总固体浓度对猪粪厌氧消化的影响及菌群结构分析

厌氧发酵是解决畜禽粪污染的重要途径。为降低猪粪对环境的污染,研究总固体(total solid,简称TS)浓度对固液分离后的猪粪厌氧消化性能的影响,并对适宜TS浓度猪粪发酵液的微生物菌群结构进行分析。结果表明,固液分离后的猪粪在TS浓度为7%、10%、13%、16%的湿发酵、半干发酵和干发酵中,挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,简称VFAs)以乙酸和丙酸为主,并有少量丁酸和微量的甲酸。TS浓度为13%的猪粪,乙酸平均含量占VFAs平均含量的比例最高,达35.14%,累积TS产气量和日均产气量分别为370.90 mL/g和3.02 mL/g,高于其他各组。厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)是TS浓度为13%的猪粪厌氧发酵优势细菌菌群,它们的相对丰度分别为29.5%、28.9%和25.5%;甲烷球菌目(Methanosarcinales)、甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae)和甲烷丝菌属(Methanothrix)为它的优势古菌菌群。     

屎肠球菌对哺乳期仔猪结肠微生物群落 优势门属的影响

[目的]分析屎肠球菌(Enterococcus faecium)活菌对哺乳期仔猪结肠微生物群落优势门属的持续影响,为揭示益生菌调节仔猪肠道健康的作用机制及人为调控仔猪肠道微生物以促进其健康提供参考依据.[方法]给健康新生仔猪灌服无菌脱脂乳(对照组)或屎肠球菌制剂(益生菌组),持续灌服6 d,分别采集7和21日龄仔猪结肠内容物,提取总细菌DNA后进行PCR扩增,采用Illumina MiSeq高通量测序技术检测16S rRNA序列的V3~V4可变区,分析肠道微生物群落α多样性及其在门和属分类水平上的结构特点.[结果]给新生仔猪灌服屎肠球菌并不影响7和21日龄仔猪结肠微生物群落α多样性.与对照组相比,益生菌组7日龄仔猪结肠微生物群落优势门的相对丰度无显著变化(P>0.05,下同),21日龄仔猪拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度也无显著差异,但变形杆菌门(Proteobacteria)相对丰度呈显著增加趋势(P<0.05,下同);在属水平上,益生菌组7日龄仔猪结肠微生物群落中相对丰度变化明显的优势属均隶属于拟杆菌门,其中,普雷沃氏菌属(Prevotella)相对丰度显著增加,而拟杆菌属(Bacte-roides)相对丰度极显著减少(P<0.01,下同),丁酸单胞菌属(Butyricimonas)相对丰度显著减少;21日龄仔猪结肠微生物群落中66.67%优势属的相对丰度呈减少趋势,其中以厚壁菌门4个属的变化尤其明显,即巨型球菌属(Megasphaera)相对丰度极显著减少,乳杆菌属(Lactobacillus)、产琥珀酸菌属(Succiniclasticum)和粪杆菌属(Faecalibacterium)相对丰度显著减少.[结论]新生仔猪口服屎肠球菌能对其结肠微生物群落优势门或属组成产生持续影响,表现为促进有益于结肠健康菌属的生长,而抑制具有潜在致病性菌属的增殖,为今后定向研究调控仔猪肠道健康的肠道共生微生物提供明确范围.     

规模化秸秆沼气发酵反应器中微生物群落特征

采用末端限制性多态性分析(T-RFLP)和克隆文库构建相结合的研究方法,对以秸秆为唯一或主要原料的四个沼气发酵反应器中的细菌和古菌群落特征进行分析,结果表明:(1)供试秸秆沼气反应器中细菌种类十分丰富,分属于9个门,其中厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)与拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势种群,在四个沼气反应器中的相对丰度分别为19.3%～47.2%、4.8%～24.3%与2.5%～15.5%。水解与发酵性细菌为各反应器中的优势种群;(2)古菌种类明显少于细菌,均属于甲烷杆菌纲(Methanobacteria)和甲烷微菌纲(Methanomicrobia)。在以秸秆为唯一原料的反应器中,甲烷鬃菌属(Methanosaeta)为优势种群,相对丰度为69.2%～71.9%;而在添加猪粪的反应器中,甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)为优势种群,相对丰度为73.1%。     

初始发酵pH对秸秆酒精醪液沼气发酵及其系统内微生物群落的影响

[目的]探究初始pH对秸秆酒精醪液厌氧发酵产甲烷的影响。[方法]利用秸秆酒精醪液作为唯一发酵底物,并将初始发酵pH分别设置为4.0、5.0、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0,8.5,采用序批式厌氧发酵30 d。[结果]在150 mL的发酵体积下最终的甲烷积累量依次为17、24、227、289、246、257、234和143 mL。当初始发酵pH升高时,发酵液中残留的挥发性脂肪酸(VFA)中的乙酸所占比例逐渐升高,pH为5.0时乙酸占12.8%,pH为8.5时乙酸占43.9%。通过比较初始pH为4.0、6.5和8.5时,VFAs在发酵过程中的动态变化,发现初始pH为6.5时,乙酸的含量在第1.5天达到峰值,为3 753.6 mg/L占总量71.6%,最终乙酸被减少了72.4%;初始pH为8.5时,乙酸的含量在第10天时增至峰值,为1 322.9 mg/L(53.8%),最终乙酸减少了36.0%。初始pH为4.0时,VFAs的总量和组成都没有明显的变化。当初始发酵pH为6.0、6.5、7.0、7.5时,发酵系统内的优势细菌为梭菌属(Clostridium),相对丰度为40%~47%;优势古菌为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta),其相对丰度之和为85%~88%。当初始pH为8.5时,系统内的优势细菌为普雷沃式菌(Prevotella)和互养单胞菌属(Syntrophomonas),相对丰度分别为36.8%和14.7%;优势古菌为甲烷杆菌属(Methanobacterium)和甲烷热杆菌属(Methanothermobacter),在其全古菌序列中分别占62.3%和11.4%。[结论]当初始发酵pH为6.5时,甲烷的产气积累量最高;当初始发酵pH为6.0、6.5、7.0、7.5时,为乙酸营养型型甲烷发酵;当初始pH为8.0和8.5时,为氢营养型甲烷发酵。     

微生物添加剂对甘蔗尾叶青贮细菌多样性的影响

[目的]研究微生物添加剂对甘蔗尾叶青贮细菌多样性的影响,为甘蔗尾叶青贮技术优化提供参考依据.[方法]试验设3个处理:处理1在新鲜甘蔗尾叶中添加1%植物乳杆菌和3%米曲霉,处理2添加1%饲用复合微生物制剂,以新鲜甘蔗尾叶直接青贮为对照处理.青贮原料切碎后与添加剂充分混匀,密封,室温青贮45 d后采样,放入无菌样品袋,-80℃保存.采用Miseq高通量测序分析甘蔗尾叶青贮细菌门、属水平群落结构,并对3个处理的甘蔗尾叶青贮进行感官评定.[结果]对照、处理1和处理2甘蔗尾叶青贮的感官评定等级分别为良好、良好和一般.3个处理甘蔗尾叶青贮细菌共有操作分类单元(OTU)182个,对照、处理1和处理2特有OTUs分别为179、319和3321个,OTUs总数分别为845、1115和3815个.处理2的甘蔗青贮细菌群落Shannon指数和Chao1指数均显著高于对照和处理1(P<0.05,下同),处理1的Shannon指数和Simpson指数显著高于对照,3个处理的覆盖指数均接近1.00.在门水平上,对照和处理1甘蔗尾叶青贮的优势细菌门均为厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria),相对丰度分别为95.92%、2.46%和84.90%、13.79%;处理2的优势细菌门为变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门(Bacteroidetes),相对丰度分别为74.67%、23.52%和1.61%.在属水平上,对照甘蔗尾叶青贮细菌中相对丰度在1.00%以上的属有乳杆菌属(Lactobacil-lus)、梭菌属IV群(Clostridium_IV)和严格梭菌属(Clostridium_sensu_stricto),三者相对丰度分别为84.28%、1.18%和5.14%;处理1中,乳杆菌属、醋酸杆菌属(Acetobacter)和芽孢杆菌属(Bacillus)3个属的相对丰度在1.00%以上,分别为78.56%、12.78%和4.14%;处理2甘蔗尾叶青贮细菌中相对丰度在1.00%以上的属有10个,其中腐败菌肠杆菌科未分类菌属(Enterobacteriaceae_unclassified)(47.64%)、梭菌科未分类菌属(Clostridiaceae_1_unclassified)(7.62%)、梭菌属IV群(Clostridium_IV)(4.79%)和肠杆菌属(Enterobacter)(7.38%)占绝对优势,乳杆菌属相对丰度仅为0.81%.[结论]甘蔗尾叶添加饲用复合微生物制剂进行青贮,其物种数最丰富,但腐败菌未得到抑制;甘蔗尾叶添加植物乳杆菌和米曲霉进行青贮可显著提高甘蔗尾叶青贮细菌群落的繁殖生长,进而提高甘蔗尾叶青贮的微生物多样性及群落相对丰度,可在甘蔗尾叶青贮中应用.     

一株产电菌的产电性能及低温沼气发酵过程微生物群落特征

在利用牛粪和小麦秸秆为原料,采用实验室模拟低温生产沼气试验进行低温沼气发酵过程中,筛选到1株产电菌H11,鉴定为Shewanella属。该菌在自制人工双室微生物燃料电池中具有良好的产电性能,产电功率密度最高可达13.88mW·m^-2。基因组解析发现了286个与产电相关的基因,分布在与电子转移、细胞色素C相关蛋白和NADH脱氢酶等16个基因家族。为了探究低温沼气发酵过程中的微生物群落特征,在发酵不同阶段采集微生物样品,利用分子生物学方法和传统微生物培养法,随着发酵进程的推进,微生物群落在门水平上广古菌门(Euryarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、乌斯古菌门(Woesearchaeota)、泉古菌门(Miscellaneous Crenarchaeota Group)占绝对优势。而在属水平上的优势菌群为甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)、甲烷囊菌属(Methanoculleus),相对丰度分别达到30.1%、17.3%、9.68%,且Methanoculleus...     

柳枝稷与苜蓿的共发酵对厌氧发酵体系产气效率及微生物群落的影响

为了探究远离畜牧区厌氧发酵的原料碳氮营养合理配比问题。以柳枝稷与紫花苜蓿为试验材料,进行两者5种相同含固率、不同配比的批次发酵试验,柳枝稷和苜蓿不同TS配比如下:A组为0∶4;B组为1∶3;C组为1∶1;D组为3∶1;E组为4∶0。通过对产气量、pH、挥发性脂肪酸以及微生物群落变化的分析,探究发酵体系营养平衡及产甲烷特性。结果表明:柳枝稷与苜蓿为原料的5个组产气趋势均为三峰曲线,发酵1 d后出现第一峰,5~8 d出现第二峰,9~12 d出现第三峰,随后下降至很低点;试验中苜蓿含量较多的A、B、C组产气高峰出现的早,在第9 d产气基本结束,随着柳枝稷含量的增加产气峰往后延迟,D组在12 d产气结束,纯柳枝稷的E组在15 d产气结束,这时5个组分别完成总产气量的95.6%、93.3%、93.8%、94.4%、97.2%;累积产气量随柳枝稷含量的增加而增加,5个组甲烷产量分别为291.7、287.7、320.3、357.4和362.2 mL/g VS;随柳枝稷含量的提高,发酵体系pH的下降和挥发性酸的积累明显,纯柳枝稷的发酵体虽然产气多,但发酵体系稳定性下降,其中D组可以明显提高厌氧发酵体系的碳氮营养平衡和缓冲能力,提高发酵体系的稳定性;对5个组的微生物群落进行分析,结果表明:细菌主要的优势菌群为厚壁菌门和拟杆菌门,古菌的优势菌群为甲烷鬃毛菌和甲烷杆菌。综上,柳枝稷与苜蓿按原料含固率3∶1混合进行厌氧发酵,有利于厌氧发酵水解菌群和产甲烷菌群的大量增殖及产甲烷反应。     

合作猪夏冬季的肠道菌群结构

【目的】探究合作猪夏季和冬季肠道微生物菌群多样性和组成特征.【方法】采用16S rRNA基因测序技术分析夏季和冬季半放牧饲养的6月龄健康合作猪的粪便菌群结构特征.【结果】合作猪冬季与夏季肠道菌群α多样性指数差异不显著(P0.05),但β多样性冬季显著高于夏季(P0.05);厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和螺旋体门(Spirochaetes)为夏季合作猪和冬季合作猪粪便菌群优势菌门,unidentified_Clostridiales细菌属和Terrisporobacter为夏季合作猪和冬季合作猪粪便菌群的优势菌属.菌群组成差异分析显示,在科水平,夏季合作猪粪便菌群中链球菌科(Streptococcaceae)、普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)、丹毒丝菌科(Erysipelotrichaceae)、乳杆菌科(Lactobacillaceae)和消化球菌科(Peptococcaceae)的相对丰度显著高于冬季合作猪(P0.05),而冬季合作猪粪便菌群中甲烷杆菌科(Methanobacteriaceae)的相对丰度显著高于夏季合作猪(P0.05);在种水平,拟普雷沃菌309(Alloprevotella_sp_feline_oral_taxon_309)、梭菌属细菌ID5(Clostridium_sp_ID5)、柏林密螺旋体菌(Treponema_berlinense)和溶纸梭菌(Clostridium papyrosolvens)在夏季合作猪粪便菌群中的相对丰度均显著高于冬季合作猪(P0.05);反刍甲烷杆菌(Methanobrevibacter_ruminantium)、瘤胃菌属细菌YS3(Rumen_bacterium_YS3)以及毛螺旋菌科细菌YE64 (Bacterium YE64)在冬季合作猪粪便菌群中的相对丰度均显著高于夏季合作猪(P0.05).【结论】合作猪肠道菌群多样性和组成与其适应不同季节气候和饲草种类的变化有关.     

原料差异对厌氧消化微生物群落的影响

以餐厨垃圾、果蔬垃圾、麦秸3种不同原料分别进行厌氧消化,研究了各反应器在最佳运行条件下的消化特性和微生物群落组成。结果表明:VS产气率由高到低依次为餐厨垃圾(756.4mL·g-1VS-1)、麦秸(696.5mL·g-1VS-1)和果蔬垃圾(433.5mL·g-1VS-1),甲烷含量在51.5%～55.1%之间,利用PCR-DGGE技术系统地分析了不同原料消化系统内细菌和古菌的群落结构构成及差异。结果表明,虽然3组样品中细菌和古菌的群落存在相同的优势微生物,但其数量和群落结构差异也较为明显,细菌中以拟杆菌(Bacteroidetes)以及古菌中甲烷鬃菌属(Methanosaeta)和甲烷螺菌属(Methanospirillum)均为样品共有的优势微生物。     

基于高通量测序的鸡粪堆肥过程细菌群落结构分析

为通过相关功能微生物的应用,提高鸡粪堆肥效率及产品质量,本研究以鸡粪和菌渣进行好氧堆肥35 d,利用16S rRNA基因高通量测序技术分析鸡粪堆肥过程中细菌的群落结构动态变化。结果表明,在细菌门分类水平上,鸡粪堆肥过程中主要有厚壁菌门、拟杆菌门和盐厌氧菌门,其中厚壁菌门的相对丰度在鸡粪堆肥各时期均占主导地位,腐熟期相对丰度最高,拟杆菌门在腐熟期相对丰度最低,盐厌氧菌门在降温期相对丰度最高;在细菌纲分类水平上,鸡粪堆肥过程中主要有梭菌纲、芽孢杆菌纲和拟杆菌纲;α多样性相关分析表明,高温期堆肥中细菌菌群丰富度最高,群落多样性最大。综上,在鸡粪堆肥期间,细菌群落结构发生了明显变化。     

pH调控对瘤胃液接种稻秸厌氧消化中水解菌及产甲烷菌的影响

为了研究pH值调控对瘤胃液接种厌氧消化体系的影响,在半连续条件下考察了稻秆水解和产甲烷特性,并分别利用相对定量PCR(Q-PCR)和Mi Seq高通量测序技术分析了微生物菌群的变化。结果表明:有机负荷为1.5、3.5 g·L-1·d-1和7 g·L-1·d-1时,调控体系中甲烷产率分别比对照提高了1.98、1.99倍和1.53倍;沼气中的甲烷含量明显提高(P0.05),在24%~32%之间变动。pH调控使乙酸和丙酸之间比例逐渐增大,体系中pH值维持在6.24~7.77之间,适宜稻秸产甲烷代谢;滤纸酶和羧甲基纤维素酶活性呈增加趋势。厌氧消化后GH 5水解菌群结构变化明显,梭状芽孢杆菌属(Clostridium)占主导地位,瘤胃球菌属(Ruminococcus)相对丰度提高了12.47倍;来源于瘤胃的纤维杆菌属(Fibrobacter)从体系中消逝。甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)相对丰度提高到3.73%,同时甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)相对丰度增加。研究表明,pH调控体系通过强化水解和产甲烷菌活性提高了稻秸厌氧消化的效率。     

施用不同有机物料对砂质土壤玉米成熟期根际细菌群落变化的影响

为探究有机物料还田后土壤理化性质对细菌群落变化的影响,在华北平原砂质土壤玉米成熟期分别以秸秆还田(ST)和单施化肥(CF)为主、副对照,设置猪粪(PM)、沼渣(BR)和秸秆生物炭(BC)3 种有机物料还田处理,利用Illumina高通量测序技术分析根际土壤细菌群落结构。结果表明:1)玉米成熟期根际土壤细菌群落丰富度的2个指标(Chao 1和ACE)由高到低均为:PM>BR>ST>BC>CF,但沼渣和生物炭处理的土壤细菌群落多样性(Shannon)均显著高于猪粪处理。2)沼渣、生物炭和对照组(秸秆和化肥处理)的土壤细菌优势菌门均为放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi),优势菌门的累计丰度为71.53%~80.31%;而猪粪处理的土壤细菌优势菌门以厚壁菌门(Firmicutes)为首,其余依次为放线菌门、变形菌门、酸杆菌门和绿弯菌门,优势菌门的累计丰度为85.61%。3)土壤有效磷是影响土壤细菌群落结构变化的主效环境因子(P<0.05),与厚壁菌门的梭菌属(Clostridium)和土孢杆菌属(Terrisporobacter)的相对丰度均呈显著正相关,其中猪粪处理的土壤有效磷含量显著高于其他处理;生物炭处理显著增加土壤pH和有机质含量,沼渣处理增加土壤水分含量但不显著,生物炭和沼渣处理显著上调放线菌门相关菌属的相对丰度。综上,猪粪处理虽然显著提高土壤细菌群落的丰富度,但是导致菌落的多样性显著下降,生物炭处理则与之相反;沼渣处理也显著提高土壤细菌群落的丰富度和多样性。综上,合理施用沼渣还田可作为改良华北平原砂质瘠薄型农田的首选方式。     

Weaning methods affect ruminal methanogenic archaea composition and diversity in Holstein calves

The objective of the present study was to examine the effect of different weaning methods on the ruminal methanogenic archaea composition and diversity in Holstein calves.Thirty-six newborn Holstein bull calves were assigned to 1 of 3 treatments:(1)conventional weaning(d 56)and fed a high proportion of solid feed(CWS);(2)conventional weaning(d 56)and fed a high proportion of liquid feed(CWL);(3)early weaning(d 42)and fed with a high proportion of solid feed(EWS).High-throughput sequencing of the methyl coenzyme M reductase(mcr A)gene,which encodes theα-subunit of methyl coenzyme M reductase-the enzyme that catalyzes the final step in methanogenesis was used to determine the composition and diversity of rumen methanogens.No significant difference(P0.05)was observed for operational taxonomic units(OTUs)or richness indices,but diversity indices increased(P0.05)for calves fed high dietary solids.Predominant families across the three treatments were Methanobacteriaceae,Thermoplasmataceae and Methanomassiliicoccaceae.Calves in the EWS treatment had a higher(P0.05)relative abundance of Methanobrevibacter sp.strain AbM4 and Methanosphaera stadtmanae,while calves in the CWL treatment had a higher(P0.05)abundance of Methanosphaera sp.strain SM9.A positive(P0.05)relationship was identified between butyrate and Methanobrevibacter sp.strain AbM4.In conclusion,the composition and diversity of methanogens in the rumen of Holstein calves varied under the different weaning methods.This study identified a positive relationship between butyrate and Methanobrevibacter sp.strain AbM4,potentially reflecting correlations between ruminal fermentation variables and methanogenesis function.These in-depth analyses provide further understanding of weaning methods for intensified production systems.     

MC1预处理对豆秸水解特性及产甲烷效率的影响

为提高大豆秸秆厌氧发酵产气性能,本文利用复合菌系MC1对灭菌秸秆(SS)及未灭菌秸秆(NSS)进行预处理,研究预处理时间对秸秆水解特性及产甲烷效率的影响。结果表明:MC1能有效降解大豆秸秆,SS经12 d预处理,其纤维素及木质素降解率分别为41.71%和29.92%,显著高于NSS(P0.05)。SS预处理体系中VFAs含量显著高于NSS(P0.05),且两者分别在预处理3 d及7 d浓度达到最高,分别为2.18 g·L~(-1)(SS)和1.52 g·L~(-1)(NSS),预示杂菌减缓了MC1对秸秆的降解速率。乙酸是预处理体系中最主要的VFAs产物,整个预处理期间SS和NSS水解液乙酸含量分别高于72.41%和56.23%。与未处理大豆秸秆相比,经过3 d预处理,SS和NSS预处理体系的甲烷累积产量分别提高了36.86%和34.27%,其最大产甲烷速率分别为21.69 mL·d-1·g-1VS和17.44mL·d-1·g-1VS,表明MC1预处理能有效提高大豆秸秆厌氧发酵性能。     

Vb生物膜反应器处理酵母废水的发酵特性研究

利用以炭纤维为载体的生物膜反应器处理酵母废水,通过逐步提高进料浓度的方式,对厌氧生物膜反应器处理高浓度有机废水的能力及反应器内微生物的多样性变化特征进行了探索。结果表明,当控制水力停留时间(HRT)为6d,进料COD浓度由启动时2 798mg/L分阶段提升至5 596和13 990mg/L的过程中,相应的沼气容积产气率分别为0.06、0.14和0.37L/(L·d),平均甲烷含量分别为57%、71%和74%,COD平均去除率分别为45%、64%和65%,反应器表现出了较强的抗有机负荷冲击能力。当进料COD浓度继续提高至22 980mg/L,对应COD容积负荷达4.7g/(L·d)时,COD去除率降至49%,但pH能维持在7.7,平均甲烷含量为66%,沼气容积产气率进一步上升到0.58L/(L·d)。可见,过高的进料容积负荷虽然提高了容积产气率,但会造成沼气转化效率的下降。高通量测序结果表明,随着有机负荷的增加和运行时间的延长,反应器内微生物菌群逐渐稳定并演化成了以甲烷螺菌属(Methanospirillum)、甲烷鬃菌属(Methanosaeta)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)为古菌代表和以食酸菌属(Acidovorax)、芽孢八叠球菌属(Sporosarcina)为细菌代表的优势菌属构成的沼气微生物菌群,优势菌属占总微生物数量的比例为58%。启动初期和稳定期的沼液中古菌、细菌所占比例分别为69.23%、30.77%和66.86%、33.14%;产甲烷类菌株在古菌菌群中的比例从起始阶段的33.11%提升到稳定阶段的76.70%,氢营养型产甲烷菌成为古菌群落结构中占绝对优势地位的类群(由起始阶段的24.67%升高到稳定阶段的60.13%)。     

不同碳氮磷源改良剂对铅锌尾矿废弃地土壤微生物群落结构的影响

为分析土壤微生物群落结构对退化生态系统恢复过程的价值,开展野外田间实验,添加不同碳氮磷源改良剂对铅锌尾矿废弃地进行生态恢复,研究其对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:与对照相比,添加碳氮磷源改良剂显著提高了土壤微生物OTU数,微生物多样性指数(Chao1、ACE、Simpson、Shannon),微生物活性和微生物生物量。与对照相比,添加碳氮磷源改良剂显著改变了土壤微生物群落组成,相对丰度增加的微生物门有Bacteroidetes、Euryarchaeota、Verrucomicrobia、Acidobacteria和Candidate_division_OD1,相对丰度增加的微生物属有Solitalea、Sphingomonas、Blastocatella、Planctomyces、Opitutus、Ohtaekwangia和Gemmata;相对丰度降低的微生物门是Cyanobacteria,相对丰度降低的微生物属是Gaiella。Pearson相关性分析表明:在门水平上,Bacteroidetes、Planctomycetes、Euryarchaeota、Verrucomicrobia与微生物活性、微生物生物量呈显著正相关,Chloroflexi、Cyanobacteria与微生物活性、微生物生物量呈显著负相关;在属水平上,Solitalea、Opitutus、Blastocatella、Ohtaekwangia与微生物活性、微生物生物量呈显著正相关;Gaiella与微生物活性、微生物生物量呈极显著负相关。聚合促进树分析表明:在门水平上,尾矿(CK)、尾矿+尿素(N)、尾矿+中药渣+尿素(MHR+N)处理聚在一起,尾矿+磷肥(P)、尾矿+中药渣(MHR)、尾矿+中药渣+磷肥(MHR+P)和尾矿+中药渣+尿素+磷肥(MHR+N+P)处理聚在一起;在属水平上,CK单列,N、P、MHR、MHR+N、MHR+P和MHR+N+P处理聚在一起。综合分析表明,添加不同碳氮磷源改良剂对土壤微生物群落组成、多样性、微生物活性和微生物生物量均有显著性影响,其中MHR+P和MHR+N+P处理效果最好。     

添加硒、钨元素对猪粪厌氧发酵的促进机制

为更精确地了解微量元素硒(Se)、钨(W)在厌氧发酵系统中的影响效应,提高发酵底物的生物产甲烷效率(BDA),以猪粪为发酵底物,添加微量元素Se、W,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程。研究显示:适量添加微量元素Se、W对厌氧发酵产甲烷过程具有积极的促进作用,其中,M组(Se 0.8 mg·L~(-1)、W 1.8 mg·L~(-1))促进作用最为显著,累积产气量、平均甲烷体积分数和甲烷产率(以挥发性固体计)分别为177 001 mL、68.3%和398.3 mL·g~(-1),比CK组分别提高了10.2%、6.1%和21.4%。相关性分析表明:添加微量元素Se、W能够加快产甲烷菌对总挥发性脂肪酸(TVFAs)的利用率(对丙酸降解作用最为显著),促进产甲烷进程,TVFAs浓度与甲烷产率呈负相关,M组具有最低TVFAs累积量(809 mg·L~(-1))、最大产甲烷速率(31.0 mL·g~(-1)·d~(-1)),相比CK组水力停留时间(HRT)缩短了4 d、BDA提高了21.4%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型(R~2=0.999 2)。     

微生物强化对石油污染土壤的修复特性研究

通过实验室模拟修复研究了接种量为10³~10⁸ cfu·g^-1的降解菌群在土壤中生长的湿度条件和存活状况、对土著菌群的影响作用以及对石油烃的去除效果。结果表明，从石油污染土壤中筛选出的石油烃降解菌群主要由变形菌门（Proteobacteria，99.75%）-γ-变形菌纲（Gamma-proteobacteria，99.49%）-假单胞菌目（Pseudomonadales，99.36%）-莫拉氏菌科（Moraxellaceae，87.33%）-不动杆菌属（Acinetobacter，87.32%）和假单胞菌科（Pseudomonadaceae，12.04%）-假单胞菌属（Pseudomonas，12.00%）组成。利用筛选的降解菌群在土壤湿度为5.4%、接种量为10⁸ cfu·g^-1土的条件下对污染土壤修复60 d，石油烃去除率为10.61%；在土壤湿度为15.0%、接种量为10⁷ cfu·g^-1土时对石油烃去除率为18.67%。在5.4%和15.0%湿度下接种7 d，土壤中变形菌门相对丰度由28.22%增加至57.98%~66.35%，不动杆菌属相对丰度由0.04%增加至25.86%~30.25%，假单胞菌属由初始时的0.26%增加至5.03%~30.87%，说明在不同湿度条件下，接种的降解菌均能迅速生长为土壤中的优势菌；接种60 d时，其仍保持存活状态。研究表明，降解菌群的接种改变了土壤菌群结构，使土壤菌群的alpha多样性明显降低。土壤污染物的去除不仅依靠某种优势菌的特定降解功能，还需要土壤菌群的协同代谢作用。     

枯草芽孢杆菌添加剂对生物絮团菌群结构和营养成分的影响

为探究枯草芽孢杆菌添加剂对生物絮团菌群结构、添加菌在絮团上的富集效果、絮团营养以及系统构建过程水质的影响。生物絮凝系统构建过程中,枯草芽孢杆菌的添加剂量分别为A组106 CFU/mL、B组105 CFU/mL、C组104 CFU/mL和D组0 CFU/mL,添加周期为3 天/次。结果表明：生物絮凝系统构建过程中,枯草芽孢杆菌添加剂量对絮团总悬浮颗粒物(Total suspended solids, TSS)、5 分钟内絮团沉降体积(Floc Volume, FV)影响显著(P＜0.05);对三态氮浓度变化趋势影响较明显;对絮团氨基酸含量、粗蛋白含量、絮团碳氮比影响显著(P＜0.05),对絮团粗脂肪,粗灰分含量影响不显著(P＞0.05);添加枯草芽孢杆菌絮团中氨基酸、粗蛋白含量高于不添加枯草芽孢杆菌组;枯草芽孢杆菌添加剂量对絮团门、属水平菌群差异物种相对丰度有显著影响(P＜0.05),增加枯草芽孢杆菌添加剂浓度,絮团中芽孢杆菌浓度也随之升高。综上所述,枯草芽孢杆菌能在生物絮团上得到有效富集,在生物絮凝系统构建过程中添加枯草芽孢杆菌能提高絮团粗蛋白和氨基酸含量,有利于为养殖对象提供蛋白源。     

沼液替代化肥氮对冬小麦产量、品质及生长发育的影响

研究了沼液替代不同比例化肥氮对冬小麦产量、生长发育特征（生育进程、株高动态、群体动态和干物质积累动态）、品质和重金属含量的影响。结果表明：随着沼液施用量的增加,小麦产量显著增加（P<0.05）,以沼液替代50%化肥氮（50% Nbs）处理产量最高,为7.75 t·hm^-2,比全施化肥（Ncf）处理增产18.14%;以沼液替代100%化肥氮（100% Nbs）处理与Ncf处理产量差异不显著（P>0.05）;籽粒千粒重呈显著下降趋势（P<0.05）;穗粒数和收获指数呈先上升后下降趋势。随着沼液替代化肥氮比例的增加,小麦各生育期株高、分蘖数和干物质积累量都呈现逐渐增加的趋势;成熟期,100% Nbs处理地上部干物质积累量显著高于Ncf处理（P<0.05）;以沼液替代200%化肥氮（200% Nbs）处理的小麦株高、分蘖数和地上部干物质积累量都显著高于Ncf处理（P<0.05）。施用沼液可改善小麦品质;提高小麦籽粒的Cu和Zn含量,显著降低Cd和Cr含量（P<0.05）,对Pb和As含量影响不显著（P>0.05）。各处理籽粒重金属含量均低于相应的污染物限量标准。当沼液替代化肥氮比例达到50%以上,由于贪青晚熟,以及基部节间长度显著增长等原因可能导致倒伏、减产,施入大量沼液也可能导致二次污染风险。因此,本研究初步认为,在本试验条件下,麦田灌溉沼液替代化肥氮最佳比例为50%。