约为50 L的平行生物反应装置研究堆肥过程中温度、湿度（水分含量）、pH值和有机质的动态变化情况。按照Van Soest方法根据有机质不同的溶解特性将其分为：溶于沸水的有机质H2O、溶于中性试剂的有机质SOLU、半纤维素（HEMI）、纤维素（CELL）和木质素（LIGN）。结果表明：反应装置内环境湿度调控在60%左右时,堆肥系统内借助生化反应,温度最高可达到约50℃。堆肥材料在反应初期呈现偏酸性（pH=6.5）,而随着反应的发生,pH逐渐变为中性或弱碱性（pH=7.4）。经过20 d的堆肥实验,有机质总量降解了约47%。在微生物作用下的各类有机质的降解率不同,按大小排序为H2O〉HEMI〉CELL〉SOLU〉LIGN,其降解率分别是85%、56%、36%、32%和27%。为了深入理解堆肥过程中有机质的降解机制,文章采用磷脂脂肪酸（PLFAs）技术对体系中的微生物群落变化进行了初步分析,发现微生物优势群落随反应温度的改变发生明显变化,在堆肥初期和堆肥中期,细菌占优势,而堆肥末期时真菌比例较高。在堆肥的过程中,革兰氏阴性菌的比例呈下降趋势,而革兰氏阳性菌的比例呈上升趋势。     

黄土高原草地次生演替过程中微生物群落对植物群落的响应

采用时空替代法选取撂荒地(作为对照),自然演替20a、30 a和40a后的草地区域作为研究对象,分析黄土高原区植被恢复过程中植物群落与微生物群落特性的动态变化以及二者之间的相关性。结果表明:在草地次生演替过程中,植物覆盖度、丰富度、多样性、均匀度、生物量和生物量碳自演替初期至演替40 a分别增加了47.13%、41.20%、13.40%、10.34%、54.55%和11.85%,且均呈显著增加的趋势。随着植物群落的次生演替,细菌多样性整体呈现出显著增加的趋势,细菌相对丰度在1%以上的优势类群是放线菌(Actinobacteria)(34.8%)、变形菌(Proteobacteria)(26.0%)、酸杆菌(Acidobacteria)(15.0%)、绿弯菌(Chloroflexi)(7.5%)、芽单胞菌(Gemmatimonadetes)(8.7%)、硝化螺旋菌(Nitrospirae)(1.6%)、拟杆菌(Bacteroidetes)(2.1%)、疣微菌(Verrucomicrobia)(1.1%)和浮霉菌(Planctomycetes)(1.0%);真菌多样性在各演替阶段均呈增长趋势,但不同演替年限间没有表现出显著性差异,真菌相对丰度在1%以上的优势类群是子囊菌(Ascomycota)(67.19%)、担子菌(Basidiomycota)(16.23%)和接合菌(Zygomycota)(10.43%)。此外,微生物多样性与植物群落特性呈显著正相关,放线菌、变形菌、酸杆菌、芽单胞菌、硝化螺旋菌、浮霉菌和担子菌均与植物群落特性呈显著相关。总之,在草地次生演替过程中,植物群落是影响微生物群落的重要因素之一,二者相互联系、相互影响,共同调控着陆地生态系统的功能。     

纳米氧化锌对凋落物降解微生物群落结构和代谢功能的影响

随着纳米技术的迅速发展,纳米氧化锌广泛应用于抗菌涂料、电子装置、个人护理品等产品中,其生态毒理机制已成为生态学的研究热点。为了探究水生丝状真菌对纳米氧化锌的响应及适应机制,本文选用3种不同粒径的纳米氧化锌30 nm、90 nm和200 nm作为影响因子,通过室内模拟钻天杨Populus nigra L.凋落叶降解过程,研究纳米氧化锌的慢性暴露对水生丝状真菌生物量及代谢功能的影响效应,其中包括真菌的生孢率、群落多样性、脱氢酶活性、胞外降解酶活性、体系pH值、凋落叶降解速率以及碳氮含量,结果表明,粒径较小的纳米氧化锌(如30和90 nm)对水生丝状真菌活性及细菌代谢功能的抑制作用更强,且抑制作用达到显著水平所需的时间越短。46 d的慢性暴露显著影响了水生丝状真菌的生孢率与群落组成,其中Alatospora的生孢率与凋落叶降解速率呈显著负相关,表明该菌是纳米氧化锌的敏感菌,而Anguillospora和Flabellospora在纳米氧化锌的介入环境中产出较多的分生孢子,表明其为纳米氧化锌的耐受菌。另外,纳米氧化锌的长期暴露使水生丝状真菌对有机氮的降解功能具有促进作用,而对有机碳的代谢功能没有明显影响。总之,水生丝状真菌对纳米氧化锌的响应导致了凋落叶降解速率及碳氮分解效率在各处理间呈现显著差异。综上所述,本研究为纳米氧化锌对生态过程的毒理机制提供了必要的理论基础。     

林窗对凋落物分解过程中细菌群落结构和多样性的影响

基于细菌16S r DNA的PCR-DGGE方法,以林下(US)为对照,研究了长江上游低山丘陵区人为采伐形成的马尾松(Pinus massoniana)人工林7种不同大小林窗(G1:100 m2、G2:225 m2、G3:400 m2、G4:625 m2、G5:900 m2、G6:1 225 m2、G7:1 600 m2)在冬夏两季对凋落物分解过程中细菌群落结构和多样性的影响。结果表明,凋落物中的细菌群落结构和多样性受到林窗大小的显著影响,这种差异性受到季节的影响。有些菌纲只出现在特定大小的林窗,例如,绿弯菌纲(Chloroflexi)和放线菌纲(Actinobacteria)都只出现在US和G1林窗,芽孢杆菌纲(Bacilli)只出现在大中型(G4~G7)林窗,黄杆菌纲(Flavobacteria)只出现在中型(G4和G5)林窗,浮霉菌纲(Planctomycetacia)只存在于G5、G7和US。冬夏两季细菌群落结构差异较大,冬季的细菌类群高于夏季。在冬季,细菌群落的多样性与林窗大小、凋落物含水率、日平均温度、凋落物的全碳、可溶性有机碳和全氮含量显著相关;在夏季,细菌群落的多样性仅与日平均温度和全碳含量显著相关。总体来看,变形菌门是凋落物分解过程中的优势类群,有利于凋落物分解过程中的碳氮循环。林窗的形成改变了凋落物中的细菌群落结构和组成,减小了凋落物分解过程中细菌群落的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数,但增大了优势度指数。冬季的细菌群落的丰富度、多样性和均匀度高于夏季,优势度则低于夏季。     

添加蘑菇渣对落叶堆肥过程中有机物的影响

以落叶、蘑菇渣和鸡粪为原料进行好氧堆肥试验,研究蘑菇渣对落叶堆肥过程中有机物的影响.结果表明:添加蘑菇渣可以促进堆肥有机质、木质素、纤维素的分解,堆肥结束时,纤维素分解率分别为53.90%和47.29%,对半纤维素和羧基的影响不大,可以有效地提高堆肥终产品中腐殖质、游离腐植酸、总酸性基和酚羟基的含量.堆肥结束时,添加蘑菇渣和未添加蘑菇渣处理的腐殖质含量分别为260.79 g·kg-1和215.01 g·kg-1,游离腐植酸含量分别为222.23 g·kg-1和189.75 g·kg-1.红外光谱表明,添加蘑菇渣可以有效地促进碳水化合物、蛋白质、脂肪族化合物和木质素等的分解,加快堆肥稳定腐熟.     

石灰预处理对树叶堆肥过程中养分转化的影响

以树叶干质量的0%、1.00%、2.50%和4.00%的石灰预处理树叶,24h后分别将预处理后的树叶与鸡粪联合堆肥,研究不同用量石灰预处理树叶对树叶堆肥过程中养分转化的影响。试验在自制的堆肥反应器内进行,采用间歇式强制通风的方式,进行为期59d的堆肥试验。结果表明:石灰预处理树叶24h可以有效的降低树叶中的有机质质量分数,以4.00%的石灰预处理的树叶其有机质降幅达6.00%;石灰预处理24h后,各处理pH相差不大;EC的变化与pH相似;预处理前后,各处理总氮、总磷和总钾的质量分数相差不大。用石灰预处理后的树叶堆肥有利于堆肥有机质的降解,尤以2.50%石灰预处理的效果最好;有利于堆肥w(C)/w(N)的降低,其降低幅度与石灰用量成正比;有利于减少堆肥过程中氮素的损失,且氮素损失与石灰使用量呈反比;有利于堆肥NH4 -N质量分数的降低;提高堆肥终产品NO3--N的质量分数,其质量分数与石灰用量呈正比;有利于堆肥中钾的浓缩;对堆肥的pH、EC、w(NH4 -N)/w(NO3--N)和总磷的影响不大。综合考虑试验结果后认为,以4.00%石灰预处理的效果最为理想。     

南亚热带森林群落演替过程中结构多样性与碳储量的变化

选择鼎湖山处于演替初期的马尾松林(Pine massoniana forest,PF)、演替中期的针阔混交林(Pine massoniana and broadleaved mixed forest,MF)及演替顶级的南亚热带常绿阔叶林(Evergreen broad-leaved forest in South China,BF)为研究对象,以样地每木调查为基础,分析群落演替过程中物种、结构多样性及碳储量的动态变化规律,旨在全面评估南亚热带森林演替过程中群落结构及碳汇功能的协同变化,指导区域低质马尾松人工林近自然改造。结果表明,(1)物种丰富度、群落结构多样性指数及碳储量随群落正向演替而增加,物种丰富度较碳储量的增加幅度大。(2)3种不同胸径(diameter at breast height,DBH)等级:小(1 cm≤DBH10 cm)、中(10 cm≤DBH30 cm)和大(DBH≥30 cm)径级个体的碳储量随群落演替的变化:从PF演替至MF过程中的共有种,各径级的个体数比例和碳储量比例均呈下降趋势;从MF演替至BF过程中的共有种,小径级个体数比例下降,而大径级个体数比例(由MF的2.1%上升至BF的33.4%)与碳储量比例均上升(由MF的7.3%上升至BF的64.4%)。(3)南亚热带森林演替过程中共有种的重要值、个体数量及占群落碳储量的比例均呈现由前一个演替阶段向后一个演替阶段下降的趋势;而新增种呈相反的变化趋势,随演替的正向进行,重要值、个体数量及占群落碳储量的比例呈增加的趋势。锥栗(Castanopsis chinensis)、荷木(Schima superba)是MF发展至BF过程中主要的共有种,二者对MF及BF碳储量的贡献之和分别为MF的76.3%,BF的50.5%,远大于其他种群,表明在马尾松低质人工林改造中可以引入区域常见阔叶树种锥栗、荷木,以达到提高群落的物种多样性、优化群落结构、提升植被碳储量的目的。     

堆肥过程中腐殖质含量变化及其对重金属分配的影响

以H2O和Na4P2O7+NaOH连续浸提污泥堆肥过程中堆体的腐殖酸以及与其结合的重金属,分析腐殖酸及重金属含量随时间的变化规律。结果表明,堆肥过程中重金属主要以胡敏酸(HA)结合态为主,水溶态重金属含量较少,且重金属有效性与迁移性较低;堆肥结束时各水溶态重金属含量减少,HA-Pb、HA-Ni和HA-Cu含量占重金属总量的比例明显升高,与堆肥初始相比分别增加28.00、17.34和1.40百分点,堆肥促进了水溶态重金属向HA结合态转变;HA对几种重金属的固定能力由大到小依次为Cu、Pb、Ni和Zn。     

印加孔雀草对土壤细菌群落多样性的影响

印加孔雀草(Tagetes minuta L.)入侵对生态系统和生物多样性造成危害,从土壤微生态学的角度探究印加孔雀草入侵对土壤细菌群落结构和多样性的影响,有助于深入揭示其入侵导致生态系统退化的机制。采用第二代高通量测序技术,以万寿菊(Tagetes erecta L.)为对照植物,设置不同植物的处理(裸土CK、万寿菊Te、印加孔雀草与万寿菊混种TmTe、印加孔雀草Tm),比较了各处理中土壤细菌群落结构的差异。结果表明:(1)TmTe的Ace指数显著低于CK、Tm且Chao指数显著低于CK,Tm的Shannon指数显著高于CK且Simpson指数显著低于CK,混种处理细菌群落丰富度最低,印加孔雀草单优群落处理群落多样性最高;(2)4个处理共有的OTUs为3 169个,3个植物处理中,TmTe的细菌群落数最低,为3 814个OTU,Tm细菌群落数最高,为4 110个OTU;(3)相对丰度最高的前5个门分别是变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),在各处理中所占比例之和皆为80%以上;(4)放线菌门、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、变形菌门、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门以及芽单胞菌门与土壤全钾含量呈显著正相关(P0.05)。蓝细菌门(Cyanobacteria)与环境因子之间的关系不同于其他菌门,相关性各有不同,但差异不显著。多囊粘细菌科(Polyangiaceae)、侏囊菌科(Nannocystaceae)、念珠藻科(Nostocaceae)等8个科的10个OTU类群共同存在于Tm vs CK和TmTe vs CK但不属于TmTe vs CK,表明其在印加孔雀草入侵过程中起着重要作用。该研究为揭示印加孔雀草入侵对土壤微生态影响机制提供了科学依据。     

四环素对人粪便好氧堆肥过程中酶活性及腐熟的影响

为了探讨抗生素对好氧堆肥过程中酶活性及堆肥腐熟的影响,添加四环素(TC)的人粪便与锯末进行好氧堆肥试验.试验共设4个处理:CK(不添加TC)、TC100(100 mg·kg~(-1)DW(干重)TC)、TC500(500 mg·kg~(-1)DW TC)和TC1000(1000 mg·kg~(-1)DW TC).研究了堆肥温度、p H、水溶性碳、种子发芽率、脱氢酶和脲酶在21 d的不同堆肥处理中的变化特性.结果表明,堆肥中四环素浓度的增加显著抑制了堆料中温度的升高,降低了p H值,增加了水溶性碳的残留,减少了种子发芽率并阻碍了脱氢酶和脲酶的活性.堆肥的参数如堆肥温度、p H、水溶性碳和种子发芽率等指标都可以用来表征堆肥的腐熟度,以上研究结果表明堆肥中四环素浓度高达1000 mg·kg~(-1)时,四环素阻碍了粪便处理的好氧堆肥过程并影响堆肥产物的腐熟.     

不同类型外加碳源对制药污泥堆肥过程中青霉素降解的影响

以制药污泥为研究对象,采用葡萄糖、蔗糖、玉米秸秆粉及其混合物作为外加碳源,研究不同类型的外加碳源对堆肥系统一次发酵周期内温度、有机质等理化参数变化及青霉素的降解情况的影响.结果表明,堆体中有机质含量与外加碳源的量呈正比,堆体中有机质的质量分数随堆肥时间不断下降且趋于稳定.温度是青霉素降解的主要影响因素.外加碳源增加了堆体溶解性有机质质量分数,生物可利用碳源的增加促进了堆肥过程中微生物的转化作用,并有助于提高堆肥过程温度.在堆肥周期内外加碳源可以提高青霉素的降解速率(15 d内对照组青霉素降解率为94.44%,其他组均大于95%),且外加蔗糖与玉米秸秆粉的混合碳源处理组青霉素降解速率最快(15 d内降解率可达到99.08%).堆肥过程中升温阶段(中温阶段和高温阶段)青霉素含量与温度呈负相关(P0.01),与溶解性有机碳呈正相关(P0.01).15 d内所有处理组青霉素降解率均可以达到90%以上.     

腐熟堆肥接种对蔬菜废物中高温好氧降解过程的影响

通过不同比例腐熟堆肥接种,进行蔬菜废物高温好氧降解试验,研究接种对蔬菜废物好氧降解过程的影响.结果表明:当接种率为5%,3%和1%时,增加腐熟堆肥接种比例有利于提高有机物的好氧降解率,试验末期有机物降解率分别为53.3%,50.0%和43.7%,糖类和纤维素类降解的差别是其降解率差距的主要来源;腐熟堆肥接种对堆肥过程中微生物演化规律影响明显,但接种率达到一定水平后,接种对生物相的影响会随堆肥过程而逐步消失;通过对微生物相演变与生物质降解过程的相关性分析,表明微生物种群增殖与特定生物质类型降解存在明显的相关性,从而提示了采用按堆肥过程中生物质分类的降解状况分段接种微生物的可能性.     

水分管理对稻田细菌丰度与群落结构的影响

目前,不同水分管理条件下,从DNA和RNA水平探究长期淹水和间歇灌溉对稻田土壤细菌群落结构的研究还较少。为探明不同水分管理方式下土壤细菌数量和群落结构特征,以长沙县金井长期定位试验为平台,提取土壤微生物DNA和RNA,应用荧光定量和限制性片段长度多态性技术和方法分析了两种水分管理方式——间歇灌溉(稻草和无稻草)和长期淹水(稻草和无稻草)对稻田土壤细菌丰度和群落结构的影响。结果表明,间歇灌溉稻田细菌数量高于长期淹水稻田。在DNA水平上,间歇灌溉稻田干土细菌数量达到3.9×10~(10) copies·g-1,是长期淹水稻田干土的2.18倍;有稻草添加时,间歇灌溉条件下稻田干土细菌数量达到6.1×10~(10) copies·g~(-1),是长期淹水稻田干土的2.21倍。在表达水平上,间歇灌溉条件下稻田干土细菌数量达到2.1×10~8 copies·g~(-1),是长期淹水稻田干土的2.58倍;有稻草添加时,间歇灌溉条件下稻田干土细菌数量达到2.8×10~8 copies·g~(-1),是长期淹水稻田干土的1.13倍。间歇灌溉稻田与长期淹水稻田的细菌种群结构存在差异。在DNA水平上,尽管间歇灌溉稻田多样性指数与长期淹水稻田相近,但优势细菌种群存在差异。而在表达水平上,不仅优势细菌种群存在差异,而且间歇灌溉稻田土壤细菌的多样性显著高于长期淹水稻田。在有稻草添加情况下,间歇灌溉稻田多样性指数为2.49,而长期淹水稻田多样性指数为0.28。总之,水分管理方式对稻田土壤细菌丰度和群落影响显著,间歇灌溉能够提高水田土壤细菌的数量和细菌的多样性,从细菌的丰度和多样性角度考虑,间歇灌溉是稻田较适宜的水分管理方式。     

城市污泥堆肥过程中微生物研究

采用平板计数法和最大概率法测定城市污泥堆肥干污泥中主要微生物类群的变化。结果表明,中、高温好氧菌在第6d达到最大值,分别为1.05×1015g-1、5.08×1012g-1;中、高温厌氧菌在第9d达到最大值5.50×105g-1和1.11×105g-1;中、高温好氧纤维素分解菌分别在第3d和第6d达到最大值,分别为2.66×104g-1、3.26×106g-1;整个堆肥过程中,高温厌氧纤维素分解菌数量不断增加;高温放线菌在第3d达到最大值,为1.12×106g-1;中温放线菌、真菌、中温厌氧纤维素分解菌、中温淀粉分解菌、蛋白质分解菌和油脂分解菌在发酵初期迅速下降至零;高温淀粉分解菌、蛋白质分解菌和油脂分解菌在发酵前6d数量上升,随后开始下降。发酵后期,好氧菌中兼性厌氧菌逐渐增多,严格好氧菌逐渐减少;厌氧菌中的兼性厌氧菌逐渐减少,严格厌氧菌逐渐增多。     

垃圾堆肥接种固氮菌对堆肥含氮量的影响

探索了垃圾堆肥混合接种自生固氮菌和纤维素分解菌对堆肥含氮量的影响。实验证明，在固氮菌的作用下，堆肥的含氮量有一定提高，纤维素分解菌对固氮菌的生长有一定协同效应。     

不同时期添加蘑菇渣对落叶堆肥过程的影响

研究不同时期添加蘑菇渣对落叶堆肥过程的影响.结果表明:堆肥降温期添加蘑菇渣有利于提高有机质的降解率,堆肥末期各处理有机质降解率分别为15.85%,10.17%,12.90%和15.16%;有利于吸收固定堆肥中的氨,减少氨的挥发,降低堆肥的pH值.在堆肥初始一次性添加蘑菇渣,有利于堆肥总氮的积累,提高堆肥产品中胡敏酸和腐殖质含量,降低堆肥总氮损失率.在堆肥初始和降温期分次添加蘑菇渣有利于堆肥硝态氮的合成,富里酸的分解以及HA/FA的增加.在整个堆肥过程中,各处理HA和HA/FA均呈增加趋势,FA呈降低趋势,较好地反映了落叶堆肥的腐熟程度.在堆肥不同阶段添加蘑菇渣各有其优点,综合后认为在堆肥初始添加蘑菇渣的效果最为理想.     

木薯皮堆肥过程中酶活性的变化

以木薯皮为原料进行高温堆肥发酵,研究了堆肥化过程中理化性质和酶活性的变化情况.结果表明:在堆肥发酵过程中.温度变化呈先上升后下降趋势,到后期已趋近于初始温度;而含水率在堆肥处理过程中变化不大.各处理的pH值在发酵结束时为7.3～7.5.过氧化氢酶活性初期较高,随后迅速降低,并维持在较低水平.纤维素酶和脲酶活性在堆肥初期增加,之后逐渐降低.由于堆肥原料不同,不同处理的酶活性变化趋势表现出一定的差异.考虑到堆肥腐熟度受多方面因素的影响,判断堆肥腐熟度时应根据多种指标(包括生物学、化学、物理学指标)综合判断.     

氮肥和多环芳烃对农田土壤细菌群落的影响

氮肥是农业生产的重要保障,多环芳烃是广泛存在的环境污染物,它们可能共存于农田土壤中,对微生物群落产生影响。为探究施氮肥和多环芳烃污染叠加情况下的土壤微生物生态效应,采集农田土壤,设置添加尿素和苯并[a]蒽的组合处理,建立微宇宙进行培养。在测定硝态氮积累、土壤pH以及污染物矿化的基础上,结合定量PCR、高通量测序等方法,研究尿素和苯并[a]蒽对土壤细菌群落特征的影响。结果显示,尿素导致土壤中硝态氮的积累,显著增加了细菌氨单加氧酶基因(amo A)拷贝数,但对古菌amoA基因丰度的影响不明显;施用尿素导致土壤p H值降低,显著影响14个主要土壤细菌门中的10个,使得土壤细菌群落多样性显著下降,整体结构发生极大变化;相对于尿素而言,苯并[a]蒽84 d的矿化率为10%左右,长期作用下具有改变土壤微生物群落组成和结构的潜力;尿素对苯并[a]蒽的矿化未产生显著影响,但苯并[a]蒽对土壤中氨氧化古菌有抑制作用,抑制比例最高达63%。这些结果表明,尿素导致土壤中硝化微生物的富集,并通过降低p H而对微生物群落产生深远的影响,而苯并[a]蒽对土壤重要功能群和细菌总体群落有潜在的风险。该研究有助于阐明农田土壤中铵态氮肥和多环芳烃的复合生态效应,为揭示有机污染物和氮转化间的交互作用机制提供了科学依据。     

磷细菌肥对采煤塌陷区复垦土壤放线菌群落的影响

为了解磷细菌肥对采煤塌陷区复垦土壤放线菌群落的影响,采用Illumina高通量测序的方法,对土壤复垦5年后的放线菌群落结构及多样性进行分析,并结合冗余分析(RDA)研究放线菌群落与土壤化学性质的相关关系.结果表明:有机肥+磷细菌肥处理可以提高复垦土壤放线菌的数量.采煤塌陷复垦土壤中放线菌的优势菌群是链霉菌属(Streptomyces)和假诺卡氏菌属(Pseudonocardia),其丰度范围分别为12.28%-15.21%、8.93%-11.49%.配施磷细菌肥处理可以降低链霉菌属的相对丰度,提高假诺卡氏菌属的相对丰度.有机肥+磷细菌肥处理能够提高放线菌的Shannon-Wiener和Simpson多样性指数,对Pielou均匀度指数影响较小.RDA结果显示,土壤有机质、有效磷、速效钾、碱解氮是造成复垦土壤放线菌群落丰度和多样性差异的主要原因.综上认为,有机肥+磷细菌肥处理对复垦土壤放线菌群落的提高作用明显,可以在一定程度上加快土壤的熟化进程.