微生物菌剂对猪粪堆肥过程中堆肥理化性质和优势细菌群落的影响

  【目的】  掌握猪粪堆肥过程中微生物群落的演替规律与理化指标的相互关系，对提高猪粪堆肥营养品质和加速堆肥进程具有重要的意义。  【方法】  以猪粪和玉米秸秆 (质量比6∶1) 混合物为堆肥原料，耐高温菌剂主要含Acinetobacter pittii、Bacillus subtilis subsp. Stercoris和Bacillus altitudinis。堆体设接种菌剂 (MI) 和未接种 (对照，CK) 两个处理。常规监测堆肥温度和理化指标值，于堆肥开始后第4、12、24和32天采集样品，以16S rRNA高通量测序技术研究堆肥细菌群落的变化。用堆肥第4、12、24和32天采集的新鲜样品制备浸提液，进行紫花苜蓿种子发芽试验。堆肥结束时，测定全氮、全磷和全钾含量，并探讨微生物菌剂对堆肥理化指标和细菌群落演替的影响。  【结果】  接种微生物菌剂可使堆肥高温期提前2天出现，并且能延长高温期2天。堆肥浸提液的促生试验发现，在堆肥24天后紫花苜蓿种子发芽指数 (GI) 大于80%，且MI对幼苗主根的促生能力大于CK (P < 0.05)。随着发酵过程的进行，堆体体积不断缩小，CK和MI中全钾 (TK) 和全磷 (TP) 含量一直呈增加趋势，在堆肥第32天，CK和MI的全磷含量分别为2.28%和2.63%，处理间差异显著 (P < 0.05)，而全钾含量分别为1.81%和1.86%，全氮含量分别为2.65%和2.63%，pH分别为8.72和8.78，处理间差异均不显著。在整个堆肥过程中，MI和CK的pH变化范围分别为8.40～8.95和8.61～8.93；CK和MI中总有机碳 (TOC) 的降解速率在堆肥的4～12和24～32天均表现为MI大于CK，CK和MI的碳氮比 (C/N) 分别为13.28和15.26，差异显著 (P < 0.05)。堆肥过程中在门水平上占据主导地位的细菌群落主要包括 Proteobacteria、Actinobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes，在堆肥的高温期 (堆肥24天)，堆体CK和MI中Firmicutes的相对丰富度分别为17.4%和59.8%；在堆肥的升温期、高温期和腐熟期，优势门水平细菌群落Proteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria依次演替，且MI堆体中细菌群落的相对丰度均大于CK。属水平优势细菌为Acinetobacter、Lysinibacillus、Solibacillus、Pseudomonas和Flavobacterium，添加微生物菌剂可使Acinetobacter的丰度在堆肥第4天增加21.41%，此外，添加复合微生物可使堆肥第12天的Shannon和Observed species指数增加。相关性分析表明，温度、全N (TN)、TP、TK、TOC及GI与堆体中细菌组成具有显著相关性，而pH和细菌的相关性不显著。  【结论】  在堆体内接种微生物菌剂可显著提高并维持堆肥过程中优势门、属细菌群落的丰度，进而促进堆体升温并延长高温时期，缩短堆肥腐熟周期，加快总有机碳的分解，最终提高堆肥产品中有效磷的含量。复合微生物菌剂在堆肥升温期起主要作用的为Acinetobacter pittii，高温期为Bacillus subtilis subsp. Stercoris和Bacillus altitudinis，我们建议筛选耐高温细菌时应集中在厚壁菌门的芽孢杆菌属。