玉米秸秆堆肥木质素酚类型及微生物对腐殖酸电子转移能力影响研究

来源 :中国环境科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuyun
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堆肥是有机固体废弃物资源化处理的重要手段之一,产物腐殖酸(Humic substances,HS)具有电子转移能力(Electron transfer capacity,ETC),能实现自然界中有机污染物的降解。农业废弃物玉米秸秆中的木质素酚在微生物作用下降解产生醌基,能够明显促进腐殖酸的ETC,同时不同木质素酚类型和微生物可能会对HS的ETC产生不同影响。鉴于此,本研究利用农业废弃物玉米秸秆进行堆肥实验,研究不同类型木质素酚和微生物对腐殖酸ETC的影响,从而识别堆肥腐殖酸电子转移能力的调控路径。通过鉴定玉米秸秆堆肥过程中木质素酚种类,识别出堆体中含有对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、对羟基苯甲醛、4-香豆酸、对羟基苯乙酮、阿魏酸和4-羟基-3-甲基苯乙酮8种木质素酚。堆肥过程中,木质素酚化合物总量呈下降趋势,其中4-香豆酸初始含量最高,且其降解率高达83.38%。通过分析腐殖酸的电子转移能力与木质素酚的响应关系,优选出5种木质素酚。通过表征胡敏酸(Humic acid,HA)、富里酸(Fulvic acid,FA)和HS三种组分的结构组成,并测定其ETC,发现HA、FA和HS的ETC分别增加了38%、108%和60%,其中HA表现出更强的电子接受能力,FA表现出更强的电子供给能力。三种组分的ETC均受其结构组成的影响,ETC与芳香化合物(SUVA254)、醌类物质(SUVA290)、类胡敏酸和富里酸物质含量均呈正相关;5种木质素酚与SUVA254和SUVA290呈正相关,说明木质素酚能够通过生成芳香化合物和醌类物质影响腐殖酸电子转移能力。通过高通量测序对微生物群落进行鉴定,发现堆肥过程中,有11种细菌(G1)和16种真菌(G2)与5种木质素酚的降解相关,且受NH4+-N、TOC(Total organic carbon)、p H和NO3--N(P<0.05)影响;结构方程模型结果显示,NH4+-N能够提高G1活性,从而降解5种木质素酚生成醌类物质和芳香化合物,提高三种组分的ETC;而NO3--N能抑制G1和G2活性,从而降低三种组分的ETC。本研究探讨了不同类型木质素酚对微生物及腐殖质电子转移能力的影响,为调节腐殖质电子转移能力提供了理论基础,同时为堆肥产品腐殖质的高效利用提供了技术支撑。
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