论文部分内容阅读
在堆肥过程中碳的损失显著降低了堆肥产品的质量,并且对环境产生负面的影响。减少碳排放和固定二氧化碳（CO2）是聚焦“碳达峰”,实现“碳中和”的关键一招。在本研究中,通过在牛粪-甘蔗渣堆肥中添加木炭为实验组（B组）,探究CO2排放、腐殖质（HS）形成和含cbb L基因的自养固碳微生物（CCAM）之间的关系。结果表明,木炭可以加快有机质（OM）的降解和HS的形成,增强CCAM群落的多样性和丰富度,从而促进CO2固定,减少堆肥过程中的碳损失。高通量测序分析显示,B组中放线菌门（Acidobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度分别比对照组（C组）显著增加30.97%和10.48%,从而使CO2固定增加32.07%。此外,B组的α多样性指数在嗜热期显著增加,Shannon指数增加143.12%,Sobs指数增加51.62%。冗余分析（RDA）表明,CO2与C/N、温度、HS和水溶有机物（DOM）呈正相关,而棒状杆菌（Corynebacterium）、双歧杆菌（Bifidobacterium）与温度、CO2和C/N呈正相关（p＜0.01）。为了研究碳排放微生物对CO2排放和固定的影响。本研究利用宏基因组学技术,通过在牛粪-甘蔗渣堆肥中添加竹炭为实验组（B组）,分析牛粪-甘蔗渣堆肥中的有关CO2排放酶（丙酮酸脱羧酶,PDH;异柠檬酸脱羧酶,IDH;α-酮戊二酸脱羧酶,α-KGD）和CO2固定酶（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶,Ru Bis CO）的基因丰度。结果表明,竹炭的添加使Ru Bis CO基因的相对丰度增加了13.22%,并且丰富了固碳微生物的多样性。此外,在堆肥后期,竹炭也抑制了PDH,IDH,α-KGD的相对丰度,进而减少16.77%的CO2的释放。同时,竹炭的添加也可以减少甲基-辅酶M还原酶（MCR）基因的丰度,进而减少甲烷（CH4）的释放。RDA分析表明,在堆肥的冷却和腐熟期,变形菌门（Proteobacteria）是堆肥体系的优势菌门,主导了CO2的排放,与PDH,IDH,α-KGD呈正相关（p＜0.01）。此外,Rubis CO与OM、CO2、CH4呈负相关（p＜0.01）。因此,竹炭可以抑制CO2排放微生物的活性,从而减少碳损失。此外,反硝化过程是堆肥过程中氮素损失的重要原因。因此,为了揭示竹炭的添加对氧化亚氮（N2O）排放和氮固定的影响。本研究通过宏基因组学技术分析了有关氮素转化,氮功能基因和相关微生物群落的变化,并探讨它们与N2O的关系。结果表明,与C组相比,B组处理的N2O的排放明显有所减少,硝态氮（NO3--N）和总凯氏氮（TKN）的含量分别提高了15.4%,0.11%。宏基因组分析显示,nap A和nor B基因的丰度在堆肥结束时分别减少了26.9%,22.44%,而固氮基因（nif K,nif D和nif H）仅在嗜热期分别增加了46.9%,60%,11.5%。RDA结果表明,N2O的排放与NO3--N和铵态氮（NH4+-N）的含量成正比。反硝化基因与变形菌门（Proteobacteria）成正比,而固氮基因与厚壁菌门（Firmicutes）成正比。此外,在堆肥结束时,B组中的黄单胞菌属（Luteimonas）的丰度减少了7.45%,而弗兰克氏菌属（Frankia）的丰度增加了27.52%,这有利于氮的固定。因此,添加竹炭可以增强固氮微生物对氮的固存,从而减少氮损失。总的来说,在牛粪-甘蔗渣堆肥中添加生物炭,能为微生物提供了一个更有利的环境,以增加固碳微生物和固氮微生物的相对丰度,抑制碳排放微生物和反硝化微生物的生长,从而减少碳和氮的损失,为提高堆肥产品的质量提供了一条可持续发展之路。